《電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能》 課件 第六單元 組合邏輯電路

電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能6.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)

6.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)1：實(shí)踐導(dǎo)入圖6-1-1所示為生活中常見的一些組合電路應(yīng)用裝置。這些裝置的功能都可以用組合邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。（a）會(huì)議表決器和表決系統(tǒng)（b）搶答器圖6-1-1生活中常見的組合電路應(yīng)用裝置在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要將若干個(gè)門電路組合起來，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的邏輯功能，這種電路稱為組合邏輯電路。組合邏輯電路的特點(diǎn)是：任何時(shí)刻電路的輸出狀態(tài)直接由當(dāng)時(shí)的輸入狀態(tài)決定，輸入狀態(tài)消失，則相應(yīng)的輸出狀態(tài)立即消失，即無記憶功能。常見的組合邏輯電路有加法器與比較器、編碼器與譯碼器、數(shù)據(jù)分配器與數(shù)據(jù)選擇器等。

6.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)2：組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的分析，就是已知組合邏輯電路，分析其實(shí)現(xiàn)的邏輯功能。組合邏輯電路分析的一般步驟是：（1）根據(jù)所給的邏輯電路圖，寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式；（2）對(duì)邏輯函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到最簡(jiǎn)表達(dá)式；（3）由最簡(jiǎn)表達(dá)式列出真值表；（4）根據(jù)真值表，分析、確定電路的邏輯功能。以上組合邏輯電路的分析過程，如圖8-2所示。圖6-1-2組合邏輯電路的分析步驟示意圖

6.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)2：組合邏輯電路的分析【經(jīng)典例題】例題6-1

根據(jù)圖6-1-3所示邏輯電路，寫出該電路的邏輯函數(shù)表達(dá)式、真值表，并分析其邏輯功能。圖6-1-3例題6-1邏輯電路

6.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)2：組合邏輯電路的分析

問題解析：對(duì)于多個(gè)門電路級(jí)聯(lián)而成的組合邏輯電路，從首級(jí)開始，根據(jù)門電路的功能逐級(jí)寫出門電路的輸出表達(dá)式，直至最終的輸出；然后對(duì)整個(gè)電路的輸出函數(shù)式進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到最簡(jiǎn)式；列寫真值表時(shí)，將各種輸入下的變量取值帶入最簡(jiǎn)式，運(yùn)算得到輸出值；觀察、分析真值表的特征，歸納出組合邏輯電路的功能。表6-1-1ABY000011101110

6.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)3：組合邏輯電路的設(shè)計(jì)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)實(shí)際的邏輯功能要求，設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)該功能的電路，其過程恰好是組合邏輯電路分析的逆過程。組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟是：（1）根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)的邏輯功能，列出真值表；（2）由真值表寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式；（3）化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)表達(dá)式；（4）根據(jù)化簡(jiǎn)后的邏輯函數(shù)表達(dá)式畫出邏輯電路圖。組合邏輯電路的設(shè)計(jì)過程可用圖6-1-4表示。在進(jìn)行組合邏輯電路的設(shè)計(jì)時(shí)，最關(guān)鍵的在于第一步，即由實(shí)際的邏輯功能寫出正確的真值表。在分析實(shí)際邏輯功能時(shí)，首先要確定輸入變量、輸出變量，搞清楚輸入變量、輸出變量的邏輯關(guān)系。圖6-1-4組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟示意圖

6.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)3：組合邏輯電路的設(shè)計(jì)【經(jīng)典例題】例題6-2

試用異或門設(shè)計(jì)一個(gè)有三輸入的奇偶校驗(yàn)邏輯電路。要求輸入奇數(shù)個(gè)1時(shí)，輸出為1，否則，輸出為0。解：（1）三輸入變量分別用A、B、C表示，輸出用Y表示，根據(jù)題意列出真值表6-1-2。ABCY00000011010101101001101011001111表6-1-2圖6-1-5三輸入奇偶校驗(yàn)邏輯電路圖電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能6.2編碼器

6.2編碼器教學(xué)活動(dòng)1：實(shí)踐導(dǎo)入

圖6-2-1所示為電視機(jī)的遙控器。按下音量按鈕、對(duì)比度按鈕后，電視機(jī)的音量、對(duì)比度將發(fā)生相應(yīng)的變化。圖6-2-1電視機(jī)遙控器

為什么按下電視機(jī)遙控器的某一按鈕后，電視機(jī)相應(yīng)的量會(huì)發(fā)生變化呢？這是因?yàn)檫b控器內(nèi)有一個(gè)編碼器，它把某一個(gè)按鈕與一個(gè)特定的控制信息對(duì)應(yīng)起來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電視機(jī)的控制。什么是編碼器？它有什么功能？典型集成編碼器的引腳功能怎樣識(shí)別和使用呢？讓我們來學(xué)習(xí)下面的內(nèi)容吧！

6.2編碼器教學(xué)活動(dòng)2：編碼器的功能

在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常需要將某一信息（輸入）變換成某一特定的代碼（輸出）。把二進(jìn)制數(shù)碼按一定的規(guī)律排列組合，并給每組代碼賦予一定的含義（代表某個(gè)數(shù)或控制信號(hào)）的過程稱為編碼。

具有編碼功能的電路稱為編碼器。編碼器的示意圖如圖6-2-2所示，它的輸入端數(shù)n與輸出端數(shù)m滿足n≤2m的關(guān)系。在n個(gè)輸入端中，每次只能有一個(gè)信號(hào)有效，其余無效；每次輸入有效時(shí)，只能有唯一的一組輸出與之對(duì)應(yīng)，即一個(gè)輸入對(duì)應(yīng)一組m位二進(jìn)制代碼的輸出。圖6-2-2編碼器示意圖

6.2編碼器教學(xué)活動(dòng)3：集成編碼器的典型產(chǎn)品常見的編碼器有普通編碼器（二進(jìn)制編碼器、二-十進(jìn)制編碼器）、優(yōu)先編碼器兩種。在普通編碼器中，任何時(shí)刻只允許輸入一個(gè)編碼信號(hào)，否則輸出將發(fā)生混亂。在實(shí)際產(chǎn)品中，均采用優(yōu)先編碼器。在優(yōu)先編碼器中，允許同時(shí)輸入兩個(gè)及兩個(gè)以上的編碼信號(hào)，編碼器自動(dòng)對(duì)所有輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排隊(duì)，只對(duì)優(yōu)先級(jí)最高的信號(hào)進(jìn)行編碼。這里介紹兩種常用的集成電路優(yōu)先編碼器。

6.2編碼器教學(xué)活動(dòng)3：集成編碼器的典型產(chǎn)品

6.2編碼器教學(xué)活動(dòng)3：集成編碼器的典型產(chǎn)品

6.2編碼器教學(xué)活動(dòng)3：集成編碼器的典型產(chǎn)品

6.2編碼器教學(xué)活動(dòng)3：集成編碼器的典型產(chǎn)品輸入輸出I0I1I2I3I4I5I6I7I8I9Y3Y2Y1Y010000000000000×1000000000001××100000000010×××10000000011××××1000000100×××××100000101××××××10000110×××××××1000111××××××××101000×××××××××1100100000000001111表6-2-2

CC40147功能表電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能6.3譯碼顯示電路

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)1：實(shí)踐導(dǎo)入

電視機(jī)接收到遙控器的信號(hào)（如圖6-3-1所示），就能做出相應(yīng)的改變，如改變音量、對(duì)比度等。圖6-3-1電視機(jī)及遙控器為什么電視機(jī)能準(zhǔn)確地執(zhí)行遙控器發(fā)出的指令呢？這是因?yàn)?，電視機(jī)接收到遙控器輸出的編碼信號(hào)后，送給CPU進(jìn)行譯碼，用譯碼得到的操作指令去控制相應(yīng)的電路，最終做出相應(yīng)的改變。什么是譯碼器？它有什么功能？典型集成譯碼器的引腳功能怎樣識(shí)別和使用呢？讓我們來學(xué)習(xí)下面的內(nèi)容吧！

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)2：通用譯碼器譯碼是編碼的逆過程，它將二進(jìn)制數(shù)碼按其原意翻譯成相應(yīng)的輸出信號(hào)。實(shí)現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。

圖6-3-2所示是譯碼器示意圖，它的輸入端數(shù)n和輸出端數(shù)m的關(guān)系為2n＞m。譯碼器按用途不同可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。通用譯碼器又分為二進(jìn)制譯碼器、BCD譯碼器，它們主要用來完成各種碼制之間的轉(zhuǎn)換；顯示譯碼器主要用來譯碼并驅(qū)動(dòng)顯示器顯示譯碼結(jié)果。

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)2：通用譯碼器

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)2：通用譯碼器

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)2：通用譯碼器

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)2：通用譯碼器

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼顯示器件在數(shù)字計(jì)算系統(tǒng)及數(shù)字式測(cè)量?jī)x表中，常需要把計(jì)數(shù)譯碼后的輸出狀態(tài)用人們習(xí)慣的十進(jìn)制數(shù)碼的字形顯示出來，數(shù)碼顯示器就可以完成這一工作。數(shù)碼顯示器有多種形式，目前廣泛使用七段數(shù)碼顯示器。它由七段能各自獨(dú)立發(fā)光的線段按一定的方式組合構(gòu)成的，如圖6-3-6所示為七段數(shù)碼顯示器的實(shí)物外形、發(fā)光段分布及顯示數(shù)字圖形。圖6-3-6（b）是七段數(shù)碼顯示器的排列形狀，一定的發(fā)光段組合能顯示出相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)碼，例如當(dāng)a、b、c、d、e、f、g段均發(fā)光時(shí)，就能顯示數(shù)字“8”；當(dāng)a、c、d、f、g段發(fā)光時(shí)，就能顯示數(shù)字“5”。

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼顯示器件七段顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管、液晶顯示器及熒光數(shù)碼管等幾種，雖然它們結(jié)構(gòu)各異，但譯碼顯示的電路原理是相同的，常用的是LED數(shù)碼管、LCD顯示器

圖6-3-6七段數(shù)碼顯示器

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼顯示器件1．LED數(shù)碼管半導(dǎo)體數(shù)碼管是將發(fā)光二極管（LED）按圖6-3-6（b）排列為“日”字形制成的，具有較高的亮度、字形清晰、工作電壓低（1.5～3V）、體積小、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度較快等特點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛。根據(jù)連接方式不同，LED數(shù)碼管有共陽(yáng)極和共陰極兩種連接方式，如圖6-3-7所示。其中的h段發(fā)光，可顯示小數(shù)點(diǎn)位。共陰極連接時(shí)，譯碼器輸出高電平才能驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光；共陽(yáng)極連接時(shí)，譯碼器輸出低電平才能驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光。常用的共陰極LED數(shù)碼管型號(hào)有BS201、BS202、BS207及LC5011-11等；共陽(yáng)極LED數(shù)碼管型號(hào)有BS204、BS206及LA5011-11等，它們的引腳排列如圖6-3-8所示。圖6-3-9所示是雙位共陰極LED七段數(shù)碼管實(shí)物外形。在使用LED七段數(shù)碼管前應(yīng)先查閱資料，明確其連接方式。

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼顯示器件

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼顯示器件2．LCD顯示器在電子手表、微型計(jì)算器等小型電子器件的數(shù)字顯示部分，多采用液晶分段式數(shù)碼顯示器。它是利用液晶在電場(chǎng)作用下，光學(xué)性能變化的特性而制成的。如圖6-3-10所示，在涂有導(dǎo)電層的基片上，按分段圖形灌注液晶并封裝好，然后用譯碼器輸出端與各腳相連，在控制電壓作用下的液晶段由于光學(xué)性能的變化而出現(xiàn)反差，從而顯示相應(yīng)數(shù)字。液晶顯示器工藝簡(jiǎn)單、體積小、功耗極小，但清晰度較低。圖6-3-10

LCD顯示器示意圖

七段顯示器如果要將相應(yīng)的數(shù)字顯示出來，還要有顯示譯碼電路。顯示譯碼電路的功能就是將輸入的BCD碼翻譯成十進(jìn)制數(shù)的信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)顯示器顯示數(shù)字。常見的有TTL顯示譯碼器與CMOS顯示譯碼器。

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼顯示器件1．共陰極與共陽(yáng)極顯示譯碼器七段顯示譯碼器按其譯碼器的驅(qū)動(dòng)和顯示器的結(jié)構(gòu)可分為共陰極、共陽(yáng)極兩種。同樣，顯示器也分為共陰極、共陽(yáng)極兩種。它們配套使用時(shí)必須兩者都共陰極或都共陽(yáng)極。共陰極顯示譯碼器特點(diǎn)是以譯碼器輸出高電平驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮共陰極顯示器（七段GaAsP字型管，以下同），輸出低電平時(shí)，字段熄滅。74LS48等是發(fā)射極開路（OE）輸出的共陰極顯示譯碼器，不需外接電阻，使用時(shí)直接同共陰極顯示器連接。共陽(yáng)極顯示譯碼器的特點(diǎn)是以譯碼器輸出低電平驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮共陽(yáng)極顯示器，輸出高電平時(shí)，字段熄滅。74LS49等是集電極開路（OC）輸出顯示譯碼器，使用時(shí)需在譯碼器與顯示器之間外接400Ω左右的限流電阻。

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼顯示器件2．典型顯示譯碼器功能介紹顯示譯碼器種類和型號(hào)很多，現(xiàn)以74LS48和CC4511為例分別介紹如下。1）74LS4874LS48是七段顯示譯碼器，輸出1有效，驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。其實(shí)物外形和引腳如圖6-3-11所示，其功能表如表6-3-3所示。從功能表可知，當(dāng)輸入碼對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)大于9時(shí)，七段顯示器會(huì)顯示一定的圖形而不是數(shù)字，從而可鑒別相應(yīng)的輸入情況。三個(gè)輔助控制端及功能如下。圖6-3-11

74LS48的實(shí)物外形和引腳排列

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼顯示器件

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼顯示器件

6.3譯碼顯示電路教學(xué)活動(dòng)3：數(shù)碼