常用组合逻辑电路与应用课件.ppt
第三章 常用组合逻辑电路芯片及应用（8）,引言3.1 组合逻辑电路的基本概念 3.2 组合逻辑电路分析和设计方法3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险3.4 常用组合逻辑电路芯片及应用小结,引言,典型数字控制系统实例 从本章开始，将介绍这些中、大规模集成组合逻辑电路。常用的中、大规模集成组合逻辑电路有编码器和译码器、数据选择器和数据分配器、数值比较器、算术逻辑运算单元。对于这些常用的集成组合逻辑电路，着重分析它们的功能及基本的应用方法。在学习这些内容的过程中，要以前面所学习的真值表、逻辑代数、卡诺图等作为工具，进行逻辑电路的分析与设计。,引言,编码器,译码器,寄存器,码制转换器,比较器,计数器,加法器,寄存器,码制转换器,译码器,MUX,药片数传感器,阀门,每瓶的药片数,总装瓶药片数量显示,新瓶到位计数器清零,瓶内实际药片数（十进制）,每瓶药片的设定数（十进制）,每瓶药片的设定数（BCD编码数）,设定键盘,远程控制台,瓶内实际药片数（十进制）,比较相等信号,3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险,3.3.1 产生竞争冒险的原因3.3.2 消去竞争冒险的方法,3.4 常用组合逻辑电路芯片及应用,3.4.1 编码器 3.4.2 译码器和数据分配器 3.4.3 数据选择器 3.4.4 数值比较器 3.4.5 算术运算器 3.4.6 常用组合逻辑电路应用实例,3.1 组合逻辑电路的基本概念,组合逻辑电路定义：在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与先前状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。,A0A1：An-1,Y0Y1：Ym-1,Y输出,A输入,Y0=F0(A0,A1,An-1)Y0=F0(A0,A1,An-1)Ym-1=Fm-1(A0,A1,An-1),3.1 组合逻辑电路的基本概念,组合逻辑电路特点：（1）输出、输入之间没有反馈延迟通路；（2）电路中不含记忆单元。组合电路逻辑功能表示：组合电路是逻辑函数的电路实现，所以表示逻辑函数的几种方法真值表、卡诺图、逻辑表达式及时序图均可表示组合电路的逻辑功能组合逻辑电路的分类：按照功能特点可分为：编码器、译码器、数据选择器、分配器、比较器、加法器等。,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,电路分析的目的 目的是为了确定已知电路的逻辑功能，所以分析的结论是指出电路所实现的逻辑功能。电路分析的步骤（1）由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；（2）化简和变换各逻辑表达式；（3）列出真值表；（4）根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定其功能。实例,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,例：试分析如图所示电路的逻辑功能。图中输入信号A、B、C、D是一组四位二进制代码,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,&,A,B,C,D,W,X,Y,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,解（1）写出逻辑表达式：（2）进行化简：,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,（3）列真值表：（4）功能说明：由真值表可知，此电路实现的逻辑功能是检奇电路。,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,电路设计的目的 组合逻辑电路设计的目的是根据逻辑功能设计出实现该功能的电路。电路设计的步骤（1）根据对电路逻辑功能的要求，列出真值表；（2）由其值表写出逻辑表达式；（3）简化和变换逻辑表达式，从而画出逻辑图。注意点 组合逻辑电路的设计，通常以电路简单，所用器件的数目和种类最少为目标 实例,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,例：试设计将十进制的四位二进制码（8421）BCD转换成典型格雷码解：（1）分析题意，确定输入变量与输出变量的数目,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,（2）列真值表,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,（3）根据真值表，填写输出函数卡诺图,B3B2,B1B0,G1卡诺图,B3B2,B1B0,G0卡诺图,G0,G1,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,（3）根据真值表，填写输出函数卡诺图,B3B2,B1B0,G3卡诺图,B3B2,B1B0,G2卡诺图,G2,G3,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,（4）化简并写出逻辑代数式（5）、由逻辑代数式画出逻辑图,1,1,B0,B1,G0,1,B2,G2,G1,B3,G3,3.2 组合逻辑电路的分析和设计,逻辑代数是分析和设计逻辑电路的工具组合逻辑电路的输出状态只决定于同一时刻的输入状态。组合逻辑电路的分析目的是为了确定已知电路的逻辑功能，步骤：写出各输出端的逻辑表达式、化简和变换各逻辑表达式、列出真值表、确定功能。应用逻辑门电路设计组合逻辑电路的步骤是：列出真值表、写出逻辑表达式、化简和变换、画出逻辑图,小结：,3.3.1 产生竞争冒险的原因,竞争冒险的现象 由于逻辑门输出的延迟，当一个逻辑门的几个输入端经不同的路径输入信号时，会产生错误的逻辑输出信号，这种现象称为竞争冒险。产生竞争冒险的原因 当电路中存在由反相器产生的互补信号，且在互补信号的状态发生变化时，由于反相器的输出延时，可能出现冒险现象。实例,3.3.2 消去竞争冒险的方法,发现并消掉互补变量 例如增加乘积项 输出端并联电容器,3.4.1 编码器,1、编码器的定义与功能2、集成电路编码器,3.4.2 译码器和数据分配器,1、译码器的定义及功能2、集成电路译码器3、数据分配器,3.4.3 数据选择器,1、数据选择器的定义及功能2、集成电路数据选择器,3.4.4 数值比较器,1、数值比较器的定义及功能2、集成数值比较器,3.4.5 算术运算器,1、半加器和全加器2、多位数加法器3、集成加法器及应用,小 结,常用的中规模组合逻辑器件包括编码器、译码器、数据选择器、数据比较器、加法器等。它们可通过输入、输出使能端扩展为更复杂的逻辑系统。应用组合逻辑器件进行组合逻辑电路设计时，可用第三章的组合逻辑电路设计步骤。,3.4.1 编码器编码器的定义与功能,编码器的定义 将某一位有效的输入信息变换为以二进制按一定的规律编排的代码（多位输出信息），使每组代码都对应一位有效输入信息，这种功能称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。二进制编码位数n与输入信息个数m有如下关系：m2n,3.4.1 编码器编码器的定义与功能,4线-2线编码器 四位输入信息，二位编码输出信息。,3.4.1 编码器编码器的定义与功能,优先编码器 在两个或更多个同时输入时，编码器能够根据规定好的先后次序，即优先级别，只对优先级别高的输入进行编码，具有上述功能的逻辑部件称为优先编码器。4线-2线优先编码器 四位输入信息，二位编码输出信息。键盘输入8421BCD码编码器 功能表,3.4.1 编码器集成电路编码器,8线-3线优先编码器74148（CD4532）功能表 逻辑图及化简可得各输出的表达式：输入使能端只有其输入有效信号时，该器件才处于工作状态，器件才具有其逻辑功能。输出使能端当其输出有效信号时，指示该器件正处于工作状态，器件具有其逻辑功能。8线-3线优先编码器74148的应用,3.4.1 编码器集成电路编码器,3.4.2 译码器和数据分配器定义及功能,译码器的定义及功能 译码的功能是将具有特定含义的二进制码（多位输入信号）进行辨别，并转换成一位的有效的输出信号（地址译码）或转换成另一种二进制编码（代码转换）。具有译码功能的逻辑电路称为译码器。n位的二进制码和m个输出信号之间有如下关系：m=2n2线4线译码器 功能表 二位二进制码输入，四个输出控制信号，其逻辑表达式为：,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,74138集成译码器 功能表 三位输入二进制码，八个输出信号其逻辑表达式为：,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,74138集成译码器应用 1.用译码器实现逻辑函数例：用3-8译码器实现逻辑函数解：1）将使能端接成有效，使译码器工作有效，即G1接5V，G2A、G2B接地。2）将输入变量X、Y、Z分别接到译码器的输入C、B、A端，则：,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,74138集成译码器应用 2.功能扩展 例：用3-8译码器扩展为4-16译码器，其中4-16译码器的输入变量为D0、D1、D2、D3；输出变量为Z0、Z1、Z14、Z15,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,74138集成译码器应用 2.功能扩展,G1,G2AG2B,G1,G2AG2B,A B C,A B C,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,7442二十进制译码器 二十进制译码器是码制变换译码器，它是将输入BCD码的10个代码译成10个高低电平输出信号。七段显示译码器 1）七段式数字显示器（数码管）2）七段显示译码驱动电路 3）7448集成七段显示译码器（74HC4511）能将十进制的8421BCD码转换成点亮分段式数字显示器显示码，所以该译码器是代码转换器。,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,七段显示译码驱动电路 1)逻辑抽象即确定逻辑输入输出变量 输入A3、A2、A1、A0组成8421BCD码 输出Ya、Yb、Yc、Yd、Ye、Yf、Yg组成驱动数码管信号，若采用共阳极数码管，则Yayg应为低电平有效 2）建立真值表 3）画卡诺图 4）写出逻辑表达式 5）画出逻辑图,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,BCD七端译码显示逻辑电路,3.4.2 译码器和数据分配器集成译码器,3.4.2 译码器和数据分配器数据分配器,数据分配器定义 数据分配是将一个源数据根据需要送到多个不同的通道上去，实现数据分配功能的逻辑电路称为数据分配器。数据分配器实现 数据分配器可以用唯一地址译码器实现。如用74138译码器实现,3.4.2 译码器和数据分配器数据分配器,数据分配器实现例如，当G1=1，G2B=0，CBA=010时：同理，当G1=1，G2B=0，CBA=100时：所以：G2A=1，则Y2=1或Y4=1；G2A=0，则Y2=0或Y4=0 译码器作为数据分配器的功能表,3.4.3 数据选择器定义及功能,数据选择定义 数据选择是指经过选择，把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道上去。实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。多路输入，一路输出。是数据分配器逆过程。4选1数据选择器 功能表 输出端逻辑表达式为：,3.4.3 数据选择器集成数据选择器,74LS151集成电路数据选择器 功能表 多位数据输出选择可用一位选择器并联组成，大于八位数据输入选择可用一位选择器串联组成。数据选择器的应用 1）逻辑函数产生器 例：2）实现并行数据到串行数据的转换,3.4.3 数据选择器集成数据选择器,2位八选一数据选择器的连接方法,3.4.3 数据选择器集成数据选择器,用两片8选1数据选择器扩展为16选一数据选择器的逻辑图,3.4.4 数值比较器定义及功能,数值比较器的定义 数值比较器就是对两数A、B进行比较，以判断其大小的逻辑电路。比较结果有AB、AB以及AB三种情况。一位数值比较器 真值表 由比较器的定义 推出比较器的输出逻辑式：两位数值比较器 真值表 同理可得两位比 较器的输出逻辑式：,3.4.4 数值比较器集成数值比较器,集成数值比较器74LS85 74LS85是4位数值比较器，与两位数值比较器相同从高位逐位比较得到结果。并带有扩展输入输出使能位。功能表 逻辑表达式集成数值比较器位数扩展 将四位数值比较器扩展为八位数值比较器。,3.4.4 数值比较器集成数值比较器,74LS85的逻辑图和引脚图,逻辑图,引脚图,3.4.4 数值比较器集成数值比较器,3.4.4 数值比较器集成数值比较器,3.4.4 数值比较器集成数值比较器,3.4.5 算术运算器半加器和全加器,半加器 半加器是完成一位二进制数相加，并且不考虑低位的进位，由真值表可得其输出逻辑表达式：全加器 全加器能进行一位加数、被加数和低位来的进位信号相加，并根据求和结果给出该位的进位信号，由真值表和卡诺图化简后可得其逻辑表达式：,3.4.5 算术运算器多位加法器,串行进多位加法器 若有多位数相加，则可采用并行相加串行进位的方式来完成。,3.4.5 算术运算器集成4位加法器及应用,超前进位集成4位加法器74LS283 将上一节中的和表达式和进位表达式中的AiBi和AiBi定义为Gi和Pi，则表达式可写为：Si=Pi C i-1 Ci=Gi+PiC i-1 同理得各位进位信号表达式为：C0=G0+P0C-1 C1=G1+P1C0=G1+P1G0+P1P0C-1 C2=G2+P2C1=G2+P2G1+P2P1G0+P2P1P0C-1 C3=G3+P3C2=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1G0+P3P2P1P0C-1 由上式可得：各进位位只与各位加数和被加数有关，既进位位同时产生。74LS283的进位位就是用上述方法产生。,3.4.5 算术运算器集成4位加法器及运用,用4位全加法器构成16位全加法器,3.4.5 算术运算器集成4位加法器及运用,用4位全加法器设计组合逻辑电路例：设计一个代码转换电路，将8421BCD码转成余三码。解：1）定义输出Y3 Y2 Y1 Y0、输入变量A3 A2 A1 A0 2）列出真值表：由8421BCD码和余三码的编码规则，即可列出真值表。由真值表可列出输入、输出如下关系：Y3 Y2 Y1 Y0 A3 A2 A1 A00011，即将输入的8421BCD码加三就为余三码的编码规则。3）由上规则画出逻辑图。,3.4.5 算术运算器集成4位加法器及运用,3.4.6 常用组合逻辑电路应用实例,3.4.6 常用组合逻辑电路应用实例,
