第14章 組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路

《電工電子技術(shù)與技能》第三版電子教案PAGEPAGE21課題14.1組合邏輯電路概述14.2編碼器課型新課授課班級(jí)授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.了解組合邏輯電路的種類，理解組合邏輯電路的讀圖方法和步驟。2.了解編碼器的基本功能及典型集成電路各引腳功能。3.能根據(jù)集成電路邏輯功能表，正確使用編碼器。教學(xué)重點(diǎn)1.了解組合邏輯電路的種類，理解組合邏輯電路的讀圖方法和步驟。2.了解編碼器的基本功能及典型集成電路各引腳功能。教學(xué)難點(diǎn)1.了解組合邏輯電路的種類，理解組合邏輯電路的讀圖方法和步驟。2.了解編碼器的基本功能及典型集成電路各引腳功能。教學(xué)方法讀書指導(dǎo)法、分析法、演示法、練習(xí)法。學(xué)情分析教后記A.話題引入新課新課數(shù)字邏輯電路是由基本邏輯門按照所實(shí)現(xiàn)的邏輯功能需要而拼裝組合成的，根據(jù)數(shù)字電路邏輯功能的不同特點(diǎn)，可以將數(shù)字電路分成兩大類,一類稱為組合邏輯電路（簡稱組合電路），另一類稱為時(shí)序邏輯電路（簡稱時(shí)序電路）。

B.新授課14.1組合邏輯電路概述1.組合邏輯電路的特點(diǎn)組合邏輯電路在邏輯功能上的共同特點(diǎn)是：任意時(shí)刻的輸出僅取決于該時(shí)刻的輸入，而與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。也就是說，組合邏輯電路不具記憶功能，輸出與輸入信號(hào)作用前的電路狀態(tài)無關(guān)。常見的組合邏輯電路有編碼器和譯碼器。2.組合邏輯電路的分析就是通過分析給定的邏輯電路圖，找出電路的邏輯功能來，即求出邏輯函數(shù)式和真值表。分析步驟一般為：根據(jù)邏輯電路，從輸入到輸出逐級(jí)推出輸出邏輯函數(shù)式。化簡邏輯函數(shù)式，使邏輯關(guān)系簡單明了。根據(jù)化簡后的邏輯函數(shù)式寫出真值表，分析電路的邏輯功能。例15-1試分析圖14-1所示邏輯電路的邏輯功能。圖1圖14-1例14-1邏輯電路解：1.根據(jù)邏輯電路圖逐級(jí)寫出電路邏輯函數(shù)式，2.化簡3.表14-1例1表14-1例14-1真值表通過分析真值表可以看出，該電路的邏輯功能是：當(dāng)輸入A、B、C取不同值時(shí)，輸出為0；當(dāng)輸入A、B、C取相同值時(shí)，輸出為1。所以，該電路是一個(gè)三變量的“一致判別電路”。14.2.174LS148優(yōu)先編碼器電路結(jié)構(gòu)74LS148優(yōu)先編碼器外形及引腳如圖14-4所示，圖中～是編碼器的8個(gè)輸入端，、、為三位編碼輸出端，、、為附加控制端，VCC為電源正極，GND為電源負(fù)極。（a）外形（b）引腳圖（a）外形（b）引腳圖圖14-474LS148優(yōu)先編碼器15.2.274LS148優(yōu)先編碼器邏輯功能74LS148優(yōu)先編碼器邏輯功能表見表14-2，如表所示：【～】編碼器的8個(gè)輸入端，均為低電平有效，下標(biāo)號(hào)碼越大優(yōu)先級(jí)越高。即，如果=0，不論其他輸入端是否為低電平（表中用×表示），輸出、、只對(duì)編碼，即=000，其他依此類推。【～】三位編碼輸出端，輸出為對(duì)應(yīng)的反碼，例如當(dāng)對(duì)=0編碼時(shí)，輸出=001，正好是110的反碼?！尽繛檫x通輸入端，低電平有效，當(dāng)=0時(shí)，編碼器正常工作，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行編碼；當(dāng)=1時(shí)，編碼器被封鎖，所有輸出端為高電平?！尽繛檫x通輸出端，只有當(dāng)所有的編碼輸入端都是高電平（即沒有編碼輸入），且=0的情況下，才為低電平，即=0；其它情況均為高電平。因此，輸出低電平信號(hào)表示‘電路工作，但無編碼輸入’。表14-274LS148優(yōu)先編碼器邏輯功能表【】為擴(kuò)展輸出端，只要任何一個(gè)編碼輸入端有低電平信號(hào)輸入，且=0，就為低電平，即=0。因此，輸出低電平信號(hào)，表示‘電路工作，而且有編碼輸入’。表14-274LS148優(yōu)先編碼器邏輯功能表【提示】在數(shù)字電路中，一位二進(jìn)制數(shù)只有0、1兩個(gè)狀態(tài)，可表示兩種特定含義；兩位二進(jìn)制數(shù)有00、01、10、11四種狀態(tài)，可表示四種特定含義；N位二進(jìn)制數(shù)有2N個(gè)狀態(tài)，可以表示2N個(gè)特定含義?！鞠胍幌搿恳粋€(gè)班級(jí)有48名同學(xué)，若用二進(jìn)制對(duì)每個(gè)學(xué)生編碼，至少需要多少位二進(jìn)制數(shù)碼。練習(xí)圖1圖14-2試分析圖14-2所示電路邏輯功能。布置作業(yè)思考與練習(xí)14-114-2、14-4、14-9

課題14.3譯碼器課型新課授課班級(jí)授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.了解譯碼器的基本功能及典型集成電路各引腳功能。2.了解半導(dǎo)體數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。3.了解典型集成譯碼顯示器的引腳功能。4.能根據(jù)集成電路邏輯功能表，正確使用譯碼器。教學(xué)重點(diǎn)1.理解變壓器的工作原理及變流比、變壓比的概念2.能使用兆歐表測試變壓器繞組間及繞組對(duì)鐵心的絕緣電阻教學(xué)難點(diǎn)1.了解譯碼器的基本功能及典型集成電路各引腳功能。2.了解半導(dǎo)體數(shù)碼管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。3.了解典型集成譯碼顯示器的引腳功能。教學(xué)方法1.了解譯碼器的基本功能及典型集成電路各引腳功能。2.了解典型集成譯碼顯示器的引腳功能。學(xué)情分析教后記新課A．上節(jié)內(nèi)容回顧新課表14-5萬年歷B．本節(jié)表14-5萬年歷生活中我們經(jīng)?？吹饺鐖D14-5所示的萬年歷，你知道他是怎么顯示時(shí)間和日期的嗎？其實(shí)是譯碼器將萬年歷內(nèi)部芯片產(chǎn)生的二進(jìn)制時(shí)間、日期代碼，轉(zhuǎn)換成了適合數(shù)碼管顯示的高、低電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管發(fā)光，顯示時(shí)間和日期的。譯碼是編碼的逆過程，相當(dāng)于對(duì)編碼內(nèi)容的“翻譯”，能實(shí)現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。在數(shù)字電路中譯碼器的邏輯功能是將每個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出高、低電平信號(hào)或另外一個(gè)代碼。常用的譯碼器有二進(jìn)制譯碼器和顯示譯碼器。C．新授課14.3.1二進(jìn)制譯碼器二進(jìn)制譯碼器的輸入是一組二進(jìn)制代碼，輸出是一組與輸入代碼一一對(duì)應(yīng)的高、低電平信號(hào)。下面以3線—8線譯碼器74LS138為例介紹譯碼器邏輯功能?！倦娐方Y(jié)構(gòu)】74LS138譯碼器的外形和引腳如圖14-6所示。它是一個(gè)三位二進(jìn)制譯碼器，具有三個(gè)輸入端C、B、A，八個(gè)輸出端～，三個(gè)附加控制端G1、、。只有當(dāng)G1=1，且+=0時(shí)，譯碼器處于工作狀態(tài)，否則，譯碼器被封鎖，所有的輸出端都為高電平；同時(shí)利用G1、、片選的作用，可以將多片74LS138連接起來，擴(kuò)展譯碼器功能。（a）外形（b）引腳圖（a）外形（b）引腳圖圖14-674LS138優(yōu)先編碼器【邏輯功能】表14-3所示為74LS138譯碼器的邏輯功能表，如表所示：表1表14-374LS138邏輯功能如表14.3.2顯示譯碼器1．顯示器件如圖14-7b所示，七段數(shù)碼管是由abcdefg七段可發(fā)光的線段拼合構(gòu)成，每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，因而也將它稱為LED數(shù)碼管或LED七段顯示器。根據(jù)需要，通過控制各段的亮或滅，就可以顯示不同的字符或數(shù)字，如圖15-7c所示。圖圖14-7七段數(shù)碼管根據(jù)發(fā)光二極管在數(shù)碼管內(nèi)部的連接形式不同，七段數(shù)碼管可分為共陰極和共陽極兩種.如圖14-8a所示,將發(fā)光二極管的陰極連在一起連接到電源負(fù)極，而各段發(fā)光二極管的正極通過引腳引出的，稱為共陽極數(shù)碼管，此時(shí)陽極接高電平的二極管發(fā)光，若顯示數(shù)字“5”，a、c、d、f、g端接高電平，b、端接低電平；如圖14-8b所示，將發(fā)光二極管的陽極連在一起連接到電源正極，而各段發(fā)光二極管的負(fù)極通過引腳引出的，的稱為共陰極數(shù)碼管，此時(shí)陰極接低電平的二極管發(fā)光；，若顯示數(shù)字“5”，a、c、d、f、g端接低電平，b、端接高電平?！鞠胍幌搿可钪卸加心男┑胤接玫搅藬?shù)碼管，除了數(shù)碼管外你還見過哪些顯示器件圖1圖14-8七段數(shù)碼管共陰、共陽極電路接法2．七段顯示譯碼器【電路結(jié)構(gòu)】七段顯示譯碼器74LS48的外形與引腳如圖14-9所示，圖中DCBA為譯碼器輸入端，abcdefg為譯碼器輸出端，為測試端，為滅燈輸入/動(dòng)態(tài)滅燈輸出端，為動(dòng)態(tài)滅零輸入端。（a）外形（b）引腳圖（a）外形（b）引腳圖圖14-974LS48優(yōu)先編碼器【邏輯功能】表14-4所示為七段顯示譯碼器74LS48的邏輯功能表，如表所示：a.譯碼器輸入端D、C、B、A：輸入預(yù)顯示十進(jìn)制數(shù)字的8421BCD碼。譯碼器輸出端a～g：輸出高低電平，控制數(shù)碼管各段的亮和滅，顯示出輸入8421BCD碼相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字。b.測試端：當(dāng)=0，且=1時(shí)，無論輸入任何數(shù)據(jù)，輸出端a～g全部為1，數(shù)碼管的七段全亮，顯示“日”字，可以用來檢查數(shù)碼管的各段能否正常發(fā)光，平時(shí)應(yīng)置為高電平。c.滅零輸入端，當(dāng)=0、=1，且輸入DCBA為0000時(shí)，輸出端a～g全部為0，數(shù)碼管不顯示任何數(shù)字，而當(dāng)輸入其它數(shù)碼時(shí)，數(shù)碼管照常顯示，實(shí)現(xiàn)滅零作用，因此的作用是把不希望顯示的零熄滅。d.滅燈輸入/滅零輸出端：這是一個(gè)雙功能的輸入/輸出端，當(dāng)作為輸入端使用時(shí)，稱滅燈輸入控制端，只要=0，無論輸入DCBA為什么狀態(tài)，數(shù)碼管各段同時(shí)熄滅，不顯示任何數(shù)字。當(dāng)作為輸出端使用時(shí)，稱為滅零輸出端，若=0、=1，且輸入DCBA為0000時(shí)，輸出0，因此=0表示譯碼器已將本來應(yīng)該顯示的零熄滅了。表1表14-474LS48邏輯功能表練習(xí)布置作業(yè)1.找找自己周圍能見到的各種變壓器，觀察并記錄，了解它們的外形、使用場合及作用。2.思考與練習(xí)14-7、14-8課題14.4觸發(fā)器課型新課授課班級(jí)授課時(shí)數(shù)1教學(xué)目標(biāo)1.了解基本RS觸發(fā)器的電路組成和邏輯功能。2.了解同步RS觸發(fā)器的電路組成和邏輯功能。3.會(huì)搭接RS觸發(fā)器電路。教學(xué)重點(diǎn)1.了解基本RS觸發(fā)器的電路組成和邏輯功能。2.了解同步RS觸發(fā)器的電路組成和邏輯功能。教學(xué)難點(diǎn)1.了解基本RS觸發(fā)器的電路組成和邏輯功能。2.了解同步RS觸發(fā)器的電路組成和邏輯功能。教學(xué)方法讀書指導(dǎo)法、分析法、演示法、練習(xí)法。學(xué)情分析教后記A.上節(jié)內(nèi)容回顧B.本節(jié)話題引入新課新課在各種復(fù)雜的數(shù)字電路中，不但需要對(duì)二值信號(hào)進(jìn)行算數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，還經(jīng)常需要將這些信號(hào)和運(yùn)算結(jié)果保存起來。為此，需要使用具有記憶功能的基本邏輯單元。我們把能夠存儲(chǔ)1位二值信號(hào)的基本單元電路統(tǒng)稱為觸發(fā)器。

C.新授課14.4.1基本RS觸發(fā)器【電路結(jié)構(gòu)】圖14-10基本RS觸發(fā)器如圖14-10a所示，將兩個(gè)與非門的輸入、輸出端交叉聯(lián)接，就組成一個(gè)基本RS觸發(fā)器。其中、為觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端，Q和是兩個(gè)輸出端，這兩個(gè)輸出端始終是互補(bǔ)狀態(tài)，即一端為1，則另一端必為0。通常規(guī)定Q端的狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)，即當(dāng)Q=1，時(shí)，稱觸發(fā)器處于1態(tài)；當(dāng)Q=0，時(shí)，稱觸發(fā)器處于0態(tài)。圖14-10基本RS觸發(fā)器圖14-10b所示為基本RS觸發(fā)器的圖形符號(hào)。【邏輯功能】表15-5為基本RS觸發(fā)器的邏輯功能表，如表所示：a.當(dāng)、時(shí)，無論Qn為何值，Qn+1=l，實(shí)現(xiàn)置1功能，因此也稱為置位端或置1輸入端。式中Qn表示觸發(fā)器現(xiàn)在的狀態(tài)，稱為現(xiàn)態(tài)；Qn+1表示觸發(fā)信號(hào)輸入后的狀態(tài)，稱為次態(tài)。b.當(dāng)、時(shí)，無論Qn為何值，Qn+1=0，實(shí)現(xiàn)置0功能，因此也稱為復(fù)位端或置0輸入端。c.當(dāng)=1、時(shí)，Qn+1=Qn，觸發(fā)器輸出保持原來的狀態(tài)不變，相當(dāng)于把D端某一時(shí)刻的電平信號(hào)存儲(chǔ)起來了，這就是它具有的記憶功能。表14-5基本RS觸發(fā)器邏輯功能表d.當(dāng)=0、時(shí)，兩個(gè)與非門輸出都為“1”，達(dá)不到Q與狀態(tài)反相的邏輯要求，并且當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)負(fù)脈沖同時(shí)撤去（回到1）后，觸發(fā)器次態(tài)將不能確定是1還是0狀態(tài)，因此，觸發(fā)器正常工作時(shí)，不允許出現(xiàn)和同時(shí)為0的情況，這是基本RS觸發(fā)器的約束條件。如果=0、，則Qn+1=×表14-5基本RS觸發(fā)器邏輯功能表圖14-11同步觸發(fā)器圖14-11同步觸發(fā)器【電路結(jié)構(gòu)】如圖14-11a所示，同步觸發(fā)器是在基本觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，增加了控制門G3、G4，和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CP構(gòu)成的。圖14-11b所示為同步RS觸發(fā)器的圖形符號(hào)。【邏輯功能】表14-6為同步觸發(fā)器的邏輯功能表，如表所示：表表14-6同步RS觸發(fā)器邏輯功能表1）當(dāng)CP=0時(shí),無論R、S為何值，控制門G3、G4被封鎖，輸出始終停留在1狀態(tài)，S、R端的信號(hào)無法通過門G3、G4影響輸出狀態(tài)，故觸發(fā)器輸出保持原來的狀態(tài)不變，=。2）當(dāng)CP=1時(shí),控制門G3、G4解除封鎖，觸發(fā)器的次態(tài)取決于輸入信號(hào)、及電路的現(xiàn)態(tài)，與基本RS觸發(fā)器相似。3）當(dāng)=1、=1時(shí),觸發(fā)器次態(tài)將不能確定，為避免出現(xiàn)這種情況,電路正常工作時(shí),應(yīng)滿足約束條件=0。另外，輸入端和為直接復(fù)位端和直接置位端。取=0，=1，則=0，=1，觸發(fā)器直接置0；取=1，=0，則=1，=0，觸發(fā)器直接置1。它不受脈沖信號(hào)CLK的控制，因此和端又稱為異步置0端和異步置1端。==1時(shí)，觸發(fā)器正常工作?！鞠胍幌搿坑|發(fā)器與門電路的區(qū)別是什么？練習(xí)布置作業(yè)思考與練習(xí)14-3、14-5、14-6課題14.5寄存器課型新課授課班級(jí)授課時(shí)數(shù)1教學(xué)目標(biāo)1.掌握時(shí)序邏輯電路的概念。2.了解寄存器的基本功能、類型及典型集成電路各引腳功能。3.能根據(jù)集成電路邏輯功能表，正確使用寄存器。教學(xué)重點(diǎn)1.掌握時(shí)序邏輯電路的概念。2.了解寄存器的基本功能、類型及典型集成電路各引腳功能。教學(xué)難點(diǎn)寄存器的基本功能、類型及典型集成電路各引腳功能。教學(xué)方法讀書指導(dǎo)法、分析法、演示法、練習(xí)法。學(xué)情分析教后記A.上節(jié)回顧B.話題引入新課新課按照邏輯功能和電路組成的不同，數(shù)字電路可以分成組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩類，組合邏輯電路前面已做了介紹，從本節(jié)將開始我們將介紹時(shí)序邏輯電路，討論兩種典型的時(shí)序邏輯電路：寄存器和計(jì)數(shù)器。

C.新授課15.5寄存器15.5時(shí)序邏輯電路簡稱為時(shí)序電路，這類邏輯電路在任何時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而且還與電路的原狀態(tài)有關(guān)，或者說，還與以前的輸入狀態(tài)有關(guān)，觸發(fā)器就是最簡單的時(shí)序邏輯電路。圖14-12時(shí)序邏輯電路框圖時(shí)序電路的基本結(jié)構(gòu)如圖14-12所示，它由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路兩部分組成，而且存儲(chǔ)電路是必不可少的。圖中的X代表輸入信號(hào)，Z代表輸出信號(hào)，圖14-12時(shí)序邏輯電路框圖15.5.2（a）外形（b）引腳圖圖14-1374LS48優(yōu)先編碼器【電路結(jié)構(gòu)】圖14-13所示為74LS194雙向4位移位寄存器外形與引腳圖，圖中D0D1D2D3為數(shù)據(jù)并行輸入端，Q0Q1Q2Q3為數(shù)據(jù)并行輸出端，S1、S0為工作方式控制端，DSR為數(shù)據(jù)右移串行輸入端，DSL（a）外形（b）引腳圖圖14-1374LS48優(yōu)先編碼器表14-7表14-774LS194雙向移位寄存器邏輯功能表1.異步清零端：當(dāng)=0時(shí)，寄存器置0，～均為0狀態(tài)，所以寄存器正常工作時(shí)應(yīng)使為高電平。2.工作方式控制端S1、S0：當(dāng)=1時(shí)，74LS194有如下4種工作方式：a.當(dāng)S1S0=00時(shí)，不論有無CLK到來，寄存器保持原態(tài)不變。b.當(dāng)S1S0=01時(shí)，在CLK的上升沿作用下，實(shí)現(xiàn)右移（上移）功能，數(shù)據(jù)從DSR端串行輸入寄存器，流向是DSR→Q0→Q1→Q2→Q3。c.當(dāng)S1S0=10時(shí)，在CLK的上升沿作用下，實(shí)現(xiàn)左移（下移）功能，數(shù)據(jù)從DSL端串行輸入寄存器，流向是DSL→Q3→Q2→Q1→Q0。d.當(dāng)S1S0=11時(shí)，在CLK的上升沿作用下，實(shí)現(xiàn)并行輸入功能，數(shù)據(jù)從D0D1D2D3端并行輸入寄存器，即：Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。練習(xí)布置作業(yè)課題14.6計(jì)數(shù)器14.7555定時(shí)電路課型新課授課班級(jí)授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.了解計(jì)數(shù)器的基本功能、類型及典型集成電路各引腳功能。2.了解555定時(shí)器引腳功能。3.能根據(jù)集成電路邏輯功能表，正確使用計(jì)數(shù)器、555定時(shí)器。教學(xué)重點(diǎn)1.了解計(jì)數(shù)器的基本功能、類型及典型集成電路各引腳功能。2.了解555定時(shí)器引腳功能。教學(xué)難點(diǎn)1.了解計(jì)數(shù)器的基本功能、類型及典型集成電路各引腳功能。2.了解555定時(shí)器引腳功能。教學(xué)方法讀書指導(dǎo)法、分析法、演示法、練習(xí)法。學(xué)情分析教后記A.上節(jié)內(nèi)容回顧B.本節(jié)話題引入新課新課在數(shù)字電路系統(tǒng)中，統(tǒng)計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)稱為計(jì)數(shù)，能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作的電路稱為計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器種類很多，按計(jì)數(shù)脈沖的作用方式不同，可分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)進(jìn)位制的不同，可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)器的功能不同，可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器。其中二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是各種計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)。下面以74LS161二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器為例介紹計(jì)數(shù)器的功能。

C.新授課【電路結(jié)構(gòu)】74LS161二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的外形和引腳如圖14-14所示，圖中～為計(jì)數(shù)器的并行輸出端，QCC為進(jìn)位輸出端，CLK是計(jì)數(shù)脈沖輸入端，為清零端，為置數(shù)端，～為并行數(shù)據(jù)輸入端，EP和ET為計(jì)數(shù)控制端。（a）外形（b）引腳圖（a）外形（b）引腳圖圖14-147