第二十三講 門電路和組合邏輯電路

1、 第20章 門電路和組合邏輯電路加法器實(shí)現(xiàn)多位二進(jìn)制數(shù)相加的電路，稱為加法器。（一）四位串行加法器 根據(jù)進(jìn)位的方式不同，有串行加法器和超前進(jìn)位加法器。優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)速度慢。（二）四位超前進(jìn)位加法器實(shí)質(zhì)：將進(jìn)位用兩個(gè)加數(shù)的各位狀態(tài)直接表示出來(lái)。編碼器 把二進(jìn)制碼按一定規(guī)律編排，使每組代碼具有一特定的含義，稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。 n 位二進(jìn)制代碼有 2n 種組合，可以表示 2n 個(gè)信息。 要表示N個(gè)信息所需的二進(jìn)制代碼應(yīng)滿足 2n N（一）二進(jìn)制編碼器將輸入信號(hào)編成二進(jìn)制代碼的電路。2n個(gè)n位編碼器高低電平信號(hào)二進(jìn)制代碼將十進(jìn)制數(shù) 09 編成二進(jìn)制代碼的電路（二）二 十

2、進(jìn)制編碼器表示十進(jìn)制數(shù)4位10個(gè)編碼器高低電平信號(hào)二進(jìn)制代碼BCD碼 當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)同時(shí)輸入編碼電路，電路只能對(duì)其中一個(gè)優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)進(jìn)行編碼。 即允許幾個(gè)信號(hào)同時(shí)有效，但電路只對(duì)其中優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)進(jìn)行編碼，而對(duì)其它優(yōu)先級(jí)別低的信號(hào)不予理睬。（三）優(yōu)先編碼器設(shè)計(jì)編碼器的過(guò)程如下:1. 確定二進(jìn)制代碼的位數(shù)對(duì)于m個(gè)狀態(tài)進(jìn)行編碼，則 m 2n 。n為整數(shù)。2. 列編碼表將待編碼的狀態(tài)量用對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼進(jìn)行定義(這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是人為的)，并形成表格。一般采用的方案都應(yīng)是便于記憶的。3. 由編碼表寫出邏輯式寫出各輸出量對(duì)應(yīng)于輸入量的邏輯關(guān)系式。4. 由邏輯式畫出邏輯圖一般情況下都用“與非

3、”門構(gòu)成邏輯圖，故常將邏輯式轉(zhuǎn)化成“與非” -“與非”形式的邏輯式。譯碼器和數(shù)字顯示 譯碼是編碼的反過(guò)程，它是將代碼的組合譯成一個(gè)特定的輸出信號(hào)。（一）二進(jìn)制譯碼器8個(gè)3位譯碼器二進(jìn)制代碼高低電平信號(hào)譯碼過(guò)程大致如下：1、列出譯碼器的狀態(tài)表 2、由狀態(tài)表寫出邏輯表達(dá)式3、由邏輯式畫出邏輯圖CT74LS139型譯碼器(a) 外引線排列圖；(b) 邏輯圖(a)GND1Y31Y21Y11Y01A11A01S876543212Y22Y32Y11Y02A12A02S+UCC109161514131211CT74LS139(b)11111&Y0&Y1&Y2&Y3SA0A1雙 2/4 線譯碼器A0、A1是輸

4、入端Y0Y3是輸出端 S 是使能端一、74LS139型譯碼器二、集成74LS138譯碼器16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 874LS138三位二進(jìn)制代碼輸入端8個(gè)輸出端3個(gè)輸入使能端譯碼器才能處于譯碼狀態(tài)，否則譯碼器禁止譯碼。20.9.2 二-十進(jìn)制顯示譯碼器 在數(shù)字電路中，常常需要把運(yùn)算結(jié)果用十進(jìn)制 數(shù)顯示出來(lái)，這就要用顯示譯碼器。二 十進(jìn)制代碼譯碼器驅(qū)動(dòng)器顯示器gfedcba 1. 半導(dǎo)體數(shù)碼管 由七段發(fā)光二極管構(gòu)成例：共陰極接法a b c d e f g 0 1 1 0 0 0 01 1 0 1 1 0 1低電平時(shí)發(fā)光高電平時(shí)發(fā)光共陽(yáng)極接法abcgd

5、ef+dgfecbagfedcba共陰極接法abcdefg 2. 七段譯碼顯示器Q3 Q2Q1Q0agfedcb譯碼器二 十進(jìn)制代碼(共陰極)100101111117個(gè)4位七段顯示譯碼器狀態(tài)表（共陰極）gfedcbaQ3 Q2 Q1 Q0a b c d e f g 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 00 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 10 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 20 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 30 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 40 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 50 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 60 1 1

6、1 1 1 1 0 0 0 0 71 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 81 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 9輸 入輸 出顯示數(shù)碼控制端輸入端輸出端滅燈輸入端 試燈輸入端gfedcba滅0 輸入端A0A1A2A3=0000 LT=1 BI=1 RBI=0 ag：全1七段顯示譯碼器狀態(tài)表（共陽(yáng)極）A3 A2 A1 A0a b c d e f g 9 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 9輸 入輸 出顯示數(shù)碼功能、 十進(jìn)制數(shù)LT RBI BI8 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 87 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 76 1 1

7、 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 65 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 54 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 43 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 32 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 21 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 10 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0滅0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 滅0滅燈 0 1 1 1 1 1 1 1 全滅試燈 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8七段譯碼器和數(shù)碼管的連接圖BS204A0A1A2

8、A3 74LS247+5V來(lái)自計(jì)數(shù)器5107abcdefgRBIBI LTA11A22LT3BI4RBI5A36A07GND8911101213141516+UCC74LS247CT74LS247型譯碼器的外引線排列圖abcdefg1. 掌握基本門電路的邏輯功能、邏輯符號(hào)、真值表和邏輯表達(dá)式。了解 TTL門電路的特點(diǎn)。3. 會(huì)分析和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的組合邏輯電路。理解加法器、編碼器、譯碼器等常用組合邏輯 電路的工作原理和功能。本章要求：2. 會(huì)用邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算法則化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)。 第20章 門電路和組合邏輯電路 第21章 觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路第21章 觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路21.1 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器21.

9、2 寄存器21.3 計(jì)數(shù)器21.5 555定時(shí)器及其應(yīng)用本章要求1. 掌握 RS、JK、D 觸發(fā)器的邏輯功能及 不同結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)。2. 掌握寄存器、移位寄存器、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能，會(huì)分析時(shí)序邏輯 電路。3. 學(xué)會(huì)使用本章所介紹的各種集成電路。4. 了解集成定時(shí)器及由它組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 和多諧振蕩器的工作原理。第21章 觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路 電路的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而且與電路原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)輸入信號(hào)消失后，電路狀態(tài)仍維持不變。這種具有存貯記憶功能的電路稱為時(shí)序邏輯電路。時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)： 下面介紹雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它是構(gòu)成時(shí)序電路的基本邏輯單元。21

10、.1 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器21.1.2 主從JK 觸發(fā)器21.1.3 D 觸發(fā)器21.1.4 觸發(fā)器邏輯功能轉(zhuǎn)換21.1.1 RS 觸發(fā)器 本節(jié)重點(diǎn)： 掌握 RS、JK、D 觸發(fā)器的邏輯功能及不同結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)。21.1 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：1、有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)“0”態(tài)和“1”態(tài)；2、能根據(jù)輸入信號(hào)將觸發(fā)器置成“0”或“1”態(tài)；3、輸入信號(hào)消失后，被置成的“0”或“1”態(tài)能 保存下來(lái)，即具有記憶功能。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器： 是一種具有記憶功能的邏輯單元電路，它能儲(chǔ)存一位二進(jìn)制碼。21.1.1 RS 觸發(fā)器兩互補(bǔ)輸出端1. 基本 RS 觸發(fā)器兩輸入端&QQ.G1&.G2SDRD 正常情況下，兩輸出端的狀態(tài)保持

11、相反。通常以Q端的邏輯電平表示觸發(fā)器的狀態(tài)，即Q=1，Q=0時(shí)，稱為“1”態(tài)；反之為“0”態(tài)。反饋線 觸發(fā)器輸出與輸入的邏輯關(guān)系1001設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)。翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)(1) SD=1，RD = 01010QQ.G1&.&G2SDRD設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)1001110觸發(fā)器保持“0”態(tài)不變復(fù)位0 結(jié)論: 不論 觸發(fā)器原來(lái) 為何種狀態(tài)， 當(dāng) SD=1， RD=0時(shí)， 將使觸發(fā)器 置“0”或稱 為復(fù)位。QQ.G1&.&G2SDRD01設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)011100翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)(2) SD=0，RD = 1QQ.G1&.&G2SDRD設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)0110001觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變置位1 結(jié)論

12、: 不論 觸發(fā)器原來(lái) 為何種狀態(tài)， 當(dāng) SD=0， RD=1時(shí)， 將使觸發(fā)器 置“1”或稱 為置位。QQ.G1&.&G2SDRD11設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)010011保持為“0”態(tài)(3) SD=1，RD = 1QQ.G1&.&G2SDRD設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)1110001觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變1 當(dāng) SD=1， RD=1時(shí)， 觸發(fā)器保持 原來(lái)的狀態(tài)， 即觸發(fā)器具 有保持、記 憶功能。QQ.G1&.&G2SDRD110011111110若G1先翻轉(zhuǎn)，則觸發(fā)器為“0”態(tài)“1”態(tài)(4) SD=0，RD = 0 當(dāng)信號(hào)SD= RD = 0同時(shí)變?yōu)?時(shí)，由于與非門的翻轉(zhuǎn)時(shí)間不可能完全相同，觸發(fā)器狀態(tài)可能是“1”態(tài)

13、，也可能是“0”態(tài)，不能根據(jù)輸入信號(hào)確定。QQ.G1&.&G2SDRD10若先翻轉(zhuǎn)基本 RS 觸發(fā)器狀態(tài)表邏輯符號(hào)RD(Reset Direct)-直接置“0”端(復(fù)位端)SD(Set Direct)-直接置“1”端(置位端)QQSDRDSDRDQ1 0 0 置00 1 1 置11 1 不變 保持0 0 同時(shí)變 1后不確定功能低電平有效練習(xí)與思考1、說(shuō)明基本RS觸發(fā)器在置1或置0脈沖消失后，為什么觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。2、SD和RD兩個(gè)輸入端起什么作用？&QQ.G1&.G2SDRD考慮：置1脈沖消失：SD和RD同時(shí)為1，觸發(fā)器處于什么狀態(tài)？保持狀態(tài)2. 可控 RS 觸發(fā)器基本R-S觸發(fā)器導(dǎo)引電

14、路&G4SR&G3C.&G1&G2.SDRDQQ時(shí)鐘脈沖當(dāng)C=0時(shí)011 R，S 輸入狀態(tài) 不起作用。 觸發(fā)器狀態(tài)不變11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C SD，RD 用于預(yù)置觸發(fā)器的初始狀態(tài)， 工作過(guò)程中應(yīng)處于高電平，對(duì)電路工作狀態(tài)無(wú)影響。被封鎖被封鎖當(dāng) C = 1 時(shí)1打開觸發(fā)器狀態(tài)由R，S 輸入狀態(tài)決定。11打開觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻受C控制（C高電平時(shí)翻轉(zhuǎn)），而觸發(fā)器的狀態(tài)由R，S的狀態(tài)決定。.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C當(dāng) C = 1 時(shí)1打開(1) S=0, R=00011觸發(fā)器保持原態(tài)觸發(fā)器狀態(tài)由R，S 輸入狀態(tài)決定。11打開.&G1&G2.SDRDQQ&

15、G4SR&G3C1101010(2) S = 0, R= 1觸發(fā)器置“0”(3) S =1, R= 0觸發(fā)器置“1”11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C1110011110若先翻若先翻Q=1Q=011(4) S =1, R= 1當(dāng)時(shí)鐘由 1變 0 后 觸發(fā)器狀態(tài)不定11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C可控RS狀態(tài)表0 0 SR0 1 01 0 11 1 不定Qn+1QnQn時(shí)鐘到來(lái)前觸發(fā)器的狀態(tài)Qn+1時(shí)鐘到來(lái)后觸發(fā)器的狀態(tài)邏輯符號(hào)QQSR CSDRDC高電平時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定特性方程：QnQn+1=S+ RSR=0例：畫出可控 RS 觸發(fā)器的輸出波形RSC不

16、定不定可控 RS狀態(tài)表C高電平時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定QQ010 0 SR0 1 01 0 11 1 不定Qn+1Qn特性方程：QnQn+1=S+ RSR=0存在問(wèn)題：時(shí)鐘脈沖不能過(guò)寬，否則出現(xiàn)空翻現(xiàn)象，即在一個(gè)時(shí)鐘脈沖期間觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次以上。C克服辦法：采用 JK 觸發(fā)器或 D 觸發(fā)器0 0 SR 0 1 0 1 0 1 1 1 不定Qn+1QnSRQ21.1.2 主從JK觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)從觸發(fā)器主觸發(fā)器反饋線C C CF主JKRS CF從QQQSDRD1互補(bǔ)時(shí)鐘控制主、從觸發(fā)器不能同時(shí)翻轉(zhuǎn)2. 工作原理01F主打開F主狀態(tài)由J、K決定，接收信號(hào)并暫存。F從封鎖F從狀態(tài)保持不變。01CRS

17、 CF從QQQSDRD1 CF主JKC C0110狀態(tài)保持不變。從觸發(fā)器的狀態(tài)取決于主觸發(fā)器，并保持主、從狀態(tài)一致，因此稱之為主從觸發(fā)器。F從打開F主封鎖0RS CF從QQQSDRD1 CF主JKC C01C01010010C高電平時(shí)觸發(fā)器接收信號(hào)并暫存（即F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)保持不變）。要求C高電平期間J、K的狀態(tài)保持不變。C下降沿( )觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（ F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。C低電平時(shí),F主封鎖J、K不起作用CRS CF從QQQSDRD1 CF主JKC 01RS CF從QQQSDRD1 CF主JKC C010分析JK觸發(fā)器的邏輯功能(1)J=1, K=1 設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)翻

18、轉(zhuǎn)為“1”態(tài)110110101001狀態(tài)不變主從狀態(tài)一致狀態(tài)不變01RS CF從QQQSDRD1 CF主JKC C10設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)為“？”狀態(tài)J=1, K=1時(shí)，每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，即具有計(jì)數(shù)功能。(1)J=1, K=1010111001010101為“0”狀態(tài)01RS CF從QQQSDRD1 CF主JKC C010(2)J=0，K=1 設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)01100101011001設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)為“？”態(tài)01RS CF從QQQSDRD1 CF主JKC C010(2)J=0，K=1 設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)01010001010101

19、設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)為“？”態(tài)為“0 ”態(tài)01RS CF從QQQSDRD1 CF主JKC C010(3)J=1，K=0 設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)10011010100101設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)為“？”態(tài)01RS CF從QQQSDRD1 CF主JKC C010(3)J=1，K=0 設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)10100010101001設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)為“？”態(tài)為“1 ”態(tài)RS CF從QQQSDRD1 CF主JKC C010(4)J=0，K=0 設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)保持原態(tài)00010001保持原態(tài)保持原態(tài)RS CF從QQQSDRD1 CF主JKC C01001結(jié)論

20、：C高電平時(shí)F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)不變。C下降沿( )觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（ F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。3. JK觸發(fā)器的邏輯功能Qn10 0 1 1 1 0 0Qn0 0 0 1 01 0 1Qn+1QnSR 0 1C高電平時(shí)F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)不變。C下降沿( )觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（ F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。 J K Qn Qn+1 0 0 0 1 1 0 1 1 JK觸發(fā)器狀態(tài)表0 1 0 1 0 1 0 1 J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn JK觸發(fā)器狀態(tài)表(保持功能) (置“0”功能) (置“1”功能) (計(jì)數(shù)功能)C下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)SD 、 RD為直接置 1、置 0 端，不受時(shí)鐘控制，低電平有效，觸發(fā)器工作時(shí)SD 、 RD應(yīng)接高電平。邏輯符號(hào) CQJKSDRDQ特性方程：QnQn+1=J + KQn例：JK 觸發(fā)器工作波形CJKQ下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)特性方程：QnQn+1=J + KQn練習(xí)與思考特性方程：QnQn+1=J + KQn1、將JK觸發(fā)器的J和K端懸空，試分析其邏輯功能。Qn+1=Qn下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器！基本R-S觸發(fā)器導(dǎo)引電路&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD21.1.3 D 觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)反饋線&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD21