計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成電子教案(第1章)

1、東南大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院東南大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院主講教師：主講教師： 徐造林徐造林計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成前前 言言n計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成課程要求和目標(biāo)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成課程要求和目標(biāo)u掌握數(shù)字邏輯電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法，為掌握數(shù)字邏輯電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法，為“組成原組成原理理”的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。的學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。u理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部理解單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件的內(nèi)部工作原理工作原理、組成結(jié)組成結(jié)構(gòu)構(gòu)以及以及相互連接方式相互連接方式，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。，具有完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念。u理解解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)理解解計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次化層次化結(jié)構(gòu)概念，熟悉硬件與軟件之間的結(jié)構(gòu)概念，熟

2、悉硬件與軟件之間的界面，掌握界面，掌握指令集指令集體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。體系結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)和基本實(shí)現(xiàn)方法。u能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)組成的基本原理和基本方法，對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行硬件系統(tǒng)中的理論和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算計(jì)算、分析分析，并能對(duì)一些，并能對(duì)一些基本部件進(jìn)行基本部件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。64學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)3 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成教材：教材：1、王永軍、李景華主編、王永軍、李景華主編數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì) 高等教育出版社高等教育出版社 2006 2、任國(guó)林主編、任國(guó)林主編計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組

3、成原理 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 2010 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成參考書(shū)參考書(shū) 計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 ，唐溯飛，高教出版社出版，唐溯飛，高教出版社出版， 計(jì)算機(jī)組成原理：學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答計(jì)算機(jī)組成原理：學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答。44CPU及整機(jī)設(shè)計(jì)及整機(jī)設(shè)計(jì)SOC芯片設(shè)計(jì)芯片設(shè)計(jì)課程內(nèi)容組織課程內(nèi)容組織第第2章章 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概論 計(jì)算機(jī)的模型、硬件組成，計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程、性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)的模型、硬件組成，計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程、性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)軟件(指令指令串及串及數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)) CUALU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線I/O設(shè)備設(shè)備1I/O接口接口1I/O設(shè)備設(shè)備2I/

4、O接口接口2I/O設(shè)備設(shè)備nI/O接口接口n計(jì)算機(jī)硬件計(jì)算機(jī)硬件第第1章章 數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)字邏輯基礎(chǔ) 數(shù)字邏輯電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法數(shù)字邏輯電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法第第6章章 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng) 指令功能與指令格式，操作數(shù)存放及尋址方式，指令功能與指令格式，操作數(shù)存放及尋址方式，CISC/RISC第第5章章 存儲(chǔ)系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng) 層次結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)，RAM組成，主存、組成，主存、Cache、虛擬存儲(chǔ)的組成原理、虛擬存儲(chǔ)的組成原理第第3章章 數(shù)據(jù)的表示數(shù)據(jù)的表示 數(shù)據(jù)的編碼及計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示數(shù)據(jù)的編碼及計(jì)算機(jī)內(nèi)的表示第第4章章 運(yùn)算器與運(yùn)算方法運(yùn)算器與運(yùn)算方法 定點(diǎn)及浮點(diǎn)運(yùn)算方法，定點(diǎn)及浮點(diǎn)運(yùn)

5、算方法，ALU結(jié)構(gòu)與組成結(jié)構(gòu)與組成第第8章章 總線總線 概述，操作步驟，仲裁概述，操作步驟，仲裁/定時(shí)方式，互連結(jié)構(gòu)定時(shí)方式，互連結(jié)構(gòu)第第7章章 中央處理器中央處理器(CPU) CPU的功能與結(jié)構(gòu)、工作流程，指令執(zhí)行過(guò)程，數(shù)據(jù)通路組的功能與結(jié)構(gòu)、工作流程，指令執(zhí)行過(guò)程，數(shù)據(jù)通路組織，織，CU的結(jié)構(gòu)及組成，微程序控制器技術(shù)，指令流水技術(shù)的結(jié)構(gòu)及組成，微程序控制器技術(shù)，指令流水技術(shù)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算機(jī)軟件(指令指令串及串及數(shù)據(jù)數(shù)據(jù))CUALU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線I/O設(shè)備設(shè)備1I/O接口接口1I/O設(shè)備設(shè)備2I/O接口接口2I/O設(shè)備設(shè)備nI/O接口接口n第第9章章 輸入輸入/輸出輸出(I/O

6、)系統(tǒng)系統(tǒng) I/O組成，組成，I/O設(shè)備，設(shè)備，I/O接口，接口，I/O方式方式(4種種)8第第1章章 數(shù)字邏輯基礎(chǔ)數(shù)字邏輯基礎(chǔ)11 邏輯代數(shù)基本知識(shí)邏輯代數(shù)基本知識(shí)數(shù)字量與模擬量數(shù)字量與模擬量電子電路中的信號(hào)電子電路中的信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)時(shí)間和幅度都是離散的時(shí)間和幅度都是離散的9 模擬量模擬量 數(shù)字量數(shù)字量取值：取值： 連續(xù)連續(xù) 離散離散隨時(shí)間變化：隨時(shí)間變化： 連續(xù)變化連續(xù)變化 不連續(xù)變化不連續(xù)變化tuuttutu101）數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：指用二進(jìn)制表示的信號(hào)，即信息用指用二進(jìn)制表示的信號(hào)，即信息用0，1來(lái)表示。來(lái)表示。 0 1 0

7、 1 0 1 0 10 0 10V5V例：例：1001 使用數(shù)字信號(hào)，并能對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏使用數(shù)字信號(hào)，并能對(duì)數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路。輯運(yùn)算的電路。數(shù)字電路的定義數(shù)字電路的定義：2）邏輯運(yùn)算功能邏輯運(yùn)算功能：對(duì)不同的輸入條件，電路能作出相對(duì)不同的輸入條件，電路能作出相應(yīng)的邏輯推理和判斷，從而得到正確的結(jié)果。應(yīng)的邏輯推理和判斷，從而得到正確的結(jié)果。11用字母表示變量，一個(gè)命題只能有兩種邏輯值：用字母表示變量，一個(gè)命題只能有兩種邏輯值：邏輯真邏輯真用用“1”表示表示條件具備，事件發(fā)生。條件具備，事件發(fā)生。邏輯假邏輯假用用“0”表示表示條件不具備，事件不發(fā)生。條件不具備，事件不發(fā)

8、生。邏輯問(wèn)題邏輯問(wèn)題邏輯變量邏輯變量邏輯運(yùn)算邏輯運(yùn)算邏輯函數(shù)邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)化簡(jiǎn)邏輯電路邏輯電路1.1.1 邏輯函數(shù)及其表示方法邏輯函數(shù)及其表示方法邏輯運(yùn)算：邏輯運(yùn)算：12邏輯變量邏輯變量A=1燈亮燈亮0燈滅燈滅 0、1僅僅是被定義的兩種邏輯值，代表兩種不同僅僅是被定義的兩種邏輯值，代表兩種不同的狀態(tài)，無(wú)任何數(shù)量的概念。的狀態(tài)，無(wú)任何數(shù)量的概念。例：命題：信號(hào)燈是亮著的。例：命題：信號(hào)燈是亮著的。什么時(shí)事物可定義為一個(gè)邏輯變量？什么時(shí)事物可定義為一個(gè)邏輯變量？該事物只有兩種完全對(duì)立的可能性該事物只有兩種完全對(duì)立的可能性13普通代數(shù)普通代數(shù)邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)變量取值變量取值 +范圍內(nèi)的范圍內(nèi)的任意值，

9、有數(shù)量的任意值，有數(shù)量的概念。概念。0，1無(wú)數(shù)量的概念無(wú)數(shù)量的概念基本運(yùn)算基本運(yùn)算 +、 、 、 、平方、開(kāi)方平方、開(kāi)方與（與（）、或）、或（+）、非）、非相同點(diǎn)相同點(diǎn)均用字母表示變量，研究變量之間的均用字母表示變量，研究變量之間的關(guān)系。關(guān)系。141.邏輯與邏輯與YAB。 。 。 。邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式： Y=A B或或 Y=A B&YA B邏輯符號(hào)真真 值值 表表A B Y0 0 00 1 01 0 01 1 1只有決定事物結(jié)果只有決定事物結(jié)果的全部條件同時(shí)具的全部條件同時(shí)具備時(shí)，結(jié)果才發(fā)生備時(shí)，結(jié)果才發(fā)生一、邏輯運(yùn)算一、邏輯運(yùn)算：152. 邏輯或邏輯或Y。AB邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)

10、式： Y=A + B或或 Y=A V B1YA B邏輯符號(hào)A B Y0 0 00 1 11 0 11 1 1真 值 表在決定事物結(jié)果的在決定事物結(jié)果的諸條件中只要有任諸條件中只要有任何一個(gè)滿足，結(jié)果何一個(gè)滿足，結(jié)果就會(huì)發(fā)生就會(huì)發(fā)生16AY0110真 值 表邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式： Y = A 3. 邏輯非邏輯非RAY1AY邏輯符號(hào)只要條件具備了，結(jié)只要條件具備了，結(jié)果便不會(huì)發(fā)生。而此果便不會(huì)發(fā)生。而此條件不具備時(shí)，結(jié)果條件不具備時(shí)，結(jié)果一定發(fā)生一定發(fā)生17或門(mén)或門(mén)與門(mén)與門(mén)非門(mén)非門(mén)(a)常用符號(hào)(b)美、日常用符號(hào)(c)國(guó)標(biāo)符號(hào)ABYABYAYAYABYABYAY1ABY&ABY1184

11、.與非與非邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式： Y=A BA B Y0 0 10 1 11 0 11 1 0真 值 表YAB&邏輯符號(hào)195. 或非或非A B Y0 0 10 1 01 0 01 1 0真 值 表邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式： Y=A + BYAB1邏輯符號(hào)206. 與或非與或非邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式：Y = AB+CD7. 異或異或邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式：Y = A B =AB+ABYABYAB=1邏輯符號(hào)ABCDY& 1邏輯符號(hào)218. 同或同或邏輯表達(dá)式：邏輯表達(dá)式： Y =A B =AB+ABA B Y0 0 10 1 01 0 01 1 1真 值 表優(yōu)先級(jí)：非、與、或Y

12、=A+BC D+E+E GYAB YAB=122異或門(mén)(a)常用符號(hào)(b)美、日常用符號(hào)(c)國(guó)標(biāo)符號(hào)與非門(mén)或非門(mén)異或非門(mén)ABYABYABY&ABYABYABY1ABYABYABY=1ABYABYABY=23&ENENABYABENYABENY&ENENABYABENYABENY9. 三態(tài)門(mén)（三態(tài)門(mén)（TS）24AB&EN=1YAB&EN=0Y25真值表真值表ENABY1Y2 000 1 001 1 010 1 011 0 100 1 101 1 110 1 111 0高阻態(tài)高阻態(tài)高阻態(tài)高阻態(tài)低電平使能低電平使能高電平使能高電平使能26應(yīng)用：應(yīng)用：線與線與

13、&ENEN1ABY&ENEN2CD條件：條件： EN1+ EN2 =1271）多路數(shù)據(jù)分時(shí)傳送）多路數(shù)據(jù)分時(shí)傳送D1D2DmY1Y2YmA1A2An.譯碼器總 線282）多路開(kāi)關(guān)）多路開(kāi)關(guān)ACA/B數(shù)據(jù)輸出B293）數(shù)據(jù)雙向傳送）數(shù)據(jù)雙向傳送DOENIDIOD/D總線30（1）01律：律： 0+A=A1 A=A 1+A=10 A=0（3）互補(bǔ)律：）互補(bǔ)律： A+A=1A A=0（2）重疊律：）重疊律： A+A=AA A=A（4）交換律：）交換律：A+B=B+AA B=B A二、邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式二、邏輯代數(shù)的基本公式和常用公式基本公式：基本公式：31（7）反演律：）反

14、演律：A+B=A BA B=A+B（6）分配律：）分配律：A (B+C)=A B+A C A+B C=(A+B) (A+C)（5）結(jié)合律：）結(jié)合律：A+(B+C)=(A+B)+C A (B C)=(A B) C（8）還原律：）還原律： A = A32吸收定理吸收定理: 1. A+A B=A證明：證明：左式左式= A（1+B）=AA+AB=A+B證明：證明：由分配律由分配律 A+BC=(A+B)(A+C)得得 ： A+AB=(A+A)(A+B)=A+B利用運(yùn)算規(guī)則利用運(yùn)算規(guī)則可以對(duì)邏輯式可以對(duì)邏輯式進(jìn)行化簡(jiǎn)。進(jìn)行化簡(jiǎn)。常用公式常用公式33AB+AB=A證明證明: 左式左式=A(B+B)=AA(A

15、+B)=A證明證明: A(A+B) = AA + AB = A + AB =A(1+B)=A5.摩根定理摩根定理:BABABABA34邏輯函數(shù)邏輯函數(shù)以邏輯變量為輸入，運(yùn)算結(jié)果為輸出。以邏輯變量為輸入，運(yùn)算結(jié)果為輸出。 輸出隨輸入的變化而變化。輸出隨輸入的變化而變化。 邏輯函數(shù)只能取邏輯函數(shù)只能取0、1兩種值。兩種值。例：為控制安裝在樓梯上的電燈，常在樓上、樓下各例：為控制安裝在樓梯上的電燈，常在樓上、樓下各 裝一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)。樓下開(kāi)燈后可在樓上關(guān)掉，裝一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)。樓下開(kāi)燈后可在樓上關(guān)掉， 反之亦然。實(shí)現(xiàn)這一要求的電路如圖：反之亦然。實(shí)現(xiàn)這一要求的電路如圖：三、邏輯函數(shù)及表示方法三、邏

16、輯函數(shù)及表示方法邏輯函數(shù)：邏輯函數(shù)：35Y。AB。設(shè)：設(shè)：A為樓上的開(kāi)關(guān)，為樓上的開(kāi)關(guān)，B為樓下的開(kāi)關(guān)，為樓下的開(kāi)關(guān)，A、B為輸入為輸入 變量；變量；Y表示燈，為輸出變量。表示燈，為輸出變量。 A=1、B=1時(shí)，開(kāi)關(guān)向上；時(shí)，開(kāi)關(guān)向上； A=0、B=0時(shí)，開(kāi)關(guān)向下；時(shí)，開(kāi)關(guān)向下； Y=1燈亮燈亮 Y=0燈滅燈滅361、邏輯真值表、邏輯真值表（同或同或）ABY001010100111特點(diǎn)：直觀，一目了然，五變量以上不實(shí)用。特點(diǎn)：直觀，一目了然，五變量以上不實(shí)用。n個(gè)變量可以個(gè)變量可以有有2n個(gè)組合，一個(gè)組合，一般按二進(jìn)制的般按二進(jìn)制的順序，輸出與順序，輸出與輸入狀態(tài)一一輸入狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)，列出所對(duì)

17、應(yīng)，列出所有可能的狀態(tài)。有可能的狀態(tài)。邏輯函數(shù)的表示方法：邏輯函數(shù)的表示方法：372、 邏輯函數(shù)式邏輯函數(shù)式ABBAY把邏輯函數(shù)的輸入、輸出關(guān)系寫(xiě)成把邏輯函數(shù)的輸入、輸出關(guān)系寫(xiě)成與與、或或、非非等邏輯運(yùn)算的組合式，即等邏輯運(yùn)算的組合式，即邏輯代數(shù)式邏輯代數(shù)式，又稱(chēng)為又稱(chēng)為邏輯函數(shù)式邏輯函數(shù)式，通常采用，通常采用“與或與或”的形式。的形式。特點(diǎn)：簡(jiǎn)潔方便，便于用邏輯圖實(shí)現(xiàn)函數(shù)。特點(diǎn)：簡(jiǎn)潔方便，便于用邏輯圖實(shí)現(xiàn)函數(shù)。 沒(méi)有真值表直觀。沒(méi)有真值表直觀。383、卡諾圖、卡諾圖（后面介紹）（后面介紹）4、邏輯圖、邏輯圖以電路圖的形式來(lái)描述輸出函數(shù)與輸入變以電路圖的形式來(lái)描述輸出函數(shù)與輸入變量取值組合之間

18、的關(guān)系。量取值組合之間的關(guān)系。1）已知邏輯函數(shù)表達(dá)式，畫(huà)出邏輯圖）已知邏輯函數(shù)表達(dá)式，畫(huà)出邏輯圖用圖形符號(hào)代替邏輯式中的運(yùn)算符號(hào)，就用圖形符號(hào)代替邏輯式中的運(yùn)算符號(hào)，就可以畫(huà)出邏輯圖?？梢援?huà)出邏輯圖。39例例1：ABBAY1&ABABAY例例2.Y=AB+BC+AC&1YAABBCC40例例3. 已知邏輯函數(shù)為已知邏輯函數(shù)為 畫(huà)出對(duì)應(yīng)的邏輯圖。畫(huà)出對(duì)應(yīng)的邏輯圖。CCBACBAY111& 1 1ABCY415、各種表示方法間的互相轉(zhuǎn)換、各種表示方法間的互相轉(zhuǎn)換1） 從真值表寫(xiě)出邏輯函數(shù)式從真值表寫(xiě)出邏輯函數(shù)式例例1.已知一個(gè)奇偶判別函數(shù)的真已知一個(gè)奇偶判別函數(shù)的真 值表如

19、下，試寫(xiě)出它的邏輯值表如下，試寫(xiě)出它的邏輯 函數(shù)式。函數(shù)式。A B CY0 0 000 0 100 1 000 1 11 0 001 0 11 1 011 1 10CABCBABCAY422）從邏輯式列出真值表）從邏輯式列出真值表例：已知邏輯函數(shù) 求它對(duì)應(yīng)的真值表。CBACBAYA B CY0 0 000 0 110 1 010 1 10 0 011 0 11 1 011 1 1143定義：n 變量 m 乘積項(xiàng)，由n(變量)個(gè)因子組成，每個(gè)因子以原變量或反變量的形式在m 中僅出現(xiàn)一次，稱(chēng)m為“最小項(xiàng)”。AB BA BA BB BA AA，1、最小項(xiàng)定義、最小項(xiàng)定義四、四、邏輯函數(shù)邏輯函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)

20、形式的標(biāo)準(zhǔn)形式最小項(xiàng)最小項(xiàng)442、 最小項(xiàng)編號(hào)：最小項(xiàng)編號(hào)： 最小項(xiàng)為最小項(xiàng)為1的變量取值的變量取值 A B C 0 0 0 0 m0 0 0 1 1 m1 0 1 0 2 m2 0 1 1 3 m3 1 0 0 4 m4 1 0 1 5 m5 1 1 0 6 m6 1 1 1 7 m7對(duì)應(yīng)十進(jìn)制對(duì)應(yīng)十進(jìn)制編號(hào)編號(hào)最小項(xiàng)最小項(xiàng)C B AC B AC B AC B AC B AC B AC B AC B A453、最小項(xiàng)的性質(zhì)、最小項(xiàng)的性質(zhì)1) 每一個(gè)最小項(xiàng)對(duì)應(yīng)一組變量的取值，任何一個(gè)最每一個(gè)最小項(xiàng)對(duì)應(yīng)一組變量的取值，任何一個(gè)最 小項(xiàng)，只有一種變量取值使它為小項(xiàng)，只有一種變量取值使它為1。 2)

21、 全體最小項(xiàng)全體最小項(xiàng)之和恒為之和恒為1。120iiN1m3) 任意兩個(gè)最小項(xiàng)的任意兩個(gè)最小項(xiàng)的乘積恒為乘積恒為0。 mi mi=046例：設(shè) ABC=1000C BABCAjmm i則：4、邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)之和形式、邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)之和形式），（：例7 0mmABCC B ACBACBA)CBA(C)B(AY 1m7047技巧性強(qiáng)，要求靈活應(yīng)用定理和定律。ACCBBAY與或表達(dá)式ACCBBAACCBBA與非與非CBACBA或非或非ABCC B A與或非1.1.2 邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)表達(dá)式的分類(lèi)邏輯函數(shù)表達(dá)式的分類(lèi) 48一、代數(shù)法化簡(jiǎn)：一、代數(shù)法化簡(jiǎn)： CDBACDBAY .

22、 1 1AA 1.1例消去一個(gè)變量。，將兩項(xiàng)合并成一項(xiàng)，利用并項(xiàng)法ACDBCDBA）（49CDABAACDBAY 2.2例)CDB(A)CDB(ACDBCDBAA）（）（CBCACBAY . 33例CBABACBACBA）（）（CCBAB）（50吸收法吸收法 利用利用A+AB=A的公式消去多余項(xiàng)。的公式消去多余項(xiàng)。 ADAD 1B)CBA(ADABD)CBA(Y . 11例）（例DCABABDCABABY . 22AB)C1 (ABABDCD(AB)C1 (AB）513.消項(xiàng)法 利用A+AB=A+B消去多余因子A； 利用AB+AC+BC=AB+AC消去多余項(xiàng)。3.消項(xiàng)法 利用A+AB=A+B消

23、去多余因子A； 利用AB+AC+BC=AB+AC消去多余項(xiàng)。CBCAABY 1.例C)BA(ABCABABCABCBACCBBAACCBBAACY . 2例52CBBDABCDBCABDDABCY . 3例例CBBDDBCABDABC）（CBBDDBCABDCBDBCBDCBDBCABD)1()(CDBDBCBDCBDBC531、什么是卡諾圖、什么是卡諾圖?卡諾圖是一種方塊卡諾圖是一種方塊圖圖方塊數(shù)方塊數(shù) = 2= 2n n (n(n為輸入變量個(gè)數(shù)為輸入變量個(gè)數(shù)) )變量取值按循環(huán)碼排列變量取值按循環(huán)碼排列按最小項(xiàng)原則構(gòu)成的最小項(xiàng)方塊圖目的：為了獲得目的：為了獲得“邏輯相鄰邏輯相鄰”二、邏輯函

24、數(shù)的二、邏輯函數(shù)的卡諾圖法卡諾圖法化簡(jiǎn)化簡(jiǎn) 542、 卡諾圖的畫(huà)法卡諾圖的畫(huà)法m3m2m1m001 0 1ABABm BAmBAm B Am3120兩變量卡諾圖m6m7m5m4m2m3m1m0BCA01 00 01 11 10三變量卡諾圖C B Am C B AmC B Am C B AmC B Am C B Am C B Am C B Am7654321055m0m1m3m2m4m5m7m6m12m13m15m14m8m9m11m1000011110 00 01 11 10ABCDm4、 m5相鄰01000101m4、 m6相鄰0100011010000000m8、 m0相鄰四變量卡諾圖56

25、3、 用卡諾圖表示邏輯函數(shù)用卡諾圖表示邏輯函數(shù)1) 由真值表直接畫(huà)卡諾圖。由真值表直接畫(huà)卡諾圖。2) 由邏輯函數(shù)畫(huà)卡諾圖。由邏輯函數(shù)畫(huà)卡諾圖。CBAABCCBACB AY01011010BCA01 00 01 11 1057），（）（例5 4mC BABABACBAY 2.00110000BCA01 00 01 11 10581、化簡(jiǎn)依據(jù)、化簡(jiǎn)依據(jù): 1. 相鄰性。相鄰性。因子。相鄰項(xiàng)合并可減少一個(gè) BBAAB2. 2、化簡(jiǎn)步驟：、化簡(jiǎn)步驟： 1. 將函數(shù)化為最小項(xiàng)之和的形式。將函數(shù)化為最小項(xiàng)之和的形式。 2. 畫(huà)出表示該邏輯函數(shù)的卡諾圖。畫(huà)出表示該邏輯函數(shù)的卡諾圖。 3. 合并最小項(xiàng)合并最小

26、項(xiàng)對(duì)對(duì)“1”塊畫(huà)圈塊畫(huà)圈。 4. 寫(xiě)出最簡(jiǎn)與或表達(dá)式。寫(xiě)出最簡(jiǎn)與或表達(dá)式。三、三、 用卡諾圖用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)593、合并最小項(xiàng)的規(guī)則、合并最小項(xiàng)的規(guī)則兩個(gè)相鄰最小項(xiàng)合并消去一對(duì)因子四個(gè)相鄰最小項(xiàng)合并消去兩對(duì)因子八個(gè)相鄰最小項(xiàng)合并消去三個(gè)因子2n相鄰最小項(xiàng)，消去相鄰最小項(xiàng)，消去n對(duì)因子，結(jié)果僅包含公共因子對(duì)因子，結(jié)果僅包含公共因子111111BCA01 00 01 11 10BCB AC BAB6011111111BCA01 00 01 11 10ACC1ACCF11111111111100011110 00 01 11 10ABCDAD614、選取化簡(jiǎn)后乘積項(xiàng)的原則、選取化簡(jiǎn)后

27、乘積項(xiàng)的原則1）合并時(shí)只能按）合并時(shí)只能按 2n 將小方塊圈起來(lái)，這樣才能消將小方塊圈起來(lái)，這樣才能消 去去N個(gè)變量。個(gè)變量。111BCA01 00 01 11 10111BCA01 00 01 11 106211111100011110 00 01 11 10ABCD2）圈越大越好。圈越大，合并時(shí)消去的變量越多，）圈越大越好。圈越大，合并時(shí)消去的變量越多， 乘積項(xiàng)越簡(jiǎn)單。乘積項(xiàng)越簡(jiǎn)單。ABCBAYBCBAY631111111100011110 00 01 11 10ABCD3）每個(gè)圈至少包含）每個(gè)圈至少包含一個(gè)新的最小項(xiàng)一個(gè)新的最小項(xiàng)。若一個(gè)圈中所。若一個(gè)圈中所有的小方塊均被別的圈包圍了，則

28、該圈為多余圈。有的小方塊均被別的圈包圍了，則該圈為多余圈。藍(lán)圈是多余的6411111111100011110 00 01 11 10ABCD11111111100011110 00 01 11 10ABCDDCBADBCCBACB AD BY1DCBADCCBD BY24） “1”塊允許被一個(gè)以上的圈包圍。塊允許被一個(gè)以上的圈包圍。65111111BCA01 00 01 11 10CBACBAY1111111BCA01 00 01 11 10CAABCBY25）最小項(xiàng)與或表達(dá)式可以有不同的圈法，得到的結(jié)果）最小項(xiàng)與或表達(dá)式可以有不同的圈法，得到的結(jié)果 除輸入變量不一樣外，項(xiàng)數(shù)相同。除輸入變量不

29、一樣外，項(xiàng)數(shù)相同。66定義：定義：在實(shí)際系統(tǒng)中存在另一種情況，即邏輯函數(shù)只 對(duì)應(yīng)一部分最小項(xiàng)有確定值，而對(duì)應(yīng)余下的最 小項(xiàng)無(wú)確定值，這些最小項(xiàng)稱(chēng)“約束項(xiàng)約束項(xiàng)”，又叫“無(wú)關(guān)項(xiàng)無(wú)關(guān)項(xiàng)”，相應(yīng)的函數(shù)叫“具有約束條件具有約束條件的邏輯函數(shù)的邏輯函數(shù)”。三、三、 具有無(wú)關(guān)項(xiàng)的邏輯函數(shù)及其化簡(jiǎn)具有無(wú)關(guān)項(xiàng)的邏輯函數(shù)及其化簡(jiǎn)1、約束項(xiàng)、任意項(xiàng)和邏輯函數(shù)中的無(wú)關(guān)項(xiàng)、約束項(xiàng)、任意項(xiàng)和邏輯函數(shù)中的無(wú)關(guān)項(xiàng)67例：有三個(gè)邏輯變量A、B、C，它們分別表示一臺(tái)電 動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止的命令。 設(shè) A =1 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)； B =1 電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)； C =1 電動(dòng)機(jī)停止； Y =1 電動(dòng)機(jī)在執(zhí)行某一操作。68約束條件：0AB

30、CCABCBABCACBA07 6 5 3 , 0d），（A B C Y0 0 0 0 0 1 10 1 0 10 1 1 1 0 0 11 0 1 1 1 0 1 1 1 真值表：69 無(wú)關(guān)項(xiàng)的取值可 1 可 0 ，任意選擇。 禁止無(wú)關(guān)項(xiàng)在輸入端出現(xiàn)。 11 1BCA01 00 01 11 10 11 1BCA01 00 01 11 10CBAYC BACBAC B AY2、 無(wú)關(guān)項(xiàng)在化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)中的應(yīng)用無(wú)關(guān)項(xiàng)在化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)中的應(yīng)用70例1：化簡(jiǎn)具有約束條件的邏輯函數(shù)DCBABCDADCBAY約束條件：0DCBADABCABCDDCBA DCABDCBACDBA0)15 ,14 ,12 ,1

31、0 ,9 , 5 , 3(d710 100 1 0 01 0 00011110 00 01 11 10ABCDDADA15) 14, 12, 10, 9, 5, , 3( 8) 7, , 1()D,C,B,A(Ydm721、 2、 3、 734、 5、 6、 74數(shù)字電路數(shù)字電路 組合邏輯電路組合邏輯電路時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路組合電路：組合電路：t時(shí)刻輸出僅與時(shí)刻輸出僅與t時(shí)刻輸入有關(guān)，與時(shí)刻輸入有關(guān)，與t以前的以前的 狀態(tài)無(wú)關(guān)。狀態(tài)無(wú)關(guān)。時(shí)序電路：時(shí)序電路： t時(shí)刻輸出時(shí)刻輸出Y不僅與不僅與t時(shí)刻輸入時(shí)刻輸入X有關(guān)，還與有關(guān)，還與 電路過(guò)去的狀態(tài)電路過(guò)去的狀態(tài)Qn有關(guān)。有關(guān)。1.2 組合邏

32、輯電路組合邏輯電路 概述概述75組合電路范疇：組合電路范疇： 加法器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器、譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)分配器、只讀存儲(chǔ)器等。數(shù)據(jù)分配器、只讀存儲(chǔ)器等。時(shí)序電路范疇：時(shí)序電路范疇： 計(jì)數(shù)器、寄存器、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器等。計(jì)數(shù)器、寄存器、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器等。組合電路是時(shí)序電路的一部分組合電路是時(shí)序電路的一部分76組合電路的特點(diǎn)：組合電路的特點(diǎn)：功能特點(diǎn)：功能特點(diǎn)：無(wú)記憶作用，輸出只取決于當(dāng)前輸入，無(wú)記憶作用，輸出只取決于當(dāng)前輸入， 與電路過(guò)去的狀態(tài)無(wú)關(guān)。與電路過(guò)去的狀態(tài)無(wú)關(guān)。 2. 組成特點(diǎn)：組成特點(diǎn)：能用基本門(mén)構(gòu)成，即任何組合邏輯電路能用基本門(mén)構(gòu)成，即任何組合邏輯電路 都能

33、用三種基本門(mén)實(shí)現(xiàn)。都能用三種基本門(mén)實(shí)現(xiàn)。3. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：電路的輸入與輸出之間無(wú)反饋。電路的輸入與輸出之間無(wú)反饋。組合電路討論的基本問(wèn)題組合電路討論的基本問(wèn)題分析分析設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)77 1、分析目的、分析目的了解邏輯電路的邏輯功能，找出電路輸入與輸了解邏輯電路的邏輯功能，找出電路輸入與輸出之間的關(guān)系。出之間的關(guān)系。常用的方法：逐級(jí)推導(dǎo)法。逐級(jí)推導(dǎo)法。 1.2.1 組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法組合邏輯電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法一、組合邏輯電路的分析一、組合邏輯電路的分析78例例1. 圖示電路中，圖示電路中，0、1、9表示表示10個(gè)電個(gè)電 鍵，平時(shí)各電鍵均鍵，平時(shí)各電鍵均 接零電位，當(dāng)按下某接

34、零電位，當(dāng)按下某 電鍵時(shí)，該電鍵與電鍵時(shí)，該電鍵與5伏電源相連。試分析伏電源相連。試分析 此電路的功能。此電路的功能。2、 舉例舉例79+B4B3B2B1987654321080解：解：1）寫(xiě)出各輸出端表達(dá)式）寫(xiě)出各輸出端表達(dá)式B4 = 9 + 8B3 = 7 + 6 + 5 + 4B2 = 7 + 6 + 3 + 2B1 = 2）列出真值表）列出真值表1 3 5 7 9 9135781鍵盤(pán)號(hào)B4 B3 B2 B1 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001輸出0123456789功能： 將相應(yīng)電鍵輸入轉(zhuǎn)換成8421碼的鍵盤(pán)編碼器。821

35、、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)任務(wù)用基本邏輯門(mén)設(shè)計(jì)出能完成實(shí)際問(wèn)題或命題要求用基本邏輯門(mén)設(shè)計(jì)出能完成實(shí)際問(wèn)題或命題要求的電路。的電路。2、設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)步驟實(shí)際邏實(shí)際邏輯問(wèn)題輯問(wèn)題定義輸入定義輸入/輸出變量輸出變量真值表真值表化化 簡(jiǎn)簡(jiǎn)最簡(jiǎn)表達(dá)式最簡(jiǎn)表達(dá)式邏輯圖邏輯圖選定器選定器件類(lèi)型件類(lèi)型二、二、 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)833、舉例、舉例例例1. 設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)視交通信號(hào)燈工作狀態(tài)的邏輯電路。設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)視交通信號(hào)燈工作狀態(tài)的邏輯電路。每一組信號(hào)燈由紅、黃、綠三盞燈組成。正常工作情每一組信號(hào)燈由紅、黃、綠三盞燈組成。正常工作情況下，任何時(shí)刻總有一盞燈點(diǎn)亮，而且只允許有一盞況下，任何時(shí)刻總有一盞燈點(diǎn)

36、亮，而且只允許有一盞燈點(diǎn)亮。而當(dāng)出現(xiàn)其他五種點(diǎn)亮狀態(tài)時(shí)，電路發(fā)生故燈點(diǎn)亮。而當(dāng)出現(xiàn)其他五種點(diǎn)亮狀態(tài)時(shí)，電路發(fā)生故障，這時(shí)要求發(fā)出故障信號(hào)，以提醒維護(hù)人員前去維障，這時(shí)要求發(fā)出故障信號(hào)，以提醒維護(hù)人員前去維修。修。84紅 黃 綠R A G 正常工作狀態(tài)故 障 狀 態(tài)設(shè)：輸入為紅、黃、綠三盞燈，分別用設(shè)：輸入為紅、黃、綠三盞燈，分別用R、A、G表示，表示，并規(guī)定燈亮?xí)r為并規(guī)定燈亮?xí)r為“1”，不亮?xí)r為，不亮?xí)r為“0”，取故障信號(hào)為輸，取故障信號(hào)為輸出出 變量，用變量，用Z表示，并規(guī)定正常工作狀態(tài)下表示，并規(guī)定正常工作狀態(tài)下 Z=0，發(fā)生故，發(fā)生故障時(shí)障時(shí)Z=1。85R A GZ0 0 010 0 1

37、00 1 000 1 11 0 001 0 111 1 011 1 112）寫(xiě)出函數(shù)表達(dá)式RAGGRAGARAGRGARZ1）列真值表863）化簡(jiǎn)11100101AGR01 00 01 11 10Z4）最簡(jiǎn)與或表達(dá)式AGRGRAG A RZ5）用與非與非門(mén)實(shí)現(xiàn)AGRGRAGARZAG RG RAG A R8788編碼的任務(wù)編碼的任務(wù) 把原始數(shù)據(jù)、指令或標(biāo)志信號(hào)變換成把原始數(shù)據(jù)、指令或標(biāo)志信號(hào)變換成 該系統(tǒng)所采用的數(shù)碼制。該系統(tǒng)所采用的數(shù)碼制。 編碼器編碼器 把指令或狀態(tài)等轉(zhuǎn)換為與其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制把指令或狀態(tài)等轉(zhuǎn)換為與其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制 信息代碼的電路。信息代碼的電路。1.2.2 MSI構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)組合

38、模塊構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)組合模塊一、編碼器一、編碼器89鍵 盤(pán)編 碼 器譯 碼 器C PU十進(jìn)制 BCDBCD 十進(jìn)制901、 二進(jìn)制編碼器（普通編碼器）二進(jìn)制編碼器（普通編碼器）設(shè)：編碼器有設(shè)：編碼器有M個(gè)輸入，在這個(gè)輸入，在這M個(gè)輸入中，只有一個(gè)個(gè)輸入中，只有一個(gè) 輸入為有效電平，其余輸入為有效電平，其余 M1 個(gè)輸入均為無(wú)效電個(gè)輸入均為無(wú)效電 平。有平。有N個(gè)輸出。則二者之間滿足個(gè)輸出。則二者之間滿足M2N的關(guān)系。的關(guān)系。二進(jìn)制編碼器二進(jìn)制編碼器 將一般信號(hào)編為二進(jìn)制代碼的電路。例：設(shè)計(jì)一個(gè)編碼器，要求把例：設(shè)計(jì)一個(gè)編碼器，要求把07這這8個(gè)十進(jìn)制數(shù)編成個(gè)十進(jìn)制數(shù)編成 二進(jìn)制代碼。要求用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)

39、。（設(shè)有效信號(hào)二進(jìn)制代碼。要求用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)。（設(shè)有效信號(hào) 為低電平）為低電平）91I0I1I7Y2Y1Y0編碼器約束條件：約束條件：Ii + Ij = 1解：1）確定二進(jìn)制代碼的位數(shù) M = 8 = 23 N = 3 2）列出編碼表有效電平為092十進(jìn)十進(jìn) 輸輸 入入 輸輸 出出制數(shù)制數(shù) I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y2 Y1 Y0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 2 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 3 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 4 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 5

40、1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 6 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 7 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1933）寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的邏輯表達(dá)式4）畫(huà)邏輯圖753175310763276321765476542IIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIIIIIY 94。 。 。 。 。 。 。 。 。I7I0I1I2I3I4I5I6。+5V1K8&1Y2Y1Y0S95譯碼譯碼 把二進(jìn)制數(shù)碼把二進(jìn)制數(shù)碼“翻譯翻譯”成十進(jìn)制數(shù)碼或成十進(jìn)制數(shù)碼或“翻譯翻譯”成其他形式的代碼或控制電平。成其他形式的代碼或控制電平。譯碼器原理：譯碼器原理： N個(gè)輸入端，個(gè)輸入端，M個(gè)輸出

41、端。個(gè)輸出端。 M 2N對(duì)于譯碼器輸入端的某一種組合，只有一個(gè)輸出端為對(duì)于譯碼器輸入端的某一種組合，只有一個(gè)輸出端為有效電平，其余輸出端均為相反電平。有效電平，其余輸出端均為相反電平。二、譯碼器二、譯碼器96編碼器編碼器譯碼器譯碼器輸入輸入2N N輸出輸出 N 2N.AN-1A0A1Y1Y012NY二進(jìn)制譯碼器二進(jìn)制譯碼器E (使能輸入使能輸入)N個(gè)個(gè)代碼代碼輸入輸入M 個(gè)個(gè)譯碼譯碼輸出輸出971、二進(jìn)制譯碼器、二進(jìn)制譯碼器(變量譯碼器變量譯碼器)二進(jìn)制譯碼器二進(jìn)制譯碼器 輸出狀態(tài)表示了輸入狀態(tài)的輸出狀態(tài)表示了輸入狀態(tài)的原意。即：將輸入的二進(jìn)制代碼譯成十進(jìn)制數(shù)原意。即：將輸入的二進(jìn)制代碼譯成十

42、進(jìn)制數(shù)或相應(yīng)的控制電平。或相應(yīng)的控制電平。 N線線2N 線譯碼器線譯碼器98設(shè)備0設(shè)備1設(shè)備7. . .A0A2A1計(jì)算機(jī). . . .數(shù)據(jù)總線譯碼器“1”“0”“0”99例例1. 設(shè)計(jì)一個(gè)三位二進(jìn)制代碼的譯碼器設(shè)計(jì)一個(gè)三位二進(jìn)制代碼的譯碼器 (3線線8線譯碼器線譯碼器)解：解：1) 分析要求分析要求輸入：一組三位二進(jìn)制代碼。輸入：一組三位二進(jìn)制代碼。輸出：與代碼相對(duì)應(yīng)的輸出：與代碼相對(duì)應(yīng)的8個(gè)信號(hào)。個(gè)信號(hào)。Y0 Y1Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7A2A1A03線8線 譯碼器1002) 列真值表列真值表A2 A1 A0 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y00 0 0 0 0 0

43、0 0 0 0 10 0 1 0 0 0 0 0 0 1 00 1 0 0 0 0 0 0 1 0 00 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 01 0 1 0 0 1 0 0 0 0 01 1 0 0 1 0 0 0 0 0 01 1 1 1 0 0 0 0 0 0 01013) 寫(xiě)表達(dá)式 AAAY AAAY AAAY AAAY AAAY AAAY AAAY AAAY012701230126012201250121012401204) 畫(huà)邏輯圖畫(huà)邏輯圖用與非門(mén)構(gòu)成的譯碼器用與非門(mén)構(gòu)成的譯碼器102A0A0A1A2A1A2A2A1A0Y2Y3Y4Y5Y6Y

44、7Y1Y0 E103例例2. 中規(guī)模集成譯碼器中規(guī)模集成譯碼器 74LS138譯碼輸出譯碼輸入使能輸入高位低位1）邏輯符號(hào) Y0Y7Y6Y2Y1A0A1A2S1S3S274LS138Y3Y4Y5 S1S3S2E&1041052）功能表S1 S2+S3 A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1

45、 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 01063）邏輯表達(dá)式701270123012620122012510121012400120m AAAY m AAAYm AAAY m AAA Ym AAAY m AAA Ym AAAY m AAA Y3654107解：2N=16， N = 4 即 4個(gè)輸入端，16個(gè)輸出端 需2片74LS1380000 0111100011114）應(yīng)用例例1.用用74LS138組成組成4線線 16線譯

46、碼器。線譯碼器。108 Y0Y7Y6Y2Y1. . . .A0A1A2S1S3S274LS138() Y8Y15Y14Y10Y9. . . .A0A1A2S1S3S274LS138()A1A0A21A30109例例2.用用74LS138組成組成5線線 32線譯碼器。線譯碼器。解：2N=32， N = 5 即 5 個(gè)輸入端，32 個(gè)輸出端 需 4 片74LS138A4 A3 0 0 0 1 1 0 1 1A2 A1 A0 0 0 0 1 1 1.110Y0Y7Y6Y2Y1. . . .A0A1A2S1S3S274LS138(1)A0 A1 A21 A3 A4Y0Y7Y6Y2Y1. . . .A0

47、A1A2S1S3S274LS138(2)A0 A1 A2A3 A4Y0Y7Y6Y2Y1. . . .A0A1A2S1S3S274LS138(3)A0 A1 A2A4 A3Y0Y7Y6Y2Y1. . . .A0A1A2S1S3S274LS138(4)A0 A1 A2A3 A4111思考題思考題: 當(dāng)設(shè)計(jì)某種用途的接口卡時(shí),需為其分配一個(gè)至數(shù)個(gè)I/O端口地址?，F(xiàn)使用固定端口地址譯碼方式，試問(wèn)，圖中對(duì)應(yīng)的8個(gè)I/O端口地址分別為多少？112?113300H301H302H303H304H305H306H307H思考題的答案思考題的答案114例例6：設(shè)計(jì)一個(gè)廣告流水燈電路。共有：設(shè)計(jì)一個(gè)廣告流水燈電路

48、。共有8個(gè)燈，要求一個(gè)燈，要求一 亮七暗，且亮燈始終循環(huán)右移。亮七暗，且亮燈始終循環(huán)右移。 Y0Y7Y6Y2Y1A0A1A2S1S3S274LS138Y3Y4Y51 0 0計(jì)數(shù)器115數(shù)據(jù)選擇器是一個(gè)多輸入、單輸出的組合電路，它的功能類(lèi)似于一個(gè)多檔開(kāi)關(guān)。D0D112ND. . . .Y. . . .A0AN-12N位數(shù)據(jù)輸入N個(gè)地址輸入端（數(shù)據(jù)輸出端）三、三、 數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器1161、 數(shù)據(jù)選擇器的工作原理數(shù)據(jù)選擇器的工作原理 （雙四選一數(shù)據(jù)選擇器（雙四選一數(shù)據(jù)選擇器 74153）A0A1S111YD0D1D2D3&邏輯圖邏輯圖117A1A0SD1D0D2D3 74153邏輯符號(hào)

49、（半片）邏輯符號(hào)（半片）YS 使能輸入， S =1 無(wú)論D3 D0 為何值，選擇 器不工作。0 可以傳送數(shù)據(jù) A1A0 數(shù)據(jù)選擇端，相當(dāng)于地址。118D3 D0 數(shù)據(jù)輸入端S A1 A0Y 00 0 0D00 0 1 D10 1 0 D20 1 1 D3功能表功能表函數(shù)表達(dá)式函數(shù)表達(dá)式Y(jié)=m0D0+ m1D1+ m2D2 + m3D3i30iiDm119二二.典型應(yīng)用典型應(yīng)用1.數(shù)據(jù)傳送1）多位數(shù)據(jù)并行輸入轉(zhuǎn)換成串行輸出01 1001 1 1YtA0D0D1D2D3D4D5D6D7A1A2SY741510 1 1 0 1 1 1 0 可編序列信號(hào)發(fā)生器120一.基本F-F的組成1.兩個(gè)輸出端

50、Q、Q0Q 1QF-F處于“1”狀態(tài)1Q 0QF-F處于“0”狀態(tài)1.3 觸觸 發(fā)發(fā) 器（器（Flip Flop）1.3.1 基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器1212.兩個(gè)輸入端 S、R”端）”端）復(fù)位端（或置“復(fù)位端（或置“”端）”端）置位端（或置“置位端（或置“0 R1 S二.基本F-F的工作原理）（高高電電平平為為 3.6V 1RS . 1n1nQQ n1nQQ 122觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)： “1”狀態(tài)，Q=1，Q=0 “0”狀態(tài)，Q=0，Q=1 如果原來(lái)處于“1”狀態(tài)，在一定的條件下，可以長(zhǎng)久地維持“1”狀態(tài)不變。 如果原來(lái)處于“0”狀態(tài)，在一定的條件下，可以長(zhǎng)久地維持“0”狀態(tài)不變。1232.

51、 R=1，S=Qn+1=1Qn+1=03. S=1，R =Qn+1=0Qn+1=1124 在適當(dāng)?shù)挠|發(fā)脈沖作用下，F(xiàn)-F可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。4. S = ， R =工作不正常。125三. 基本F-F的功能表126四. 工作波形舉例例1. 設(shè)初始狀態(tài)為“0”，試畫(huà)出對(duì)應(yīng)的Q及Q的 波形圖。127例2. 設(shè)初始狀態(tài)為“1”，試畫(huà)出對(duì)應(yīng)的Q及Q的 波形圖。128F-F的分類(lèi)基本F-F無(wú)CP輸入端帶CP的F-F有CP輸入端CP 時(shí)鐘脈沖1.3.2 時(shí)鐘觸發(fā)器的邏輯功能時(shí)鐘觸發(fā)器的邏輯功能129帶帶CP的的F-F分類(lèi)分類(lèi)觸發(fā)方式觸發(fā)方式同步式同步式 高電平觸發(fā)高電平觸發(fā)維持阻塞式維持

52、阻塞式 上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)式邊沿觸發(fā)式 上升上升(下降下降)沿觸發(fā)沿觸發(fā)主從觸發(fā)式主從觸發(fā)式主從觸發(fā)主從觸發(fā)邏輯功能邏輯功能RS觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器130一一. .同步同步D D觸發(fā)器（觸發(fā)器（D D型鎖存器）型鎖存器）邏輯圖邏輯圖邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)1311.功能表2.特性方程Qn+1=D3.狀態(tài)圖132二二. .同步同步JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器邏輯圖邏輯圖邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)1331.功能表2.特性方程nn1nQKQJQ3.狀態(tài)圖134三三. .同步同步T T觸發(fā)器觸發(fā)器邏輯圖邏輯圖邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)1351.功能表2.特性方程nn1nQTQT

53、Q3.狀態(tài)圖136空翻空翻 在一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，在一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，F(xiàn)-FF-F的狀態(tài)發(fā)的狀態(tài)發(fā) 生了兩次或兩次以上的變化。生了兩次或兩次以上的變化。 例1.四四. . 同步時(shí)鐘同步時(shí)鐘F-FF-F的空翻問(wèn)題的空翻問(wèn)題137例2.一個(gè)JK同步F-F，初態(tài)Qn=0CP1381.3.3 時(shí)鐘觸發(fā)器的觸發(fā)方式時(shí)鐘觸發(fā)器的觸發(fā)方式139140異步輸入端RD、SD： SD異步置位端（預(yù)置端、強(qiáng)迫置異步置位端（預(yù)置端、強(qiáng)迫置“1”端）端） RD異步復(fù)位端（清除端、強(qiáng)迫置異步復(fù)位端（清除端、強(qiáng)迫置“0”端）端）141例: 下降沿觸發(fā)的 JK 觸發(fā)器，初態(tài)為0，已知 CP、J、K波形，畫(huà)出Q的波形。三三.

54、 .邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器142時(shí)序邏輯電路與組合邏輯電路的區(qū)別時(shí)序邏輯電路與組合邏輯電路的區(qū)別從邏輯功能上看從邏輯功能上看組合電路組合電路：t 時(shí)刻輸出僅與時(shí)刻輸出僅與t時(shí)刻輸入有關(guān)，與時(shí)刻輸入有關(guān)，與 t 以前的狀態(tài)無(wú)關(guān)。以前的狀態(tài)無(wú)關(guān)。 時(shí)序電路時(shí)序電路： t 時(shí)刻輸出時(shí)刻輸出Y不僅與不僅與t時(shí)刻輸入時(shí)刻輸入X有有 關(guān)，還與電路過(guò)去的狀態(tài)關(guān)，還與電路過(guò)去的狀態(tài)Qn有關(guān)。有關(guān)。 1.4 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路 1.4.1 概述概述143xix1y1yi組合電路邏輯組合電路邏輯組合邏輯電路組合邏輯電路存儲(chǔ)電路存儲(chǔ)電路yiy1x1xid1diqiq1外部外部輸入輸入外部外部輸出輸出F-FF-F

55、控制輸入控制輸入F-FF-F狀態(tài)輸出狀態(tài)輸出144X外部輸入外部輸入Y外部輸出外部輸出D觸發(fā)器的控制輸入觸發(fā)器的控制輸入Q觸發(fā)器的狀態(tài)輸出觸發(fā)器的狀態(tài)輸出時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)：1）由組合電路和記憶元件構(gòu)成。）由組合電路和記憶元件構(gòu)成。2）觸發(fā)器的狀態(tài)與電路的輸入信號(hào)共同決定了）觸發(fā)器的狀態(tài)與電路的輸入信號(hào)共同決定了 電路的輸出。電路的輸出。1452.2.從電路結(jié)構(gòu)上看從電路結(jié)構(gòu)上看組合電路不含存儲(chǔ)信息的觸發(fā)器等元件。時(shí)序電路定含有存儲(chǔ)信息的元件觸發(fā)器。3.3.從功能描述上看從功能描述上看 組合電路組合電路 時(shí)序電路時(shí)序電路1.輸出方程輸出方程Y = F ( X ) 1.輸出方程輸出方程

56、Y=F1(X,Qn)2.真值表真值表 2.驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程D=F2(X,Qn) 3.狀態(tài)方程狀態(tài)方程Qn+1=F3(D,Qn) 4.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖146二二. .時(shí)序電路的分類(lèi)時(shí)序電路的分類(lèi) 同步時(shí)序電路同步時(shí)序電路 異步時(shí)序電路異步時(shí)序電路 存儲(chǔ)電路里所有觸發(fā)器存儲(chǔ)電路里所有觸發(fā)器存儲(chǔ)電路中各存儲(chǔ)電路中各F-F的的 的狀態(tài)變化都在同一個(gè)的狀態(tài)變化都在同一個(gè)狀態(tài)變化有先有后。狀態(tài)變化有先有后。 控制脈沖控制脈沖CP作用下發(fā)生作用下發(fā)生 各各F-F時(shí)鐘脈沖端同接時(shí)鐘脈沖端同接各各F-F時(shí)鐘脈沖輸入端時(shí)鐘脈沖輸入端 一個(gè)時(shí)鐘脈沖源一個(gè)時(shí)鐘脈沖源CP。 不一定都有不一定都有CP，有些，有些 電

57、路可以無(wú)電路可以無(wú)CP。工工作作狀狀況況結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)147一一. .分析步驟分析步驟時(shí)序電路時(shí)序電路 時(shí)鐘方程時(shí)鐘方程輸出方程輸出方程驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程狀態(tài)方程特性方程特性方程狀態(tài)圖狀態(tài)圖狀態(tài)表狀態(tài)表時(shí)序圖時(shí)序圖自啟動(dòng)檢查自啟動(dòng)檢查功能說(shuō)明功能說(shuō)明1.4.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法時(shí)序邏輯電路的分析方法148二二. .分析舉例分析舉例 同步時(shí)序電路分析1.1.無(wú)外部輸入的時(shí)序電路無(wú)外部輸入的時(shí)序電路例1.試分析圖示電路，并畫(huà)出狀態(tài)圖和時(shí)序圖。1）時(shí)鐘方程）時(shí)鐘方程 CP1 = CP2 = CP （對(duì)同步電路，（對(duì)同步電路，可省去）可省去）J1K1J2K2Q1Q2Q2Q1CP1492）驅(qū)動(dòng)方程

58、（輸入方程）驅(qū)動(dòng)方程（輸入方程）3）狀態(tài)方程）狀態(tài)方程1K 1KQJ QJ211221n2n11n2n1n21n1nn1nQQQ QQQ QKQJQ JK狀態(tài)方程達(dá)式可得各觸發(fā)器的次態(tài)表特性方程：由1504）依次設(shè)初態(tài)，求次態(tài)，畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表）依次設(shè)初態(tài)，求次態(tài)，畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表0 0 1 1 0 0 0 1 3 0 1 1 0 2 1 0 0 0 1 Q Q Q Q CP 1n11n2n1n2態(tài)次態(tài)現(xiàn)5）狀態(tài)圖）狀態(tài)圖Q2Q1000110111516）波形圖）波形圖123123CPQ1Q2功能：同步三進(jìn)制計(jì)數(shù)器（模M=3）， 有自啟動(dòng)能力。152例2. 試分析圖示時(shí)序電路的邏輯功能 （帶有外部輸出

59、Y）Q1J1K1Q1Q2J2K2Q2Q3J3K3Q3&1CPY1531）時(shí)鐘方程（略）時(shí)鐘方程（略）2）驅(qū)動(dòng)方程（輸入方程）驅(qū)動(dòng)方程（輸入方程）23213312121321QK QQJQQK QJ1K QQJQ1J1K1Q1Q2J2K2Q2Q3J3K3Q3&1CPY1543）狀態(tài)方程）狀態(tài)方程n3n2n3n2n11n3n2n3n1n2n11n2n1n3n21n1nn1nQQQQQQ QQQQQQ QQQQ QKQJQ JK得狀態(tài)方程：特性方程：由4）輸出方程）輸出方程Y=Q2 Q31555）狀態(tài)轉(zhuǎn)換表）狀態(tài)轉(zhuǎn)換表Y Q Q Q Q Q Q1n11n21n3n1n2n30 0 0

60、 0 0 1 00 0 1 0 1 0 00 1 0 0 1 1 00 1 1 1 0 0 01 0 0 1 0 1 01 0 1 1 1 0 01 1 0 0 0 0 11 1 1 0 0 0 1 156CPQ3Q2Q1Y 00000 10010 20100 30110 41000 51010 61101 70000狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的另一種形式1576）狀態(tài)圖）狀態(tài)圖Q3Q2Q1/ Y000001010011100101110111/ 1/ 0/ 0/ 0/ 0/ 0/ 0/ 11582.2.有外部輸入的時(shí)序電路有外部輸入的時(shí)序電路Q(chēng)1Q2T1T2&YCPX1）驅(qū)動(dòng)方程（輸入方程）驅(qū)動(dòng)方程（輸入方程）n121QXTXT例1. 試分析圖示電路。1593）狀態(tài)方程）狀態(tài)方程n2n1n2n1n2n11n2n1n1n1n11n111n1nn1nQ