精選數(shù)字電路基礎(chǔ)閻石第五講解講義

（優(yōu)選）數(shù)字電路基礎(chǔ)閻石第五版ppt講解當(dāng)前1頁(yè)，總共113頁(yè)?！?.1概述§4.2組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法§4.3常用組合邏輯電路§4.4組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)現(xiàn)象教學(xué)內(nèi)容當(dāng)前2頁(yè)，總共113頁(yè)。1.組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法2.常用組合邏輯模塊的使用本章重點(diǎn)當(dāng)前3頁(yè)，總共113頁(yè)。數(shù)字電路組合邏輯電路時(shí)序邏輯電路任一時(shí)刻的輸出僅取決于該時(shí)刻的輸入，與電路原來(lái)的狀態(tài)無(wú)關(guān)。任一時(shí)刻的輸出不僅取決于現(xiàn)時(shí)的輸入，而且還與電路原來(lái)狀態(tài)有關(guān)。4.1概述當(dāng)前4頁(yè)，總共113頁(yè)。組合邏輯電路的框圖組合邏輯電路在電路結(jié)構(gòu)上不包含存儲(chǔ)單元，僅僅是由各種門(mén)電路組成，當(dāng)前5頁(yè)，總共113頁(yè)。4.2組合邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)方法§4.2.1組合邏輯電路的分析方法組合邏輯電路圖寫(xiě)出邏輯表達(dá)式分析方法步驟：化簡(jiǎn)說(shuō)明功能列真值表已知邏輯電路說(shuō)明邏輯功能分析當(dāng)前6頁(yè)，總共113頁(yè)。邏輯圖邏輯表達(dá)式11最簡(jiǎn)與或表達(dá)式化簡(jiǎn)22從輸入到輸出逐級(jí)寫(xiě)出當(dāng)前7頁(yè)，總共113頁(yè)。最簡(jiǎn)與或表達(dá)式3真值表34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：只要有2票或3票同意，表決就通過(guò)。400010111當(dāng)前8頁(yè)，總共113頁(yè)。當(dāng)前9頁(yè)，總共113頁(yè)。解：當(dāng)前10頁(yè)，總共113頁(yè)。由真值表知：該電路可用來(lái)判別輸入的4位二進(jìn)制數(shù)數(shù)值的范圍。當(dāng)前11頁(yè)，總共113頁(yè)。當(dāng)前12頁(yè)，總共113頁(yè)。這是一個(gè)全加器電路當(dāng)前13頁(yè)，總共113頁(yè)。形式變換寫(xiě)出表達(dá)式并簡(jiǎn)化§4.2.2組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法根據(jù)實(shí)際邏輯問(wèn)題最簡(jiǎn)單邏輯電路設(shè)計(jì)步驟：確定輸入、輸出列出真值表分析題意，將設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)化為邏輯關(guān)系，這一步為設(shè)計(jì)組合邏輯電路的關(guān)鍵根據(jù)設(shè)計(jì)要求根據(jù)設(shè)計(jì)所用芯片要求畫(huà)邏輯電路圖選擇所需門(mén)電路當(dāng)前14頁(yè)，總共113頁(yè)。例1：設(shè)計(jì)三人表決電路（A、B、C）。每人一個(gè)按鍵，如果同意則按下，不同意則不按。結(jié)果用指示燈表示，多數(shù)同意時(shí)指示燈亮，否則不亮。用與非門(mén)實(shí)現(xiàn).解:1.首先指明邏輯符號(hào)取“0”、“1”的含義。三個(gè)按鍵A、B、C按下時(shí)為“1”，不按時(shí)為“0”。輸出量為L(zhǎng)，多數(shù)贊成時(shí)是“1”，否則是“0”。當(dāng)前15頁(yè)，總共113頁(yè)。2.根據(jù)題意列出真值表ABCL000000100100011110001011110111113.畫(huà)出卡諾圖化簡(jiǎn)：ABC000011111011110000ABBCACL=AC+BC+AB當(dāng)前16頁(yè)，總共113頁(yè)。4、用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)邏輯電路ABCL當(dāng)前17頁(yè)，總共113頁(yè)。例4.2.2：解:取紅、黃、綠三盞燈分別用R、A、G表示，設(shè)燈亮為“1”，不亮為“0”；故障信號(hào)為輸出變量用Z表示，規(guī)定正常為“0”，不正常為“1”。RAGZ000100100100011110001011110111111、列真值表2、寫(xiě)邏輯函數(shù)式當(dāng)前18頁(yè)，總共113頁(yè)。3、化簡(jiǎn)RAG000011111011111000RGRAAG當(dāng)前19頁(yè)，總共113頁(yè)。4、畫(huà)邏輯圖當(dāng)前20頁(yè)，總共113頁(yè)。用與非門(mén)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前21頁(yè)，總共113頁(yè)。用與或非門(mén)實(shí)現(xiàn)RAG000011111011111000當(dāng)前22頁(yè)，總共113頁(yè)。4.3若干常用的組合邏輯電路§4.3.1編碼器編碼：用二進(jìn)制代碼來(lái)表示某一信息（文字、數(shù)字、符號(hào)）的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)編碼操作的電路稱(chēng)為編碼器。編碼器高？低？碼？當(dāng)前23頁(yè)，總共113頁(yè)。普通編碼器3位二進(jìn)制（8線－3線）編碼器真值表任何時(shí)刻只允許輸入一個(gè)編碼信號(hào)，否則輸出將發(fā)生混亂。一、二進(jìn)制編碼器輸入端：2n輸出端：n高電平有效當(dāng)前24頁(yè)，總共113頁(yè)。當(dāng)前25頁(yè)，總共113頁(yè)。優(yōu)先編碼器在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號(hào)。編碼時(shí)只對(duì)優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)行編碼。8線－3線優(yōu)先編碼器74LS148邏輯圖（圖4.3.3）。選通輸入端選通輸出端擴(kuò)展端當(dāng)前26頁(yè)，總共113頁(yè)。輸入：邏輯0(低電平）有效輸出：邏輯0(低電平）有效低電平表示“電路工作，但無(wú)編碼輸入”低電平表示“電路工作，且有編碼輸入”當(dāng)前27頁(yè)，總共113頁(yè)。例4.3.1：試用兩片74LS148組成16線－4線優(yōu)先編碼器。優(yōu)先權(quán)最高～均無(wú)信號(hào)時(shí)，才允許對(duì)～輸入信號(hào)編碼。當(dāng)前28頁(yè)，總共113頁(yè)。00101111111001111101(1)片處于編碼狀態(tài),(2)片被封鎖。當(dāng)前29頁(yè)，總共113頁(yè)。1111111110(2)片處于編碼狀態(tài)111010010101110101當(dāng)前30頁(yè)，總共113頁(yè)。二、二－十進(jìn)制編碼器輸入端10個(gè)，輸出端4個(gè)，也稱(chēng)10線－4線編碼器。集成10線-4線優(yōu)先編碼器輸入輸出均低電平有效。當(dāng)前31頁(yè)，總共113頁(yè)?！?.3.2譯碼器譯碼：將二進(jìn)制代碼翻譯成對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的過(guò)程.譯碼是編碼的逆過(guò)程.實(shí)現(xiàn)譯碼操作的電路稱(chēng)為譯碼器。常用的譯碼器有:二進(jìn)制譯碼器、二－十進(jìn)制譯碼器、顯示譯碼器三類(lèi)。當(dāng)前32頁(yè)，總共113頁(yè)。一、二進(jìn)制譯碼器輸入端：n輸出端：2n二進(jìn)制譯碼器的輸入端為n個(gè)，則輸出端為2n個(gè)，且對(duì)應(yīng)于輸入代碼的每一種狀態(tài)，2n個(gè)輸出中只有一個(gè)為1（或?yàn)?），其余全為0（或?yàn)?）。當(dāng)前33頁(yè)，總共113頁(yè)。2線—4線譯碼器74LS139（輸出低電平有效）真值表001110011101101011110111A1A0畫(huà)關(guān)于的卡諾圖A1A001111100當(dāng)前34頁(yè)，總共113頁(yè)。3位二進(jìn)制譯碼器(3線-8線譯碼器)輸入：3位二進(jìn)制代碼輸出：8個(gè)互斥的信號(hào)（高電平有效）當(dāng)前35頁(yè)，總共113頁(yè)。74HC138集成譯碼器S=1,譯碼器正常工作100片選輸入端（使能端）輸出低電平有效地址輸入端當(dāng)前36頁(yè)，總共113頁(yè)。3線－8線譯碼器74HC138功能表當(dāng)前37頁(yè)，總共113頁(yè)。當(dāng)S1=1,=0,=0（即S=1）時(shí)，可得輸出當(dāng)前38頁(yè)，總共113頁(yè)。當(dāng)前39頁(yè)，總共113頁(yè)。例4.3.2：試用兩片3線－8線譯碼器74HC138組成4線－16線譯碼器。當(dāng)前40頁(yè)，總共113頁(yè)。(1)片工作，(2)片禁止。若輸入D3D2D1D0=0100時(shí)，譯碼器_____輸出________________。000（1）11110111當(dāng)前41頁(yè)，總共113頁(yè)。(2)片工作，(1)片禁止。若輸入D3D2D1D0=1101時(shí)，譯碼器_____輸出________________。111（2）11111011當(dāng)前42頁(yè)，總共113頁(yè)。二、二－十進(jìn)制譯碼器輸入端：4輸出端：10二-十進(jìn)制譯碼器的輸入是十進(jìn)制數(shù)的4位二進(jìn)制編碼（BCD碼），分別用A3、A2、A1、A0表示；輸出的是與10個(gè)十進(jìn)制數(shù)字相對(duì)應(yīng)的10個(gè)信號(hào)，用Y9～Y0表示。由于二-十進(jìn)制譯碼器有4根輸入線，10根輸出線，所以又稱(chēng)為4線-10線譯碼器。當(dāng)前43頁(yè)，總共113頁(yè)。集成8421BCD碼譯碼器74LS42當(dāng)前44頁(yè)，總共113頁(yè)。三、顯示譯碼器用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種顯示器件，從而將用二進(jìn)制代碼表示的數(shù)字、文字、符號(hào)翻譯成人們習(xí)慣的形式直觀地顯示出來(lái)的電路，稱(chēng)為顯示譯碼器。數(shù)字、文字、符號(hào)代碼譯碼器顯示器當(dāng)前45頁(yè)，總共113頁(yè)。半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示器件：常用的是七段顯示器件abcdefg當(dāng)前46頁(yè)，總共113頁(yè)。當(dāng)前47頁(yè)，總共113頁(yè)。abcdefg510YaYbYgabg510510發(fā)光二極管Ya-Yg:控制信號(hào)高電平時(shí),對(duì)應(yīng)的LED亮低電平時(shí),對(duì)應(yīng)的LED滅當(dāng)前48頁(yè)，總共113頁(yè)。abcdfgabcdefg111111001100001101101e當(dāng)前49頁(yè)，總共113頁(yè)。BCD－七段顯示譯碼器A3-A0:輸入數(shù)據(jù)要設(shè)計(jì)的七段顯示譯碼器aYaYbYcYdYeYfYg譯碼器A3A2A1A0bcdefg當(dāng)前50頁(yè)，總共113頁(yè)。十進(jìn)制數(shù)

A3A2A1A0

YaYbYcYdYeYfYg

顯示字形

0

0000

11111

100

1

0001

01100001

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011111100007

8

100011111118

9

100111100119

當(dāng)前51頁(yè)，總共113頁(yè)。A3A2A1A000110100100111101111111000000001Ya先設(shè)計(jì)輸出Ya的邏輯表示式及電路圖當(dāng)前52頁(yè)，總共113頁(yè)。七段顯示譯碼器7448引腳排列圖燈測(cè)試輸入滅零輸入滅燈輸入／滅零輸出當(dāng)前53頁(yè)，總共113頁(yè)。圖4.3.18用7448驅(qū)動(dòng)BS201的連接方法當(dāng)前54頁(yè)，總共113頁(yè)。RBI和RBO配合使用，可使多位數(shù)字顯示時(shí)的最高位及小數(shù)點(diǎn)后最低位的0不顯示00067.900當(dāng)前55頁(yè)，總共113頁(yè)。四、譯碼器的應(yīng)用例4.3.3：試用3線－8線譯碼器74HC138設(shè)計(jì)一個(gè)多輸出的組合邏輯電路。輸出邏輯函數(shù)式為當(dāng)前56頁(yè)，總共113頁(yè)。解：化為最小項(xiàng)之和的形式：當(dāng)前57頁(yè)，總共113頁(yè)。當(dāng)S1=1,S2′=S3′=0時(shí),令A(yù)2=A,A1=B,A0=C,則當(dāng)前58頁(yè)，總共113頁(yè)。畫(huà)電路圖當(dāng)前59頁(yè)，總共113頁(yè)。例：分析下圖電路邏輯功能。當(dāng)前60頁(yè)，總共113頁(yè)。解：當(dāng)前61頁(yè)，總共113頁(yè)。這是一個(gè)全加器電路當(dāng)前62頁(yè)，總共113頁(yè)?！?.3.3數(shù)據(jù)分配器與數(shù)據(jù)選擇器定義：將公共數(shù)據(jù)線上的信號(hào)根據(jù)需要送到多個(gè)不同通道上去的邏輯電路。

一、數(shù)據(jù)分配器框圖：輸入端:1個(gè)輸出端:2n個(gè)當(dāng)前63頁(yè)，總共113頁(yè)。由74HC138構(gòu)成的1路-8路數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)輸入端地址輸入端數(shù)據(jù)輸出端當(dāng)前64頁(yè)，總共113頁(yè)。二、數(shù)據(jù)選擇器定義：根據(jù)需要將多路信號(hào)中選擇一路送到公共數(shù)據(jù)線上的邏輯電路(又稱(chēng)多路開(kāi)關(guān)).n位通道選擇信號(hào)數(shù)據(jù)選擇器D0D1D2D2n-1Y輸入端：2n個(gè)輸出端：1個(gè)當(dāng)前65頁(yè)，總共113頁(yè)。1、2選1數(shù)據(jù)選擇器

AF0D01D1集成化D0D1FA1&&D0D1A1F輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)控制信號(hào)當(dāng)前66頁(yè)，總共113頁(yè)。真值表地址變量輸入數(shù)據(jù)由地址碼決定從４路輸入中選擇哪１路輸出。2、4選1數(shù)據(jù)選擇器當(dāng)前67頁(yè)，總共113頁(yè)。A1

A0Y

00

D0

01

D110

D2

11

D3

D0A0D3D2D1A1Y即：當(dāng)前68頁(yè)，總共113頁(yè)。型號(hào):74HC153雙4選1數(shù)據(jù)選擇器集成電路數(shù)據(jù)選擇器選通控制端S′為低電平有效，即S′=0時(shí)芯片被選中，處于工作狀態(tài)；S′=1時(shí)芯片被禁止，Y≡0。輸出輸入A1A0Y110000010100110D10D11D12D13當(dāng)前69頁(yè)，總共113頁(yè)。集成8選1數(shù)據(jù)選擇器74HC151當(dāng)前70頁(yè)，總共113頁(yè)。74HC151的真值表當(dāng)前71頁(yè)，總共113頁(yè)。擴(kuò)展:用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成8選1數(shù)據(jù)選擇器.A2=0時(shí)，上邊一半數(shù)據(jù)選擇器工作，數(shù)據(jù)D0~D3選擇一路輸出；A2=1時(shí)，下邊一半數(shù)據(jù)選擇器工作，數(shù)據(jù)D4~D7選擇一路輸出。當(dāng)前72頁(yè)，總共113頁(yè)。2片8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151構(gòu)成16選1的數(shù)據(jù)選擇器當(dāng)前73頁(yè)，總共113頁(yè)。用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)組合邏輯電路步驟：1.列出所求邏輯函數(shù)的真值表，寫(xiě)出其最小項(xiàng)表達(dá)式。2.根據(jù)上述函數(shù)包含的變量數(shù)，選定數(shù)據(jù)選擇器。3.對(duì)照比較所求邏輯函數(shù)式和數(shù)據(jù)選擇器的輸出表達(dá)式確定選擇器輸入變量的表達(dá)式或取值。4.按照求出的表達(dá)式或取值連接電路，畫(huà)電路連線圖。當(dāng)前74頁(yè)，總共113頁(yè)。確定數(shù)據(jù)選擇器確定地址變量21n個(gè)地址變量的數(shù)據(jù)選擇器，不需要增加門(mén)電路，最多可實(shí)現(xiàn)n＋1個(gè)變量的函數(shù)。3個(gè)變量，選用4選1數(shù)據(jù)選擇器。A1=A、A0=B邏輯函數(shù)1選用74HC153274HC153有兩個(gè)地址變量。當(dāng)前75頁(yè)，總共113頁(yè)。求Di3（1）公式法函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式：4選1數(shù)據(jù)選擇器輸出信號(hào)的表達(dá)式：比較L和Y，得：3當(dāng)前76頁(yè)，總共113頁(yè)。畫(huà)連線圖44當(dāng)前77頁(yè)，總共113頁(yè)。求Di的方法（2）真值表法C=1時(shí)L=1，故D0=CL=0，故D2=0L=1，故D3=1C=0時(shí)L=1，故D1=C′當(dāng)前78頁(yè)，總共113頁(yè)。求Di的方法（3）圖形法D0D1D3D2當(dāng)前79頁(yè)，總共113頁(yè)。解：例③對(duì)照74HC151輸出表達(dá)式，求Di①寫(xiě)出最小項(xiàng)表達(dá)式②選用8選1數(shù)據(jù)選擇器74HC151，當(dāng)S′=0時(shí)，令A(yù)2=A、A1=B、A0=C,代入上式得：當(dāng)前80頁(yè)，總共113頁(yè)。比較L和Y，得：④畫(huà)連線圖當(dāng)前81頁(yè)，總共113頁(yè)。另解:①寫(xiě)出最小項(xiàng)表達(dá)式②選用雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74HC153其中的一半，當(dāng)S1′=0時(shí)，令A(yù)1=A、A0=B,代入上式得：③對(duì)照74HC153輸出表達(dá)式，求Di可得：D10＝C′D11＝CD12=CD13=C當(dāng)前82頁(yè)，總共113頁(yè)。④畫(huà)連線圖當(dāng)前83頁(yè)，總共113頁(yè)。例4.3.5（例4.2.2交通燈監(jiān)視電路）：解:取紅、黃、綠三盞燈分別用R、A、G表示，設(shè)燈亮為“1”，不亮為“0”；故障信號(hào)為輸出變量用Z表示，規(guī)定正常為“0”，不正常為“1”。RAGZ00010010010001111000101111011111列真值表①寫(xiě)邏輯函數(shù)式當(dāng)前84頁(yè)，總共113頁(yè)。②選2個(gè)地址輸入端的4選1數(shù)據(jù)選擇器(74HC153）當(dāng)S1′=0時(shí)，令A(yù)1=R、A0=A,代入上式得：③對(duì)照74HC153輸出表達(dá)式，求Di可得：D10＝G′D11＝GD12=GD13=1當(dāng)前85頁(yè)，總共113頁(yè)。④畫(huà)連線圖當(dāng)前86頁(yè)，總共113頁(yè)。例：分析下圖電路邏輯功能。當(dāng)前87頁(yè)，總共113頁(yè)。解:∵S1′=S2′=0∴74HC153正常工作，且A1=A,A0=B當(dāng)前88頁(yè)，總共113頁(yè)。這是一個(gè)全加器電路當(dāng)前89頁(yè)，總共113頁(yè)。數(shù)據(jù)分配器和數(shù)據(jù)選擇器一起構(gòu)成數(shù)據(jù)分時(shí)傳送系統(tǒng)當(dāng)前90頁(yè)，總共113頁(yè)。§4.3.4加法器舉例：A=1101,B=1001,計(jì)算A+B11011001+011010011當(dāng)前91頁(yè)，總共113頁(yè)。加法運(yùn)算的基本規(guī)則：（1）逢二進(jìn)一。（2）最低位是兩個(gè)數(shù)最低位的相加，不需考慮進(jìn)位。（3）其余各位都是三個(gè)數(shù)相加，包括加數(shù)、被加數(shù)和低位來(lái)的進(jìn)位。（4）任何位相加都產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果：本位和、向高位的進(jìn)位。當(dāng)前92頁(yè)，總共113頁(yè)。（1）半加器：半加運(yùn)算不考慮從低位來(lái)的進(jìn)位A---加數(shù);B---被加數(shù);S---本位和;Co---進(jìn)位。真值表1位加法器當(dāng)前93頁(yè)，總共113頁(yè)。邏輯圖邏輯符號(hào)2個(gè)輸入端2個(gè)輸出端當(dāng)前94頁(yè)，總共113頁(yè)。（2）全加器：A---加數(shù)；B---被加數(shù)；Ci---低位的進(jìn)位；S---本位和；Co---進(jìn)位。邏輯狀態(tài)表見(jiàn)下頁(yè)相加過(guò)程中，既考慮加數(shù)、被加數(shù)又考慮低位的進(jìn)位。當(dāng)前95頁(yè)，總共113頁(yè)。當(dāng)前96頁(yè)，總共113頁(yè)。課本上采用了圈0的方法3個(gè)輸入端2個(gè)輸出端雙全加器74LS183當(dāng)前97頁(yè)，總共113頁(yè)。（1）串行進(jìn)位加法器如圖：用全加器實(shí)現(xiàn)4位二進(jìn)制數(shù)相加。低位全加器進(jìn)位輸出高位全加器進(jìn)位輸入注意：CI0=0和進(jìn)位多位加法器（2）超前進(jìn)位加法器當(dāng)前98頁(yè)，總共113頁(yè)。解：BCD碼+0011=余3碼設(shè)輸入8421碼用變量DCBA表示，輸出余三碼用變量Y3Y2Y1Y0表示。則有Y3Y2Y1Y0＝DCBA+0011當(dāng)前99頁(yè)，總共113頁(yè)。解：設(shè)輸入余三碼用變量DCBA表示，輸出8421碼用變量Y3Y2Y1Y0表示。則有Y3Y2Y1Y0＝DCBA+[0011]補(bǔ)＝DCBA+1101用一片74LS283將余三碼轉(zhuǎn)換成8421BCD碼。余3碼－0011=BCD碼當(dāng)前100頁(yè)，總共113頁(yè)。全減器真值表A---被減數(shù)；B---減數(shù)；C---低位的借位；D---本位差；J---向高位的借位。當(dāng)前101頁(yè)，總共113頁(yè)。§4.3.5數(shù)值比較器定義：對(duì)兩數(shù)A、B（可以是一位，也可是多位）進(jìn)行大小比較的邏輯電路。比較的結(jié)果有A>B、A<B、A=B三種結(jié)果。當(dāng)前102頁(yè)，總共113頁(yè)。一、1位數(shù)值比較器設(shè)A＞B時(shí)Y1＝1；A＜B時(shí)Y2＝1；A＝B時(shí)Y3＝1。得1位數(shù)值比較器的真值表。當(dāng)前103頁(yè)，總共113頁(yè)。邏輯表達(dá)式邏輯圖當(dāng)前104頁(yè)，總共113頁(yè)。當(dāng)前105頁(yè)，總共113頁(yè)。二、4位數(shù)值比較器比

較

輸

入級(jí)

聯(lián)

輸

入輸

出A3

B3A2

B2A1

B1A0

B0I(A>B)I(A<B)I(A=B)Y(A>B)Y(A<B)Y(A=B)A3>B3A3<B3A3=B3A3=B3A3