数字电子电路教案第四章.ppt
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1、概述,第 3 章组合逻辑电路,组合逻辑电路中的竞争冒险,加法器和数值比较器,数据选择器与数据分配器,译码器,编码器,组合逻辑电路的分析和设计方法,本章小结,主要要求:,掌握组合逻辑电路和时序逻辑电路的概念。,了解组合逻辑电路的特点与描述方法。,概述,一、组合逻辑电路的概念,指任何时刻的输出仅取决于该时刻输入信号的组合,而与电路原有的状态无关的电路。,数字电路根据逻辑功能特点的不同分为,指任何时刻的输出不仅取决于该时刻输入信号的组合,而且与电路原有的状态有关的电路。,二、组合逻辑电路的特点与描述方法,组合电路的描述方法主要有逻辑表达式、真值表、卡诺图和逻辑图等。,主要要求:,理解组合逻辑电路分析
2、与设计的基本方法。,熟练掌握逻辑功能的逻辑表达式、真值表、卡诺图和逻辑图表示法及其相互转换。,3.1组合逻辑电路的分析方法和设计方法,一、组合逻辑电路的基本分析方法,分析思路:,基本步骤:,根据给定逻辑电路,找出输出输入间的逻辑关系,从而确定电路的逻辑功能。,例 分析下图所示逻辑 电路的功能。,解:,(1)写出输出逻辑函数式,Y,Y1,(3)分析逻辑功能,根据异或功能可列出真值表如右表;也可先求标准与或式,然后得真值表。后者是分析电路的常用方法,下面介绍之。,通过分析真值表特点来说明功能。,A、B、C 三个输入变量中,有奇数个 1时,输出为 1,否则输出为 0。因此,图示电路为三位判奇电路,又
3、称奇校验电路。,初学者一般从输入向输出逐级写出各个门的输出逻辑式。熟练后可从输出向输入直接推出整个电路的输出逻辑式。,由 Si 表达式可知,当输入有奇数个 1 时,Si=1,否则 Si=0。,例 分析下图电路的逻辑功能。,解:,(2)列真值表,(1)写出输出逻辑函数式,由 Ci-1 表达式可画出其卡诺图为:,可列出真值表为,(3)分析逻辑功能,将两个一位二进制数 Ai、Bi 与低位来的进位 Ci-1 相加,Si 为本位和,Ci 为向高位产生的进位。这种功能的电路称为全加器。,二、组合逻辑电路的基本设计方法,设计思路:,基本步骤:,分析给定逻辑要求,设计出能实现该功能的组合逻辑电路。,分析设计要
4、求并列出真值表求最简输出逻辑式画逻辑图。,首先分析给定问题,弄清楚输入变量和输出变量是哪些,并规定它们的符号与逻辑取值(即规定它们何时取值 0,何时取值1)。然后分析输出变量和输入变量间的逻辑关系,列出真值表。,根据真值表用代数法或卡诺图法求最简与或式,然后根据题中对门电路类型的要求,将最简与或式变换为与门类型对应的最简式。,下面通过例题学习如何设计组合逻辑电路,(一)单输出组合逻辑电路设计举例,例 设计一个A、B、C三人表决电路。当表决某个提案时,多数人同意,则提案通过,但A具有否决权。用与非门实现。,解:,(1)分析设计要求,列出真值表,设 A、B、C 同意提案时取值为 1,不同意时取值为
5、 0;Y 表示表决结果,提案通过则取值为 1,否则取值为 0。可得真值表如右。,(2)化简输出函数,Y=AC+AB,用与非门实现,,并求最简与非式,(3)根据输出逻辑式画逻辑图,(二)多输出组合逻辑电路设计举例,解:,(2)求最简输出函数式,Ci=Ai Bi,(3)画逻辑图,例 试设计半加器电路。,将两个 1 位二进制数相加,而不考虑低位进位的运算电路,称为半加器。,(1)分析设计要求,列真值表。,半加器电路能用与非门实现吗?,用与非门实现的半加器电路为,主要要求:,理解编码的概念。,理解常用编码器的类型、逻辑功能和使用方法。,3.2编码器,一、编码器的概念与类型,编码,将具有特定含义的信息编
6、成相应二进制代码的过程。,实现编码功能的电路,用 n 位二进制数码对 2n 个输入信号进行编码的电路。,二、二进制编码器,由图可写出编码器的输出逻辑函数为,由上式可列出真值表为,原码输出,被编信号高电平有效。,8 线 3 线编码器,三、二十进制编码器,将 0 9 十个十进制数转换为二进制代码的电路。又称十进制编码器。,原码输出,10 线 4 线编码器,被编信号高电平有效,为何要使用优先编码器?,四、优先编码器(即 Priority Encoder),允许同时输入数个编码信号,并只对其中优先权最高的信号进行编码输出的电路。,普通编码器在任何时刻只允许一个输入端请求编码,否则输出发生混乱。,二-十
7、进制优先编码器 CT74LS147,反码输出,依次类推,主要要求:,理解译码的概念。,掌握二进制译码器 CT74LS138 的逻辑功能和使用方法。,3.3译码器,理解其他常用译码器的逻辑功能和使用方法。,掌握用二进制译码器实现组合逻辑电路的方法。,一、译码的概念与类型,译码是编码的逆过程。,将表示特定意义信息的二进制代码翻译出来。,实现译码功能的电路,二、二进制译码器,将输入二进制代码译成相应输出信号的电路。,译码输出高电平有效,译码输出低电平有效,2-4 线译码器电路与工作原理演示,(一)3 线 8 线译码器 CT74LS138 简介,(一)3 线 8 线译码器 CT74LS138 简介,3
8、 位二进制码输入端,8 个译码输出端低电平有效。,实物图片,允许译码器工作,禁止译码,0,0,输出逻辑函数式,二进制译码器能译出输入变量的全部取值组合,故又称变量译码器,也称全译码器。其输出端能提供输入变量的全部最小项。,(二)用二进制译码器实现组合逻辑函数,由于有 A、B、C 三个变量,故选用 3 线-8 线译码器。,解:,(1)根据逻辑函数选择译码器,例 试用译码器和门电路实现逻辑函数,选用 3 线-8 线译码器 CT74LS138,并令 A2=A,A1=B,A0=C。,(2)将函数式变换为标准与-或式,(3)根据译码器的输出有效电平确定需用的门电路,(4)画连线图,例 试用译码器实现全加
9、器。,解:,(1)分析设计要求,列出真值表,设被加数为 Ai,加数为 Bi,低位进位数为 Ci-1。输出本位和为 Si,向高位的进位数为 Ci。,列出全加器的真值表如下:,(3)选择译码器,选用 3 线 8 线译码器 CT74LS138。并令 A2=Ai,A1=Bi,A0=Ci-1。,(2)根据真值表写函数式,(4)根据译码器的输出有效电平确定需用的门电路,(5)画连线图,(三)译码器的扩展,低位片,高位片,(三)译码器的扩展,例如 两片 CT74LS138 组成的 4 线 16 线译码器。,16 个译码输出端,4 位二进制码输入端,低 3 位码从各译码器的码输入端输入。,STA不用,应接有效
10、电平 1。,作 4 线 16 线译码器使能端,低电平有效。,CT74LS138 组成的 4 线 16 线译码器工作原理,将 BCD 码的十组代码译成 0 9 十个对应输出信号的电路,又称 4 线 10 线译码器。,三、二十进制译码器,8421BCD 码输入端,从高位到低位依次为 A3、A2、A1 和 A0。,10 个译码输出端,低电平 0 有效。,0,0,0,1,四、数码显示译码器,将输入的 BCD 码译成相应输出信号,以驱动显示器显示出相应数字的电路。,(一)数码显示译码器的结构和功能示意,(二)数码显示器简介,数字设备中用得较多的为七段数码显示器,又称数码管。常用的有半导体数码显示器(LE
11、D)和液晶显示器(LCD)等。它们由七段可发光的字段组合而成。,1.七段半导体数码显示器(LED),显示的数字形式,VCC+5 V,串接限流电阻,a g 和 DP 为低电平时才能点亮相应发光段。,a g 和 DP 为高电平时才能点亮相应发光段。,共阳接法数码显示器需要配用输出低电平有效的译码器。,共阴接法数码显示器需要配用输出高电平有效的译码器。,即液态晶体,2.液晶显示器(LCD),点亮七段液晶数码管的方法与半导体数码管类似。,液晶显示原理:无外加电场作用时,液晶分子排列整齐,入射的光线绝大部分被反射回来,液晶呈透明状态,不显示数字;当在相应字段的电极上加电压时,液晶中的导电正离子作定向运动
12、,在运动过程中不断撞击液晶分子,破坏了液晶分子的整齐排列,液晶对入射光产生散射而变成了暗灰色,于是显示出相应的数字。当外加电压断开后,液晶分子又将恢复到整齐排列状态,字形随之消失。,3.七段显示译码器,消隐控制端,低电平有效。,8421 码输入端,译码驱动输出端,高电平有效。,允许数码显示,伪码,相应端口输出有效电平 1,使显示相应数字。,输入BCD 码,禁止数码显示,数码显示器结构及译码显示原理演示,主要要求:,理解数据选择器和数据分配器的作用。,理解常用数据选择器的逻辑功能及其使用。,掌握用数据选择器实现组合逻辑电路的方法。,3.4数据选择器和数据分配器,一、数据选择器和数据分配器的作用,
13、数据选择器:根据地址码的要求,从多路输入信号中 选择其中一路输出的电路.,又称多路选择器(Multiplexer,简称MUX)或多路开关。,多路输入,一路输出,地址码输入,Y=D1,D1,常用 2 选 1、4 选 1、8 选 1和 16 选 1 等数据选择器。,数据选择器的输入信号个数 N 与地址码个数 n 的关系为 N=2n,数据分配器:根据地址码的要求,将一路数据 分配到指定输出通道上去的电路。,Demultiplexer,简称DMUX,一路输入,多路输出,地址码输入,Y1=D,D,二、数据选择器的逻辑功能及其使用,1.8 选 1 数据选择器 CT74LS151,8 路数据输入端,地址信号
14、输入端,互补输出端,使能端,低电平有效,4 选 1 数据选择器电路与工作原理动画演示,实物图片,因为若A2A1A0=000,则,因为若A2A1A0=010,则,Y=D0,Y=D2,CT74LS151 输出函数表达式,=m0D0+m1D1+m2D2+m3D3+m4D4+m5D5+m6D6+m7D7,2.双 4 选 1 数据选择器 CC14539,两个数据选择器的公共地址输入端。,数据选择器 1 的输出,数据选择器 1 的数据输入、使能输入。,数据选择器 2 的数据输入、使能输入。,数据选择器 2 的输出,使能端低电平有效,数据选择器 2 的逻辑功能同理。,CC14539 数据选择器输出函数式,三
15、、用数据选择器实现组合逻辑函数,由于数据选择器在输入数据全部为 1 时,输出为地址输入变量全体最小项的和。,例如 4 选 1 数据选择器的输出Y=m0 D0+m1 D1+m2 D2+m3 D3 当 D0=D1=D2=D3=1 时,Y=m0+m1+m2+m3。,当 D0 D3 为 0、1 的不同组合时,Y 可输出不同的 最小项表达式。,而任何一个逻辑函数都可表示成最小项表达式,,当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时,可直接将逻辑函数输入变量有序地接数据选择器的地址输入端。,因此用数据选择器可实现任何组合逻辑函数。,CT74LS151 有 A2、A1、A0 三个地址输入端,正好
16、用以输入三变量 A、B、C。,例 试用数据选择器实现函数 Y=AB+AC+BC。,该题可用代数法或卡诺图法求解。,Y为三变量函数,故选用 8 选 1 数据选择器,现选用 CT74LS151。,代 数 法 求 解,解:,(2)写出逻辑函数的最小项表达式,(3)写出数据选择器的输出表达式,(4)比较 Y 和 Y两式中最小项的对应关系,(1)选择数据选择器,令 A=A2,B=A1,C=A0,(5)画连线图,即可得输出函数,(1)选择数据选择器,选用 CT74LS151,(2)画出 Y 和数据选择器输出 Y 的卡诺图,(3)比较逻辑函数 Y 和 Y 的卡诺图,设 Y=Y、A=A2、B=A1、C=A0,
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- 关 键 词:
- 数字 电子电路 教案 第四
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