精選數(shù)字電路基礎(chǔ)閻石第五講解講義

（優(yōu)選）數(shù)字電路基礎(chǔ)閻石第五版ppt講解當(dāng)前第1頁\共有113頁\編于星期一\10點§4.1概述§4.2組合邏輯電路的分析和設(shè)計方法§4.3常用組合邏輯電路§4.4組合邏輯電路的競爭－冒險現(xiàn)象教學(xué)內(nèi)容當(dāng)前第2頁\共有113頁\編于星期一\10點1.組合邏輯電路的分析與設(shè)計方法2.常用組合邏輯模塊的使用本章重點當(dāng)前第3頁\共有113頁\編于星期一\10點數(shù)字電路組合邏輯電路時序邏輯電路任一時刻的輸出僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關(guān)。任一時刻的輸出不僅取決于現(xiàn)時的輸入，而且還與電路原來狀態(tài)有關(guān)。4.1概述當(dāng)前第4頁\共有113頁\編于星期一\10點組合邏輯電路的框圖組合邏輯電路在電路結(jié)構(gòu)上不包含存儲單元，僅僅是由各種門電路組成，當(dāng)前第5頁\共有113頁\編于星期一\10點4.2組合邏輯電路的分析和設(shè)計方法§4.2.1組合邏輯電路的分析方法組合邏輯電路圖寫出邏輯表達式分析方法步驟：化簡說明功能列真值表已知邏輯電路說明邏輯功能分析當(dāng)前第6頁\共有113頁\編于星期一\10點邏輯圖邏輯表達式11最簡與或表達式化簡22從輸入到輸出逐級寫出當(dāng)前第7頁\共有113頁\編于星期一\10點最簡與或表達式3真值表34電路的邏輯功能當(dāng)輸入A、B、C中有2個或3個為1時，輸出Y為1，否則輸出Y為0。所以這個電路實際上是一種3人表決用的組合電路：只要有2票或3票同意，表決就通過。400010111當(dāng)前第8頁\共有113頁\編于星期一\10點當(dāng)前第9頁\共有113頁\編于星期一\10點解：當(dāng)前第10頁\共有113頁\編于星期一\10點由真值表知：該電路可用來判別輸入的4位二進制數(shù)數(shù)值的范圍。當(dāng)前第11頁\共有113頁\編于星期一\10點當(dāng)前第12頁\共有113頁\編于星期一\10點這是一個全加器電路當(dāng)前第13頁\共有113頁\編于星期一\10點形式變換寫出表達式并簡化§4.2.2組合邏輯電路的設(shè)計方法根據(jù)實際邏輯問題最簡單邏輯電路設(shè)計步驟：確定輸入、輸出列出真值表分析題意，將設(shè)計要求轉(zhuǎn)化為邏輯關(guān)系，這一步為設(shè)計組合邏輯電路的關(guān)鍵根據(jù)設(shè)計要求根據(jù)設(shè)計所用芯片要求畫邏輯電路圖選擇所需門電路當(dāng)前第14頁\共有113頁\編于星期一\10點例1：設(shè)計三人表決電路（A、B、C）。每人一個按鍵，如果同意則按下，不同意則不按。結(jié)果用指示燈表示，多數(shù)同意時指示燈亮，否則不亮。用與非門實現(xiàn).解:1.首先指明邏輯符號取“0”、“1”的含義。三個按鍵A、B、C按下時為“1”，不按時為“0”。輸出量為L，多數(shù)贊成時是“1”，否則是“0”。當(dāng)前第15頁\共有113頁\編于星期一\10點2.根據(jù)題意列出真值表ABCL000000100100011110001011110111113.畫出卡諾圖化簡：ABC000011111011110000ABBCACL=AC+BC+AB當(dāng)前第16頁\共有113頁\編于星期一\10點4、用與非門實現(xiàn)邏輯電路ABCL當(dāng)前第17頁\共有113頁\編于星期一\10點例4.2.2：解:取紅、黃、綠三盞燈分別用R、A、G表示，設(shè)燈亮為“1”，不亮為“0”；故障信號為輸出變量用Z表示，規(guī)定正常為“0”，不正常為“1”。RAGZ000100100100011110001011110111111、列真值表2、寫邏輯函數(shù)式當(dāng)前第18頁\共有113頁\編于星期一\10點3、化簡RAG000011111011111000RGRAAG當(dāng)前第19頁\共有113頁\編于星期一\10點4、畫邏輯圖當(dāng)前第20頁\共有113頁\編于星期一\10點用與非門實現(xiàn)當(dāng)前第21頁\共有113頁\編于星期一\10點用與或非門實現(xiàn)RAG000011111011111000當(dāng)前第22頁\共有113頁\編于星期一\10點4.3若干常用的組合邏輯電路§4.3.1編碼器編碼：用二進制代碼來表示某一信息（文字、數(shù)字、符號）的過程。實現(xiàn)編碼操作的電路稱為編碼器。編碼器高？低？碼？當(dāng)前第23頁\共有113頁\編于星期一\10點普通編碼器3位二進制（8線－3線）編碼器真值表任何時刻只允許輸入一個編碼信號，否則輸出將發(fā)生混亂。一、二進制編碼器輸入端：2n輸出端：n高電平有效當(dāng)前第24頁\共有113頁\編于星期一\10點當(dāng)前第25頁\共有113頁\編于星期一\10點優(yōu)先編碼器在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。編碼時只對優(yōu)先權(quán)最高的進行編碼。8線－3線優(yōu)先編碼器74LS148邏輯圖（圖4.3.3）。選通輸入端選通輸出端擴展端當(dāng)前第26頁\共有113頁\編于星期一\10點輸入：邏輯0(低電平）有效輸出：邏輯0(低電平）有效低電平表示“電路工作，但無編碼輸入”低電平表示“電路工作，且有編碼輸入”當(dāng)前第27頁\共有113頁\編于星期一\10點例4.3.1：試用兩片74LS148組成16線－4線優(yōu)先編碼器。優(yōu)先權(quán)最高～均無信號時，才允許對～輸入信號編碼。當(dāng)前第28頁\共有113頁\編于星期一\10點00101111111001111101(1)片處于編碼狀態(tài),(2)片被封鎖。當(dāng)前第29頁\共有113頁\編于星期一\10點1111111110(2)片處于編碼狀態(tài)111010010101110101當(dāng)前第30頁\共有113頁\編于星期一\10點二、二－十進制編碼器輸入端10個，輸出端4個，也稱10線－4線編碼器。集成10線-4線優(yōu)先編碼器輸入輸出均低電平有效。當(dāng)前第31頁\共有113頁\編于星期一\10點§4.3.2譯碼器譯碼：將二進制代碼翻譯成對應(yīng)的輸出信號的過程.譯碼是編碼的逆過程.實現(xiàn)譯碼操作的電路稱為譯碼器。常用的譯碼器有:二進制譯碼器、二－十進制譯碼器、顯示譯碼器三類。當(dāng)前第32頁\共有113頁\編于星期一\10點一、二進制譯碼器輸入端：n輸出端：2n二進制譯碼器的輸入端為n個，則輸出端為2n個，且對應(yīng)于輸入代碼的每一種狀態(tài)，2n個輸出中只有一個為1（或為0），其余全為0（或為1）。當(dāng)前第33頁\共有113頁\編于星期一\10點2線—4線譯碼器74LS139（輸出低電平有效）真值表001110011101101011110111A1A0畫關(guān)于的卡諾圖A1A001111100當(dāng)前第34頁\共有113頁\編于星期一\10點3位二進制譯碼器(3線-8線譯碼器)輸入：3位二進制代碼輸出：8個互斥的信號（高電平有效）當(dāng)前第35頁\共有113頁\編于星期一\10點74HC138集成譯碼器S=1,譯碼器正常工作100片選輸入端（使能端）輸出低電平有效地址輸入端當(dāng)前第36頁\共有113頁\編于星期一\10點3線－8線譯碼器74HC138功能表當(dāng)前第37頁\共有113頁\編于星期一\10點當(dāng)S1=1,=0,=0（即S=1）時，可得輸出當(dāng)前第38頁\共有113頁\編于星期一\10點當(dāng)前第39頁\共有113頁\編于星期一\10點例4.3.2：試用兩片3線－8線譯碼器74HC138組成4線－16線譯碼器。當(dāng)前第40頁\共有113頁\編于星期一\10點(1)片工作，(2)片禁止。若輸入D3D2D1D0=0100時，譯碼器_____輸出________________。000（1）11110111當(dāng)前第41頁\共有113頁\編于星期一\10點(2)片工作，(1)片禁止。若輸入D3D2D1D0=1101時，譯碼器_____輸出________________。111（2）11111011當(dāng)前第42頁\共有113頁\編于星期一\10點二、二－十進制譯碼器輸入端：4輸出端：10二-十進制譯碼器的輸入是十進制數(shù)的4位二進制編碼（BCD碼），分別用A3、A2、A1、A0表示；輸出的是與10個十進制數(shù)字相對應(yīng)的10個信號，用Y9～Y0表示。由于二-十進制譯碼器有4根輸入線，10根輸出線，所以又稱為4線-10線譯碼器。當(dāng)前第43頁\共有113頁\編于星期一\10點集成8421BCD碼譯碼器74LS42當(dāng)前第44頁\共有113頁\編于星期一\10點三、顯示譯碼器用來驅(qū)動各種顯示器件，從而將用二進制代碼表示的數(shù)字、文字、符號翻譯成人們習(xí)慣的形式直觀地顯示出來的電路，稱為顯示譯碼器。數(shù)字、文字、符號代碼譯碼器顯示器當(dāng)前第45頁\共有113頁\編于星期一\10點半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示器件：常用的是七段顯示器件abcdefg當(dāng)前第46頁\共有113頁\編于星期一\10點當(dāng)前第47頁\共有113頁\編于星期一\10點abcdefg510YaYbYgabg510510發(fā)光二極管Ya-Yg:控制信號高電平時,對應(yīng)的LED亮低電平時,對應(yīng)的LED滅當(dāng)前第48頁\共有113頁\編于星期一\10點abcdfgabcdefg111111001100001101101e當(dāng)前第49頁\共有113頁\編于星期一\10點BCD－七段顯示譯碼器A3-A0:輸入數(shù)據(jù)要設(shè)計的七段顯示譯碼器aYaYbYcYdYeYfYg譯碼器A3A2A1A0bcdefg當(dāng)前第50頁\共有113頁\編于星期一\10點十進制數(shù)

A3A2A1A0

YaYbYcYdYeYfYg

顯示字形

0

0000

11111

100

1

0001

01100001

2

001011011012

3

001111110013

4

010001100114

5

010110110115

6011000111116

7

011111100007

8

100011111118

9

100111100119

當(dāng)前第51頁\共有113頁\編于星期一\10點A3A2A1A000110100100111101111111000000001Ya先設(shè)計輸出Ya的邏輯表示式及電路圖當(dāng)前第52頁\共有113頁\編于星期一\10點七段顯示譯碼器7448引腳排列圖燈測試輸入滅零輸入滅燈輸入／滅零輸出當(dāng)前第53頁\共有113頁\編于星期一\10點圖4.3.18用7448驅(qū)動BS201的連接方法當(dāng)前第54頁\共有113頁\編于星期一\10點RBI和RBO配合使用，可使多位數(shù)字顯示時的最高位及小數(shù)點后最低位的0不顯示00067.900當(dāng)前第55頁\共有113頁\編于星期一\10點四、譯碼器的應(yīng)用例4.3.3：試用3線－8線譯碼器74HC138設(shè)計一個多輸出的組合邏輯電路。輸出邏輯函數(shù)式為當(dāng)前第56頁\共有113頁\編于星期一\10點解：化為最小項之和的形式：當(dāng)前第57頁\共有113頁\編于星期一\10點當(dāng)S1=1,S2′=S3′=0時,令A(yù)2=A,A1=B,A0=C,則當(dāng)前第58頁\共有113頁\編于星期一\10點畫電路圖當(dāng)前第59頁\共有113頁\編于星期一\10點例：分析下圖電路邏輯功能。當(dāng)前第60頁\共有113頁\編于星期一\10點解：當(dāng)前第61頁\共有113頁\編于星期一\10點這是一個全加器電路當(dāng)前第62頁\共有113頁\編于星期一\10點§4.3.3數(shù)據(jù)分配器與數(shù)據(jù)選擇器定義：將公共數(shù)據(jù)線上的信號根據(jù)需要送到多個不同通道上去的邏輯電路。

一、數(shù)據(jù)分配器框圖：輸入端:1個輸出端:2n個當(dāng)前第63頁\共有113頁\編于星期一\10點由74HC138構(gòu)成的1路-8路數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)輸入端地址輸入端數(shù)據(jù)輸出端當(dāng)前第64頁\共有113頁\編于星期一\10點二、數(shù)據(jù)選擇器定義：根據(jù)需要將多路信號中選擇一路送到公共數(shù)據(jù)線上的邏輯電路(又稱多路開關(guān)).n位通道選擇信號數(shù)據(jù)選擇器D0D1D2D2n-1Y輸入端：2n個輸出端：1個當(dāng)前第65頁\共有113頁\編于星期一\10點1、2選1數(shù)據(jù)選擇器

AF0D01D1集成化D0D1FA1&&D0D1A1F輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)控制信號當(dāng)前第66頁\共有113頁\編于星期一\10點真值表地址變量輸入數(shù)據(jù)由地址碼決定從４路輸入中選擇哪１路輸出。2、4選1數(shù)據(jù)選擇器當(dāng)前第67頁\共有113頁\編于星期一\10點A1

A0Y

00

D0

01

D110

D2

11

D3

D0A0D3D2D1A1Y即：當(dāng)前第68頁\共有113頁\編于星期一\10點型號:74HC153雙4選1數(shù)據(jù)選擇器集成電路數(shù)據(jù)選擇器選通控制端S′為低電平有效，即S′=0時芯片被選中，處于工作狀態(tài)；S′=1時芯片被禁止，Y≡0。輸出輸入A1A0Y110000010100110D10D11D12D13當(dāng)前第69頁\共有113頁\編于星期一\10點集成8選1數(shù)據(jù)選擇器74HC151當(dāng)前第70頁\共有113頁\編于星期一\10點74HC151的真值表當(dāng)前第71頁\共有113頁\編于星期一\10點擴展:用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成8選1數(shù)據(jù)選擇器.A2=0時，上邊一半數(shù)據(jù)選擇器工作，數(shù)據(jù)D0~D3選擇一路輸出；A2=1時，下邊一半數(shù)據(jù)選擇器工作，數(shù)據(jù)D4~D7選擇一路輸出。當(dāng)前第72頁\共有113頁\編于星期一\10點2片8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151構(gòu)成16選1的數(shù)據(jù)選擇器當(dāng)前第73頁\共有113頁\編于星期一\10點用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計組合邏輯電路步驟：1.列出所求邏輯函數(shù)的真值表，寫出其最小項表達式。2.根據(jù)上述函數(shù)包含的變量數(shù)，選定數(shù)據(jù)選擇器。3.對照比較所求邏輯函數(shù)式和數(shù)據(jù)選擇器的輸出表達式確定選擇器輸入變量的表達式或取值。4.按照求出的表達式或取值連接電路，畫電路連線圖。當(dāng)前第74頁\共有113頁\編于星期一\10點確定數(shù)據(jù)選擇器確定地址變量21n個地址變量的數(shù)據(jù)選擇器，不需要增加門電路，最多可實現(xiàn)n＋1個變量的函數(shù)。3個變量，選用4選1數(shù)據(jù)選擇器。A1=A、A0=B邏輯函數(shù)1選用74HC153274HC153有兩個地址變量。當(dāng)前第75頁\共有113頁\編于星期一\10點求Di3（1）公式法函數(shù)的標準與或表達式：4選1數(shù)據(jù)選擇器輸出信號的表達式：比較L和Y，得：3當(dāng)前第76頁\共有113頁\編于星期一\10點畫連線圖44當(dāng)前第77頁\共有113頁\編于星期一\10點求Di的方法（2）真值表法C=1時L=1，故D0=CL=0，故D2=0L=1，故D3=1C=0時L=1，故D1=C′當(dāng)前第78頁\共有113頁\編于星期一\10點求Di的方法（3）圖形法D0D1D3D2當(dāng)前第79頁\共有113頁\編于星期一\10點解：例③對照74HC151輸出表達式，求Di①寫出最小項表達式②選用8選1數(shù)據(jù)選擇器74HC151，當(dāng)S′=0時，令A(yù)2=A、A1=B、A0=C,代入上式得：當(dāng)前第80頁\共有113頁\編于星期一\10點比較L和Y，得：④畫連線圖當(dāng)前第81頁\共有113頁\編于星期一\10點另解:①寫出最小項表達式②選用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74HC153其中的一半，當(dāng)S1′=0時，令A(yù)1=A、A0=B,代入上式得：③對照74HC153輸出表達式，求Di可得：D10＝C′D11＝CD12=CD13=C當(dāng)前第82頁\共有113頁\編于星期一\10點④畫連線圖當(dāng)前第83頁\共有113頁\編于星期一\10點例4.3.5（例4.2.2交通燈監(jiān)視電路）：解:取紅、黃、綠三盞燈分別用R、A、G表示，設(shè)燈亮為“1”，不亮為“0”；故障信號為輸出變量用Z表示，規(guī)定正常為“0”，不正常為“1”。RAGZ00010010010001111000101111011111列真值表①寫邏輯函數(shù)式當(dāng)前第84頁\共有113頁\編于星期一\10點②選2個地址輸入端的4選1數(shù)據(jù)選擇器(74HC153）當(dāng)S1′=0時，令A(yù)1=R、A0=A,代入上式得：③對照74HC153輸出表達式，求Di可得：D10＝G′D11＝GD12=GD13=1當(dāng)前第85頁\共有113頁\編于星期一\10點④畫連線圖當(dāng)前第86頁\共有113頁\編于星期一\10點例：分析下圖電路邏輯功能。當(dāng)前第87頁\共有113頁\編于星期一\10點解:∵S1′=S2′=0∴74HC153正常工作，且A1=A,A0=B當(dāng)前第88頁\共有113頁\編于星期一\10點這是一個全加器電路當(dāng)前第89頁\共有113頁\編于星期一\10點數(shù)據(jù)分配器和數(shù)據(jù)選擇器一起構(gòu)成數(shù)據(jù)分時傳送系統(tǒng)當(dāng)前第90頁\共有113頁\編于星期一\10點§4.3.4加法器舉例：A=1101,B=1001,計算A+B11011001+011010011當(dāng)前第91頁\共有113頁\編于星期一\10點加法運算的基本規(guī)則：（1）逢二進一。（2）最低位是兩個數(shù)最低位的相加，不需考慮進位。（3）其余各位都是三個數(shù)相加，包括加數(shù)、被加數(shù)和低位來的進位。（4）任何位相加都產(chǎn)生兩個結(jié)果：本位和、向高位的進位。當(dāng)前第92頁\共有113頁\編于星期一\10點（1）半加器：半加運算不考慮從低位來的進位A---加數(shù);B---被加數(shù);S---本位和;Co---進位。真值表1位加法器當(dāng)前第93頁\共有113頁\編于星期一\10點邏輯圖邏輯符號2個輸入端2個輸出端當(dāng)前第94頁\共有113頁\編于星期一\10點（2）全加器：A---加數(shù)；B---被加數(shù)；Ci---低位的進位；S---本位和；Co---進位。邏輯狀態(tài)表見下頁相加過程中，既考慮加數(shù)、被加數(shù)又考慮低位的進位。當(dāng)前第95頁\共有113頁\編于星期一\10點當(dāng)前第96頁\共有113頁\編于星期一\10點課本上采用了圈0的方法3個輸入端2個輸出端雙全加器74LS183當(dāng)前第97頁\共有113頁\編于星期一\10點（1）串行進位加法器如圖：用全加器實現(xiàn)4位二進制數(shù)相加。低位全加器進位輸出高位全加器進位輸入注意：CI0=0和進位多位加法器（2）超前進位加法器當(dāng)前第98頁\共有113頁\編于星期一\10點解：BCD碼+0011=余3碼設(shè)輸入8421碼用變量DCBA表示，輸出余三碼用變量Y3Y2Y1Y0表示。則有Y3Y2Y1Y0＝DCBA+0011當(dāng)前第99頁\共有113頁\編于星期一\10點解：設(shè)輸入余三碼用變量DCBA表示，輸出8421碼用變量Y3Y2Y1Y0表示。則有Y3Y2Y1Y0＝DCBA+[0011]補＝DCBA+1101用一片74LS283將余三碼轉(zhuǎn)換成8421BCD碼。余3碼－0011=BCD碼當(dāng)前第100頁\共有113頁\編于星期一\10點全減器真值表A---被減數(shù)；B---減數(shù)；C---低位的借位；D---本位差；J---向高位的借位。當(dāng)前第101頁\共有113頁\編于星期一\10點§4.3.5數(shù)值比較器定義：對兩數(shù)A、B（可以是一位，也可是多位）進行大小比較的邏輯電路。比較的結(jié)果有A>B、A<B、A=B三種結(jié)果。當(dāng)前第102頁\共有113頁\編于星期一\10點一、1位數(shù)值比較器設(shè)A＞B時Y1＝1；A＜B時Y2＝1；A＝B時Y3＝1。得1位數(shù)值比較器的真值表。當(dāng)前第103頁\共有113頁\編于星期一\10點邏輯表達式邏輯圖當(dāng)前第104頁\共有113頁\編于星期一\10點當(dāng)前第105頁\共有113頁\編于星期一\10點二、4位數(shù)值比較器比

較

輸

入級

聯(lián)

輸

入輸

出A3

B3A2

B2A1

B1A0

B0I(A>B)I(A<B)I(A=B)Y(A>B)Y(A<B)Y(A=B)A3>B3