第3章組合邏輯電路

1、第三章第三章 組合邏輯電路組合邏輯電路3.1 概述概述3.2 組合邏輯電路的分析方法組合邏輯電路的分析方法3.3 組合邏輯電路的設(shè)計方法組合邏輯電路的設(shè)計方法3.4 常用中規(guī)模標準組合模塊電路常用中規(guī)模標準組合模塊電路3.5 用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)3.6 組合電路中的競爭冒險組合電路中的競爭冒險3.1 概述概述組合邏輯電路：組合邏輯電路： 任意時刻的穩(wěn)定輸出僅取決于該時刻任意時刻的穩(wěn)定輸出僅取決于該時刻的輸入變量的取值，而與過去的輸出狀態(tài)的輸入變量的取值，而與過去的輸出狀態(tài)無關(guān)。無關(guān)。框圖、函數(shù)表達式框圖、函數(shù)表達式組合邏輯電路組合邏輯電路I I0 0

2、I I1 1I In-1n-1Y Y0 0Y Y1 1Y Ym-1m-1110111101211001,nmmnnIIIFYIIIFYIIIFY組合邏輯電路邏輯功能表示方法組合邏輯電路邏輯功能表示方法 表示方法：表示方法： 輸出函數(shù)表達式輸出函數(shù)表達式 邏輯電路圖邏輯電路圖 真值表真值表 卡諾圖卡諾圖輸出變量與輸入變量之間輸出變量與輸入變量之間的函數(shù)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系3.2 組合邏輯電路的分析方法組合邏輯電路的分析方法給給出出邏邏輯輯圖圖寫寫函函數(shù)數(shù)式式并并化化簡簡列列真真值值表表分分析析邏邏輯輯功功能能例例1&1ABSCABABAABBABAABBAB寫函數(shù)式并化簡寫函數(shù)式并化簡ABAA

3、BBS = A AB + B AB= AB + AB= A + BC = AB= AB列真值表列真值表= A + BSC = ABA BC S0 00 11 01 101100001AB+）SC本位和本位和進位位進位位分析邏輯功能分析邏輯功能半加器，完成一半加器，完成一位二進制加法位二進制加法例例2ABC&A&BCBYABCAABCBABCCABCAABCBABCCY=寫函數(shù)式并化簡寫函數(shù)式并化簡ABCAABCBABCCY=ABCAABCBABCC=+A=+（A+B+C） B+（A+B+C） C （A+B+C） = AB + AC + AB + BC + AC +BC = AB

4、 + BC + AC = AB + BC + AC或或列真值表列真值表A B C0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Y = AB + BC + ACY01111110分析邏輯功能：分析邏輯功能：三變量不一致電路三變量不一致電路3.3 組合邏輯電路的設(shè)計方法組合邏輯電路的設(shè)計方法分分析析設(shè)設(shè)計計要要求求寫寫函函數(shù)數(shù)式式并并化化簡簡邏邏輯輯抽抽象象列列真真值值表表畫畫邏邏輯輯圖圖設(shè)計要求設(shè)計要求邏輯圖邏輯圖設(shè)計題目設(shè)計題目:設(shè)計一個監(jiān)視交通信號燈工作狀態(tài)設(shè)計一個監(jiān)視交通信號燈工作狀態(tài) 的邏輯電路。的邏輯電路。要求要求: 每一組信號燈由紅、黃、綠三盞燈組每

5、一組信號燈由紅、黃、綠三盞燈組成。正常工作情況下，只允許有一盞燈亮。成。正常工作情況下，只允許有一盞燈亮。而當出現(xiàn)其他五種亮燈狀態(tài)時，電路發(fā)生而當出現(xiàn)其他五種亮燈狀態(tài)時，電路發(fā)生故障，要求發(fā)出故障信號，以提醒維護人故障，要求發(fā)出故障信號，以提醒維護人員員 前去修理。前去修理。例例3故障故障正常正常有故障信號有故障信號無故障信號無故障信號 R Y G 輸入輸入輸出輸出R Y G Z0 0 010 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 011 1 11輸入變量輸入變量 (R、G、Y)： 亮亮1 滅滅0輸出變量（輸出變量（Z）：）：有故障有故障1 無故障無故障 0邏輯抽象邏

6、輯抽象 真值表真值表邏輯抽象邏輯抽象真值表真值表11100101 00 01 11 10 0 1RYG真值表、函數(shù)式真值表、函數(shù)式 輸入輸入輸出輸出R Y G Z0 0 010 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 011 1 11RYYGRGRYGZ = RYG + RYG + RYG + RYG + RYGZ = RY + YG + RG + RYG真值表真值表函數(shù)式函數(shù)式卡諾圖卡諾圖邏輯圖邏輯圖RYGZ11R1Y1G&RY&RG&YG&R Y G 加法器加法器 乘法器乘法器 數(shù)值比較器數(shù)值比較器 編碼器編碼器 碼組變換器碼組變換器

7、 譯碼器譯碼器 數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器 數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)分配器3.4 常用中規(guī)模標準組合模塊電路常用中規(guī)模標準組合模塊電路加法器加法器加法器加法器實現(xiàn)兩個二進制數(shù)的加法運算實現(xiàn)兩個二進制數(shù)的加法運算加法器分為：加法器分為： 半加器半加器 全加器全加器 半加器半加器只能進行本位加數(shù)、被加數(shù)的加只能進行本位加數(shù)、被加數(shù)的加 法運算而不考慮低位進位。法運算而不考慮低位進位。BABABASABC 由真值表直接寫出由真值表直接寫出表達式表達式: :真值表真值表A BC S0 00 11 01 101100001被加數(shù)被加數(shù)加數(shù)加數(shù)本位和本位和進位位進位位BABABASABCS&=1畫出畫出邏輯電路圖

8、邏輯電路圖ABC表達式表達式如果想用與非門組成半加器，如果想用與非門組成半加器，則將上式用代數(shù)法變換成與非形式：則將上式用代數(shù)法變換成與非形式：ABBABABABBAABBAABABABABAS)()(ABBABAABABC邏輯圖邏輯圖&ABSCABSCCO邏輯符號邏輯符號全加器全加器能能同時進行本位數(shù)和相鄰低位的同時進行本位數(shù)和相鄰低位的進位信號的加法運算。進位信號的加法運算。真值表真值表A B CI I0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1CO S0 00 10 11 00 11 01 01 1AB+）SCOCI I由真值表直接寫出邏輯表達

9、式，由真值表直接寫出邏輯表達式，再經(jīng)化簡和轉(zhuǎn)換得：再經(jīng)化簡和轉(zhuǎn)換得：1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAS1iii1iii1iii)()(CBACBACBA1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAC1i-iiii)C(BABA根據(jù)邏輯表達式畫出全加器的邏輯電路圖：根據(jù)邏輯表達式畫出全加器的邏輯電路圖：=1=1ABSCiiiiCi-1&1iS1iiiCBAiC1i-iiii)C(BABACOABiii-1CCiSiCI邏輯符號邏輯符號多位數(shù)加法器多位數(shù)加法器4位串行進位加法器位串行進位加法器iBCi-1iASiiCBC-10A00SBii-1CAi

10、iSiC101ACB1SBii-1CAiiSiC212ACB2SBii-1CAiiSiC323ACB3SC3超前進位加法器超前進位加法器多位數(shù)加法器多位數(shù)加法器數(shù)值比較器數(shù)值比較器 L=1 表示表示 AB M=1 表示表示 A 2m-1二進制代碼二進制代碼高低電平信號高低電平信號N位位m位位普通編碼器普通編碼器1 01 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0解：解：（1 1）列出真值表：）列出真值表：I I0 0 I I1 1 I I2 2 I I3 3 I I4 4 I I5 5 I I6 6 I I7 7Y Y2 2 Y Y1 1 Y Y0 00 10 1 0 0 0 00 0

11、0 0 0 0 0 00 00 0 1 0 0 01 0 0 0 0 0 0 00 00 0 0 1 0 00 1 0 0 0 0 0 00 00 0 0 0 1 00 0 1 0 0 0 0 00 00 0 0 0 0 10 0 0 1 0 0 0 00 00 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 1 00 00 0 0 0 0 00 0 0 0 0 1 0 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1248種約束狀態(tài)種約束狀態(tài)（2）寫函數(shù)式）寫函數(shù)式75310IIIIY76321IIIIY76542IIIIY（3 3）由表達式畫）由表達式畫 出邏輯

12、圖：出邏輯圖：75310IIIIY76321IIIIY76542IIIIY優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器 允許同時輸入兩個以上信號，編碼器選擇允許同時輸入兩個以上信號，編碼器選擇優(yōu)先級最高的輸入信號進行編碼。優(yōu)先級最高的輸入信號進行編碼。 集成優(yōu)先編碼器舉例集成優(yōu)先編碼器舉例74LS14874LS148（8 8線線-3-3線）線） 注意：該電路為反碼輸出。注意：該電路為反碼輸出。 為選通輸入端為選通輸入端( (低電平有效低電平有效) )， 為選通輸出端，為選通輸出端， 為優(yōu)先為優(yōu)先擴展輸出端。擴展輸出端。TSSYEXY74LS148 功能表0I5I6I7I4I3I2I1I2Y1Y0Y 00 0 0 0

13、10 0 1 0 1 10 1 0 0 1 1 10 1 1 0 1 1 1 11 0 0 0 1 1 1 1 11 0 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 1 1 1 1 1 11 1 0編碼器的擴展編碼器的擴展 用兩片用兩片74LS14874LS148優(yōu)先優(yōu)先編碼器串行擴編碼器串行擴展實現(xiàn)的展實現(xiàn)的1616線線4 4線優(yōu)先線優(yōu)先編碼器編碼器譯碼器譯碼器將輸入的二進制代碼轉(zhuǎn)換成特定的輸出信號將輸入的二進制代碼轉(zhuǎn)換成特定的輸出信號2線線4線譯碼器線譯碼器74LS139的功能表的功能表G B AY3 Y2 Y1 Y01 1 1 1 10 0 01 1 1 00 0 11 1 0 10

14、 1 01 0 1 10 1 10 1 1 1G B AY3 Y2 Y1 Y0 試用二片試用二片2-4譯碼器組成譯碼器組成3-8譯碼器譯碼器G B AY3 Y2 Y1 Y0 G B AY3 Y2 Y1 Y0 1A2A1A0Z0Z3Z4Z7二進制譯碼器二進制譯碼器74LS13874LS1383 3線線8 8線譯碼器真值表線譯碼器真值表S1S2S3輸輸 入入輸輸 出出A2 A1 A0Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y700000101001110010111011101111111101111111101111111101111111101111111101111111101111111

15、10Y0 = A2 A1 A0Y1 = A2 A1 A0Y2 = A2 A1 A0Y3 = A2 A1 A0Y4 = A2 A1 A0Y5 = A2 A1 A0Y6 = A2 A1 A0Y7 = A2 A1 A0A2 A1 A0 = m0A2 A1 A0 = m1A2 A1 A0 = m2A2 A1 A0 = m3A2 A1 A0 = m4A2 A1 A0 = m5A2 A1 A0 = m6A2 A1 A0 = m7Y0 = m0 Y1 = m1Y2 = m2 Y3 = m3Y4 = m4 Y5 = m5Y6 = m6 Y7 = m7用兩片用兩片74LS138擴展為擴展為4線線16線線譯碼器譯

16、碼器顯示譯碼器 按顯示方式分，有字型重疊式、點陣式、分段式等。按顯示方式分，有字型重疊式、點陣式、分段式等。 按發(fā)光物質(zhì)分，有半導體顯示器（發(fā)光二極管、按發(fā)光物質(zhì)分，有半導體顯示器（發(fā)光二極管、(LED)數(shù)碼管）、液晶顯示器、數(shù)碼管）、液晶顯示器、 熒光顯示器、氣體放電管顯熒光顯示器、氣體放電管顯示器等。示器等。顯示譯碼器fabcdegDPC OMdcDPefC OMbag按內(nèi)部連接方式不同，按內(nèi)部連接方式不同，七段數(shù)字顯示器分為七段數(shù)字顯示器分為共陽極共陽極和和共陰極共陰極兩種。兩種。COMCOMaabbccddeeffggDPDP七段顯示譯碼器七段顯示譯碼器74477447 是一種與是一種

17、與共陽極共陽極數(shù)字顯示器配合使用的數(shù)字顯示器配合使用的集成譯碼器。集成譯碼器。顯示譯碼器與共陽極顯示器的連接圖顯示譯碼器與共陽極顯示器的連接圖將BI/RBO和RBI配合使用，可以實現(xiàn)多位數(shù)顯示時的“無效0消隱”功能。具有無效0消隱功能的多位數(shù)碼顯示系統(tǒng)ARBO0A32agRBIA1AARBO0A32agRBIA1A1ARBOagARBOAA012A32agRBI3RBIAA10AARBO0A32agRBIA1A1ARBO0A32agA1ARBIRBOA AA1A23ag0RBI0A A1AagRBI02A3RBO0數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器 指指2m個輸入信號，根據(jù)個輸入信號，根據(jù)m個地址輸入，個地

18、址輸入，選擇一個輸入信號傳送到輸出端的器件。選擇一個輸入信號傳送到輸出端的器件。1DD0Yn位地址選擇信號D2-1數(shù)據(jù)選擇器示意圖圖4.3.1數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸出入n根據(jù)功能表，可寫出輸出邏輯表達式：根據(jù)功能表，可寫出輸出邏輯表達式：33221100301201101001DmDmDmDmDAADAADAADAAYD0D1D2D3集成數(shù)據(jù)選擇器集成數(shù)據(jù)選擇器集成數(shù)據(jù)選擇器74151（8選選1數(shù)據(jù)選擇器）數(shù)據(jù)選擇器）8選選1數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器74151的真值表的真值表S用兩片用兩片74151組成組成 “16選選1”數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器的擴展數(shù)據(jù)選擇器的擴展數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)分配器 根據(jù)根據(jù)m個

19、地址輸入，將個地址輸入，將1個輸入信號個輸入信號傳送到傳送到2m個輸出端中的某個輸出端中的某1個個Dn位地址選擇信號0D1D2Dn-1數(shù)據(jù)分配器示意圖圖4.2.7數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸出入1路路 - 4路數(shù)據(jù)分配器真值表路數(shù)據(jù)分配器真值表輸輸 入入輸輸 出出A1 A0Y3 Y2 Y1 Y00 00 11 01 10 0 0 D0 0 D 00 D 0 0D 0 0 0013012011010ADAYADAYAADYAADY用譯碼器設(shè)計一個用譯碼器設(shè)計一個“1線線-8線線”數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)分配器DYiAAAi0123.5 用中規(guī)模集成電路用中規(guī)模集成電路實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)實現(xiàn)組合邏輯函數(shù) 用集成數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)

20、組合邏輯函數(shù)用集成數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù) 用譯碼器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用譯碼器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù) 用加法器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用加法器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用集成數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用集成數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)步驟：步驟：1）根據(jù)需要實現(xiàn)的函數(shù)式，選用）根據(jù)需要實現(xiàn)的函數(shù)式，選用合適的合適的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)選擇器；選擇器；2）確定）確定地址輸入變量地址輸入變量，并據(jù)此將需要實現(xiàn)的，并據(jù)此將需要實現(xiàn)的函數(shù)式轉(zhuǎn)換成函數(shù)式轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的對應(yīng)的標準與或式；標準與或式；3）寫出）寫出數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端的邏輯表達式；的邏輯表達式；4）畫出邏輯圖；）畫出邏輯圖；例：實現(xiàn)邏輯函數(shù)例：實現(xiàn)邏輯函數(shù)F=AB +BC1) 根

21、據(jù)觀察得出這是一個三變量函數(shù)，根據(jù)觀察得出這是一個三變量函數(shù)，可用四選一的數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)，因而可選可用四選一的數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)，因而可選用用74LS153;2) 現(xiàn)選用現(xiàn)選用B，C變量與數(shù)據(jù)選擇器的地址變量與數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端輸入端A1,A0對應(yīng)對應(yīng);將函數(shù)式轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的標準與或式：將函數(shù)式轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的標準與或式： F=AB +BC =ABC + ABC + 1BCF=AB +BC =ABC + ABC + 1BC =Am0 + Am1 + 1m333221100301201101001DmDmDmDmDAADAADAADAAY3）寫出數(shù)據(jù)輸入端的邏輯表達式）寫出數(shù)據(jù)輸入端的邏輯表達式D0

22、= A D1 = AD2 = 0 D3 = 14) 畫出邏輯圖畫出邏輯圖思考思考 在設(shè)計步驟（在設(shè)計步驟（2)中地址輸入端是否可以選中地址輸入端是否可以選用用A、B或或A、C,如果可以對應(yīng)的標準與或如果可以對應(yīng)的標準與或式應(yīng)該是怎樣的？結(jié)果有什么不同嗎？式應(yīng)該是怎樣的？結(jié)果有什么不同嗎？ 選定選定B,C變量與數(shù)據(jù)選擇器輸入地址變量與數(shù)據(jù)選擇器輸入地址A1,A0對應(yīng)和選定對應(yīng)和選定C,B變量與數(shù)據(jù)選擇器輸入地址變量與數(shù)據(jù)選擇器輸入地址A1,A0對應(yīng)有沒有什么不同？對應(yīng)有沒有什么不同？用譯碼器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)用譯碼器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)適用于多輸出適用于多輸出步驟：步驟：1）根據(jù)需要實現(xiàn)的函數(shù)式，選用）根據(jù)需要實現(xiàn)的函數(shù)式，選用合適的合適的譯碼器；譯碼器；2）將函數(shù)變量與譯碼器輸入編碼）將函數(shù)變量與譯碼器輸入編碼一一對應(yīng)一一對應(yīng)；3）將函數(shù)寫成最小項表達式（采用）將函數(shù)寫成最小項表達式（采用最小項編號最小項編號形式）；形式）；4）寫成）寫成與非與非-與非與非式；式；5）畫邏輯圖；）畫邏輯圖；例：實現(xiàn)一位全加器例：實現(xiàn)一位全加器 根據(jù)題意，設(shè)根據(jù)題意，設(shè) A Ai i為被加數(shù)，為被加數(shù)，B Bi i為加數(shù)，為加數(shù)，C Ci-1i-1為低位來為低位來的進位位，的進位位，S S是本位和，是本位和，C C