wang第四章組合邏輯電路2

1、1第四章 組合邏輯電路4.1 概述概述4.2 組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法4.3 若干常用的組合邏輯電路若干常用的組合邏輯電路4.4 組合邏輯電路中的競爭組合邏輯電路中的競爭-冒險現(xiàn)象冒險現(xiàn)象21. 組合邏輯電路的分析和設(shè)計方法。組合邏輯電路的分析和設(shè)計方法。2. 常用的中規(guī)模組合邏輯電路的工作原理和使用方法。常用的中規(guī)模組合邏輯電路的工作原理和使用方法。3. 競爭冒險現(xiàn)象。競爭冒險現(xiàn)象。本章目標要求本章目標要求34.1 概述概述組合邏輯電路組合邏輯電路：任意時刻的任意時刻的輸出輸出，僅僅決定于該時刻的，僅僅決定于該時刻的輸入輸入，而，而與與電路原來的狀態(tài)無

2、關(guān)電路原來的狀態(tài)無關(guān)。時序邏輯電路時序邏輯電路：任意時刻的任意時刻的輸出輸出，不僅決定于該時刻的，不僅決定于該時刻的輸入輸入，還，還與與電路原來的狀態(tài)有關(guān)電路原來的狀態(tài)有關(guān)。數(shù)字電路按照邏輯功能分為：數(shù)字電路按照邏輯功能分為：組合邏輯電路（組合邏輯電路（combinational logic circuit）時序邏輯電路（時序邏輯電路（sequential logic circuit）一、組合邏輯電路的特點一、組合邏輯電路的特點4例：圖示電路中，任意時刻，只要例：圖示電路中，任意時刻，只要a、b、ci的取值確定，則的取值確定，則s和和co的值也隨之確定，與電路過去的狀態(tài)無關(guān)。的值也隨之確定，與

3、電路過去的狀態(tài)無關(guān)。此為組合邏輯電路。此為組合邏輯電路。abcicos組合邏輯電路中不包含有記憶性的元件，在結(jié)構(gòu)上不組合邏輯電路中不包含有記憶性的元件，在結(jié)構(gòu)上不存在輸出到輸入的反饋通路。存在輸出到輸入的反饋通路。5二、組合邏輯電路邏輯功能的描述二、組合邏輯電路邏輯功能的描述組合邏輯組合邏輯電路電路a1a2.anf1f2.fm框圖：框圖：邏輯式：邏輯式：1112221212()()()nnmmnff aaaffaaaffaaa、 、 、 、 、 、 、結(jié)構(gòu)特點：組合邏輯電路中無存儲單元。結(jié)構(gòu)特點：組合邏輯電路中無存儲單元。64.2 組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計方法組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計方

4、法4.2.1 組合邏輯電路的分析方法組合邏輯電路的分析方法分析：分析：給出邏輯圖，分析輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。給出邏輯圖，分析輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。步驟：步驟：1.根據(jù)邏輯圖，根據(jù)邏輯圖，寫出邏輯表達式；寫出邏輯表達式；2.化簡邏輯式化簡邏輯式，以使邏輯關(guān)系簡單明了；，以使邏輯關(guān)系簡單明了；3.根據(jù)邏輯式，根據(jù)邏輯式，列出真值表，分析邏輯功能；列出真值表，分析邏輯功能；7例：試分析圖示電路的邏輯功能，指出該電路的用途。例：試分析圖示電路的邏輯功能，指出該電路的用途。解：解： 1.根據(jù)邏輯圖寫出邏輯式根據(jù)邏輯圖寫出邏輯式dbadcdbadcy2acdbcdcbdacdbcdcbdy1bdc

5、dbdcdy0y2dcbay1y08輸輸入入 輸輸出出 d c b a y2y1y0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 功能分析：功能分析：當當d、c、b、a表示表示的二進制數(shù)小于或等于

6、的二進制數(shù)小于或等于5時，時，y0為為1，當這個二進制數(shù)在，當這個二進制數(shù)在6和和10之間之間時時y1為為1，當這個二進制數(shù)大于或，當這個二進制數(shù)大于或等于等于11時時y2為為1。故這是一個判別輸入的故這是一個判別輸入的4位二進制位二進制數(shù)數(shù)值范圍的電路。數(shù)數(shù)值范圍的電路。2.列出真值表列出真值表94.2.2 組合邏輯電路的設(shè)計方法組合邏輯電路的設(shè)計方法設(shè)計：設(shè)計：給出邏輯問題，設(shè)計邏輯電路給出邏輯問題，設(shè)計邏輯電路步驟：步驟：一、進行邏輯抽象一、進行邏輯抽象分析事件的因果關(guān)系，確定輸入變量和輸出變量。分析事件的因果關(guān)系，確定輸入變量和輸出變量。定義邏輯狀態(tài)的含義。定義邏輯狀態(tài)的含義。列出真值

7、表。列出真值表。二、寫出邏輯式二、寫出邏輯式三、選定器件類型三、選定器件類型門電路門電路 小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路 ssi數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、加法器數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、加法器 中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路 msi可編程邏輯器件可編程邏輯器件pld 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路 lsi10四、將邏輯函數(shù)式化簡或變換成適當?shù)男问剿?、將邏輯函?shù)式化簡或變換成適當?shù)男问絪si化簡化簡msi變換變換lsi變換變換五、畫出邏輯圖五、畫出邏輯圖邏輯邏輯問題問題邏輯邏輯真值表真值表邏輯邏輯函數(shù)式函數(shù)式選定器選定器件類型件類型將函數(shù)將函數(shù)式化簡式化簡邏輯邏輯電路圖電路圖將函數(shù)將函數(shù)式變換式變換邏輯邏輯電路圖

8、電路圖用門電路用門電路用用msi組合組合電路或電路或pld六、工藝設(shè)計六、工藝設(shè)計11例：設(shè)計一個監(jiān)視交通信號燈的邏輯電路，每一組信號燈由紅、例：設(shè)計一個監(jiān)視交通信號燈的邏輯電路，每一組信號燈由紅、黃、綠三盞燈組成，正常工作情況下，任何時刻必有一盞燈亮，黃、綠三盞燈組成，正常工作情況下，任何時刻必有一盞燈亮，而且只允許有一盞燈點亮。而當出現(xiàn)其它五種點亮狀態(tài)時，電路而且只允許有一盞燈點亮。而當出現(xiàn)其它五種點亮狀態(tài)時，電路發(fā)生故障，這時要求發(fā)出故障信號，以提醒維護人員前去修理。發(fā)生故障，這時要求發(fā)出故障信號，以提醒維護人員前去修理。解：解：一、邏輯抽象一、邏輯抽象確定輸入輸出變量確定輸入輸出變量輸

9、入變量：三盞燈的狀態(tài)，用輸入變量：三盞燈的狀態(tài)，用r、a、g表示表示輸出變量：故障信號，用輸出變量：故障信號，用z表示表示定義邏輯狀態(tài)的含義定義邏輯狀態(tài)的含義燈亮為燈亮為1，不亮為，不亮為0；發(fā)生故障為發(fā)生故障為1，無故障為，無故障為012真值表真值表輸輸入入 輸輸出出 rag z 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 二、寫出邏輯式二、寫出邏輯式raggragaragrgarz三、選定器件為三、選定器件為ssi四、化簡四、化簡用卡諾圖化簡用卡諾圖化簡1 0 1 0 0 1 1 1 rag0100 01

10、11 10agrgragarz五、畫邏輯圖五、畫邏輯圖ragz13若要求用若要求用與非門與非門實現(xiàn)，則需將邏輯式轉(zhuǎn)換為實現(xiàn)，則需將邏輯式轉(zhuǎn)換為與非與非與非與非式。式。復習方法：兩次求反，用摩根定理復習方法：兩次求反，用摩根定理agrgragaragrgragarz邏輯圖見右圖。邏輯圖見右圖。若要求用若要求用與或非門與或非門實現(xiàn)，則需將邏輯式轉(zhuǎn)換為實現(xiàn)，則需將邏輯式轉(zhuǎn)換為與或非與或非式。式。iikkimm復習方法：先化為最小項之和的形式，再利用復習方法：先化為最小項之和的形式，再利用ragz14邏輯圖見右圖。邏輯圖見右圖。方法二：合并卡諾圖中的方法二：合并卡諾圖中的0，然后求反，然后求反1 0

11、1 0 0 1 1 1 rag0100 01 11 10gargargarzgargargarz76530421ragz1516uttl與非門的外形與非門的外形雙列直插式雙列直插式74ls00四四2輸入與非門輸入與非門74ls20二二4輸入與非輸入與非門門1234561413121110987&171 1 0 11 0 0 1+舉例：舉例：a=1101, b=1001, 計算計算a+b011010011二進制加法運算二進制加法運算4.3 若干常用的組合邏輯電路若干常用的組合邏輯電路4.3.4 加法器（加法器（adder）18加法運算的基本規(guī)則加法運算的基本規(guī)則：（1）逢二進一。）逢二進一。（2

12、）最低位是兩個數(shù)最低位的相加，不需考慮）最低位是兩個數(shù)最低位的相加，不需考慮進位。進位。（3）其余各位都是三個數(shù)相加，包括加數(shù)、被）其余各位都是三個數(shù)相加，包括加數(shù)、被加數(shù)和低位來的進位。加數(shù)和低位來的進位。（4）任何位相加都產(chǎn)生兩個結(jié)果：本位和、向）任何位相加都產(chǎn)生兩個結(jié)果：本位和、向高位的進位。高位的進位。19 半加器真值表 ai bi si ci+1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1iiiiiiiiiisabababcab加數(shù)加數(shù)本位本位的和的和向高向高位的位的進位進位一、一、1位加法器位加法器1.半加器半加器(完成完成2個個1位二進制數(shù)相加，不考慮低位

13、來的進位位二進制數(shù)相加，不考慮低位來的進位)aibisici+1半加器邏輯圖半加器邏輯圖 coaibisici+1半加器邏輯符號半加器邏輯符號20ai-加數(shù)；加數(shù)；bi-被加數(shù)；被加數(shù)；ci-低位的進位；低位的進位；si-本位和；本位和；ci+1-進位。進位。aibicisici+10000000110010100110110010101011100111111邏邏輯輯狀狀態(tài)態(tài)表表2.全加器全加器(完成完成2個個1位二進制數(shù)相加，考慮低位來的進位位二進制數(shù)相加，考慮低位來的進位)21半加和半加和所以：所以：iiiiiiiiiiis = (a b + a b )c +( a b + a b )c

14、iii+1iiiiic= ( a b + a b )c + a biiiiiis = a b + a babiiiis = a b + a biiis = sc + sc)iii= (abci+1iiic= sc + a b)iiiii= (ab ca b22全加器邏輯圖全加器邏輯圖邏輯符號邏輯符號aibicisici+1 cicoiiis = sc + sc)iii= (abc)i+1iiiiic= (ab ca bsiaibicici+1cs co co23 全加器全加器74ls183的管腳圖的管腳圖11474ls1831an1bn1cn1cn+11sn2cn2cn+12sn2an2bnu

15、ccgnd雙全加器雙全加器24二、多位加法器二、多位加法器功能：功能：實現(xiàn)多位二進制數(shù)的相加實現(xiàn)多位二進制數(shù)的相加例：例：a3a2a1a0+b3b2b1b0=cos3s2s1s00101+1101=100101.串行進位加法器串行進位加法器ci a b coci a b coci a b coci a b coa0 b0a1 b1a2 b2a3 b3cos0s3s1s2原理：原理：先進行最低位先進行最低位a0b0的加法，得出的加法，得出s0和和co0， co0送到送到 第二個加法器的第二個加法器的ci端，進行端，進行a1b1的加法，以此類推。的加法，以此類推。25特點：特點：電路簡單，連接方便

16、。電路簡單，連接方便。速度慢速度慢。（因為每一位的運算都。（因為每一位的運算都要等到低一位運算完，才能進行，因此又稱串行進位加法器）要等到低一位運算完，才能進行，因此又稱串行進位加法器）2.超前進位加法器超前進位加法器串行速度慢的原因是因為要先算出前級的進位，才能進行后級串行速度慢的原因是因為要先算出前級的進位，才能進行后級的計算，那么能不能在一開始就事先知道每一級的進位呢的計算，那么能不能在一開始就事先知道每一級的進位呢?ci1 a0 b0 ci0ci2 a1 b1 ci1a1 b1 a0 b0 ci0ci3 a2 b2 ci2a2 b2 a1 b1 a0 b0 ci0ci4 a3 b3 c

17、i3a3 b3 a2 b2 a1 b1 a0 b0 ci0任一級的進位任一級的進位cii都可以由都可以由a0 ai-1， b0 bi-1， ci0決定決定即即cii是是a0 ai-1，b0 bi-1 ， ci0的函數(shù)，只要的函數(shù)，只要a0 ai-1，b0 bi-1 ， ci0確定，則確定，則cii即可求出即可求出此即超前進位的理論依據(jù)此即超前進位的理論依據(jù)a3 a2 a1 a0+ b3 b2 b1 b0s3s1s0s2ci3ci1ci2ci4coci0264位超前進位加法器位超前進位加法器74283 a3a2a1a0b3b2b1b0c0s3s2s1s0c474283注：注：和數(shù)信號和進位信號是

18、同時產(chǎn)生的，和數(shù)信號和進位信號是同時產(chǎn)生的，不必逐級傳輸，速度快不必逐級傳輸，速度快運算時間的縮短是以增加電路的復運算時間的縮短是以增加電路的復雜程度換得的，雜程度換得的，i越大，越大，cii的電路的電路越復雜。越復雜。27 16 15 14 13 12 11 10 974ls283 1 2 3 4 5 6 7 8vcc b2 a2 s2 b3 a3 s3 c3ttl 加法器 74ls283 引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 94008 1 2 3 4 5 6 7 8vddb3c3 s3 s2 s1 s0 c0-1cmos加法器 4008 引腳圖a3 b2 a2 b1 a1 b

19、0 a0 vsss1 b1 a1 s0 b0 a0 c0-1 gnda15a12 b15b12 a11a8 b11b8 a7a4 b7b4 a3a0 b3b0 s15s14s13s12 s11s10s9 s8 s7 s6 s5 s4 s3 s2 s1 s04 位加法器4 位加法器4 位加法器4 位加法器c15 c11 c7 c3 c0-1加法器的級連加法器的級連集成二進制集成二進制4位位超前進位加法超前進位加法器器擴展應(yīng)用擴展應(yīng)用28用加法器設(shè)計組合電路用加法器設(shè)計組合電路當組合電路的輸出等于輸入變量與常量或變量之和時，可用加法器實現(xiàn)當組合電路的輸出等于輸入變量與常量或變量之和時，可用加法器實

20、現(xiàn)例：設(shè)計一個代碼轉(zhuǎn)換電路，例：設(shè)計一個代碼轉(zhuǎn)換電路，將將8421bcd碼轉(zhuǎn)成余碼轉(zhuǎn)成余3碼碼解：分析題意得真值表解：分析題意得真值表 dcba y3y2y1y0(8421碼碼) (余余3碼碼) 0000 0011 0001 0100 0010 0101 1001 1100 其它其它 可以看出，可以看出，y3y2y1y0=dcba+0011用用4位加法器即可實現(xiàn)位加法器即可實現(xiàn)a3a2a1a0b3b2b1b0cico74ls283dcba01s3s2s1s0y3y2y1y029 用二進制全加器將兩個用二進制全加器將兩個8421bcd碼相加時，碼相加時，其和是其和是二進制碼二進制碼。當和數(shù)。當和

21、數(shù)小于等于小于等于9時，時，842lbcd碼與二進制碼相同。但當和數(shù)大于碼與二進制碼相同。但當和數(shù)大于9時，時，8421bcd碼產(chǎn)生進位碼產(chǎn)生進位(逢十進一逢十進一)，而，而二進制碼二進制碼是是逢逢16進進1，所以用二進制全加器對兩個，所以用二進制全加器對兩個842lbcd碼相加后，需要將二進制表示的和數(shù)碼相加后，需要將二進制表示的和數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 成成8421bcd。2 2）加法器的應(yīng)用：用）加法器的應(yīng)用：用283283實現(xiàn)實現(xiàn)1 1位位8421bcd8421bcd的加法運算的加法運算302 2）加法器的應(yīng)用：用）加法器的應(yīng)用：用283283實現(xiàn)實現(xiàn)1 1位位8421bcd8421bcd的加法運

22、算的加法運算 結(jié)論：結(jié)論： 當和當和n10 9，即二進制數(shù)，即二進制數(shù)(1001)2時，二進制碼與時，二進制碼與bcd碼相同；碼相同； 當和當和n10 10，即二進制，即二進制數(shù)數(shù)(1010)2時，個位的時，個位的bcd碼要進行碼要進行6調(diào)整，有進位時調(diào)整，有進位時，構(gòu)成十位上的運算數(shù)據(jù)，構(gòu)成十位上的運算數(shù)據(jù)。例: 8+9=17 1 0 0 0+) 1 0 0 1 1 0 0 0 1 有進位有進位6+) 0 1 1 01 0 1 1 1例: 7+6=13 0 1 1 1+) 0 1 1 0 1 1 0 1 +) 0 1 1 01 0 0 1 1構(gòu)成十位上構(gòu)成十位上的運算數(shù)據(jù)的運算數(shù)據(jù)8421碼

23、運算舉例碼運算舉例:冗余碼冗余碼6構(gòu)成十位上構(gòu)成十位上的運算數(shù)據(jù)的運算數(shù)據(jù)用校正電路判斷是否用校正電路判斷是否需要調(diào)整并進行校正需要調(diào)整并進行校正31 十進制數(shù)十進制數(shù)018的幾種代碼表示的幾種代碼表示十進制數(shù)十進制數(shù)二進制碼二進制碼8421bcd碼碼n10c4 s3 s2 s1 s0dc d8 d4 d2 d101234567891011121314151617180 0 0 0 00 0 0 0 10 0 0 1 00 0 0 1 10 0 1 0 00 0 1 0 10 0 1 1 00 0 1 1 10 1 0 0 00 1 0 0 10 1 0 1 00 1 0 1 10 1 1 0

24、 00 1 1 0 10 1 1 1 00 1 1 1 11 0 0 0 01 0 0 0 11 0 0 1 00 0 0 0 00 0 0 0 10 0 0 1 00 0 0 1 10 0 1 0 00 0 1 0 10 0 1 1 00 0 1 1 10 1 0 0 00 1 0 0 11 0 0 0 01 0 0 0 11 0 0 1 01 0 0 1 11 0 1 0 01 0 1 0 11 0 1 1 01 0 1 1 11 1 0 0 0結(jié)果需要調(diào)整，其調(diào)結(jié)果需要調(diào)整，其調(diào)整條件為：整條件為： dc=c4+s3s2+s3s12個個1位位8421bcd的加法運算，的加法運算，最大數(shù)為

25、最大數(shù)為1001100110010調(diào)整后調(diào)整后調(diào)整前調(diào)整前1)當當dc =1時，應(yīng)加時，應(yīng)加6(0110)即得到正確的即得到正確的bcd結(jié)果；同時，結(jié)果；同時， dc 也是結(jié)果也是結(jié)果bcd的進位的進位輸出。輸出。bcdbcd碼相加，其和的二進制碼。碼相加，其和的二進制碼。32a3a2a1a0b3b2b1b0cico74283s3s2s1s0s3s2s1s0a3a2a1a0b3b2b1b0cico74283s3s2s1s0s3s2s1s0a3a2a1a0b3b2b1b0coco完成二進制數(shù)相加操作完成二進制數(shù)相加操作完成和的修正操作完成和的修正操作用兩片用兩片4位二進制加法器位二進制加法器74

26、ls283構(gòu)成構(gòu)成8421 bcd碼加法碼加法電路。電路。判斷是否大于判斷是否大于933補充：二進制減法運算補充：二進制減法運算在數(shù)字系統(tǒng)中，二進制減法運算通常變?yōu)檠a碼加在數(shù)字系統(tǒng)中，二進制減法運算通常變?yōu)檠a碼加法運算。法運算。符號數(shù)的減法運算規(guī)則：符號數(shù)的減法運算規(guī)則：v被減數(shù)為補碼；被減數(shù)為補碼；v對減數(shù)進行對減數(shù)進行所有位（包括符號位）的求補運算所有位（包括符號位）的求補運算；v所得的結(jié)果再和被減數(shù)相加，忽略最后產(chǎn)生的進所得的結(jié)果再和被減數(shù)相加，忽略最后產(chǎn)生的進位，就可以得到差。位，就可以得到差。v差也是補碼的形式。差也是補碼的形式。34example : 00001000（+8） -

27、00000011（+3）00000011帶符號求補的結(jié)果為：帶符號求補的結(jié)果為：111111010 0 0 0 1 0 0 0+ 1 1 1 1 1 1 0 11 0 0 0 0 0 1 0 1example : 00001100（+12） - 11110111（-9）11110111帶符號求補的結(jié)果為：帶符號求補的結(jié)果為：000010010 0 0 0 1 1 0 0+ 0 0 0 0 1 0 0 10 0 0 1 0 1 0 135二進制減法運算二進制減法運算在數(shù)字系統(tǒng)中，二進制減法運算通常變?yōu)檠a碼加法運算。在數(shù)字系統(tǒng)中，二進制減法運算通常變?yōu)檠a碼加法運算。a-b原原 = a-b補補 補補

28、= a 補補+-b補補 補補通過求反運算完成求補運算。通過求反運算完成求補運算。求反電路：利用異或門實現(xiàn)求反電路：利用異或門實現(xiàn)因為：因為：01a= aa= aa3 a2 a1 a0mf3 f2 f1 f0m=0時輸出與輸入相同時輸出與輸入相同m=1時輸出為輸入的反碼。時輸出為輸入的反碼。36用用74ls283構(gòu)成的二進制減法電路構(gòu)成的二進制減法電路驗證驗證：(+3) (+4) , (+3) (-4) , (-3) (+4) , (-3) (-4) a補補b補補a補補+b補補+1a補補+-b補補a補補+-b補補補補a-b原原37y3y2y1y0=p3p2p1p0- q3q2q1q0 =p3p2

29、p1p0+q3q2q1q0補補 = p3p2p1p0+q3q2q1q0 +1 m 輸出輸出 0 z=q 1 z=qqmqmqmz 減一個數(shù)等于加這個數(shù)的補碼，補碼等于反碼減一個數(shù)等于加這個數(shù)的補碼，補碼等于反碼+1，故，故m=0，相加，相加，y3y2y1y0=p3p2p1p0+q3q2q1q0m=1，相減，相減，y3y2y1y0=p3p2p1p0 - q3q2q1q0引進中間變量引進中間變量z解：解：a3a2a1a0b3b2b1b0cico74ls283s3s2s1s0y3y2y1y0q3q2q1q0=1=1=1=1mp3p2p1p0z3z2z1z0試用試用4位并行加法器位并行加法器74ls2

30、83設(shè)計一個加設(shè)計一個加/減運算電路。當控制減運算電路。當控制信號信號m=0時它將兩個輸入的時它將兩個輸入的4位二進制數(shù)相加，而位二進制數(shù)相加，而m=1時它將兩個時它將兩個輸入的輸入的4位二進制數(shù)相減。允許附加必要的門電路。位二進制數(shù)相減。允許附加必要的門電路。384.3.1 編碼器（編碼器（encoder）編碼器的功能：編碼器的功能：把輸入的每一個高（或低）電平信號編成一個把輸入的每一個高（或低）電平信號編成一個對應(yīng)的二進制代碼。對應(yīng)的二進制代碼。編碼的意義編碼的意義微微處處理理器器編編碼碼器器鍵盤信號鍵盤信號編碼輸出編碼輸出.用文字、符號或數(shù)碼表示特定對象的過程稱為用文字、符號或數(shù)碼表示特

31、定對象的過程稱為編碼編碼。在數(shù)字系統(tǒng)中用若干位二進制代碼表示有關(guān)的信號。在數(shù)字系統(tǒng)中用若干位二進制代碼表示有關(guān)的信號。實現(xiàn)編碼操作的數(shù)字電路就是實現(xiàn)編碼操作的數(shù)字電路就是編碼器編碼器。如計算機的。如計算機的111鍵盤。鍵盤。39分類：分類：輸出輸出功能功能二進制編碼器二進制編碼器 輸入輸入2n個信號，輸出個信號，輸出n位代碼位代碼二二 十進制編碼器十進制編碼器 10個信號輸入，個信號輸入，bcd碼輸出碼輸出普通編碼器普通編碼器 輸入間有約束輸入間有約束優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器 按優(yōu)先級別高低編碼按優(yōu)先級別高低編碼代表09十個數(shù)字40一、二進制普通編碼器一、二進制普通編碼器特點：特點：任一時刻只允許

32、輸入一個有效編碼信號，否則輸出發(fā)生混亂任一時刻只允許輸入一個有效編碼信號，否則輸出發(fā)生混亂功能：功能：當當i0=1，其它為，其它為0時，輸出時，輸出y1y0=00當當i1=1，其它為，其它為0時，輸出時，輸出y1y0=01 當當i2=1，其它為，其它為0時，輸出時，輸出y1y0=10當當i3=1，其它為，其它為0時，輸出時，輸出y1y0=11例：例：2位二進制普通編碼器（位二進制普通編碼器（4線線2線編碼器）線編碼器）4線線-2線線y0y1i0i1i2i341真值表：真值表： 輸輸入入 輸輸出出 i0 i1 i2 i3 y1 y0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0

33、 1 0 0 0 0 1 1 1 其其它它 其它的含義其它的含義：任意時刻只允許輸入：任意時刻只允許輸入一個有效編碼信號，即其它的情況一個有效編碼信號，即其它的情況是不允許出現(xiàn)的，對應(yīng)的最小項為是不允許出現(xiàn)的，對應(yīng)的最小項為約束項，故對應(yīng)的輸出為約束項，故對應(yīng)的輸出為。用卡諾圖化簡用卡諾圖化簡 1 1 0 0 i0i1i2i300011110 00 01 11 10321iiy 1 0 1 0 i0i1i2i300011110 00 01 11 10310iiy42310321iiyiiy邏輯電路：邏輯電路：i2i3i1y1y08線線3線編碼器線編碼器功能：功能：當當i0=1，其它為，其它為0

34、時，輸出時，輸出y2y1y0=000當當i1=1，其它為，其它為0時，輸出時，輸出y2y1y0=001當當i7=1，其它為，其它為0時，輸出時，輸出y2y1y0=111i7y2y0y1i0i1i2i3i4i5i68線線|3線線編編碼碼器器43真值表：真值表： 輸輸入入 輸輸出出 i0 i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7 y2 y1 y0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1

35、 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 其其它它 用卡諾圖化簡，得：用卡諾圖化簡，得：753107632176542iiiiyiiiiyiiiiy44邏輯電路：邏輯電路：普通編碼器的普通編碼器的局限性局限性：任一時刻只允許輸入一個有效編碼任一時刻只允許輸入一個有效編碼信號，否則輸出將發(fā)生混亂。信號，否則輸出將發(fā)生混亂。例：例：i3、i5同時輸入同時輸入1、1，則：則：y2y1y0=111 與與i7的編碼混淆。的編碼混淆。i1 i2 i3 i4 i5 i6 i7y2y1y04574hc148y2y1y0ysyexsi0i1i2i3i4i5

36、i6i7二、二進制優(yōu)先編碼器（二、二進制優(yōu)先編碼器（binary priority encoder）特點：特點：允許同時輸入幾個編碼信號，編碼器只對優(yōu)先級別高的輸入允許同時輸入幾個編碼信號，編碼器只對優(yōu)先級別高的輸入進行編碼。進行編碼。例：例：83線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器74hc148級別：級別： i7最高最高i0最低最低如如i7、i5 同時有效，則輸出同時有效，則輸出i7 編碼編碼如如i5、i4、i2同時有效，則輸出同時有效，則輸出i5 的的編碼。編碼。控制功能：控制功能：利用利用s、ys、yex可實現(xiàn)級聯(lián)擴展功能?？蓪崿F(xiàn)級聯(lián)擴展功能?；竟δ埽夯竟δ埽涸试S同時輸入幾個信號，允許同時輸入幾

37、個信號，但對級別最高的輸入編碼。但對級別最高的輸入編碼。46結(jié)論：實現(xiàn)結(jié)論：實現(xiàn)了優(yōu)先編碼了優(yōu)先編碼的功能。的功能。1.基本功能基本功能工作原理分析：工作原理分析：74hc148的真值表的真值表：注意：輸入低電平有效，輸出是二進制反碼，故符號中帶圈。注意：輸入低電平有效，輸出是二進制反碼，故符號中帶圈。472.控制功能控制功能 為為選通輸出端選通輸出端sy 為為選通輸入端選通輸入端 當當 時，編碼器才能正常工作。時，編碼器才能正常工作。 當當 時，輸出被鎖定在時，輸出被鎖定在111。0ss1s 只有當只有當 ，且，且 時，時， 0s107ii0sy故故 表示，表示，“電路工作，但無編碼信號輸入

38、電路工作，但無編碼信號輸入”。0sy 為為擴展端擴展端exy 只要只要 有一個為有一個為0，且，且 時，時，0s07 ii0exy故故 表示，表示，“電路工作，而且有編碼信號輸入電路工作，而且有編碼信號輸入”。0exy48例：用兩片例：用兩片74hc148接成接成16線線4線編碼器，將線編碼器，將a0a1516個低電平個低電平輸入信號編為輸入信號編為 00001111 16個個4位二進制代碼。其中位二進制代碼。其中a15的優(yōu)先權(quán)的優(yōu)先權(quán)最高最高, a0的優(yōu)先權(quán)最低。的優(yōu)先權(quán)最低。解：根據(jù)題意，該編碼器輸入信號與編碼輸出的關(guān)系如下：解：根據(jù)題意，該編碼器輸入信號與編碼輸出的關(guān)系如下：，1 1 1

39、 1015a，0 1 1 107a，0 1 0 105a，1 1 0 1013a，1 1 1 0014a，1 0 0 008a，0 1 1 006a，0 0 0 000a.z3z2z1z0z0z2z1z3a15a0a6a7a8a14.16線線4線編碼器線編碼器49因原碼輸出，故因原碼輸出，故輸出應(yīng)反相，并將兩片的輸出相或，輸出應(yīng)反相，并將兩片的輸出相或，作低位輸出。作低位輸出。每片只有每片只有8個輸入，個輸入， 故故16個輸入分別接個輸入分別接2片。片。第第1片優(yōu)先級高，只有當片優(yōu)先級高，只有當 a15a8均無信號輸入時，均無信號輸入時， 第第2片才能工作，片才能工作，故將第故將第 1片的片的

40、 接第接第2片片 的的 。sys當對當對a15a8編碼時，最編碼時，最 高位輸出應(yīng)為高位輸出應(yīng)為1，當對，當對a7 a0編碼時編碼時，最高位輸出最高位輸出 應(yīng)為應(yīng)為0，故可用第，故可用第1片的片的yex作最高位編碼輸出。作最高位編碼輸出。第第1片的片的s端接端接0，表示第表示第1片始終正常工作片始終正常工作。 74hc148 (1)01234567iiiiiiii012yyyyexssy15a8a 74hc148 (2)01234567iiiiiiii012yyyyexssy7a0az3z2z1z050先非后或等于先與后非先非后或等于先與后非abba 74hc148 (1)01234567ii

41、iiiiii012yyyyexssy15a8a 74hc148 (2)01234567iiiiiiii012yyyyexssy7a0az3z2z1z051三、二三、二-十進制優(yōu)先編碼器十進制優(yōu)先編碼器二二十進制優(yōu)先編碼器十進制優(yōu)先編碼器74hc147，輸入低電平有效，反碼輸出。，輸入低電平有效，反碼輸出。74hc147y3y2y1y0i1i2i3i4i5i6i7i8i9真值表見表真值表見表4.3.3（p173）。）。自學自學二二-十進制編碼器是將代表十進制數(shù)的十進制編碼器是將代表十進制數(shù)的10個輸入信號分別個輸入信號分別編制成對應(yīng)的編制成對應(yīng)的bcd代碼輸出的電路。代碼輸出的電路。5274hc

42、147i1i4i5i6i7i8i9i2i3s0 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 s8 s9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 91k*10+5vy3y2y1y0y3y2y1y0十鍵十鍵8421碼編碼器的邏輯圖碼編碼器的邏輯圖53 二進制譯碼器二進制譯碼器 2/4線，線，3/8線，線，4/16線等線等 二二-十進制譯碼器十進制譯碼器 8421bcd/十，余十，余3/十，格雷碼十，格雷碼/十等十等 顯示譯碼器顯示譯碼器 驅(qū)動顯示器件驅(qū)動顯示器件譯碼譯碼編碼逆過程，將二進制代碼的原意編碼逆過程，將二進制代碼的原意“翻譯翻譯” 出來，還原成原特定含義的信息。即每組代碼出來，還原成原特定含義

43、的信息。即每組代碼 有一個相應(yīng)輸出端為有效（有一個相應(yīng)輸出端為有效（高高/低）低）電平，其余電平，其余 輸出端為無效（輸出端為無效（低低/高）高）電平。電平。分類分類按功能不同，分為按功能不同，分為:4.3.2 譯碼器（譯碼器（decoder）譯碼譯碼是將每個輸入的二進制代碼譯成對應(yīng)的輸出高、低電平信號是將每個輸入的二進制代碼譯成對應(yīng)的輸出高、低電平信號54一、二進制譯碼器一、二進制譯碼器例：例：3-8線譯碼器線譯碼器功能：功能：當當a2a1a0=000時，時，y0=1，其它為，其它為0當當a2a1a0=001時，時，y1=1，其它為，其它為0當當a2a1a0=010時，時，y2=1，其它為，

44、其它為0當當a2a1a0=111時，時，y7=1，其它為，其它為0a2a0a1y7y0y1y2y3y4y5y63線線|8線線譯譯碼碼器器將將n種輸入的組合（種輸入的組合（n位二進制代碼）譯成位二進制代碼）譯成2n種電路種電路狀態(tài)（高低電平信號）。也叫狀態(tài)（高低電平信號）。也叫n-2n線譯碼器。線譯碼器。 集成二進制譯碼器集成二進制譯碼器 雙雙2/4譯碼器譯碼器 74hc139 cd4556 3/8譯碼器譯碼器 74hc138 4/16譯碼器譯碼器 74hc15455例：例：3-8線譯碼器線譯碼器74hc138基本功能：基本功能：注意：輸出低電平有效注意：輸出低電平有效擴展功能：擴展功能： 74

45、ls138 76543210yyyyyyyya0 a1 a2 s1 s2 s3 利用控制端利用控制端s1、 s2、s3實現(xiàn)級聯(lián)功能實現(xiàn)級聯(lián)功能當當a2a1a0=000時，時， y0=0，其它為，其它為1當當a2a1a0=001時，時， y1=0，其它為，其它為1當當a2a1a0=010時，時， y2=0，其它為，其它為1當當a2a1a0=111時，時， y7=0，其它為，其它為1.56功能分析：功能分析：00120maaay10121maaay70127maaay.74hc138的真值表的真值表s1s2+s3a2a1a0y0y1y2y3y4y5y6y70 1 1 1 1 11111 1 1 1

46、 1 1111100000 1 1 1 1111100011 0 1 1 1111100101 1 0 1 1111100111 1 1 0 1111101001 1 1 1 0111101011 1 1 1 1011101101 1 1 1 1101101111 1 1 1 1110m0 m7為為a2a1a0的的8個最小項個最小項說明說明 譯碼器是多輸入、多輸出組合邏輯電路，譯碼器是多輸入、多輸出組合邏輯電路， 每個輸出對應(yīng)一個每個輸出對應(yīng)一個n變量最小項變量最小項也稱也稱 最小項發(fā)生器最小項發(fā)生器。57擴展功能：擴展功能：片選功能片選功能級聯(lián)擴展級聯(lián)擴展當當s1=1，s2=0，s3=0時，

47、譯碼器處于工作狀態(tài)；時，譯碼器處于工作狀態(tài)； 選中選中否則否則，所有輸出均鎖定在高電平；，所有輸出均鎖定在高電平； 未選中未選中例：用兩片例：用兩片74hc138組成一個組成一個4-16線譯碼器，將輸入的線譯碼器，將輸入的4位二進制位二進制代碼代碼d3d2d1d0的十六種狀態(tài)譯成十六個獨立的低電平信號的十六種狀態(tài)譯成十六個獨立的低電平信號 z0 z15解：解： 分析題意即要求實現(xiàn)圖示功能：分析題意即要求實現(xiàn)圖示功能： 4-16線譯碼線譯碼 d3 d2 d1 d0 10zz15z.58用真值表表示即：用真值表表示即：兩片共兩片共16個輸出作輸出個輸出作輸出z0 z15兩片的兩片的a0、a1、a2

48、分別相連作低位輸入分別相連作低位輸入d0、d1、d2高位輸入高位輸入d3怎么辦？怎么辦？故可將故可將d3接第接第(1)片的片的 s2、s3，d3接第接第(2)片片 的的s1 d3d2d1d0 輸出輸出 0000 z0=0 0001 z1=0 0111 z7=0 1000 z8=0 1001 z9=0 1111 z15=0+5vd3d2d1d0 74hc138(1) 76543210yyyyyyyya0 a1 a2 s1 s2 s3 74hc138(2) 76543210yyyyyyyya0 a1 a2 s1 s2 s3 z0z7z8z15.從真值表看出：當從真值表看出：當d3=0時，時， z0

49、z7有輸出；當有輸出；當d3=1時，時，z8z15有輸出有輸出實現(xiàn)方法：實現(xiàn)方法：59驗證：驗證：+5vd3d2d1d0 74hc138(1) 76543210yyyyyyyya0 a1 a2 s1 s2 s3 74hc138(2) 76543210yyyyyyyya0 a1 a2 s1 s2 s3 z0z7z8z15.當當d3d2d1d0=0000時，時，(1)工作，工作， z0=0當當d3d2d1d0=0001時，時，(1)工作，工作， z1=0當當d3d2d1d0=0111時，時，(1)工作，工作， z7=0.當當d3d2d1d0=1000時，時，(2)工作，工作， z8=0當當d3d2

50、d1d0=1001時，時，(2)工作，工作， z9=0當當d3d2d1d0=1111時，時，(2)工作，工作， z15=0.6074hc138(2)a2a0a1s1s2s3y7y6y5y4y3y2y1y074hc138(1)a2a0a1s1s2s3y7y6y5y4y3y2y1y0d3d2d1d0d3d2d1d0=00000111d3d2d1d0=10001111z7 z6 z5 z4 z3 z2 z1 z0z15 z14z13z12z11z10 z9 z8另一種接法：另一種接法：61例：用例：用4片片74hc138組成一個組成一個5-32線譯碼器，將輸入的線譯碼器，將輸入的5位二進制位二進制代

51、碼代碼d4d3d2d1d0的的32種狀態(tài)譯成種狀態(tài)譯成32個獨立的低電平信號個獨立的低電平信號z0 z31。解：解：分析題意即要求實現(xiàn)圖示功能：分析題意即要求實現(xiàn)圖示功能： 5-32線譯碼線譯碼 d4d3 d2 d1 d0 10zz31z.用真值表表示即：用真值表表示即： d4d3d2d1d0 輸出輸出 00000 z0=0 00111 z7=0 01000 z8=0 01111 z15=0 10000 z16=0 10111 z23=0 11000 z24=0 11111 z31=062四片共四片共32個輸出作輸出個輸出作輸出z0 z31四片的四片的a0、a1、a2分別相連作低位輸入分別相連

52、作低位輸入d0、d1、d2 實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法高位輸入的設(shè)計高位輸入的設(shè)計故可將故可將d4d3接接24線譯碼器，譯碼器輸線譯碼器，譯碼器輸 出接各片出接各片s1d2d1d074hc138(1) 76543210yyyyyyyya0 a1 a2 s1 s2 s3 74hc138(2) 76543210yyyyyyyya0 a1 a2 s1 s2 s3 74hc138(3) 76543210yyyyyyyya0 a1 a2 s1 s2 s3 a0 a1 a2 s1 s2 s3 74hc138(4) 76543210yyyyyyyyz0z7z8z15.z16z23z24z31.d4d3從真值表看出：從

53、真值表看出：d4d3與各片與各片s1的關(guān)系如表，的關(guān)系如表，此為譯碼關(guān)系。此為譯碼關(guān)系。d4d3 s11 s21 s31 s41 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 a1a0y3y2y1y063s1s10a11a10y11y12y13y10a11a10y11y12y13y1s20a21a20y21y22y23y2ccugnd3y22y21y20y21a20a2s274hc139管腳圖管腳圖一片一片74hc139中含兩個中含兩個2-4線譯碼器線譯碼器6474hc139的的功能表功能表s0y1y2y3y“”表示低電平有效。表示低電平有效。

54、65二、二二、二-十進制譯碼器（又稱十進制譯碼器（又稱4線線-10線譯碼器）線譯碼器）將輸入將輸入bcd碼的十個代碼譯成十個高、低電平信號碼的十個代碼譯成十個高、低電平信號例：二例：二十進制譯碼器十進制譯碼器74hc42，輸出低電平有效。，輸出低電平有效。自學自學74hc42a3a2a1a0y0y1y2y3y4y5y6y7y8y9真值表見表真值表見表4.3.6（p178）66二二-十進十進制編碼制編碼顯示譯顯示譯碼器碼器顯示顯示器件器件 在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要將運算結(jié)果在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要將運算結(jié)果用人們習慣的十進制顯示出來，這就要用用人們習慣的十進制顯示出來，這就要用到到顯示譯碼器顯示譯碼

55、器。8421碼碼數(shù)碼顯示器件數(shù)碼顯示器件半導體數(shù)碼管半導體數(shù)碼管熒光數(shù)碼管熒光數(shù)碼管輝光數(shù)碼管輝光數(shù)碼管液晶顯示器液晶顯示器三、顯示譯碼器三、顯示譯碼器671.七段數(shù)碼管（簡稱七段數(shù)碼管（簡稱led）abcdefg12345109876d.p七段發(fā)光二極管七段發(fā)光二極管例：當例：當a、b、g、e、d段段發(fā)光，其它段不發(fā)光時，發(fā)光，其它段不發(fā)光時，顯示顯示2內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)7 10 9 8 5 4 2 3 a b c d e f g1,6d.p公共陰極公共陰極共陰極（例共陰極（例bs201a）使用時，使用時，公共陰極接地公共陰極接地，各陽極接控制信號各陽極接控制信號，當控制信號，當控制信號為高電

56、平，發(fā)光，低電平時不發(fā)光。為高電平，發(fā)光，低電平時不發(fā)光。有時需接限流電阻有時需接限流電阻。bs201a68共陽極（例共陽極（例bs204a）使用時，使用時，公共陽極接高電平公共陽極接高電平，各陰極接控制信號各陰極接控制信號，當控制信號，當控制信號為低電平時，發(fā)光，高電平時不發(fā)光。為低電平時，發(fā)光，高電平時不發(fā)光。a b c d e f gd.p公共陽極公共陽極69七段顯示譯碼表七段顯示譯碼表abcdfg a3 a2 a1 a0 a b c d e f g 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1e（共陰

57、極接法）（共陰極接法） 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 10912345678702.bcd七段顯示譯碼器七段顯示譯碼器bcd七段顯示譯碼器能將七段顯示譯碼器能將8421bcd碼譯成碼譯成能夠控制七段顯示器顯示數(shù)字的輸出信號。能夠控制七段顯示器顯示數(shù)字的輸出信號?；竟δ芑竟δ埽赫嬷当硪姳恚赫嬷当硪姳?.3.7（p182）a

58、3a2a1a0ltbi/rborbiyaybycydyeyfyg7448例：例：7448a3a2a1a0=0001時，時， ybyc=11，其它為，其它為0， 可控制共陰極數(shù)碼管顯示可控制共陰極數(shù)碼管顯示1a3a2a1a0=1001時，時， yaybycyfyg=111111，ydye=00， 可控制共陰極數(shù)碼管顯示可控制共陰極數(shù)碼管顯示9.a3a2a1a0=0000時，時， yaybycydyeyf=111111，yg=0， 可控制共陰極數(shù)碼管顯示可控制共陰極數(shù)碼管顯示0abcdefg12345109876d.p71擴展功能擴展功能a3a2a1a0ltbi/rborbiyaybycydyey

59、fyg7448abcdefg12345109876d.p燈測試：燈測試：當當lt=0時，不管時，不管a3a2a1a0為何狀態(tài)，為何狀態(tài)，ya yg全為全為1，全亮全亮滅零輸入：滅零輸入：當當rbi=0時，且時，且a3a2a1a0=0000時，時，ya yg全為全為0，全滅全滅應(yīng)用：應(yīng)用：與與rbo配合可實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示系統(tǒng)的滅零控制配合可實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示系統(tǒng)的滅零控制。如如0013.700滅燈輸入滅燈輸入/滅零輸出：滅零輸出：bi/rbo，雙功能的輸入輸出端，雙功能的輸入輸出端a.作作輸入輸入用用,當當 bi=0時時,yayg全為全為0，全滅全滅b.作作輸出輸出用用,當當 rbi =0,且且a

60、3a2a1a0=0000時時,rbo才為才為0.整數(shù)部分高位的整數(shù)部分高位的rbo接低位的接低位的rbi，當高位為，當高位為0時，時，且被熄滅的情況下，低位才有滅零輸入信號。且被熄滅的情況下，低位才有滅零輸入信號。小數(shù)部分低位的小數(shù)部分低位的rbo接高位的接高位的rbi，道理同上。，道理同上。rbi rbo7448rbo rbi7448rbi rbo7448rbo rbi744872+5v+5v 1rbi rbo 2rbi rbo 3rbi rbo 6rbo rbi 5rbo rbi 4rbi rbo 滅無效零說明：滅無效零說明：最高位是零，無效零，應(yīng)滅掉，令最高位是零，無效零，應(yīng)滅掉，令rb