第三章-组合逻辑电路教学提纲课件.ppt
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1、,第三章 组合逻辑电路,Chapter 3 Combinational Logic Circuit,第三章 组合逻辑电路,数字电子技术,3.1,概述,3.1 概述,数字电子技术,根据逻辑功能的不同,可把数字电路分为组合逻辑电路(Combinational Logic Circuit)和 时序逻辑电路(Sequential Logic Circuit)两大类。一、组合逻辑电路的特点 功能上:任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入,而与电路原来的状态无关,即无记忆功能。电路结构上:只由逻辑门组成,不包含记忆元件,输出和输入之间无反馈。二、逻辑功能的描述方式 逻辑函数表达式,3.1 概述,数字电子技术
2、,由框图可知,输入与输出之间的逻辑关系可用一组逻辑函数表示:,图3.1.1 组合逻辑电路的框图,3.1 概述,数字电子技术,逻辑电路图 真值表 卡诺图 波形图 语言描述,组合逻辑电路的其它描述方式,3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法,数字电子技术,分析和设计是一对逆过程。,3.2.1 组合逻辑电路的分析方法,所谓“分析”,即根据逻辑电路找出电路的逻辑功能。分析的目的:求出逻辑功能或证明给定的逻辑功能正确与否。,3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法,数字电子技术,一、分析步骤:,(1)分别用符号标注各级门的输出端。,(2)从输入端到输出端逐级写出输出变量对输入变量的逻辑表达式,最后得到输入变量
3、表示的输出函数表达式。需要时用卡诺图或公式化简法化简逻辑函数成最简形式。,(3)列真值表。,(4)根据真值表或函数表达式确定电路的逻辑功能。有时功能难以用简练的语言描述,此时列真值表即可。,3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法,数字电子技术,二、分析举例【例1】分析图3.2.1所示电路的逻辑功能。,图3.2.1【例1】逻辑电路图,表321【例1】真值表,3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法,数字电子技术,3.2.2 组合逻辑电路的设计方法,所谓“设计”:即根据给出的实际逻辑问题,求出实现这个逻辑功能的最简逻辑电路。所谓“最简”:是指所用器件最少,器件种类最少,而且器件之间的连线也最少。,(1)
4、进行逻辑抽象 分析事件的因果关系,确定输入和输出变量;定义逻辑状态的含意;根据因果关系列出真值表;,一、设计步骤,3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法,数字电子技术,【例2】三人裁判举重比赛,一个主裁判,两个副裁判。认为杠铃举上时,各裁判按自己前面的电键(为1),否则不按(为0);裁判结果用红绿灯表示,红绿灯均亮(为1)表示“完全举上”,只红灯亮表示“需研究录像决定”,其余为未举上。(1)三个裁判均按下自己的电键,红绿灯全亮;(2)两个裁判(其中一个为主裁判)按下自己的电键,红绿灯全亮;(3)两个副裁判或一个主裁判按下自己的电键,只红灯亮;(4)其余情况红绿灯全灭。试用两级与或电路实现满足上述
5、四种要求的逻辑控制电路。,3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法,数字电子技术,(2)根据真值表求出最简逻辑表达式;,(3)选定器件的类型:SSI、MSI或PLD等;,(4)根据器件类型将逻辑函数化简或变换成适当的形式。,(5)根据(4)得出的函数式画出逻辑电路图。,图3.2.2【例2】举重裁判电路逻辑图,3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法,数字电子技术,二、完整设计举例【例3】试用与非门设计一个将8421-BCD码转换为余3码的码制转换电路(99级国教考题)。,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,数字电子技术,3.3.1 编码器(Encoder),“编码”:即为了区分一系列不同的事物,将其中
6、的每个事物用一个二值代码表示。编码器的逻辑功能:把输入的每一个高、低电平信号变成一个对应的二进制代码。,目前,一些常用的逻辑电路已经制成了中、小规模集成化电路产品。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,一、普通编码器(Common Encoder)特点:任何时刻只允许输入一个编码信号,否则将发生混乱。3位二进制普通编码器示例:,图3.3.1 3位二进制普通编码器框图,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,表3-3-1 3位二进制普通编码器真值表,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,由于普通编码器在任何时刻 当中仅有一个取值为1,即只有真值表中所列的8种状
7、态,而且它的()种状态均为约束项。因此,由真值表可得到逻辑式:,思考1:如何用与非门实现8421-BCD码普通编码器?,或门实现,与非门实现,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,二、优先编码器(Priority Encoder),特点:允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队,当几个输入信号同时出现时,只对其中优先权最高的一个进行编码。下面以8线-3线优先编码器74LS148为例分析优先编码器的工作原理。74LS148框图(俯视图)如下:,图3.3.2 74LS148的俯视图,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,图3.
8、3.3 74LS148的逻辑图,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,国产半导体集成电路型号命名法,C T 74LS148 E D,T:TTLH:HTLE:ECLC:CMOSM:Memory,E:-4085CC:070CR:-5585CM:-55125C,D:陶瓷直插P:塑料直插W:陶瓷扁平B:塑料扁平T:金属圆形,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,表3-3-2 74LS148功能表,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,由逻辑图和功能表可知:,(1)为选通输入端,只有在(即S=1时)编码器才能正常工作;而在(即S=0时)所有的输出端均被封锁在高电平。且
9、此时,输出,(由功能表第一行体现)。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,(2)为选通输出端,其表达式为:,此式表明:只有当所有的编码输入端均为高电平(即没有编码输入),且S=1()时,才为低电平。为低电平表示“电路工作,但无编码输入”。(功能表第二行所示)。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,(3)为扩展端,用于扩展编码功能,其表达式为:,此式表明:只要任何一个编码输入端有低电平信号输入(即有编码信号),且S=1(即),即为低电平。所以,低电平输出信号表示“电路工作,且有编码输入”。(功能表第310行所示)。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,(
10、4)在,且有编码输入的工作状态下,允许 当中同时有几个输入端低电平,且其中 优先权最高,优先权最低。,【例1】试用两片74LS148接成16线-4线优先编码器,将 16个低电平输入信号 编为00001111 16个4位二进制代码,其中 的优先权最高,的优先权最低。,接成的电路图如图3.3.4所示:,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,思考2:如何用一片74LS148实现8421-BCD码优先编码器?,图3.3.4 用两片74LS148接成的16线4线优先编码器逻辑图,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,3.3.2 译码器(Decoder),逻辑功能:将每个输入的二进
11、制代码对应的输出为高、低电平信号。译码是编码的反操作。常用的译码器有二进制译码器(binary decoder)、二十进制译码器(binary-coded decimal decoder)、显示译码器(display decoder)等。一、二进制译码器(最小项译码器)输入:一组二进制代码 输出:一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,例:3位二进制(3线8线)译码器框图如下所示:,二进制译码器可采用二极管与门阵列或三极管集成门电路等构成。,图3.3.5 3线8线译码器框图,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,(1)二极管与门阵
12、列译码器电路,图3.3.6 二极管与门阵列构成的3位二进制译码器电路图,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,用二极管与门阵列构成的译码器:,(2)三极管集成门译码器电路 中规模(MSI)集成电路通常采用三极管集成门(如TTL)电路。下面以74LS138 3线8线译码器为例来分析译码器的工作原理:,优点:,结构简单,缺点:,1、电路的输入电阻较低而输出电阻较高;2、输出的高、低电平信号发生偏移(0.7V)。因此,二极管门阵列译码器通常用于大规模(LSI)集成电路中。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,图3.3.7 74LS138框图及实物图,数字电子技术,3.3 若
13、干常用中规模组合逻辑电路,表3-3-3 74LS138功能表,3-8译码器74xx138内部逻辑图,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,74LS138框图及其各输出函数表达式如下:,最小项译码器,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,二、二十进制译码器 逻辑功能:将输入的BCD码的10个代码译成10个高、低电平输出信号。它属于码制变换译码器中的一种。4线10线译码器74LS42是二十进制译码器的一个典型例子,它将所输入的8421BCD码二进制代码译成十进制代码09。74LS42的功能表(真值表)如下所示:,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,表3-3-4
14、 74LS42功能表,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,图3.3.8 74LS42逻辑电路图,74LS42逻辑电路图及各输出表达式如下所示:,思考:如何实现5421、2421、余3码等BCD码的译码转换?,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,三、显示译码器 逻辑功能:将数字(09)、文字、符号(AF)等的二进制代码翻译并显示出来的电路叫显示译码器。它包括译码驱动电路和数码显示器两部分。按发光物质分,数码显示器可以分为以下四种类型:1)半导体显示器,亦称发光二极管(LED)显示器;2)荧光数字显示器,如荧光数码管、场效发光数字板等;3)液晶数字显示器,如液晶显示器(
15、LCD)、电泳显示器等;4)气体放电显示器,如辉光数码管、等离子显示板等。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,数码显示实物图,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,半导体数码管(八段)外形图及等效电路,缺点:工作电流较大,每一段工作电流在10mA左右。,优点:工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高,响应时 间短(),亮度较高。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,LED的驱动电路 既可以用半导体三极管驱动,也可以用TTL与非门驱动。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,有机化合物液晶显示器结构及工作原理(动态散射效应),缺点:亮度很差,响应
16、速度较低(10200ms)。,优点:功耗极小,工作电压很低(1V)。,数字电子技术,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,例:BCD七段字符译码显示电路,图3.3.9 7448驱动BS201A(a)接线图(b)七段显示字型,数字电子技术基础,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,有灭零控制的数码显示系统实例图,数字电子技术基础,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,表3-3-5 74LS48功能表,数字电子技术基础,3.3 若干常用中规模组合逻辑电路,四、译码器的应用(1)在存储器中的应用 用作地址译码器或指令译码器,译码器输入地址码,输出为存储单元地址。如n位地址线可寻址 个单元。(2)扩展应用
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