门电路与组合逻辑电路.ppt

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1、第八章 门电路与组合逻辑电路,第一节 数字电路概述与计数制,第二节 逻辑门电路,第三节 组合逻辑电路的分析与设计,第八章 门电路与组合逻辑电路,第四节 常用组合逻辑电路,第一节 数字电路概述与计数制,一、模拟量和数字量,二、计数制,第八章 门电路与组合逻辑电路,一、模拟量和数字量,1脉冲数字信号,数字电路(digital circuit)：,组合逻辑电路,时序逻辑电路,脉冲是指在短时间内出现的电压或电流的变化，其波形不按正弦规律变化。,第八章 门电路与组合逻辑电路,脉冲数字信号的参数,脉冲幅度Um,脉冲上升时间tr,脉冲下降时间tf,脉冲宽度tw,周期T,第八章 门电路与组合逻辑电路,2典型的

2、数字信号,在同一种方波信号中，相对高的电位叫作高电平，反之为低电平,矩形波信号,第八章 门电路与组合逻辑电路,方波特点：强调相对高低电位，而非具体电位或电压的数值,3.正逻辑和负逻辑,正逻辑:高电平为“1”低电平为“0”,方波特点：强调相对高低电位，而非具体电位或电压的数值,第八章 门电路与组合逻辑电路,二、计数制,1.十进制 逢十进一和“权”,2.二进制 逢二进一和“权”,43.2=4101+3100+210-1,权:101(十位)100(个位)10-1(小数后1位),(1101)2=123+122+021+120,权:23 22 21 20,13,基数,例如,例如,第八章 门电路与组合逻辑

3、电路,3.十进制,二进制转换成十进制：按权展开,十进制转换成二进制：整数部分转换 小数部分转换,(1101)2=123+122+021+120,权:23 22 21 20,13,例如,第八章 门电路与组合逻辑电路,例如 14.605,整数部分转换：除2取余，直至0,十进制转换成二进制,14,2,7,2,3,2,1,2,0,14=(1110)2,余0,余1,余1,余1,注意：先得的余数为低位；后得的为高位,第八章 门电路与组合逻辑电路,例如 14.605,十进制转换成二进制,注意：先得的整数为高位，后得的为低位,小数部分：乘2取整，直至达精确的位数,0.605,1.210,0.420,K-3=0

4、,K-2=0,K-1=1,0.840,0.605(0.100)2,得：14.605(1110.100)2,第八章 门电路与组合逻辑电路,4.二-十进制,Binary Coded Decimal，BCD码,BCD码：用四位二进制代码表示一位十进制数(09共十个数字）,00001001,可代表09,又称8421码(权),1位十进制数,举例：（84）10（1000，0100）8421BCD,第八章 门电路与组合逻辑电路,第二节 逻辑门电路,一、基本逻辑门电路,二、集成逻辑门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,逻辑门电路：能够实现逻辑关系，逻辑关系是指某事物的条件与结果的关系。,1与逻辑和与门电路,“

5、1”接通或灯亮;“0”断开或灯灭,与逻辑 AND logic：只有当决定某一事情的条件全部具备之后，这件事才会发生。,一、基本逻辑门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,与逻辑真值表,只有当A、B全为“1”，才有Y1；若A、B任一为0V,相应的二极管优先导通，钳制UY0.7V。,0,表达式：YAB,与门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,2或逻辑和或门电路,“1”接通或灯亮;“0”断开或灯灭,或逻辑真值表,或逻辑（OR logic）：当决定某一事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事就会发生。,第八章 门电路与组合逻辑电路,或门电路,表达式：YAB,若A、B中任一为1,相应的二极管

6、优先导通，钳制UY3.7V。,1,或逻辑真值表,第八章 门电路与组合逻辑电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,3非逻辑和非门电路,“1”接通或灯亮;“0”断开或灯灭,非逻辑（NOT logic）：某一事情是否发生只取决于一个条件，而且结果是对该条件的否定；条件具备时事情不发生，条件不具备时事情才发生。,第八章 门电路与组合逻辑电路,非门电路,1,0,三极管开关状态,表达式：,饱和导通,第八章 门电路与组合逻辑电路,复合逻辑门,与非门电路,或非门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,举例：同或门,逻辑功能：A、B相同，则Y1,可写成 YAB,同或门逻辑符号,第八章 门电路与组合逻辑电路,二、集成逻辑

7、门电路,1TTL门电路,半导体集成门电路：,双极型 三极管,单极型 场效应管,Transistor-transistor Logic,属于双极型集成门电路，主要以TTL与非门电路为基础,第八章 门电路与组合逻辑电路,T1：多发射极晶体管，构成与门电路,典型TTL与非门电路的结构、功能和逻辑符号,C1,第八章 门电路与组合逻辑电路,TTL与非门工作原理,当A、B、C 任一为“0”时：Y1,1,UB1=0.3+0.7=1V,5V,UY3.6V,3.6V,拉电流,T1：多发射极晶体管，构成与门电路,C1,第八章 门电路与组合逻辑电路,T1各发射极最终还导通吗？,0,UB1=0.73=2.1V,1V,

8、UY0.3V,0.3V,当A、B、C 全为“1”时：UB1Y0,灌电流,C1,TTL与非门工作原理,第八章 门电路与组合逻辑电路,TTL与非门工作原理总结,第八章 门电路与组合逻辑电路,TTL的主要参数,传输延时：传输延迟时间是用来表示TTL门电路工作速度的参数,输入输出逻辑电平：标准TTL门输入逻辑低电平UIL为00.8V；输入逻辑高电平UIH为25V；输出逻辑低电平UOL为00.4V；输出逻辑高电平UOH为2.45V。,第八章 门电路与组合逻辑电路,输入输出逻辑电平：标准TTL门输入逻辑低电平UIL为00.8V；输入逻辑高电平UIH为25V；输出逻辑低电平UOL为00.4V；输出逻辑高电平

9、UOH为2.45V。,TTL的主要参数,第八章 门电路与组合逻辑电路,IIL,阈值电压UT：能使输入级T1的基极电位UB1达到2.1V对应的输入电压，称为阈值电压。,输入输出电流：低电平输入电流IIL输入端短路电流IIS 高电平输入电流IIH反偏漏电流:IIH0,IIS,1V,IIH,IIS1.6mA,IIH2040A,TTL的主要参数,第八章 门电路与组合逻辑电路,扇出系数：扇出系数是指一个门电路能带同类门电路输入端的最大数目。,灌,0,拉,1,或者在拉电流时：,在驱动门灌电流时：,output,Low,High,output,TTL的主要参数,第八章 门电路与组合逻辑电路,（1）CMOS非

10、门电路 常称CMOS反相器,驱动管TN是N沟道增强型(NMOS)，负载管TP是P沟道增强型(PMOS)，两者联成互补对称的结构。,无论电路处于何种状态，两管中总有一个截止，所以它的静态功耗极低，有微功耗电路之称。,驱动管,负载管,2CMOS门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,2CMOS门电路,（2）CMOS传输门电路 相当于理想开关,传输门的开通与关断取决于控制信号C和，在 输入端加了符号“”，喻意 低电平有效，即 0就允许信号传输。,低电平有效,高电平有效,第八章 门电路与组合逻辑电路,3集成门电路使用的一些实际问题,TTL门电路多余输入端的处理 接高电平；接低电平；并联；剪短悬空,与门，

11、与非门,或门，或非门,相当于输入1,第三节 组合逻辑电路的分析和设计,一、逻辑代数基础,二、逻辑函数的化简和转换,三、组合逻辑电路的分析,四、组合逻辑电路的设计,第八章 门电路与组合逻辑电路,一、逻辑代数基础,第八章 门电路与组合逻辑电路,1逻辑代数运算法则,逻辑非,逻辑或,逻辑与,一、逻辑代数基础,第八章 门电路与组合逻辑电路,1逻辑代数运算法则,遵守交换律、结合律、分配律反演律（摩根律）、吸收律等,反演律,吸收律,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.最小项的定义和性质,与非运算真值表与最小项,n变量逻辑函数的最小项共有2n个,最小项的重要性质：输入变量A、B任何一组取值下必有一个最小项，且仅

12、有一个最小项的值为1。,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.最小项的定义和性质,约束项和任意项统称无关项。把它们加入到逻辑函数表达式中，不会改变函数原来的关系。利用写入无关项的方法常可化简具有无关项的逻辑函数。,约束项：如果真值表中禁止输入变量为某些值，该组值对应的最小项叫做约束项，取值为零。,任意项：如果真值表中输入变量某些组合的取值对函数没有影响，可有可无，不影响电路功能，其对应的最小项叫做任意项。,二、逻辑函数的化简和转换,第八章 门电路与组合逻辑电路,1.公式法化简,【例题】化简逻辑函数,【解】利用公式A+AA，把上式改写成,所以：,二、逻辑函数的化简和转换,第八章 门电路与组合逻辑电路

13、,2.真值表与逻辑式的转换,输入变量A、Bn个,n变量逻辑函数的最小项共有2n个,输入变量ABC=001时:,二、逻辑函数的化简和转换,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.真值表与逻辑式的转换,输入变量A、Bn个,n变量逻辑函数的最小项共有2n个,输入变量ABC=001时:,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.真值表与逻辑式的转换,输入变量A、Bn个,n变量逻辑函数的最小项共有2n个,输入变量ABC=001时:,二、逻辑函数的化简和转换,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.真值表与逻辑式的转换,设计一个三人举手表决器,Y为结果，半数以上人通过：Y=1,Y1对应的最小项？,Ym3+m5+m6+m7,第

14、八章 门电路与组合逻辑电路,3逻辑式与逻辑图的转换,对下式加入两个ABC后再化简,三人举手表决电路图,第八章 门电路与组合逻辑电路,4输入与输出波形图,横向:时间 t,纵向:变量,Y=A+B,三、组合逻辑电路的分析,第八章 门电路与组合逻辑电路,【例题】组合逻辑电路如图示，分析该电路的逻辑功能。,【解】由逻辑图逐级写出逻辑式,由逻辑式写出真值表,异或门：,第八章 门电路与组合逻辑电路,【例题】对人脑医学磁共振图像采用一种基于区域的分割识别技术，即依据病灶与正常组织在图像中反映出的亮度差异找到合适的域值进行分割检测。设图像检测结果的亮度状态为07种（000111），0代表区域亮度最低，7代表区域

15、亮度最高，区域阈值亮度为5。试设计一个组合逻辑电路，达到或高于阈值亮度时，输出信号Y1，表示应将该区域分割挑选出来。,【解】设输入变量为ABC，代表 亮度状态000111；列出真值表,区域阈值亮度5，则Y=1,第八章 门电路与组合逻辑电路,写出Y的逻辑式并化简变换,对上式加入一个ABC后再化简得：,画出逻辑图,第四节 常用组合逻辑电路,一、加法器,二、编码器,三、译码器和数字显示,四、数据选择器,第八章 门电路与组合逻辑电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,一、加法器,1半加器(half-adder),当多位数相加时，半加器可用于最低位求和，并给出进位数C。,S:和数C:进位,第八章 门电路与组

16、合逻辑电路,2全加器(full-adder),可对两个二进制数A和B及低位进位数CI三者求和S，并给出高位进位C,三位串行加法器,CI,CI,第八章 门电路与组合逻辑电路,二、编码器,用途：编码(coding)是把字母、数字、文字或符号等信息编成一组二进制代码。,n位二进制代码有2n种，可以表示2n个信息,8个输入变量(信息)I0I7,3位二进制数：Y2Y1Y0取 000111,8种状态,例如,第八章 门电路与组合逻辑电路,1.二进制编码器,若I0=1则：I0 I71000Y2Y1Y0 000,每组只允许一个输入信号有效（高电平1）,8个输入变量(信息)I0I7,3位二进制数：Y2Y1Y0取

17、000111,8种状态,例如,第八章 门电路与组合逻辑电路,I1,I2,I5,I7,8/3线编码器真值表,I0,I3,I4,I6,00001111,00110011,01010101,Y2,Y1,Y0,输入最小项,各输出,条件：每次只允许一个输入信号为（有效）,由真值表得出逻辑式如下,1.二进制编码器,第八章 门电路与组合逻辑电路,三、译码器和数字显示,1.二进制译码器,用途：把输入的二进制代码(000111)译成对应的输出信号（）,3/8线译码器,3位输入,8位输出,由74LS138型3/8线二进制译码器真值表写出逻辑式,二进制译码器各输出就是最小项表达式！,3位二进制译码器(3 线 8 线

18、),真值表,函数式,0 0 0 0 0 0 0 1,0 0 0 0 0 0 1 0,0 0 0 0 0 1 0 0,0 0 0 0 1 0 0 0,0 0 0 1 0 0 0 0,0 0 1 0 0 0 0 0,0 1 0 0 0 0 0 0,1 0 0 0 0 0 0 0,第八章 门电路与组合逻辑电路,1.二进制译码器,【例题】逻辑式，试用74LS138型3/8线二进制译码器实现逻辑函数。,二进制译码器各输出就是最小项表达式！,【解】,由于74LS138型3/8线二进制译码器各输出逻辑式就是最小项表达式，所以,输入为ABC,第八章 门电路与组合逻辑电路,二进制译码器各输出就是最小项表达式！,

19、1.二进制译码器,根据Y式，用二进制译码器74LS138构成逻辑电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.显示译码器,用途：把8421码(00001001)译成十 进制数09，并能用显示器显示。,BCD码,BCD编码,显示译码器,显示器件,第八章 门电路与组合逻辑电路,字符显示器,发光二极管LED液晶段显示 LCD,类型,七段数码管,第八章 门电路与组合逻辑电路,七段数码管,1,0,共阴极数码管,共阳极数码管,字符显示器,第八章 门电路与组合逻辑电路,七段显示译码器,CT74LS248型驱动共阴极LED数码管,分析e段：数值0,2,6,8 要求e段亮,译码逻辑式,共阴极,高电平驱动,111111

20、0,0110000,1101101,1111001,0110011,1011011,1011111,1110000,1111111,1111011,真值表,0 0 0 0 0 0 1,1 0 0 1 1 1 1,0 0 1 0 0 1 0,0 0 0 0 1 1 0,1 0 0 1 1 0 0,0 1 0 0 1 0 0,0 1 0 0 0 0 0,0 0 0 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 1 0 0,第八章 门电路与组合逻辑电路,四、数据选择器,数据选择器（multiplexer,MUX）：类似一个多投开关。选择哪一路信号由相应的一组地址信号控制,输入信号,输出信号,地址控制信号,2n个数据输入端,n个地址选择端,输入数据,输出数据,选择控制信号,1.逻辑抽象,D0,D1,D2,D3,D0 0 0,D0,D A1 A0,真值表,D1 0 1,D2 1 0,D3 1 1,Y,D1,D2,D3,2.逻辑表达式,第八章 门电路与组合逻辑电路,输入信号,输出信号,选通信号,