常用組合邏輯電路及應用

1、 典型數(shù)字控制系統(tǒng)實例典型數(shù)字控制系統(tǒng)實例 從本章開始，將介紹這些中、大規(guī)模集成組合從本章開始，將介紹這些中、大規(guī)模集成組合邏輯電路。常用的中、大規(guī)模集成組合邏輯電路有邏輯電路。常用的中、大規(guī)模集成組合邏輯電路有編碼器和譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器、數(shù)值編碼器和譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器、數(shù)值比較器、算術(shù)邏輯運算單元。對于這些常用的集成比較器、算術(shù)邏輯運算單元。對于這些常用的集成組合邏輯電路，著重分析它們的功能及基本的應用組合邏輯電路，著重分析它們的功能及基本的應用方法。在學習這些內(nèi)容的過程中，要以前面所學習方法。在學習這些內(nèi)容的過程中，要以前面所學習的真值表、邏輯代數(shù)、卡諾圖等作為工具

2、，進行邏的真值表、邏輯代數(shù)、卡諾圖等作為工具，進行邏輯電路的分析與設計。輯電路的分析與設計。 編編碼碼器器譯譯碼碼器器寄寄存存器器0123456789-+碼制轉(zhuǎn)換器碼制轉(zhuǎn)換器比比較較器器計數(shù)器計數(shù)器加加法法器器寄寄存存器器碼制轉(zhuǎn)換器碼制轉(zhuǎn)換器譯碼器譯碼器MUX藥片數(shù)傳感器閥門每瓶的藥片數(shù)總裝瓶藥片數(shù)量顯示新瓶到位計數(shù)器清零瓶內(nèi)實際藥片數(shù)（十進制）每瓶藥片的設定數(shù)（十進制）每瓶藥片的設定數(shù)（BCD編碼數(shù)）設定鍵盤遠程控制臺瓶內(nèi)實際藥片數(shù)（十進制）比較相等信號 3.3.1 產(chǎn)生競爭冒險的原因產(chǎn)生競爭冒險的原因 3.3.2 消去競爭冒險的方法消去競爭冒險的方法 組合邏輯電路定義：組合邏輯電路定義：

3、在任何時刻，輸出狀態(tài)只決定于同一時刻各輸入狀態(tài)的組合，而與先前狀態(tài)無關(guān)的邏輯電路稱為組合邏輯電路。 組合邏輯電路A0A1：An-1Y0Y1：Ym-1Y輸出A輸入Y0=F0(A0,A1, ,An-1)Y0=F0(A0,A1, ,An-1) Ym-1=Fm-1(A0,A1, ,An-1) 組合邏輯電路特點：組合邏輯電路特點： （1）輸出、輸入之間沒有反饋延遲通路； （2）電路中不含記憶單元。 組合電路邏輯功能表示：組合電路邏輯功能表示： 組合電路是邏輯函數(shù)的電路實現(xiàn)，所以表示邏輯函數(shù)的幾種方法真值表、卡諾圖、邏輯表達式及時序圖均可表示組合電路的邏輯功能 組合邏輯電路的分類：組合邏輯電路的分類： 按

4、照功能特點可分為：編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、分配器、比較器、加法器等。 電路分析的目的電路分析的目的 目的是為了確定已知電路的邏輯功能，所以分析的結(jié)論是指出電路所實現(xiàn)的邏輯功能。 電路分析的步驟電路分析的步驟 （1）由邏輯圖寫出各輸出端的邏輯表達式； （2）化簡和變換各邏輯表達式； （3）列出真值表； （4）根據(jù)真值表和邏輯表達式對邏輯電路進行分析，最后確定其功能。 實例實例 例：試分析如圖所示電路的邏輯功能。圖中輸入信號A、B、C、D是一組四位二進制代碼&ABCDWXY 解 （1）寫出邏輯表達式： （2）進行化簡：WAAB ABBXWWC WCCYX XD XDD+()()WAAB ABB

5、ABABABXWC WCABCAB CABCYXDXDABCDABC DABCD （3）列真值表： （4）功能說明： 由真值表可知，此電路實現(xiàn)的邏輯功能是檢奇電路。ABCDY00000000110010100110010010101001100011111000110010101001011111000110111110111110 電路設計的目的電路設計的目的 組合邏輯電路設計的目的是根據(jù)邏輯功能設計出實現(xiàn)該功能的電路。 電路設計的步驟電路設計的步驟 （1）根據(jù)對電路邏輯功能的要求，列出真值表； （2）由其值表寫出邏輯表達式； （3）簡化和變換邏輯表達式，從而畫出邏輯圖。 注意點注意點 組合

6、邏輯電路的設計，通常以電路簡單，所用器件的數(shù)目和種類最少為目標 實例實例 例：試設計將十進制的四位二進制碼（8421）BCD轉(zhuǎn)換成典型格雷碼 解： （1）分析題意，確定輸入變量與輸出變量的數(shù)目 321032108421BCDB B B BG G GG格雷碼（2）列真值表輸入變量輸出變量B3B2B1B0G3G2G1G0000000000001000100100011001100100100011001010111011001010111010010001100100111011010XXX1011XXXX1100XXXX1101XXXX1110XXXX1111XXXX （3）根據(jù)真值表，填寫輸出

7、函數(shù)卡諾圖B3B20001111000010101010111X1001100011110000011011100111000B1B0G1卡諾圖B3B2B1B0G0卡諾圖G0G1 （3）根據(jù)真值表，填寫輸出函數(shù)卡諾圖0001111000000001111111101100011110000000010000111011B3B2B1B0G3卡諾圖B3B2B1B0G2卡諾圖G2G3（4）化簡并寫出邏輯代數(shù)式（5）、由邏輯代數(shù)式畫出邏輯圖 0101010121212123232323233GB BB BBBGB BB BBBGB BB BBBBBGB11B0B1G01B2G2G1B3G3 邏輯代數(shù)是

8、分析和設計邏輯電路的工具 組合邏輯電路的輸出狀態(tài)只決定于同一時刻的輸入狀態(tài)。 組合邏輯電路的分析目的是為了確定已知電路的邏輯功能，步驟：寫出各輸出端的邏輯表達式、化簡和變換各邏輯表達式、列出真值表、確定功能。 應用邏輯門電路設計組合邏輯電路的步驟是：列出真值表、寫出邏輯表達式、化簡和變換、畫出邏輯圖小結(jié)： 競爭冒險的現(xiàn)象競爭冒險的現(xiàn)象 由于邏輯門輸出的延遲，當一個邏輯門的幾個輸入端經(jīng)不同的路徑輸入信號時，會產(chǎn)生錯誤的邏輯輸出信號，這種現(xiàn)象稱為競爭冒險。 產(chǎn)生競爭冒險的原因產(chǎn)生競爭冒險的原因 當電路中存在由反相器產(chǎn)生的互補信號，且在互補信號的狀態(tài)發(fā)生變化時，由于反相器的輸出延時，可能出現(xiàn)冒險現(xiàn)象

9、。 實例實例 發(fā)現(xiàn)并消掉互補變量發(fā)現(xiàn)并消掉互補變量 例如例如 增加乘積項增加乘積項 輸出端并聯(lián)電容器輸出端并聯(lián)電容器 )(CABAFAAFCB時，在0FACCBAB 1 1、編碼器的定義與功能、編碼器的定義與功能 2 2、集成電路編碼器、集成電路編碼器 1 1、譯碼器的定義及功能、譯碼器的定義及功能 2 2、集成電路譯碼器、集成電路譯碼器 3 3、數(shù)據(jù)分配器、數(shù)據(jù)分配器 1 1、數(shù)據(jù)選擇器的定義及功能、數(shù)據(jù)選擇器的定義及功能 2 2、集成電路數(shù)據(jù)選擇器、集成電路數(shù)據(jù)選擇器 1 1、數(shù)值比較器的定義及功能、數(shù)值比較器的定義及功能 2 2、集成數(shù)值比較器、集成數(shù)值比較器 1 1、半加器和全加器、半

10、加器和全加器 2 2、多位數(shù)加法器、多位數(shù)加法器 3 3、集成加法器及應用、集成加法器及應用 常用的中規(guī)模組合邏輯器件包括編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)比較器、加法器等。它們可通過輸入、輸出使能端擴展為更復雜的邏輯系統(tǒng)。 應用組合邏輯器件進行組合邏輯電路設計時，可用第三章的組合邏輯電路設計步驟。 編碼器的定義編碼器的定義 將某一位有效的輸入信息變換為以二進制按一定的規(guī)律編排的代碼（多位輸出信息），使每組代碼都對應一位有效輸入信息，這種功能稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。 二進制編碼位數(shù)n與輸入信息個數(shù)m有如下關(guān)系：m2n 4 4線線-2-2線編碼器線編碼器 四位輸入信息，二位編碼

11、輸出信息。輸入輸出I0I1I3I4Y1Y0100000010001001010000111321032100321032101IIIIIIIIYIIIIIIIIY 優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器 在兩個或更多個同時輸入時，編碼器能夠根據(jù)規(guī)定好的先后次序，即優(yōu)先級別，只對優(yōu)先級別高的輸入進行編碼，具有上述功能的邏輯部件稱為優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器。 4 4線線-2-2線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器 四位輸入信息，二位編碼輸出信息。 鍵盤輸入鍵盤輸入8421BCD8421BCD碼編碼器碼編碼器 功能表功能表 輸入輸出I0I1I2I3Y1Y0100000 x10001xx1010 xxx1113213321032332

12、1IIIIIIIYIIIIIY 8 8線線-3-3線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器7414874148 （CD4532CD4532） 功能表功能表 邏輯圖及化簡可得各輸出的表達式： 輸入使能端輸入使能端只有其輸入有效信號時，該器件才處于工作狀態(tài)，器件才具有其邏輯功能。 輸出使能端輸出使能端當其輸出有效信號時，指示該器件正處于工作狀態(tài)，器件具有其邏輯功能。 8 8線線-3-3線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器7414874148的應用的應用 765643642176543542765476543210012IEIIIEIIIIEIIIIIEIAIEIIEIIIIEIIIIEIAIEIIEIIEIIEIAEOEIG

13、SIIIIIIIIEIEO 譯碼器的定義及功能譯碼器的定義及功能 譯碼的功能譯碼的功能是將具有特定含義的二進制碼（多位輸入信號）進行辨別，并轉(zhuǎn)換成一位的有效的輸出信號（地址譯碼）或轉(zhuǎn)換成另一種二進制編碼（代碼轉(zhuǎn)換）。具有譯碼功能的邏輯電路稱為譯碼器譯碼器。 n位的二進制碼和m個輸出信號之間有如下關(guān)系：m=2n 2 2線線4 4線譯碼器線譯碼器 功能表功能表 二位二進制碼輸入，四個輸出控制信號，其邏輯表達式為：ABEIYBAEIYBAEIYBAEIY3210 7413874138集成譯碼器集成譯碼器 功能表功能表 三位輸入二進制碼，八個輸出信號其邏輯表達式為：ABCGGGYABCGGGYABCG

14、GGYABCGGGYABCGGGYABCGGGYABCGGGYABCGGGYBABABABABABABABA22172216221522142213221222112210 7413874138集成譯碼器應用集成譯碼器應用 1. 用譯碼器實現(xiàn)邏輯函數(shù)例：用3-8譯碼器實現(xiàn)邏輯函數(shù)解：1）將使能端接成有效，使譯碼器工作有效，即G1接5V，G2A、G2B接地。 2）將輸入變量X、Y、Z分別接到譯碼器的輸入C、B、A端，則： XYZZYXZYXZYXF7420YYYYCBAABCABCABCXYZZYXZYXZYXXYZZYXZYXZYXF 7413874138集成譯碼器應用集成譯碼器應用 2.功能

15、擴展 例：用3-8譯碼器擴展為4-16譯碼器，其中4-16譯碼器的輸入變量為D0、D1、D2、D3；輸出變量為Z0、Z1、Z14、Z15G1G2/D3D2/CD1/BD0/AZ15Z14Z8Z7Z6Z1Z01000011111101000111111011101111110111G2G1/D3D2/CD1/BD0/AZ15Z14Z8Z7Z6Z1Z00100011011110011101011111011110111111 7413874138集成譯碼器應用集成譯碼器應用 2.功能擴展G1G2AG2BG1G2AG2BA B CA B C 74427442二十進制譯碼器二十進制譯碼器 二十進制譯碼

16、器是碼制變換譯碼器，它是將輸入BCD碼的10個代碼譯成10個高低電平輸出信號。 七段顯示譯碼器七段顯示譯碼器 1）七段式數(shù)字顯示器（數(shù)碼管） 2）七段顯示譯碼驅(qū)動電路 3）7448集成七段顯示譯碼器 （74HC4511） 能將十進制的8421BCD碼轉(zhuǎn)換成點亮分段式數(shù)字顯示器顯示碼，所以該譯碼器是代碼轉(zhuǎn)換器。 七段顯示譯碼驅(qū)動電路七段顯示譯碼驅(qū)動電路 1)邏輯抽象邏輯抽象即確定邏輯輸入輸出變量 輸入A3、A2、A1、A0組成8421BCD碼 輸出Ya、Yb、Yc、Yd、Ye、Yf、Yg組成驅(qū)動數(shù)碼管信號，若采用共陽極數(shù)碼管，則Yayg應為低電平有效 2）建立真值表建立真值表 3）畫卡諾圖畫卡諾

17、圖 4）寫出邏輯表達式寫出邏輯表達式 5）畫出邏輯圖畫出邏輯圖 BCD七端譯碼顯示邏輯電路 數(shù)據(jù)分配器定義數(shù)據(jù)分配器定義 數(shù)據(jù)分配是將一個源數(shù)據(jù)根據(jù)需要送到多個不同的通道上去，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分配功能的邏輯電路稱為數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)分配器。 數(shù)據(jù)分配器實現(xiàn)數(shù)據(jù)分配器實現(xiàn) 數(shù)據(jù)分配器可以用唯一地址譯碼器實現(xiàn)。如用74138譯碼器實現(xiàn) 數(shù)據(jù)分配器實現(xiàn)數(shù)據(jù)分配器實現(xiàn)例如，當G1=1，G2B=0，CBA=010時： 同理，當G1=1，G2B=0，CBA=100時： 所以：G2A=1，則Y2=1或Y4=1；G2A=0，則Y2=0或Y4=0 譯碼器作為數(shù)據(jù)分配器的功能表功能表 ABAGABCGGGY22212)(AB

18、AGABCGGGY22214)( 數(shù)據(jù)選擇定義數(shù)據(jù)選擇定義 數(shù)據(jù)選擇是指經(jīng)過選擇，把多個通道的數(shù)據(jù)傳送到唯一的公共數(shù)據(jù)通道上去。實現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能的邏輯電路稱為數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器。多路輸入，一路輸出。是數(shù)據(jù)分配器逆過程。 4 4選選1 1數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器 功能表功能表 輸出端邏輯表達式為： 3210BADGDABGADBGDABGYGDmii)( 74LS15174LS151集成電路數(shù)據(jù)選擇器集成電路數(shù)據(jù)選擇器 功能表功能表 多位數(shù)據(jù)輸出選擇可用一位選擇器并聯(lián)并聯(lián)組成，大于八位數(shù)據(jù)輸入選擇可用一位選擇器串聯(lián)串聯(lián)組成。 數(shù)據(jù)選擇器的應用數(shù)據(jù)選擇器的應用 1 1）邏輯函數(shù)產(chǎn)生器邏輯函數(shù)產(chǎn)生器

19、例：例： 2 2）實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換 721070CBADGDABCGADBCGDABCGDmYiii77665533DmDmDmDmXYZZXYZYXYZXXYZYXYZXL2位八選一數(shù)據(jù)選擇器的連接方法用兩片8選1數(shù)據(jù)選擇器擴展為16選一數(shù)據(jù)選擇器的邏輯圖 數(shù)值比較器的定義數(shù)值比較器的定義 數(shù)值比較器就是對兩數(shù)A、B進行比較，以判斷其大小的邏輯電路。比較結(jié)果有AB、AB以及AB三種情況。 一位數(shù)值比較器一位數(shù)值比較器 真值表真值表 由比較器的定義 推出比較器的輸出邏輯式： 兩位數(shù)值比較器兩位數(shù)值比較器 真值表真值表 同理可得兩位比 較器的輸出邏輯式：A

20、BBAFBAFBAFBABABA0011001111001111BABABABABABABABABABABAFFFFFFFFFFF 集成數(shù)值比較器集成數(shù)值比較器74LS8574LS85 74LS85是4位數(shù)值比較器，與兩位數(shù)值比較器相同從高位逐位比較得到結(jié)果。并帶有擴展輸入輸出使能位。功能表功能表 邏輯表達式邏輯表達式 集成數(shù)值比較器位數(shù)擴展集成數(shù)值比較器位數(shù)擴展 將四位數(shù)值比較器擴展為八位數(shù)值比較器。 74LS85的邏輯圖和引腳圖邏輯圖引腳圖 半加器半加器 半加器是完成一位二進制數(shù)相加，并且不考慮低位的進位，由真值表可得其輸出邏輯表達式： 全加器全加器 全加器能進行一位加數(shù)、被加數(shù)和低位來的進位信號相加，并根據(jù)求和結(jié)果給出該位的進位信號，由真值表真值表和卡諾卡諾圖圖化簡后可得其邏輯表達式： ABABCBABAABBABAS1111111)(1iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiCBABACACBBACCiBiAiCBACBACBACBAS 串行進多位加法器串行進多位加法器 若有多位數(shù)相加，則可采用并行相加串行進位的方式來完成。 超前進位集成超前進位集成4 4位加法器位加法器74LS28374LS283 將上一節(jié)中的和表達式和進位表達式中的A Ai iB Bi i和A Ai i B Bi i定義為G Gi i和P Pi i ，則表達式可寫