電子技術(shù)第8章常用組合邏輯器件及其應(yīng)用.ppt

第8章 常用組合邏輯器件及其應(yīng)用,8.1 編碼器 8.2 譯碼器 8.3 加法器 8.4 數(shù)據(jù)選擇器,有一些組合邏輯電路如加法器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等在各類數(shù)字系統(tǒng)中經(jīng)常采用，目前已將這些電路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，并由廠家制成了中、小規(guī)模的單片集成產(chǎn)品。這些集成器件具有通用性強(qiáng)、兼容性好、功耗小、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。下面來(lái)介紹它們的工作原理、邏輯功能和應(yīng)用。,8.1 編碼器,在數(shù)字電路中，有時(shí)需要把某種控制量用一個(gè)規(guī)定的二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，這種表示控制信息的二進(jìn)制數(shù)稱為代碼。將控制信息變換成代碼的過(guò)程稱為編碼。實(shí)現(xiàn)編碼功能的組合電路為編碼器。 如計(jì)算機(jī)的輸入鍵盤，就是由編碼器組成的，每按下一個(gè)鍵，編碼器就將該按鍵的含義轉(zhuǎn)換成一個(gè)計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)，用它去控制機(jī)器的操作。按允許的輸入信息量的不同，編碼器可分為普通編碼器和優(yōu)先編碼器。,8.1.1 二進(jìn)制編碼器,用n位二進(jìn)制代碼可以表示N=2n個(gè)信號(hào)。用n位二進(jìn)制代碼對(duì)2n個(gè)信號(hào)進(jìn)行編碼的電路，叫做二進(jìn)制編碼器。 可分為3位二進(jìn)制編碼器、4位二進(jìn)制編碼器。,例：設(shè)計(jì)一個(gè)編碼器，滿足以下要求： (1) 將 I0、I1、I7 8個(gè)信號(hào)編成二進(jìn)制代碼。 (2) 編碼器每次只能對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行編碼，不 允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)同時(shí)有效。 (3) 設(shè)輸入信號(hào)高電平有效。,其編碼過(guò)程： 1、確定二進(jìn)制代碼位數(shù) 根據(jù)N=2n個(gè)可知，輸出應(yīng)該是n=3位的二進(jìn)制代碼，用Y2、Y1、Y0表示。,2、列編碼表,任何時(shí)刻編碼器只能對(duì)一個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行編碼。否則輸出會(huì)發(fā)生混亂。,8線-3線編碼器,3、寫邏輯表達(dá)式,4、畫邏輯圖,8.1.2 二十進(jìn)制編碼器,將十進(jìn)制數(shù)0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9 等10個(gè)信號(hào)編成二進(jìn)制代碼的電路叫做二十進(jìn)制編碼器。其編碼過(guò)程： 1、確定位數(shù) 輸入有十個(gè)數(shù)碼，輸出需要四位二進(jìn)制代碼，稱為10線4線編碼器。 輸入：I0I9 輸出：Y2Y0,2、列真值表,3、邏輯表達(dá)式,4、邏輯圖,優(yōu)先編碼器允許多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)有效，但它只按其中優(yōu)先級(jí)別最高的有效輸入信號(hào)編碼，對(duì)級(jí)別較低的輸入信號(hào)不予理睬。 下面以8線3線優(yōu)先編碼器74LS148為例，介紹優(yōu)先編碼器。,8.1.3 優(yōu)先編碼器,在數(shù)字系統(tǒng)中，常常要控制幾個(gè)工作對(duì)象，如計(jì)算機(jī)有許多輸入設(shè)備，可能多臺(tái)設(shè)備同時(shí)向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，希望輸入數(shù)據(jù)。這就要求主機(jī)能自動(dòng)識(shí)別這些請(qǐng)求信號(hào)的優(yōu)先級(jí)別，按次序進(jìn)行編碼，這就需要優(yōu)先編碼器。,使能輸入端；,使能輸出端;,擴(kuò)展輸出端。,真值表,當(dāng) 表示禁止編碼； 當(dāng) 表示允許編碼；,由真值表可以看出：,電路允許編碼，但無(wú)碼可編時(shí), 電路允許編碼，并且正在編碼時(shí)，,例10-12-1八輸入端的編碼器按二進(jìn)制數(shù)編碼時(shí)，輸出端的個(gè)數(shù)是（ ）。 A、2個(gè) B、3個(gè) C、4個(gè) D、8個(gè) 例10-12-2計(jì)算機(jī)鍵盤上101個(gè)鍵盤用二進(jìn)制代碼進(jìn)行編碼，至少應(yīng)為_(kāi)位二進(jìn)制數(shù)。 例10-12-3一個(gè)8線-3線優(yōu)先編碼器，輸出是低電平有效，當(dāng)輸入最高位和最低位同時(shí)為1而其余位為0時(shí)，則其輸出編碼應(yīng)為（ ）。 A111 B011 C100 D000,7,B,D,譯碼與編碼作用相反，是將二進(jìn)制代碼按其編碼時(shí)的原意譯成對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。設(shè)二進(jìn)制譯碼器有n個(gè)輸入端，則輸出端為2n個(gè)。實(shí)現(xiàn)譯碼操作的組合電路稱為譯碼器。 應(yīng)用：數(shù)字儀表中的各種顯示譯碼器，計(jì)算機(jī)中的地址譯碼器、指令譯碼器，通信設(shè)備中由譯碼器構(gòu)成的分配器，以及各種代碼變換譯碼器等。,常見(jiàn)的譯碼器有二進(jìn)制譯碼器、二-十進(jìn)制譯碼器和數(shù)字顯示譯碼器。,8.2 譯碼器,8.2.1 二進(jìn)制譯碼器,8.2.1.1 3位二進(jìn)制譯碼器 輸入變量：A、B、C；輸出：Y0-Y7 ；3-8譯碼器,邏輯表達(dá)式,邏輯圖,8.2.1.2 集成譯碼器 74LS138,A2、A1、A0為二進(jìn)制譯碼輸入端， 為譯碼輸出端（低電平有效）,S1、 、 為選通控制端。,真值表,當(dāng)S11和 時(shí)，譯碼器處于工作狀態(tài)；,當(dāng)S10或 時(shí)，譯碼器處于禁止?fàn)顟B(tài)。,例8-1 用譯碼器實(shí)現(xiàn)一組多輸出邏輯函數(shù),8.2.1.3 用譯碼器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù),用n 變量譯碼器加上簡(jiǎn)單地輸出門，就能獲得任何形式的輸入變量數(shù)不大于n 的組合邏輯函數(shù)。,輸出邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)表達(dá)式為,例：用譯碼器74138和與非門電路實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)：,8.2.2 二十進(jìn)制譯碼器,把二-十進(jìn)制代碼翻譯成10個(gè)十進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的電路，稱為二-十進(jìn)制譯碼器，也稱BCD譯碼器。這種譯碼器有4個(gè)輸入，10個(gè)輸出端-74LS42,8.2.3 顯示譯碼器,在各種數(shù)字設(shè)備中，經(jīng)常需要將數(shù)字（文字和符號(hào)）直觀地顯示出來(lái)，供人們直接讀取結(jié)果，或用以監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況，這就需要顯示譯碼器。它能把8421二-十進(jìn)制代碼用顯示器件顯示出十進(jìn)制數(shù)。,按發(fā)光物質(zhì)不同，數(shù)碼顯示器可分為下列幾類： 半導(dǎo)體顯示器，亦稱發(fā)光二極管顯示器等； 熒光數(shù)字顯示器，如熒光數(shù)碼管、場(chǎng)致發(fā)光數(shù)字板等； 液體數(shù)字顯示器，如液晶顯示器等； 氣體放電顯示器，如輝光數(shù)碼管、等離子體顯示板等。,8.2.3.1 數(shù)碼顯示器,在數(shù)字系統(tǒng)中，廣泛使用的顯示方式有點(diǎn)矩陣式和七段字符顯示器等。常用的七段字符顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示。,半導(dǎo)體數(shù)碼管是分段式數(shù)碼顯示器件，它有7個(gè)字段，每段為一個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱LED。,半導(dǎo)體數(shù)碼管,LED數(shù)碼管有共陰、共陽(yáng)之分。 共陰極：陽(yáng)極ag接高電平時(shí)發(fā)光； 共陽(yáng)極：陽(yáng)極ag接低電平時(shí)發(fā)光。 發(fā)光二極管正向工作電壓一般為1.5-3V，驅(qū)動(dòng)電流幾至幾mA。,0110011,共陰極,1001100,共陽(yáng)極,0011111,共陰極,1100000,共陽(yáng)極,8.2.3.2 七段顯示譯碼器,七段顯示譯碼器的主要功能是把8421BCD碼譯成對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體數(shù)碼管的七字段信號(hào)，驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)碼。即輸入的是8421BCD碼，輸出的是ag，用來(lái)驅(qū)動(dòng)七段字符顯示器。（74LS47）,7448的邏輯功能：,（1）正常譯碼顯示。LT=1，BI/RBO=1時(shí)，對(duì)輸入為十進(jìn)制數(shù)l15的二進(jìn)制碼（00011111）進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的七段顯示碼。,（2）滅零。當(dāng)LT=1，而輸入為0的二進(jìn)制碼0000時(shí)，只有當(dāng)RBI =1時(shí)，才產(chǎn)生0的七段顯示碼,如果此時(shí)輸入RBI =0 ，則譯碼器的ag輸出全0，使顯示器全滅；所以RBI稱為滅零輸入端。,（3）試燈。當(dāng)LT=0時(shí)，無(wú)論輸入怎樣，ag輸出全1，數(shù)碼管七段全亮。由此可以檢測(cè)顯示器七個(gè)發(fā)光段的好壞。 LT稱為試燈輸入端。,（4）特殊控制端BI/RBO。BI/RBO可以作輸入端，也可以作輸出端。 作輸入使用時(shí)，如果BI=0時(shí)，不管其他輸入端為何值，ag均輸出0，顯示器全滅。因此BI稱為滅燈輸入端。 作輸出端使用時(shí)，受控于RBI。當(dāng)RBI=0，輸入為0的二進(jìn)制碼0000時(shí)，RBO=0，用以指示該片正處于滅零狀態(tài)。所以，RBO 又稱為滅零輸出端。,圖所示電路是74LS247和共陽(yáng)極TLRO5O1HRA半導(dǎo)體 數(shù)碼管連接圖。,8.3 加法器,加法器: 實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制加法運(yùn)算的電路,進(jìn)位,不考慮低位 來(lái)的進(jìn)位,要考慮低位 來(lái)的進(jìn)位,二進(jìn)制：0，1兩個(gè)數(shù)碼，“逢二進(jìn)一”。,能對(duì)兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相加而求得和及進(jìn)位的邏輯電路稱為半加器。,A、B：加數(shù)； S：本位的和； C：向高位的進(jìn)位。,8.3.1 半加器,能對(duì)兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相加并考慮低位來(lái)的進(jìn)位，即相當(dāng)于3個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)相加，求得和及進(jìn)位的邏輯電路稱為全加器。,Ai、Bi：加數(shù)； Ci-1：低位來(lái)的進(jìn)位； Si：本位的和； Ci：向高位的進(jìn)位。,（1）根據(jù)邏輯功能列出真值表,8.3.2 全加器,若用與或門實(shí)現(xiàn)，邏輯圖如圖,如何用半加器實(shí)現(xiàn)？,若用與非和異或門實(shí)現(xiàn)，邏輯圖如何？,例 用3/8線譯碼器74LS138和兩個(gè)與非門實(shí)現(xiàn)全加器。,全加器的函數(shù)表達(dá)式為：,Ai - A2 Bi - A1 Ci-1- A0,解,因此得出：,如圖所示為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)相加的電路。,8.3.3 多位加法器,又叫多路選擇器或多路開(kāi)關(guān)，是多輸入單輸出的組合邏輯電路。數(shù)據(jù)選擇器能夠從來(lái)自不同地址的多路數(shù)據(jù)中任意選出所需要的一路數(shù)據(jù)作為輸出。至于選擇哪一路數(shù)據(jù)輸出，完全由當(dāng)時(shí)的選擇控制信號(hào)決定。,8.4 數(shù)據(jù)選擇器,8.4.1 數(shù)據(jù)選擇器的功能,真值表,由地址碼決定從路輸入中選擇哪路輸出。,例：4選1數(shù)據(jù)選擇器,4選1數(shù)據(jù)選擇器有4個(gè)輸入數(shù)據(jù)D0、D1、D2、D3，兩個(gè)選擇控制信號(hào)A1、A0,一個(gè)輸出信號(hào)Y,邏輯圖,8.4.2 集成數(shù)據(jù)選擇器74LS151,八選一數(shù)據(jù)選擇器,采用8選1數(shù)據(jù)選擇器，可以實(shí)現(xiàn)任意3輸入變量的組合邏輯