組合邏輯電路ppt課件

1、1,第二章 組合邏輯電路,2,組合電路：輸出僅由輸入決定，與電路當(dāng)前狀態(tài)無關(guān)；電路結(jié)構(gòu)中無反饋環(huán)路（無記憶,3,1.由給定的邏輯圖寫出邏輯關(guān)系表達(dá)式,分析步驟,2.用邏輯代數(shù)或卡諾圖對(duì)邏輯表達(dá)式進(jìn)行化簡,3.列出輸入輸出狀態(tài)表并得出結(jié)論,電路 結(jié)構(gòu),輸入輸出之間的邏輯關(guān)系,2.1 組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì),2.1.1 組合邏輯電路的分析,4,邏輯圖,邏輯表達(dá)式,1,1,最簡與或表達(dá)式,化簡,2,2,從輸入到輸出逐級(jí)寫出,例,5,最簡與或表達(dá)式,3,真值表,3,4,電路的邏輯功能,當(dāng)輸入A、B、C中有2個(gè)或3個(gè)為1時(shí)，輸出Y為1，否則輸出Y為0。所以這個(gè)電路實(shí)際上是一種3人表決用的組合電路：只要

2、有2票或3票同意，表決就通過,4,6,邏輯圖,邏輯表達(dá)式,例,最簡與或表達(dá)式,7,真值表,用與非門實(shí)現(xiàn),電路的輸出Y只與輸入A、B有關(guān)，而與輸入C無關(guān)。Y和A、B的邏輯關(guān)系為：A、B中只要一個(gè)為0，Y=1；A、B全為1時(shí)，Y=0。所以Y和A、B的邏輯關(guān)系為與非運(yùn)算的關(guān)系,電路的邏輯功能,8,練習(xí) 邏輯圖,邏輯表達(dá)式,9,電路的邏輯功能,當(dāng)3個(gè)輸入變量A、B、C取值一致 時(shí)，輸出F=1，否則輸出F=0,所以這個(gè)電路可以判斷3個(gè) 輸入變量的取值是否一致， 故稱為判一致電路,10,任務(wù)要求,最簡單的邏輯電路,2.1.2 組合邏輯電路的設(shè)計(jì),邏輯抽象,列真值表,寫表達(dá)式 化簡或變換,畫邏輯圖,邏輯抽象

3、,1. 根據(jù)因果關(guān)系確定輸入、輸出變量,2. 變量賦值 用 0 和 1 表示信號(hào)的不同狀態(tài),3. 根據(jù)功能要求列出真值表,根據(jù)所用元器件(分立元件 或 集成芯片)的情況將函數(shù)式進(jìn)行化簡或變換,化簡或變換,11,組合邏輯電路的設(shè)計(jì),真值表,電路功能描述,例：設(shè)計(jì)一個(gè)樓上、樓下開關(guān)的控制邏輯電路來控制樓梯上的路燈，使之在上樓前，用樓下開關(guān)打開電燈，上樓后，用樓上開關(guān)關(guān)滅電燈；或者在下樓前，用樓上開關(guān)打開電燈，下樓后，用樓下開關(guān)關(guān)滅電燈,設(shè)樓上開關(guān)為A，樓下開關(guān)為B，燈泡為F。并設(shè)開關(guān)A、B擲向上方時(shí)為1，擲向下方時(shí)為0；燈亮?xí)rF為1，燈滅時(shí)F為0。根據(jù)邏輯要求列出真值表,1,窮舉法,1,實(shí)際電路圖

4、,12,2,邏輯表達(dá)式或卡諾圖,最簡與或表達(dá)式,化簡,3,2,已為最簡與或表達(dá)式,4,邏輯變換,5,邏輯電路圖,用與非門實(shí)現(xiàn),用同或門實(shí)現(xiàn),13,真值表,電路功能描述,例：用與非門設(shè)計(jì)一個(gè)交通報(bào)警控制電路。交通信號(hào)燈有紅、綠、黃3種，3種燈分別單獨(dú)工作或黃、綠燈同時(shí)工作時(shí)屬正常情況，其他情況均屬故障，出現(xiàn)故障時(shí)輸出報(bào)警信號(hào),設(shè)紅、綠、黃燈分別用A、B、C表示，燈亮?xí)r其值為1，燈滅時(shí)其值為0；輸出報(bào)警信號(hào)用F表示，燈正常工作時(shí)其值為0，燈出現(xiàn)故障時(shí)其值為1。根據(jù)邏輯要求列出真值表,1,窮舉法,1,14,2,邏輯表達(dá)式,最簡與或表達(dá)式,化簡,3,2,4,邏輯變換,3,4,15,5,邏輯電路圖,5,

5、16,練習(xí)：某工廠有A、B、C三個(gè)車間和一個(gè)自備電站，站內(nèi)有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)G1和G2。G1的容量是G2的兩倍。如果一個(gè)車間開工，只需G2運(yùn)行即可滿足要求；如果兩個(gè)車間開工，只需G1運(yùn)行，如果三個(gè)車間同時(shí)開工，則G1和 G2均需運(yùn)行。試畫出控制G1和 G2運(yùn)行的邏輯圖,設(shè)：A、B、C分別表示三個(gè)車間的開工狀態(tài)： 開工為“1”，不開工為“0”； G1和 G2運(yùn)行為“1”，不運(yùn)行為“0,1. 根據(jù)邏輯要求列狀態(tài)表,首先假設(shè)邏輯變量、邏輯函數(shù)取“0”、“1”的含義,17,邏輯要求：如果一個(gè)車間開工，只需G2運(yùn)行即可滿足要求；如果兩個(gè)車間開工，只需G1運(yùn)行，如果三個(gè)車間同時(shí)開工，則G1和 G2均需運(yùn)行,開工

6、,1,不開工,0,運(yùn)行,1,不運(yùn)行,0,1. 根據(jù)邏輯要求列狀態(tài)表,18,2. 由狀態(tài)表寫出邏輯式,或由卡諾圖可得相同結(jié)果,3. 化簡邏輯式可得,19,4. 用“與”門、 “或”門和“異或”門構(gòu)成邏輯電路,20,21,利用邏輯代數(shù)變換，全部用“與非”門構(gòu)成邏輯電路,22,本節(jié)小結(jié),組合電路的特點(diǎn)：在任何時(shí)刻的輸出只取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而與電路原來所處的狀態(tài)無關(guān)。實(shí)現(xiàn)組合電路的基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)和門電路。 組合電路的邏輯功能可用邏輯圖、真值表、邏輯表達(dá)式、卡諾圖和波形圖等5種方法來描述，它們在本質(zhì)上是相通的，可以互相轉(zhuǎn)換。 組合電路的分析步驟：邏輯圖寫出邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式化簡列出真值表邏輯功能描

7、述。 組合電路的設(shè)計(jì)步驟：列出真值表寫出邏輯表達(dá)式或畫出卡諾圖邏輯表達(dá)式化簡和變換畫出邏輯圖。 在許多情況下，如果用中、大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)組合函數(shù)，可以取得事半功倍的效果,23,加法器,十進(jìn)制與二進(jìn)制,十進(jìn)制：09十個(gè)數(shù)碼，“逢十進(jìn)一,在數(shù)字電路中，常用的組合電路有加法器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)分配器和多路選擇器等。下面幾節(jié)分別介紹這幾種典型組合邏輯電路的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法,在數(shù)字電路中，為了把電路的兩個(gè)狀態(tài) (“1”態(tài)和“0”態(tài))與數(shù)碼對(duì)應(yīng)起來，采用二進(jìn)制,二進(jìn)制：0、1二個(gè)數(shù)碼，“逢二進(jìn)一,24,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 來的進(jìn)位,要考慮低位

8、來的進(jìn)位,25,一、 半加器,半加：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加，不考慮來自低位的進(jìn)位,邏輯符號(hào),半加器,26,半加器邏輯狀態(tài)表,邏輯表達(dá)式,27,二、 全加器,全加：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加，且考慮來自低位的進(jìn)位,邏輯符號(hào),全加器,28,1. 列邏輯狀態(tài)表,2. 寫出邏輯式,29,30,全加器SN74LS183的管腳圖,31,應(yīng)用舉例：用一片SN74LS183構(gòu)成兩位串行進(jìn)位全加器,串行進(jìn)位,最低位相加，無下級(jí)來的進(jìn)位數(shù)，故把最低位的全加器的進(jìn)位輸入端1Ci-1接地,32,編碼器,把二進(jìn)制數(shù)碼按一定規(guī)律編排，使每組數(shù)碼具有一特定的含義，稱為編碼。 具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器,n 位二進(jìn)制代

9、碼有 2n 種組合，可以表示 2n 個(gè)信息,要表示N個(gè)信息所需的二進(jìn)制代碼應(yīng)滿足 2n N,33,一、 二進(jìn)制編碼器,將輸入信號(hào)編成二進(jìn)制代碼的電路,2n個(gè),n位,34,1. 分析要求： 輸入有8個(gè)信號(hào)，即 N=8，根據(jù) 2n N 的關(guān)系，即 n=3，即輸出為三位二進(jìn)制代碼,例：設(shè)計(jì)一個(gè)編碼器，滿足以下要求： a、將 I0、I1、I7 8個(gè)信號(hào)編成二進(jìn)制代碼。 b、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。 c、設(shè)輸入信號(hào)高電平有效,35,2. 列編碼表,36,3. 寫出邏輯式并轉(zhuǎn)換成“與非”式,37,4. 畫出邏輯圖,38,將十進(jìn)制數(shù) 09 編成二進(jìn)制代碼的電路

10、,二、 二 十進(jìn)制編碼器,表示十進(jìn)制數(shù),39,列編碼表： 四位二進(jìn)制代碼可以表示十六種不同的狀態(tài)，其中任何十種狀態(tài)都可以表示09十個(gè)數(shù)碼，最常用的是8421碼。即從0000 1111四位二進(jìn)制數(shù)中取前十種狀態(tài)，表示0 9十個(gè)數(shù)字,40,寫出邏輯式并化成“或非”門和“與非”門,41,畫出邏輯圖,42,當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)同時(shí)輸入編碼電路，電路只能對(duì)其中一個(gè)優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)進(jìn)行編碼,即允許幾個(gè)信號(hào)同時(shí)有效，但電路只對(duì)其中優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)進(jìn)行編碼，而對(duì)其它優(yōu)先級(jí)別低的信號(hào)不予理睬,三、 優(yōu)先編碼器,43,T4147 編碼器功能表,44,例:T4147集成優(yōu)先編碼器(10線-4線,T4147引腳圖

11、,低電平 有效,45,譯碼器和數(shù)字顯示,譯碼是編碼的反過程，它是將輸入代碼的組合譯成一個(gè)特定的輸出信號(hào),一、 二進(jìn)制譯碼器,46,狀 態(tài) 表,例：三位二進(jìn)制譯碼器（輸出高電平有效,47,寫出邏輯表達(dá)式,48,邏輯圖,0 1 1,1 0 0,49,例：二位二進(jìn)制譯碼器（輸出低電平有效,邏輯狀態(tài)表,邏 輯 式,50,邏輯圖,51,2-4線譯碼器74LS139的內(nèi)部線路,52,74LS139的功能表,53,74LS139管腳圖,一片139中含兩個(gè)24線譯碼器,引線上加“o”也表示低電平有效,54,二、 二-十進(jìn)制顯示譯碼器,數(shù)字系統(tǒng)中運(yùn)行的是二進(jìn)制數(shù)，但在數(shù)字測量儀表和各種顯示系統(tǒng)中，為了便于表示測

12、量和運(yùn)算的結(jié)果以及對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，常需將數(shù)字量用人們習(xí)慣的十進(jìn)制字符直觀地顯示出來，這就要靠專門的譯碼電路把二進(jìn)制數(shù)譯成十進(jìn)制字符，通過驅(qū)動(dòng)電路由數(shù)碼顯示器顯示出來。在中規(guī)模集成電路中，常把譯碼和驅(qū)動(dòng)電路集于一體，用來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管,55,半導(dǎo)體數(shù)碼管由7個(gè)發(fā)光二極管按一定形狀組合后封裝而成。每個(gè)發(fā)光二極管實(shí)質(zhì)上是一個(gè)PN結(jié)，當(dāng)外加正向電壓時(shí)發(fā)光。右圖是由7只條狀發(fā)光二極管和1只點(diǎn)狀發(fā)光二極管組成的半導(dǎo)體數(shù)碼管。7只條狀發(fā)光二極管分別為8字圖形的一段，控制不同字段的,56,0 0 1 0 0 1 0,低電平時(shí)發(fā)光,高電平時(shí)發(fā)光,57,2. 七段譯碼顯示器,58,七段顯示譯碼器狀態(tài)表,

13、若使用共陰極數(shù)碼管，則將表中的0和1對(duì)換,59,把上頁狀態(tài)表寫出邏輯式并化簡得,按上述邏輯關(guān)系并增添試燈、滅燈等功能，集成為一片芯片，型號(hào)74LS47，其管腳圖如下頁,60,顯示譯碼器74LS47的管腳圖,61,顯示譯碼器74LS47的邏輯功能表,LT-試燈輸入端，用來測試七段數(shù)碼管的好壞。 RI-熄滅信號(hào)輸入端，可控制數(shù)碼管是否顯示。 RBO-滅零信號(hào)輸出端。 RBI-滅零輸入端，用來熄滅不需要顯示的0,62,74LS47與七段顯示器件的連接,顯示譯碼器輸出與數(shù)碼管對(duì)接時(shí)，要分別串一只100的限流電阻，否則燒壞數(shù)碼管,63,74LS47與七段顯示器件的連接,顯示譯碼器輸出與數(shù)碼管對(duì)接時(shí)，七段

14、發(fā)光二極管也可以共用一只100的限流電阻，只要電阻功率足夠,64,數(shù)據(jù)分配器和數(shù)據(jù)選擇器,在數(shù)字電路中，當(dāng)需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離多路數(shù)字 傳輸時(shí)，為了減少傳輸線的數(shù)目，發(fā)送端常通過 一條公共傳輸線，用多路選擇器分時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到 接收端，接收端利用多路分配器分時(shí)將數(shù)據(jù)分配 給各路接收端，其原理如圖所示,使能端,多路選擇器,多路分配器,65,一、 數(shù)據(jù)選擇器,從多路數(shù)據(jù)中選擇其中所需要的一路數(shù)據(jù)輸出,例：四選一數(shù)據(jù)選擇器,輸出數(shù)據(jù),使能端,66,多路選擇器廣泛應(yīng)用于多路模擬量的采集及 A/D 轉(zhuǎn)換器中,由邏輯圖寫出邏輯表達(dá)式,67,二、 數(shù)據(jù)分配器,將一個(gè)數(shù)據(jù)分時(shí)分送到多個(gè)輸出端輸出,數(shù)據(jù)輸入,使能端,D,Y0,Y1,Y2,Y3,S,數(shù)據(jù)輸出端,確定芯片是否工作,68,數(shù)據(jù)分配器的功能表,Y3 Y2 Y1 Y0,6