组合逻辑电路的特点 组合逻辑电路的分析方法和设计方法 编码器概要课件.ppt
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1、组合逻辑电路的特点 组合逻辑电路的分析方法和设计方法 编码器、译码器和数据选择器 加法器和比较器 竞争冒险现象 掌握常见集成电路工作原理和使用方法,第四章 组合逻辑电路,学习要点,4.1 概述,一.组合逻辑电路的特点: 根据逻辑功能的不同,数字电路分为两大类:一类是组合逻辑电路,另一类是时序逻辑电路。 在组合电路中,任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入,与电路的原始状态无关。 在时序电路中,任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入,而且与该时刻之前电路的状态有关。,二.逻辑功能的描述: 可以用逻辑图、函数表达式或真值表的形 式来表示逻辑功能。,4.2 门级组合逻辑电路的分析和设计,逻辑电路的分析就是
2、找出给定逻辑电路输出和输入之间的逻辑关系,并指出电路的逻辑功能。,4.2.1 分析方法,分析步骤: 写出逻辑表达式化简和变换逻辑表达式列出真值表确定功能。,例 1 分析如图4.1所示组合逻辑电路的功能。,(2)化简,(3) 真值表 如表3.1所示,图 4.1 例 1 的逻辑电路,解:(1)表达式,表 4.1 例1的真值表,例 2 分析如图4.2所示组合逻辑电路的功能。解:,图 4.2 例2 的逻辑电路,功能:输入两个或者两个以上的1(或0), 输出 Y为1(或0), 可作为多数表决电路使用。,(1) 写出如下逻辑表达式,(2) 化简,(3)确定逻辑功能: 从逻辑表达式可以看出, 电路具有“异或
3、”功能。,4.2.2 设计方法, 所用的逻辑器件数目最少,器件的种类最少,且器件之间的连线最简单。 满足速度要求,应使级数尽量少,以减少门电路的延迟。 功耗小,工作稳定可靠。,设计时主要考虑的问题:, 根据逻辑函数表达式及选用的逻辑器件画出逻辑电路图。,组合逻辑电路设计步骤, 逻辑抽象。确定输入、 输出变量;0、1两种状态分别对输入、输出变量进行逻辑赋值,再根据输出与输入的逻辑关系列出真值表。, 选择器件类型。根据要求和器件功能决定。例如,当选用MSI器件设计电路时,对于多输出函数来说,选用译码器方便,而对单输出函数来说,则选用数据选择器方便。 , 根据真值表和选用逻辑器件的类型,写出相应的逻
4、辑函数表达式。当采用SSI集成门设计时,应将逻辑函数表达式化简,并变换为与门电路相对应的最简式。,列出真值表写出逻辑表达式逻辑化简和变换画出逻辑图,组合逻辑电路可以采用小规模集成电路实现,也可以采用中规模集成电路器件或存储器、可编程逻辑器件来实现。,归纳:组合逻辑电路的设计步骤,解: (1)输入变量、分别表示三个班学生是否上自习, 1表示上自习, 表示不上自习; 输出变量、 分别表示大教室、小教室的灯是否亮, 表示亮, 表示灭.,例 3 有三个班学生上自习,大教室能容纳两个班学生,小教室能容纳一个班学生。设计两个教室是否开灯的逻辑控制电路,要求如下: (1) 一个班学生上自习, 开小教室的灯。
5、 (2) 两个班上自习, 开大教室的灯。 (3) 三个班上自习, 两教室均开灯。,(2) 列真值表: 如表4.3所示。,表 4.3 真值表,(3)写表达式并化简:,(4) 画逻辑图: 与或逻辑表达式画出逻辑图;再画出用与非门实现的逻辑图。,图 4.3 例 3 的逻辑图(a) 直接实现; (b) 用与非门实现,4.3 编码器和译码器,4.3.1 编码器,编码:将特定含义的输入信号(文字、 数字、 符号)转换成二进制代码的过程。 编码器:实现编码操作的数字电路。 编码器分类: 按编码方式不同,分普通编码器和优先编码器; 按照输出代码的不同,分二进制编码器和非二进制编码器。,1. 二进制编码器 输入
6、信号的个数N与输出变量的位数n满足n 要求输入的N个信号是互相排斥的,称为线 n线编码器(如/线编码器),()列编码表:,例 5设计一个4线2线的编码器。,解:()确定输入、输出变量个数: 由题意知输入为四 个信息,输出为Y0、Y1,() 画编码器电路如图4.4所示。,图 4.4 4线 2线编码器,() 化简:,2. 非二进制编码器(如二十进制编码器) 二 十进制编码器是指用四位二进制代码表示一位十进制数的编码电路(0线线编码器)。,同学自己设计(列真值表,写表达式,画逻辑图)各输出逻辑函数式为:,最常见是8421 BCD码编码器,输入信号I0I9代表09共10个十进制信号,输出信号Y0Y3为
7、相应二进制代码。,3. 优先编码器 优先编码器是当多个输入端同时有信号时,电路只对其中优先级别最高的信号进行编码。,解: ()根据题意知,同一时间电话室只能处理一部电话,假如用A、B、C分别代表火警、 急救、工作三种电话,设电话铃响用1表示,铃没响用0表示。当优先级别高的信号有效时,低级别的则不起作用,这时用表示;用Y1, Y2表示输出编码。,例 5:电话室有三种电话, 按由高到低优先级排序依次是火警电话,急救电话,工作电话,要求电话编码依次为00、01、10。设计电话编码控制电路。,() 列真值表: 真值表如下所示。,表4.3 例5的真值表,() 写逻辑表达式,() 画优先编码器逻辑图如图4
8、.5所示。,图4.5 例5的优先编码逻辑图,优先编码器74LS148的扩展 用74LS148优先编码器可以多级连接进行扩展功能, 如用两块74LS148可以扩展成为一个16线4线优先编码器, 如图4.6所示。 ,图 4.6 16线4线优先编码器,根据图3.6进行分析可以看出, 高位片S1=0允许对输入I8 I15编码,YS1=1,S2=1,则高位片编码,低位片禁止编码。但若I8I15都是高电平,即均无编码请求,则YS1=0允许低位片对输入I0I7编码。显然,高位片的编码级别优先于低位片。,优先编码器74LS148的应用举例 计算机键盘,其内部就是一个字符编码器。它将键盘上的大、小写英文字母和数
9、字及符号还包括一些功能键(回车、空格)等编成一系列的七位二进制数码,送到计算机的中央处理单CPU,然后再进行处理、存储、输出到显示器或打印机上。,4.3.2 译码器,译码是编码的逆过程,即将每一组输入二进制代码 “翻译”成为一个特定的输出信号。实现译码功能的数字电路称为译码器。译码器分为变量译码器和显示译码器。 变量译码器有二进制译码器和非二进制译器。 显示译码器按显示材料分为荧光、发光二极管译码器、液晶显示译码器; 按显示内容分为文字、数字、符号译码器。,1. 二进制译码器(变量译码器) 常用的有:TTL系列中的54/74HC138、54/74LS138;CMOS系列中的54/74HC138
10、、 54/74HCT138等。图3.7所示为74LS138的符号图、管脚图, 其逻辑功能表如表4.4所示。 ,图4.7 74LS138符号图和管脚图 (a) 符号图; (b) 管脚图,表4.4 74LS138译码器功能表,2. 非二进制译码器 如二 -十进制译码器。常用型号有: TTL系列的54/7442、 54/74LS42和CMOS系列中54/74HC42、54/74HCT42等。 图3.8所示为74LS42的符号图和管脚图。该译码器有A0A3四个输入端, Y0Y9共10个输出端, 简称4线-10线译码器。74LS42的逻辑功能表如表4.5所示。,由功能表4.4可知,它能译出三个输入变量的
11、全部状态。该译码器设置了E1,E2A,E2B三个使能输入端, 当E1为1且E2A和E2B均为0时, 译码器处于工作状态,否则译码器不工作。,图 4.8 74LS42二 十进制译码器(a) 符号图; (b) 管脚图,表4.5 74LS42二-十进制译码器功能表,由表4.5知,Y0输出为Y0= 当 A3A2A1A0=0000 时, 输出Y0=0。它对应的十进制数为0。其余输出依次类推。, 显示译码器常见的是数字显示电路, 它通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成。 1) 显示器件 数码显示器按显示方式有分段式、 字形重叠式、 点阵式。 七段显示器应用最普遍。它有共阳极和共阴极两种接法。 共阳极接法
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