電路基礎(chǔ)與集成電子技術(shù) 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)

1、13.6 組合數(shù)字電路的設(shè)計(jì)13.6.1 用小規(guī)模集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)13.6.2 用中規(guī)模集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)13章 組合邏輯電路 2010.03 組合數(shù)字電路的設(shè)計(jì)就是根據(jù)設(shè)計(jì)的邏輯要求，將電路設(shè)計(jì)出來(lái)。 電路設(shè)計(jì)的邏輯要求可以有多種表達(dá)方式： 1. 文字說(shuō)明; 2. 給出電路輸出的波形圖; 3. 給出真值表。 13.6.1.1 一燈二處控制電路 所謂一燈二處控制，就是二個(gè)開(kāi)關(guān)A和B都可以控制這盞燈。要求開(kāi)關(guān)A和B每改變一次狀態(tài)，燈的亮或滅就改變一次。例如樓梯上的燈，設(shè)在二層之間的緩臺(tái)的上方，在樓上通過(guò)開(kāi)關(guān)B可以開(kāi)或關(guān)燈，在樓下通過(guò)開(kāi)關(guān)A也可以開(kāi)或關(guān)燈，設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)這一功能的邏輯電路。 13.6.1

2、 用小規(guī)模集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)13章 組合邏輯電路 2010.03這是一個(gè)組合數(shù)字電路，設(shè)計(jì)步驟如下。 1. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求列出真值表 開(kāi)關(guān)有二個(gè)狀態(tài)，分別用“0”和“1”表示，A、B二個(gè)開(kāi)關(guān)組合，共有四種狀態(tài)，設(shè)一個(gè)初始狀態(tài)燈是滅的（也可以設(shè)為亮的），根據(jù)題意可列出真值表，如表3-5所示。2. 根據(jù)真值表列出邏輯式并化簡(jiǎn)表13.11 比較單元真值表 A BF 0 0 1 0 0 1 1 11001 設(shè)初始狀態(tài)A=B=0燈是亮的。燈亮用F=1表示，燈滅用F=0表示。 13章 組合邏輯電路 2010.033. 根據(jù)邏輯式畫出邏輯圖 A BF 0 0 1 0 0 1 1 11001亮滅滅亮圖13.6.1

3、 接點(diǎn)開(kāi)關(guān)控制電路 圖13.6.2 一燈兩處控制邏輯電路 13章 組合邏輯電路 2010.03 該電路采用異或邏輯也可以實(shí)現(xiàn)一燈二處控制的功能，見(jiàn)下圖。根據(jù)前面的介紹可知，與邏輯相當(dāng)觸點(diǎn)的串聯(lián)，或邏輯相當(dāng)觸點(diǎn)的并聯(lián)。根據(jù)邏輯式 它相當(dāng)觸點(diǎn)和B觸點(diǎn)的串聯(lián)；觸點(diǎn)和A觸點(diǎn)的串聯(lián)，然后二者再并聯(lián)。所用的開(kāi)關(guān)是兩個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)，一個(gè)觸點(diǎn)位是原變量，另一個(gè)觸點(diǎn)位是反變量，每個(gè)開(kāi)關(guān)應(yīng)該有一個(gè)公共端和二個(gè)可轉(zhuǎn)換的接觸點(diǎn)。13章 組合邏輯電路 2010.0313.6.1.2 三變量一致電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個(gè)三變量A、B、C一致電路，設(shè)三個(gè)變量相等時(shí)電路輸出F=1，輸出不等時(shí)輸出F=0。1按邏輯要求列出真值表13章

4、 組合邏輯電路 2010.032由真值表寫出邏輯式 將以上邏輯式進(jìn)行變換，設(shè) 該電路只有當(dāng)A=B=C=0和A=B=C=1時(shí)輸出等于“1”。顯然3畫出邏輯圖13章 組合邏輯電路 2010.03 13.6.1.3 代碼轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)代碼轉(zhuǎn)換譯碼器，要求將余三碼轉(zhuǎn)換為BCD8421碼。1按邏輯要求列出真值表十進(jìn)制E3 E3 E1 E0D C B A0123456789 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 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0

5、 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1不使用的碼 約束項(xiàng)13章 組合邏輯電路 2010.032由真值表寫出邏輯式3 由真值表可知，有六項(xiàng)0000、0001、0010、1101、1110、1111，它們受到余三碼編碼條件的限制而不存在，或稱之為受到約束，這六個(gè)最小項(xiàng)就是約束項(xiàng)，它們永遠(yuǎn)為“0”，即 由于約束項(xiàng)實(shí)際上并不存在，這樣，約束項(xiàng)既可當(dāng)“0”，也可當(dāng)“1”，并不影響電路的邏輯功能，我們用或者這個(gè)符號(hào)表示約束項(xiàng)，這有利于化簡(jiǎn)。 將真值表中的余三

6、碼作為輸入變量，BCD8421碼作為輸出變量。寫出輸出關(guān)于輸入的邏輯表達(dá)式，需要用4個(gè)卡諾圖。 由卡諾圖可得BCD8421碼的邏輯表達(dá)式：13章 組合邏輯電路 2010.03圖13.6.4 卡諾圖13章 組合邏輯電路 2010.033對(duì)邏輯式進(jìn)行簡(jiǎn)化和變換在畫邏輯圖時(shí)，將C式、D式變換如下。13章 組合邏輯電路 2010.034畫出邏輯圖圖13.6.5 代碼轉(zhuǎn)換譯碼器邏輯圖13章 組合邏輯電路 2010.0313.3.2.3 LED顯示譯碼器的設(shè)計(jì)(1) 確定字形與編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系字形 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 (2)畫出卡諾圖13章 組合邏輯電路 2010.0

7、3(3)根據(jù)卡諾圖寫出邏輯式(4)根據(jù)邏輯式畫出邏輯圖13章 組合邏輯電路 2010.03 13.6.1.4 任意字形顯示譯碼器電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個(gè)顯示譯碼器，采用共陽(yáng)極數(shù)碼管，每個(gè)筆劃段電流小于8mA，顯示的字型如圖13.6.6所示。 圖13.6.6 設(shè)計(jì)的顯示字型1按邏輯要求列出顯示字形的真值表 要顯示的字型有個(gè)，確定控制變量數(shù)為三個(gè)，用A、B、C表示。三個(gè)控制變量可以控制個(gè)字型，多余的一個(gè)可以視為任意狀態(tài)。采用共陽(yáng)極LED數(shù)碼管，筆劃段加“1”代表該筆劃段熄滅，筆劃段加“0”代表該筆劃段點(diǎn)亮，于是可以做出真值表。 13章 組合邏輯電路 2010.032由真值表填入卡諾圖并寫出邏輯式13章

8、 組合邏輯電路 2010.0313章 組合邏輯電路 2010.03圖13.6.8 LED顯示譯碼器的邏輯圖13章 組合邏輯電路 2010.0313.6.2 用中規(guī)模集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)13.6.2.1 用二進(jìn)制譯碼器實(shí)現(xiàn)任意組合邏輯電路1 0 0mi用三變量二進(jìn)制譯碼器74LS138實(shí)現(xiàn)一個(gè)全加器。 13章 組合邏輯電路 2010.03 可以用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路，因?yàn)閿?shù)據(jù)選擇器是一個(gè)mi的電路結(jié)構(gòu)。在用MUX實(shí)現(xiàn)組合數(shù)字電路時(shí)，分二種情況，一是MUX選擇變量的數(shù)目與要實(shí)現(xiàn)的組合電路的變量數(shù)相同；二是選擇變量的數(shù)目要少于組合電路的變量數(shù)。 下面通過(guò)事例來(lái)說(shuō)明用MUX構(gòu)成組合數(shù)字電路的方法。先

9、看選擇變量的數(shù)目與要實(shí)現(xiàn)的組合電路的變量數(shù)相同的情況。用MUX實(shí)現(xiàn)下列組合邏輯函數(shù)： =m6+ m7+ m0+ m2+ m4 =m0+ m2+ m4+ m6+ m713.6.2.2 用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)任意組合邏輯電路 1. 輸入邏輯變量數(shù)目與選擇變量相同13章 組合邏輯電路 2010.03采用八選一數(shù)據(jù)選擇器 存在的最小項(xiàng)就在數(shù)據(jù)輸入端接“1”；不存在的最小項(xiàng)接“0”。13章 組合邏輯電路 2010.03 用四選一數(shù)據(jù)選擇器的情況 從三個(gè)變量中挑選哪兩個(gè)選擇變量，有時(shí)結(jié)果簡(jiǎn)單的程度會(huì)不同。反相器進(jìn)行第一級(jí)譯碼MUX進(jìn)行第二級(jí)譯碼 2. 輸入邏輯變量數(shù)目多于選擇變量13章 組合邏輯電路 2010.

10、03四位全加器做代碼轉(zhuǎn)換用。Di Ci Bi Ai DO CO BO AO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 Di Ci Bi Ai + 0000 = OUTDi Ci Bi Ai + 0011= OUTBCD8421碼BCD5421碼13.6.2.3 用4位全加器設(shè)計(jì)代碼轉(zhuǎn)換電路13章 組合邏輯電路 2010.03CACBD從而完成了BCD8421碼至BCD5421碼的轉(zhuǎn)換。 13章 組合邏輯電路 2010.03 通過(guò)上述中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)組合邏輯電路的舉例，可以看出它有許多優(yōu)點(diǎn)。 一是在一些場(chǎng)合不必進(jìn)行邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)； 二是理論上可以設(shè)計(jì)出任意的組合邏輯電路； 三是設(shè)計(jì)出來(lái)的電路簡(jiǎn)單，占用印制電路板面積小