第5章組合邏輯電路要點

第五章組合邏輯電路第一節(jié)組合電路的分析和設計其次節(jié)組合邏輯電路中的競爭與冒險第四節(jié)組合邏輯電路模塊及其應用小結相關學問回顧：邏輯運算邏輯門與或非異或同或非門與門或門與非門或非門異或門同或門本章任務：1.組合邏輯電路的分析與設計2.常用組合邏輯模塊的運用由邏輯門組成第五章組合邏輯電路(2)學習常用中規(guī)模集成模塊(3)了解電路中的競爭和冒險現(xiàn)象本章重點(1)駕馭分析和設計組合電路的基本方法加法器比較器譯碼器編碼器選擇器安排器本章基本內容(1)電路分析與設計經典的方法(2)常用組合邏輯模塊的敏捷應用組合電路的分析組合電路的設計第一節(jié)組合電路的分析和設計組合電路一、組合電路輸入：邏輯關系：Fi=fi(X1、X2、…、Xn)i=(1、2、…、m)特點：電路由邏輯門構成；不含記憶元件；輸出無反饋到輸入的回路；輸出與電路原來狀態(tài)無關。輸出：X1、X2、…、XnF1、F2、…、FmX1X2Xn…組合網絡組合電路方框圖F1F2Fm…二、組合電路的分析分析已知邏輯電路功能步驟：輸出函數表達式描述電路功能已知組合電路簡化函數真值表ABCF00000010010001111000101111011111真值表因此該電路為少數聽從多數電路，稱表決電路。解：（1）由電路圖得邏輯表達式（2）由邏輯表達式得真值表（3）功能分析：多數輸入變量為1，輸出F為1；多數輸入變量為0，輸出F為0。例1：試分析右圖所示邏輯電路的功能。&&&&ABCF解：（1）由電路圖得表達式（2）列出真值表例2：試分析下圖所示邏輯電路的功能。=1G2B2=1G1B1=1G0B0G3B3自然二進制碼格雷碼B3B2B1B0

G3G2G1G00000 0000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101101011111011111011001010110110111110100111111000（2）列出真值表（1）由電路圖得表達式本電路是自然二進制碼至格雷碼的轉換電路。（3）分析功能留意：利用此式時對碼位序號大于（n-1）的位應按0處理，如本例碼位的最大序號i=3，故B4應為0，才能得到正確的結果。推廣到一般，將n位自然二進制碼轉換成n位格雷碼：Gi=Bi⊕Bi+1（i=0、1、2、…、n-1）自然二進制碼至格雷碼的轉換三、組合電路的設計步驟：依據要求設計出實際邏輯電路形式變換依據設計所用芯片要求選擇所需門電路依據設計要求分析題意，將設計要求轉化為邏輯關系，這一步為設計組合邏輯電路的關鍵確定輸入、輸出、列出真值表寫出表達式并簡化畫邏輯電路圖例3：半加器的設計（1）半加器真值表（2）輸出函數（3）邏輯圖輸入輸出被加數A加數B和S進位C0000011010101101（4）邏輯符號&ABC=1S∑COSCAB半加器邏輯符號由表達式知，若無特殊要求，用一個異或門和一個與門即可實現(xiàn)半加器電路。電路圖為：分析：半加器是將兩個一位二進制數相加求和及向高位進位的電路。因此，有兩個輸入（加數與被加數）及兩個輸出（和與進位）。設被加數和加數分別為A和B，和與進位分別為S、C，真值表為：全加器是實現(xiàn)例4：全加器的設計。學生自己完成邏輯電路全加器邏輯符號全加器真值表輸入輸出

Ai

Bi

Ci

Si

Ci+10000000110010100110110010101011100111111一位二進制數一位二進制數低位來的進位相加和高位進位∑COSiCi+1CiBiCIAi≥1AFf1f2&&B&CC(a)邏輯圖(b)波形圖ABCCttttttttpgtpdf1f2F其次節(jié)組合電路中的競爭與冒險一、冒險與競爭競爭：冒險：在組合電路中，信號經由不同的途徑達到某一會合點的時間有先有后。由于競爭而引起電路輸動身生瞬間錯誤現(xiàn)象。表現(xiàn)為輸出端出現(xiàn)了原設計中沒有的窄脈沖，常稱其為毛刺。二、競爭與冒險的推斷代數法：或的形式時，A變量的變更可能引起險象?？ㄖZ圖法：如函數卡諾圖上為簡化作的圈相切，且相切處又無其他圈包含，則可能有險象。如圖所示電路的卡諾圖兩圈相切，故有險象?！?AFf1f2&&B&CCABC000111100100111100兩圈相切有險象三、冒險現(xiàn)象的消退1.增加冗余項如圖所示卡諾圖，只要在兩圈相切處增加一個圈（冗余），就能消退冒險。增加冗余項可以解決每次只有單個輸入信號發(fā)生變更時電路的冒險問題，卻不能解決多個輸入信號同時發(fā)生變更時的冒險現(xiàn)象，適用范圍有限。ABC000111100100111100增加冗余圈克服險象ABC000111100100111100兩圈相切有險象三、冒險現(xiàn)象的消退２.增加選通信號在可能產生冒險的門電路的輸入端增加一個選通脈沖。當輸入信號變換完成，進入穩(wěn)態(tài)后，才啟動選通脈沖，將門打開。這樣，輸出就不會出現(xiàn)冒險脈沖。1.增加冗余項增加選通信號的方法比較簡潔，一般無需增加電路元件，但選通信號必需與輸入信號維持嚴格的時間關系，因此選通信號的產生并不簡潔。３.輸出接濾波電容1.增加冗余項２.增加選通信號由于競爭冒險產生的干擾脈沖的寬度一般都很窄，在可能產生冒險的門電路輸出端并接一個濾波電容（一般為4～20pF），使輸出波形上升沿和下降沿都變得比較緩慢，從而起到消退冒險現(xiàn)象的作用。三、冒險現(xiàn)象的消退輸出端接濾波電容便利易行，但會使輸出電壓波形變壞，僅適合對信號波形要求不高的場合。第四節(jié)組合邏輯電路模塊及其應用編碼器譯碼器數據選擇器數值比較器加法器一、編碼器優(yōu)先編碼功能：輸入m位代碼；輸出n位二進制代碼（m≤2n）。

優(yōu)先編碼器允許幾個輸入端同時加上信號，電路只對其中優(yōu)先級別最高的信號進行編碼。邏輯功能：任何一個輸入端接低電平常，三個輸出端有一組對應的二進制代碼輸出。（一）二進制編碼器將輸入信號編成二進制代碼的電路任何時刻只允許一個輸入端有信號輸入。8線—3線優(yōu)先編碼器74148編碼輸入I0I1I2I3I4I5I6I7使能輸入S使能輸出YS擴展輸出YEX編碼輸出Y0Y1Y2二—十進制編碼器編碼輸入I1I2I3I4I5I6I7I8I9編碼輸出Y0Y1Y2Y3譯碼輸入譯碼輸出

a1

a0

y0

y1

y2

y30010000101001000101100012位二進制譯碼器譯碼輸入譯碼輸出

a1

a0

y0

y1

y2

y30001110110111011011111102位二進制譯碼器二、譯碼器（一）變量譯碼器

二進制譯碼器輸入輸出滿足：m=2n如：2線-4線譯碼器集成譯碼器741388421BCD譯碼器

譯碼輸入：n位二進制代碼譯碼輸出m位：一位為1，其余為0或一位為0，其余為12線—4線譯碼器

1&Y3&Y2&Y1&Y0S1B1A譯碼輸入，二進制編碼0～7依次對應8個輸出。3線-8線譯碼器(74LS138)八個輸出端，低電平有效。譯碼狀態(tài)下，相應輸出端為０；禁止譯碼狀態(tài)下，輸出均為１。～S1、使能輸入,與邏輯。EN=1（

EN=0，禁止譯碼，輸出均為１。)，譯碼。A0

～A2Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7A0A1A2S3S2S101234567BIN/OCT012G70&EN使能端的兩個作用：（1）消退譯碼器輸出尖峰干擾EN端正電平的出現(xiàn)在A0～A2穩(wěn)定之后；EN端正電平的撤除在A0～A2再次變更之前。

（2）邏輯功能擴展例：用3線-8譯碼器構成4線-16譯碼器。避開A0～A2在變更過程中引起輸出端產生瞬時負脈沖。（二）數字顯示譯碼器1.七段數碼管2.七段顯示譯碼器共陰極共陽極：高電平亮：低電平亮每一段由一個發(fā)光二極管組成。輸入：二—十進制代碼輸出：譯碼結果，可驅動相應的七段數碼管顯示正確的數字。顯示譯碼器動畫在數字系統(tǒng)中常見的數碼顯示器通常有：1.發(fā)光二極管數碼管(LED數碼管)2.液晶顯示數碼管(LCD數碼管)常用的顯示器件工作原理——發(fā)光二極管數碼管(LED數碼管)1.發(fā)光二極管數碼管是用發(fā)光二極管構成顯示數碼的筆劃來顯示數字2.由于發(fā)二極管會發(fā)光，故LED數碼管適用于各種場合。(light-emittingdiode)1.液晶顯示數碼管是利用液晶材料在交變電壓的作用下晶體材料會吸取光線，而沒有交變電場作用下的筆劃不會吸取吸光，這樣就可以來顯示數碼，2.但由于液晶材料須有光時才能運用，故不能用于無外界光的場合（現(xiàn)在便攜式電腦的液晶顯示器是用背光燈的作用下可以在夜間運用），但液晶顯示器有一個最大的優(yōu)點就是耗電相當節(jié)約，所以廣泛運用于小型計算器等小型設備的數碼顯示。液晶顯示數碼管(LCD數碼管)常用的顯示器件工作原理——(LiquidCrystalDisplay)下圖是LED(light-emittingdiode)數碼管的內部結構及顯示數碼的狀況，其是一個陽極連在一體的一種LED數碼管，我們通常稱為共陽極數碼管。既然有共陽數碼管，那么就有共陰數碼管。LED數碼管(light-emittingdiode)液晶顯示器LCD(LiquidCrystalDisplay)下圖為液晶顯示器的結構圖，其是利用液晶在交變電壓的作用下其吸取光線，而當其無外界電場作用下其不吸取光線的區(qū)分來顯示筆劃的。LCD本身不能發(fā)出光線故不能用于無外界光源的狀況下，這是其缺點，實際運用時為解決晚間運用，通常運用一個協(xié)助光源來照明。LCD的優(yōu)點是其工作電壓低、電源小，是便攜式儀器設備的優(yōu)選顯示器件。LED譯碼驅動器發(fā)光二極管點亮只須使其正向導通即可，依據LED的公共極是陽極還是陰極分為兩類譯碼器，即針對共陽極的低電平有效的譯碼器；針對共陰極LED的高電平輸出有效的譯碼器。例5.2.4設計8421BCD七段顯示譯碼電路依據圖5．2．34七段顯示的字段顯示要求，可以列出8421BCD七段顯示譯碼真值表說明：表中輸出0表示該段亮；1表示該段滅。通過各段卡諾圖5．2．40化簡得到①要②真③化④電見后?、谡姊刍茈?4LS4874LS48是輸出高電平有效的LED顯示譯碼器，其輸入為8421BCD碼，下圖和表分別74LS48的管腳排布和邏輯功能表。七段譯碼器7448BCD碼輸入信號譯碼輸出，低電平有效本信號為低電平常，熄滅。當LT為低電平常，BI/RBI為高電平常，試燈。當LT為高電平，RBI為低電平常，滅零。在多個通道中選擇其中的某一路，或多個信息中選擇其中的某一個信息傳送或加以處理。數據選擇器多輸入一輸出選擇三、數據選擇器（一）分類：2選1、4選1、8選1、16選1。雙四選一數據選擇器74153三、數據選擇器（一）分類：二選一、四選一、八選一、十六選一。雙四選一數據選擇器74153使能端輸出端數據輸入公用控制輸入F2F2D8D9D10D11D12D13D14D15A0A1A201234567MUX012G70ENS1（1）（2）F1F1D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A201234567MUX012G70ENS8選1數據選擇器74LS151八選一需3位地址碼（二）數據選擇器的通道擴展

例：試用最少數量的8選1選擇器擴展成16選1選擇器。將地址連接在一起將兩片的輸出原端用或門連載一起，和非端用與門連接在一起。F≥1F&1A3假如A3=0，則（1）片工作，依據A2～A0，從D7～D0中選擇一路輸出；假如A3=1，則（2）片工作，依據A2～A0，從D15～D8中選擇一路輸出。（三）實現(xiàn)組合邏輯函數

例:試用8選1數據選擇器74151實現(xiàn)邏輯函數輸入變量接至數據選擇器的地址輸入端。F式中出現(xiàn)的最小項，對應的數據輸入端應接1，F(xiàn)式中沒出現(xiàn)的最小項，對應的數據輸入端應接0。00010111CBAFD0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A201234567MUX012G70ENE0四、數值比較器功能：能對兩個相同位數的二進制數進行比較的邏輯電路。

（一）數值比較器的基本概念及工作原理1．1位數值比較器

2.多位比較器

在比較兩個多位數的大小時，自高向低地逐位比較，只能在高位相等時，才須要比較低位?！?FA<B&1A&1BFA

>BFA=B2.多位比較器

（二）

集成數值比較器

B0B1B2B3A0A1A2

A3FA>BFA=BFA<B0123COMP0123A<>A<BA=BA>BB=IA>BIA=BIA<B（三）數值比較器的位數擴展

1.串聯(lián)擴展方式

FA>BFA=BFA<BB0B1B2B3A0A1A2

A30123COMP0123A<>A<BA=BA>BB=010B4B5B6B7A4A5A6

A70123COMP0123A<>A<BA=BA>BB=（1）（2）2.并聯(lián)擴展方式

由于串聯(lián)擴展方式中比較結果是逐級進位的，級聯(lián)芯片數越多，傳遞時間越長，工作速度越慢。因此，當擴展位數較多時，常接受并聯(lián)方式。五、加法器（一）加法器的工作原理

1．半加器

不考慮來自低位的進位的兩個1位二進制數相加稱為半加器。

2．全加器

在多位數加法運算時，除最低位外，其他各位都須要考慮低位送來的進位。=1A&BSCCSBAΣCOBiCi+1SiCiAiΣCOCI（二）串行進位加法器如圖：用全加器實現(xiàn)4位二進制數相加。低位全加