第五章中大規(guī)模組合邏輯構(gòu)件修改

第五章中大規(guī)模

集成組合邏輯構(gòu)件2

使用最廣泛的中規(guī)模組合邏輯集成電路有二進(jìn)制并行加法器、譯碼器、編碼器、多路選擇器和多路分配器等。一、定義

二進(jìn)制并行加法器：是一種能并行產(chǎn)生兩個二進(jìn)制數(shù)算術(shù)和的組合邏輯部件。

二進(jìn)制并行加法器

按其進(jìn)位方式的不同，可分為串行進(jìn)位二進(jìn)制并行加法器和超前進(jìn)位二進(jìn)制并行加法器兩種類型。

二、類型及典型產(chǎn)品

3

1．串行進(jìn)位二進(jìn)制并行加法器：由全加器級聯(lián)構(gòu)成，高位的進(jìn)位輸出依賴于低位的進(jìn)位輸入。典型芯片有四位二進(jìn)制并行加法器T692。

四位二進(jìn)制并行加法器T692的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。

FA3

FA2

FA1

F4

F3

F2

F1

C0

C1

C2

C3

FC4

B1

A1

B2

A2

B3

A3

B4

A4

T692的結(jié)構(gòu)框圖FA4

第七章

中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用4

串行進(jìn)位二進(jìn)制并行加法器的特點：

被加數(shù)和加數(shù)的各位能同時并行到達(dá)各位的輸入端，而各位全加器的進(jìn)位輸入則是按照由低位向高位逐級串行傳遞的，各進(jìn)位形成一個進(jìn)位鏈。由于每一位相加的和都與本位進(jìn)位輸入有關(guān)，所以，最高位必須等到各低位全部相加完成并送來進(jìn)位信號之后才能產(chǎn)生運算結(jié)果。顯然，這種加法器運算速度較慢，而且位數(shù)越多，速度就越低。如何提高加法器的運算速度?必須設(shè)法減小或去除由于進(jìn)位信號逐級傳送所花費的時間，使各位的進(jìn)位直接由加數(shù)和被加數(shù)來決定，而不需依賴低位進(jìn)位。根據(jù)這一思想設(shè)計的加法器稱為超前進(jìn)位(又稱先行進(jìn)位)二進(jìn)制并行加法器。5

四位二進(jìn)制并行加法器T693構(gòu)成思想如下：

2．超前進(jìn)位二進(jìn)制并行加法器：根據(jù)輸入信號同時形成各位向高位的進(jìn)位，然后同時產(chǎn)生各位的和。通常又稱為先行進(jìn)位二進(jìn)制并行加法器或者并行進(jìn)位二進(jìn)制并行加法器。典型芯片有四位二進(jìn)制并行加法器T693。

由全加器的結(jié)構(gòu)可知，第i位全加器的進(jìn)位輸出函數(shù)表達(dá)式為

6

當(dāng)i=1、2、3、4時，可得到4位并行加法器各位的進(jìn)位輸出函數(shù)表達(dá)式為：令（進(jìn)位傳遞函數(shù)）（進(jìn)位產(chǎn)生函數(shù)）則有第七章

中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用

由于C1～C4是Pi、Gi和C0的函數(shù)，即Ci=f(Pi,Gi,C0),而Pi、Gi又是

Ai、Bi的函數(shù)，所以，在提供輸入Ai、Bi和C0之后，可以同時產(chǎn)生C1～C4。通常將根據(jù)Pi、Gi和C0形成C1～C4的邏輯電路稱為先行進(jìn)位發(fā)生器。7

T692、T693芯片的管腳排列圖如右圖所示。

三、四位二進(jìn)制并加法器的外部特性和邏輯符號

1．外部特性

第七章

中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用圖中，A4、A3、A2、A1

-------二進(jìn)制被加數(shù)；

B4、B3、

B2、B1

-------二進(jìn)制加數(shù)；

F4、

F3、

F2、

F1

------相加產(chǎn)生的和數(shù)；

C0

--------------------來自低位的進(jìn)位輸入；

FC4

-------------------向高位的進(jìn)位輸出。

8

2．邏輯符號

四位二進(jìn)制并行加法器邏輯符號如下圖所示。

第七章

中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用9

二進(jìn)制并行加法器除實現(xiàn)二進(jìn)制加法運算外，還可實現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制減法運算、二進(jìn)制乘法運算、十進(jìn)制加法運算等功能。

例1

用4位二進(jìn)制并行加法器設(shè)計一個將8421碼轉(zhuǎn)換成余3碼的代碼轉(zhuǎn)換電路。

四、應(yīng)用舉例

解根據(jù)余3碼的定義可知，余3碼是由8421碼加3后形成的代碼。所以，用4位二進(jìn)制并行加法器實現(xiàn)8421碼到余3碼的轉(zhuǎn)換，只需從4位二進(jìn)制并行加法器的輸入端A4、A3、A2和A1輸入8421碼，而從輸入端B4、B3、B2和B1輸入二進(jìn)制數(shù)0011，進(jìn)位輸入端C0接上“0”，便可從輸出端F4、F3、F2和F1得到與輸入8421碼對應(yīng)的余3碼。

第七章

中規(guī)模通用集成電路及其應(yīng)用10

實現(xiàn)給定功能的邏輯電路圖如下圖所示。

集成電路的分類按功能分：數(shù)字電路、模擬電路兩大類數(shù)字電路：從門電路到微處理器、存儲器等多種按半導(dǎo)體制造工藝：雙極型(TTL,LTTL…)

MOS(PMOS,NMOS,CMOS…)

目前最常用的工藝:CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）按封裝（外形）分：雙列直插、表面封裝、BGA速度功耗集成度

TTL(晶體管晶體管邏輯）快大低

MOS（金屬氧化物半導(dǎo)體）慢小高兩大類工藝技術(shù)的特點：集成電路的發(fā)展“集成電路”(IC)是相對“分立原件”而言的，是所有以半導(dǎo)體工藝將電路集成到一塊芯片的器件總稱。半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展帶動了集成電路的更新?lián)Q代。

VLSI時代存儲器件制造工藝帶動了整個微處理器的更新?lián)Q代。

集成電路內(nèi)部的連線寬度是主要的指標(biāo):0.8m,0.35m,0.25m,0.18m,0.13m…….集成電路的發(fā)展小規(guī)模（SSI）1965年10個門電路以下中規(guī)模（MSI）1970年10－100個門/片大規(guī)模（LSI）1976年100－1000個門/片超大規(guī)模（VLSI）80年代初1000個門以上甚大規(guī)模（ULSI）每隔18個月集成度翻一翻實例1實例2可編程邏輯器件特點1.裝配密度增加，結(jié)構(gòu)簡化、體積縮小、重量減輕、功耗降低；2.電路數(shù)量大大減少，可靠性高；3.設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)比較容易，維修方便，而且成本低廉，應(yīng)用廣泛。注意：1.掌握集成電路的功能

2.通過學(xué)習(xí)常用集成電路，掌握認(rèn)識具體芯片的方法。常用集成電路5.1編碼器5.2譯碼器5.3數(shù)據(jù)選擇器5.4數(shù)值比較器5.5奇偶校驗器主要要求：

理解編碼的概念。

理解常用編碼器的類型、邏輯功能和使用方法。5.1

編碼器

一、編碼器的概念編碼將具有特定含義的信息編成相應(yīng)二進(jìn)制代碼的過程。實現(xiàn)編碼功能的電路編碼器(即Encoder)

被編信號二進(jìn)制代碼編碼器二、編碼器的分類輸出功能二進(jìn)制編碼器—輸入2n個信號，輸出n位代碼二～十進(jìn)制編碼器—10個信號輸入，BCD碼輸出一般編碼器—輸入信號有約束優(yōu)先編碼器—按優(yōu)先級別高低編碼代表0～9十個數(shù)字I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y23位二進(jìn)制編碼器用n位二進(jìn)制數(shù)碼對2n個輸入信號進(jìn)行編碼的電路。

二進(jìn)制編碼器由圖可寫出編碼器的輸出邏輯函數(shù)為由上式可列出真值表為原碼輸出Y0=I1·I3·I5·I7Y2=I4·I5·I6·I7Y1=I2·I3·I6·I7Y0=I1·I3·I5·I7I0省略不畫

8個需要編碼的輸入信號輸出

3

位

二進(jìn)制碼I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y21111000000001101000000101001000000010001000011000001000010000001001000000001000000000001Y0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0輸出輸入被編信號高電平有效。

8線

–3線編碼器二—十進(jìn)制編碼器框圖編碼器I0I1I2I9Y3

Y2

Y1

Y0

按鍵產(chǎn)生二進(jìn)制代碼(BCD)二—十進(jìn)制編碼器真值表二—十進(jìn)制編碼器函數(shù)式2、由表寫邏輯式,并化為最簡式。111111111111111或運算形式二—十進(jìn)制編碼器函數(shù)式與非式或運算形式I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2I8I9Y38421BCD碼編碼器二—十進(jìn)制編碼器電路圖將0~9十個十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼的電路。又稱十進(jìn)制編碼器。

I0省略不畫輸出

4位二進(jìn)制代碼I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2I8I9Y310線

–4線編碼器電話室有三種電話，按由高到低優(yōu)先級排序依次是火警電話，急救電話，工作電話，要求電話編碼依次為00、01、10。試設(shè)計電話編碼控制電路，要求用集成門電路實現(xiàn)。解：（1）根據(jù)題意知，同一時間電話室只能處理一部電 話，用A、B、C分別代表火警、急救、工作三種電話，電 話鈴響用1表示，鈴沒響用0表示。當(dāng)優(yōu)先級別高的信號有 效時，低級別的則不起作用，這時用×表示；用Y1、Y2表 示輸出編碼。（2）列真值表輸出輸入000001100001××01×001Y2

Y1A

B

C真值表（3）寫邏輯表達(dá)式（4）畫出邏輯電路圖&&11ABY2CY1為何要使用優(yōu)先編碼器？5.1.2優(yōu)先編碼器1111000000001101000000101001000000010001000011000001000010000001001000000001000000000001Y0Y1Y2I7I6I5I4I3I2I1I0輸出輸入允許同時輸入數(shù)個編碼信號，并只對其中優(yōu)先權(quán)最高的信號進(jìn)行編碼輸出的電路。普通編碼器在任何時刻只允許一個輸入端請求編碼，否則輸出發(fā)生混亂。CT74LS147I8I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2Y3I9二

-

十進(jìn)制優(yōu)先編碼器

CT74LS147

I9=1，I8=0時，不論I0~I7為0還是

1，電路只對I8進(jìn)行編碼，輸出反碼0111。反碼輸出被編信號輸入，(省略了I0)，低電平有效。0111111111110101111111110×00111111110××1101111110×××010111110××××10011110×××××0001110××××××111010×××××××01100××××××××1111111111111Y0Y1Y2Y3I9I8I7I6I5I4I3I2I1輸出輸入

I9=0時，不論其他Ii為0

還是1，電路只對I9進(jìn)行編碼，輸出Y3Y2Y1Y0=0110，為反碼，其原碼為1001。111010×××××××01100××××××××1111111111111無編碼請求Y3Y2Y1Y0=1111依次類推CT74LS147I8I1I2I3I4I5I6I7Y0Y1Y2Y3I9被編信號優(yōu)先級別從高到低依次為

I9、I8、I7、I6、I5、

I4、I3、I2、I1、I0。74LS148的符號圖和管腳圖IEGSOE三線-八線編碼器1.IE為使能輸入端，也為選用輸入端，(低電平有效)當(dāng)EI為高電平時，所有的輸入端均被封所在高電平；2.OE為使能輸出端(低電平有效)3.GS為優(yōu)先編碼工作標(biāo)志(低電平有效)4.該電路為反碼輸出1011111111E0X10XXXXXXX01111XXXXXXX1100000000GS111111110711111111101111111110110111110010111110X01001110XX0011110XXX001010XXXX00010XXXXX0000XXXXXX0A2A1A0

654321(A2,A1,A0用反碼編碼，Gs為編碼輸出，Eo為使能輸出,Ei為使能輸入)76543210用公式化簡：A＋AB＝A＋B(E0＝0，表示本片沒有編碼，多片相連時低位可以編碼)圖4.14所示為利用74LS148編碼器監(jiān)視8個化學(xué)罐液面的報警編碼電路。若8個化學(xué)罐中任何一個的液面超過預(yù)定高度時，其液面檢測傳感器便輸出一個0電平到編碼器的輸入端。編碼器輸出3位二進(jìn)制代碼到微控制器。此時，微控制器僅需要3根輸入線就可以監(jiān)視八個獨立的被測點。微控制器報警編碼電路★74LS1488-3線優(yōu)先編碼器

應(yīng)用1主要要求：

理解譯碼的概念。

掌握二進(jìn)制譯碼器CT74LS138的邏輯功能和使用方法。6.4

譯碼器

理解其他常用譯碼器的邏輯功能和使用方法。掌握用二進(jìn)制譯碼器實現(xiàn)組合邏輯電路的方法。一、譯碼的概念與類型

譯碼是編碼的逆過程。

將表示特定意義信息的二進(jìn)制代碼翻譯出來。實現(xiàn)譯碼功能的電路

譯碼器二進(jìn)制譯碼器二-十進(jìn)制譯碼器

數(shù)碼顯示譯碼器譯碼器(即Decoder)

二進(jìn)制代碼

與輸入代碼對應(yīng)的特定信息

譯碼器二、二進(jìn)制譯碼器將輸入二進(jìn)制代碼譯成相應(yīng)輸出信號的電路。n位

二進(jìn)制代碼

2n位

譯碼輸出二進(jìn)制譯碼器譯碼輸出100011010001001010000100Y3Y2Y1Y0A0A1譯碼輸入譯碼輸出高電平有效譯碼輸出011111101101110110111000Y3Y2Y1Y0A0A1譯碼輸入0000譯碼輸出低電平有效2-4線譯碼器電路與工作原理演示

(一

)3線－8線譯碼器CT74LS138簡介

CT74LS138A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7S3S2S1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7邏輯功能示意圖

(一)

3線－8線譯碼器CT74LS138簡介

3位二進(jìn)制碼輸入端8個譯碼輸出端低電平有效。使能端S1高電平有效，

S2、S3低電平有效，即當(dāng)S1=1，

S2=S3=0時譯碼，否則禁止譯碼。0111111111101101111110110111011111101011110111100101111101111100111111011010011111110110001111111100000111111111××××011111111×××1×Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0A0A1A2S2+S3S1輸出輸入CT74LS138

真值表允許譯碼器工作禁止譯碼

Y7~Y0由輸入二進(jìn)制碼A2、A1、A0的取值決定。011111111111111111010101010101010100010000000000輸出邏輯函數(shù)式Y(jié)0=A2A1A0=m0Y1=A2A1A0=m1Y2=A2A1A0=m2Y3=A2A1A0=m3Y4=A2A1A0=m4Y5=A2A1A0=m5Y6=A2A1A0=m6Y7=A2A1A0=m700001000Y0=A2A1A0=m0Y1=A2A1A0=m1二進(jìn)制譯碼器能譯出輸入變量的全部取值組合，故又稱變量譯碼器，也稱全譯碼器。其輸出端能提供輸入變量的全部最小項。

(二

)用二進(jìn)制譯碼器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)

(二)

用二進(jìn)制譯碼器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)由于二進(jìn)制譯碼器的輸出端能提供輸入變量的全部最小項，而任何組合邏輯函數(shù)都可以變換為最小項之和的標(biāo)準(zhǔn)式，因此用二進(jìn)制譯碼器和門電路可實現(xiàn)任何組合邏輯函數(shù)。當(dāng)譯碼器輸出低電平有效時，多選用與非門；譯碼器輸出高電平有效時，多選用或門。由于有A、B、C三個變量，故選用3線

-8線譯碼器。解：(1)

根據(jù)邏輯函數(shù)選擇譯碼器[例]試用譯碼器和門電路實現(xiàn)邏輯函數(shù)選用3線-8線譯碼器CT74LS138，并令A(yù)2=A，A1=B，A0=C。(2)

將函數(shù)式變換為標(biāo)準(zhǔn)與-

或式(3)根據(jù)譯碼器的輸出有效電平確定需用的門電路ABCYY1Y0Y3Y4Y2Y5Y6Y71S1S2S3A0A1A2CT74LS138(4)畫連線圖Y&CT74LS138輸出低電平有效，，i=0~7因此，將Y函數(shù)式變換為采用5輸入與非門，其輸入取自Y1、Y3、Y5、Y6和Y7。[例]試用譯碼器實現(xiàn)全加器。解：(1)分析設(shè)計要求，列出真值表設(shè)被加數(shù)為Ai

，加數(shù)為Bi

，低位進(jìn)位數(shù)為Ci-1。輸出本位和為Si

，向高位的進(jìn)位數(shù)為Ci

。列出全加器的真值表如下：1111110011101010100110110010100110000000CiSiCi-1BiAi輸出輸入(3)選擇譯碼器選用3線–8線譯碼器CT74LS138。并令A(yù)2=Ai，A1=Bi，A0=Ci-1。(2)根據(jù)真值表寫函數(shù)式Y(jié)1Y0Y3Y4Y2Y5Y6Y71S1S2S3AiSiCi-1A0A1A2CT74LS138CiBi(4)根據(jù)譯碼器的輸出有效電平確定需用的門電路(5)畫連線圖Ci&Si&CT74LS138輸出低電平有效，，i=0~7因此，將函數(shù)式變換為CT74LS138(1)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7S3S2S1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7CT74LS138(2)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7S3S2S1Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15A2A1A0EA31

(三)譯碼器的擴展

A3A2A1A0低位片高位片

(三)譯碼器的擴展

例如兩片CT74LS138

組成的4線–16

線譯碼器。16個譯碼輸出端

4位二進(jìn)制碼輸入端低3位碼從各譯碼器的碼輸入端輸入。A2A1A0A2A1A0A2A1A0S11S2A3S1S3S3S2E高位碼A3與高位片STA端和低位片STB端相連，因此，A3=0時低位片工作，A3=1時高位片工作。

STA不用，應(yīng)接有效電平1。作4線–16線譯碼器使能端，低電平有效。CT74LS138組成的4線–16線譯碼器工作原理

E=1時，兩個譯碼器都不工作，輸出Y0~Y15都為高電平1。(1)A3=0時，高位片不工作，低位片工作，譯出與輸入0000~0111分別對應(yīng)的8個輸出信號Y0~Y7。(2)A3=1時，低位片不工作，高位片工作，譯出與輸入1000~1111分別對應(yīng)的

8

個輸出信號

Y8~

Y15。

E=0時，允許譯碼。CT74LS138(1)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7S3S2S1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7CT74LS138(2)A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7S3S2S1Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15A2A1A0EA31A3A2A1A0低位片高位片A2A1A0A2A1A0A2A1A0S11S2A3S1S3S3S2E將BCD碼的十組代碼譯成0~9十個對應(yīng)輸出信號的電路，又稱4線–10線譯碼器。三、二－十進(jìn)制譯碼器

8421BCD碼輸入端，從高位到低位依次為A3、A2、A1和A0。

10個譯碼輸出端，低電平0有效。4線-10線譯碼器CT74LS42邏輯示意圖Y1Y0Y3Y4Y2Y5Y6Y7Y8Y9A0A1A2CT74LS42A3111111111111111111111111011111111111111011111111111100111111111111110111111111110101偽碼011111111110019101111111100018110111111111107111011111101106111101111110105111110111100104111111011111003111111101101002111111110110001111111111000000Y9Y8Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0A0A1A2A3輸出輸入十進(jìn)制數(shù)4線-10線譯碼器CT74LS42真值表00000010001001000111100110101000101100010000000000111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111101111011001111010101偽碼015.2.3數(shù)字顯示譯碼器

在數(shù)字系統(tǒng)中，常需要將運算結(jié)果用人們習(xí)慣的十進(jìn)制顯示出來，這就要用到顯示譯碼器。二-十進(jìn)制編碼顯示譯碼器顯示器件

分段式按顯示方式分點陣式

半導(dǎo)體顯示器熒光數(shù)碼管液晶顯示器

按發(fā)光物質(zhì)分分類液晶顯示器件(LCD)

LCD是一種平板薄型顯示器件，驅(qū)動電壓低，工作電流非常小，配合CMOS電路可以組成微功耗系統(tǒng)。半導(dǎo)體數(shù)碼管（LED）外形圖按內(nèi)部連接方式不同，七段數(shù)字顯示器分為

共陽極

和共陰極

兩種。小數(shù)點abcdefgabcde=0f=0g共陰極e=0f=0共陽極低有效高有效七段顯示譯碼器的設(shè)計顯示譯碼器abcdefgabcdefgA3A2A1A0R功能表

00010110000

00101101101

00001111110DCBAabcdefg09(8421)

00111111001

01000110011

01011011011

01101011111

10001111111

10011111011

01111110000abcdefg★A3~A0是字型譯碼器輸入的BCD地址代碼?！颵a

~Yg表示字型譯碼器的段位顯示代碼。并規(guī)定燈亮為“1”，不亮為“0”。所以輸出為高電平，可以驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管?！餆魷y試輸入端★消隱輸入端★滅“0”輸入端★滅“0”輸出端控制端：表示消隱輸入/滅0輸出端。十A3A2A1A0abcdefg顯示01100001111111011X00011011000021X00101110110131X00111111100141X01001011001151X01011101101161X01101001111171X01111111000081X10001111111191X100111110011101X101010001101111X101110011001121X110010100011131X110111001011141X111010001111151X111110000000XXXXXX00000000100000000000000XXXXX111111117448功能表：abcdefg

從功能表中看出：表中列出輸入BCD代碼的前十個狀態(tài)與Ya~Yb十個字型對應(yīng)關(guān)系外，還規(guī)定了輸入為1010~1111這六個狀態(tài)下的顯示字型。

燈測試輸入端主要用于檢查LED的好壞。

消隱輸入端（與滅“0”輸出端共用）

滅“0”輸入端，熄滅無意義的0

滅“0”輸出端與（滅“0”輸入端配合使用）0

時，輸出a~g全“1”七段全亮。1

時，正常譯碼。0

時，不管輸入何種狀態(tài)，輸出全01

時，正常譯碼。0

時，滅掉不要顯示的0，001→11

時，顯示0,不滅中間0。101→101A3~A0=0000當(dāng)：（功能表倒數(shù)第二行）表示本位應(yīng)顯示的0已經(jīng)滅掉。功能擴展應(yīng)用將滅0輸出