數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)4-3

數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院主講 余慶春Email fishhead 516 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 本章內(nèi)容 第四章組合邏輯電路 1 組合邏輯電路的特點與表示方法 2 組合邏輯電路的分析方法與設(shè)計方法 3 各種數(shù)值比較器 譯碼器 編碼器 全加器 數(shù)據(jù)選擇器 數(shù)據(jù)分配器的邏輯功能與應(yīng)用 4 組合邏輯電路中的競爭冒險問題 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 第四章組合邏輯電路 4 4常用組合邏輯電路 數(shù)值比較器 譯碼器 多位加法器 編碼器 數(shù)據(jù)選擇器 通用性強(qiáng) 兼容性好 功耗小 工作穩(wěn)定可靠 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 第四章組合邏輯電路 4 4常用組合邏輯電路 4 1 4編碼器 Encoder 編碼的概念用數(shù)碼信號表示特定對象的過程稱為編碼 如運(yùn)動員號碼 身份證號碼 漢字編碼等 計算機(jī)系統(tǒng)中的編碼 將輸入的每個高 低電平信號變成一個對應(yīng)的二進(jìn)制代碼特點 n位二進(jìn)制符號可以表示2n種信息 稱為2n線 n線編碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 5 輸出0100 4 典型編碼器示例 鍵盤或按鍵的編碼工作 4 1 4編碼器 Encoder 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 6 編碼器 具有編碼功能的邏輯電路 編碼器的邏輯功能 能將每一組輸入信息變換為相應(yīng)二進(jìn)制的代碼輸出 如4線 2線編碼器 將輸入的4個狀態(tài)分別編成4個2位二進(jìn)制數(shù)碼輸出 如8 3編碼器 將輸入的8個狀態(tài)分別編成8個3位二進(jìn)制數(shù)碼輸出 如BCD編碼器 將10個輸入分別編成10個4位8421BCD碼輸出 特點 n位二進(jìn)制符號可以表示2n種信息 稱為2n線 n線編碼器 4 1 4編碼器 Encoder 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 有一鍵盤輸入電路 一共有8個按鍵 鍵按下時 對應(yīng)的輸入信號為高電平 編碼器的作用就是把每一個鍵信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的編碼 鍵碼 第四章組合邏輯電路 二進(jìn)制編碼器 4 1 4編碼器 Encoder 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 真值表 假設(shè)任何時刻有且只有一個輸入信號有效 邏輯表達(dá)式 第四章組合邏輯電路 二進(jìn)制編碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 以此類推 令 代入Y2的表達(dá)式就得到 同理 則滿足 第四章組合邏輯電路 二進(jìn)制編碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 思考 當(dāng)有兩個輸入信號同時有效時 如I2和I4同時有效時 將出現(xiàn)什么情況 第四章組合邏輯電路 二進(jìn)制編碼器 4 1 4編碼器 二進(jìn)制編碼器 4 1 4編碼器 Encoder 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 二 十進(jìn)制編碼器 將0 9十個十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼的電路 又稱十進(jìn)制編碼器 10個輸入端 8421編碼器 4個輸出端 B 7 6 5 4 A 9 8 C 7 6 3 2 D 9 7 5 3 1 教材采用非與非表達(dá)式 用與非門實現(xiàn) 二進(jìn)制編碼器和二 十進(jìn)制 BCD碼 編碼器均為普通編碼器 特點 任何時刻只允許輸入一個編碼信號 即輸入信號互斥 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 優(yōu)先編碼器 對輸入信號規(guī)定不同的優(yōu)先級 當(dāng)有多個信號同時有效時 只對優(yōu)先級高的信號進(jìn)行編碼 第四章組合邏輯電路 優(yōu)先編碼器 74LS148 例如 優(yōu)先排隊電路 火車有特快 直快和慢車 它們進(jìn)出站的優(yōu)先次序是 特快 直快 慢車 同一時刻只能有一列車進(jìn)出 4 1 4編碼器 Encoder 試用與非門和反相器設(shè)計一個優(yōu)先排隊電路 火車有特快 直快和慢車 它們進(jìn)出站的優(yōu)先次序是 特快 直快 慢車 同一時刻只能有一列車進(jìn)出 解 例4 當(dāng)特快A 1時 無論直快B 慢車C為何值 LA 1 LB 0LC 0 當(dāng)直快B 1 且A 0時 無論C為何值 LB 1 LA 0 LC 0 當(dāng)慢車C 1 且A B 0時 LC 1 LA 0 LB 0 3 根據(jù)題意 變換成與非形式 經(jīng)過邏輯抽象 可列真值表 2 寫出邏輯表達(dá)式 1 由題意進(jìn)行邏輯抽象 設(shè)快車用A表示 直快用B表示 慢車用C表示 1表示該列車要進(jìn)出站 否則為0 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 4 畫出邏輯電路圖 4 1 4編碼器 Encoder 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 集成優(yōu)先編碼器 8 3線優(yōu)先編碼器74LS148 第四章組合邏輯電路 優(yōu)先編碼器 真值表 4 1 4編碼器 Encoder 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 邏輯函數(shù)表達(dá)式 優(yōu)先編碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 使能輸入 邏輯圖 優(yōu)先編碼器 74LS148 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 簡化邏輯符號 邏輯符號 國標(biāo)符號 優(yōu)先編碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 輸入 低電平有效 編碼輸出端 使能輸入端 使能輸出端 擴(kuò)展輸出端 引腳功能說明 優(yōu)先編碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 懸空 輸入信號 編碼輸出 優(yōu)先編碼器 74LS148的應(yīng)用 第四章組合邏輯電路 優(yōu)先編碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 將兩塊54LS148芯片級聯(lián)起來就可將輸入端擴(kuò)展為16個 組成16線 4線優(yōu)先編碼器 總輸出的最高位輸出 高電平有效 IN8 IN15有輸入 54LS148 1 以此類推 總的輸出標(biāo)志 時編碼器工作 111 0 優(yōu)先編碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 第四章組合邏輯電路 4 1 5譯碼器 Decoder 譯碼 譯碼器的分類 唯一地址譯碼器 將一系列代碼轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的有效信號 二進(jìn)制譯碼器二 十進(jìn)制譯碼器顯示譯碼器 常見的唯一地址譯碼器 譯碼是編碼的逆過程 即將某個二進(jìn)制碼翻譯成特定的信號 即電路的某種狀態(tài) 譯碼器 具有譯碼功能的邏輯電路稱為譯碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 第四章組合邏輯電路 4 1 5譯碼器 Decoder 二進(jìn)制譯碼器 譯碼輸入 n位二進(jìn)制代碼 譯碼輸出 m位輸出信號m 2n 譯碼規(guī)則 對應(yīng)輸入的一組二進(jìn)制代碼有且僅有一個輸出端為有效電平 其余輸出端為相反電平 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 1 二進(jìn)制譯碼器結(jié)構(gòu)框圖 當(dāng)使能輸入端EI為有效電平時 對應(yīng)每一組輸入代碼 只有其中一個輸出端為有效電平 其余輸出端則為相反電平 n個輸入端 1個使能輸入端EI 2n個輸出端 二進(jìn)制譯碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 2 2線 4線譯碼器的邏輯電路 Y0 Y1 Y2 Y3 真值表 二進(jìn)制譯碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 74LS138集成譯碼器 3個輸入端 3個控制端 8個輸出端 3 3線 8線譯碼器的邏輯電路 74138集成譯碼器功表能 一個3線 8線譯碼器能產(chǎn)生三變量函數(shù)的全部最小項 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 如果將一邏輯函數(shù)的輸入變量加到譯碼器的譯碼輸入端 則譯碼輸出的每一個輸出端都對應(yīng)一個邏輯函數(shù)的最小項 基于這一點用該器件能夠方便地實現(xiàn)三變量邏輯函數(shù) 74LS138集成譯碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 74138工作條件 G1 1 G2A G2B 0 例1用一個3線 8線譯碼器實現(xiàn)函數(shù) 集成譯碼器74138的應(yīng)用 實現(xiàn)邏輯函數(shù) 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 由總線來的數(shù)字信號輸送到不同的下級電路中去 集成譯碼器74138的應(yīng)用 構(gòu)成的數(shù)據(jù)分配器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 數(shù)據(jù)分配器真值表如下表 數(shù)據(jù)分配器通常用譯碼器實現(xiàn) 數(shù)據(jù)分配器 集成譯碼器74138的應(yīng)用 構(gòu)成的數(shù)據(jù)分配器 當(dāng)ABC 010時 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 74HC138譯碼器作為數(shù)據(jù)分配器時的功能表 集成譯碼器74138的應(yīng)用 構(gòu)成的數(shù)據(jù)分配器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 4線 10線譯碼器74LS42 74LS42是一種二 十進(jìn)制譯碼器 其輸入是4位BCD碼 輸出是10個高 低電平信號 其真值表如右表 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 74LS42是一種二 十進(jìn)制譯碼器 其輸入是4位BCD碼 輸出是10個高 低電平信號 其邏輯圖如右圖 4線 10線譯碼器74LS42 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 b c d f e 顯示譯碼器 1 最常用的顯示器有 半導(dǎo)體發(fā)光二極管 熒光管顯示 液晶顯示和氣體放電顯示 等離子體顯示板 器 共陽極顯示器 共陰極顯示器 顯示器分段布局圖 a g 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 a b c d f g abcdefg 1111110 0110000 1101101 e 共陰極顯示器 顯示譯碼器 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 集成電路顯示譯碼器74LS48 邏輯圖 4個輸入端 3個控制端 7個輸出端 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 7448功能框圖 集成電路顯示譯碼器74LS48 顯示譯碼器 真值表 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng) 湖南科技大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院 邏輯功能 滅燈輸入BI RBO 該控制端有時作為輸入 有時作為輸出 當(dāng)BI RBO用作輸入且BI 0時 無論其他輸入端是什么電平 所有各段輸出a g為0 所以字形熄滅 故稱 消隱 動態(tài)滅零輸入RBI 當(dāng)LT 1 RBI 0且輸入代碼DC