第三章-組合邏輯電路課件

本章要求理解組合邏輯電路的特點(diǎn)及組合邏輯電路分析、設(shè)計(jì)的一般原則；熟練掌握組合邏輯電路的分析方法與設(shè)計(jì)方法。

掌握常用組合邏輯電路（編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、加法器）的邏輯功能及使用方法；熟悉掌握利用中規(guī)模集成譯碼器和數(shù)據(jù)選

擇器實(shí)現(xiàn)一般組合邏輯函數(shù)的方法。

了解組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因及消除方法。組合邏輯電路的特點(diǎn)（1）輸出函數(shù)的一般邏輯表達(dá)式：F1=f1(X1、X2、┄Xn)F2=f2(X1、X2、┄Xn)┆┆Fm=fm(X1、X2、┄Xn)X1X2XnF1F2Fm輸入輸出組合邏輯電路組合邏輯電路的結(jié)構(gòu)多輸入、多輸出電路各輸出函數(shù)僅由輸入確定，彼此相互獨(dú)立§3.1組合邏輯電路的特點(diǎn)組合邏輯電路的特點(diǎn)（2）組合邏輯電路的兩個(gè)特點(diǎn)：（2）在信號(hào)關(guān)系上，電路的輸出只與電路當(dāng)前的輸入有關(guān)，與輸入加入前的狀態(tài)無關(guān)。（1）在電路結(jié)構(gòu)上，組合邏輯電路中不存在輸出與輸入之間的反饋；組合邏輯電路的構(gòu)成：（1）由SSI集成門芯片構(gòu)成（2）由MSI常用集成組合邏輯芯片構(gòu)成組合邏輯電路的分析（1）分析要求：已知電路結(jié)構(gòu)（輸入輸出邏輯關(guān)系）分析步驟：由邏輯圖得出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并化簡(jiǎn)；列真值表；分析邏輯功能。（邏輯圖）求電路的功能§3.2組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)方法組合邏輯電路的分析（2）求如圖所示電路輸入與輸出的邏輯關(guān)系。ABF1F2F3F&&&&解：由電路的輸入開始，逐級(jí)寫出輸出函數(shù)“異或”邏輯

可用來判斷兩信號(hào)是否一致。例1組合邏輯電路的分析（3）例2：分析如圖所示電路的邏輯功能&&&&≥1ABCF1F2F3F4F解：寫出輸出函數(shù)式列真值表當(dāng)A、B、C全為0或1時(shí)，F(xiàn)為1，否則F為0。“判一致電路”ABCF00010010010001101000101011001111分析電路功能組合邏輯電路的分析（4）例3：圖示電路中A、B是數(shù)據(jù)輸入端，K是控制輸入端，試分析在控制輸入的不同取值下，數(shù)據(jù)輸入A、B和輸出間的關(guān)系。&&&&寫出輸出函數(shù)式解：列真值表KAB000011011111111111111100011011101110011101電路的功能

一位二進(jìn)制數(shù)的比較器；

低電平有效組合邏輯電路的設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)要求：已知邏輯功能求邏輯電路圖設(shè)計(jì)步驟：根據(jù)功能列出真值表；寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，化簡(jiǎn)；畫邏輯電路圖。根據(jù)邏輯功能，進(jìn)行邏輯抽象,即說明邏輯變量，并對(duì)變量賦值；組合邏輯電路的設(shè)計(jì)（2）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。

電路由

紅、黃、綠三盞燈組成。正常工作時(shí)，任何時(shí)刻必有一盞而且只允許有一盞燈點(diǎn)亮；其它點(diǎn)亮狀態(tài)時(shí)電路故障，要求發(fā)出故障信號(hào)。（要求用“與非”門實(shí)現(xiàn)）解：邏輯抽象（分別表示紅、黃、綠三盞燈）輸入變量：A、B、C“1”：燈亮“0”：燈不亮輸出變量：F（表示報(bào)警與否）“1”：報(bào)警“0”：不報(bào)警列真值表ABCF00010010010001111000101111011111假設(shè)假設(shè)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)（3）寫出邏輯函數(shù)式ABC010001111011111邏輯圖&&&&&&&&組合邏輯電路的設(shè)計(jì)（4）例2：分別用“或非”門和“異或”門實(shí)現(xiàn)一個(gè)組合電路，該電路輸入為三位二進(jìn)制ABC，輸出為F。其功能是：輸入的三位數(shù)碼中有奇數(shù)個(gè)“1”時(shí)，電路的輸出為1，否則為0。解：（1）分析設(shè)計(jì)要求，列出真值表ABCF00000011010101101001101011001111（2）由真值表得邏輯表達(dá)式ABC01000111101111組合邏輯電路的設(shè)計(jì)（5）用“或非”門實(shí)現(xiàn)≥1ABCF≥1≥1≥1≥1CCBACBABA用“異或”門實(shí)現(xiàn)=1=1ABCF組合邏輯電路的設(shè)計(jì)（6）例3：有一火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),設(shè)有煙感,溫感和紫外光感三種不同類型的火災(zāi)探測(cè)器.為了防止誤報(bào)警,只有當(dāng)其中有兩種或兩種類型以上的探測(cè)器發(fā)出火災(zāi)探測(cè)信號(hào)時(shí),報(bào)警系統(tǒng)才產(chǎn)生報(bào)警控制信號(hào),試設(shè)計(jì)產(chǎn)生報(bào)警控制信號(hào)的電路。最少的“與非”門實(shí)現(xiàn)電路（要求電路最簡(jiǎn)）。解：邏輯抽象（分別表示煙感、溫感和紫外光）輸入變量：A、B、C“1”：發(fā)出火災(zāi)探測(cè)信號(hào)“0”：未發(fā)出火災(zāi)探測(cè)信號(hào)輸出變量：F（表示報(bào)警與否）“1”：報(bào)警“0”：不報(bào)警假設(shè)假設(shè)列真值表ABCF00000010010001111000101111011111ABC000011111011110000用畫卡諾圖化簡(jiǎn)F=AC+BC+AB寫出最簡(jiǎn)“與或”式組合邏輯電路的設(shè)計(jì)（7）用與非門實(shí)現(xiàn)邏輯電路F=AB+AC+BC

=AB?AC?BC&&&&ABCF&組合邏輯電路的設(shè)計(jì)（8）編碼器（Encoder)（1）m線一n線編碼器輸入(m個(gè)信息)輸出(n位代碼)編碼器的功能

能夠?qū)崿F(xiàn)用二進(jìn)制代碼表示各種符號(hào)、數(shù)字和信息這一編碼過程的電路。編碼器的結(jié)構(gòu)m與n的關(guān)系一般編碼器的輸入端數(shù)遠(yuǎn)大于輸出端數(shù)§3.3常用集成組合邏輯電路編碼器（2）編碼器

二進(jìn)制編碼器

二-十進(jìn)制編碼器普通二-十進(jìn)制編碼器優(yōu)先二-十進(jìn)制編碼器普通二進(jìn)制編碼器優(yōu)先二進(jìn)制編碼器編碼器的分類編碼器（3）普通二進(jìn)制編碼器設(shè)有4個(gè)信號(hào)Y0、Y1、Y2、Y3要用二進(jìn)制代碼來表示，編碼規(guī)則為要求設(shè)計(jì)該編碼器。舉例說明（1）說明變量輸入變量：Y0、Y1、Y2、Y30：信號(hào)不出現(xiàn)1：信號(hào)出現(xiàn)輸出變量：B、A編碼器Y0Y1Y2Y3BA兩位二進(jìn)制代碼（2）列出真值表不允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)。編碼器（4）（3）寫出輸出函數(shù)表達(dá)式Y(jié)3Y2Y1Y00000010111101110××××××××××××１１BY3Y2Y1Y00000010111101110××××××××××××１１A邏輯圖&&111BAY3Y2Y1當(dāng)，，時(shí)，BA=00為隱含變量（4）畫邏輯圖編碼器（5）普通二進(jìn)制編碼器簡(jiǎn)化真值表Y3Y2Y1Y0BA0001

000010

010100

101000

11普通二進(jìn)制編碼器編碼表輸入

BAY000Y101Y210Y311編碼器（6）優(yōu)先二進(jìn)制編碼器

對(duì)所有的輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排隊(duì)，當(dāng)幾個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，只對(duì)其中優(yōu)先權(quán)最高的一個(gè)進(jìn)行編碼。000１001×01××1×××Y3Y2Y1Y0AB001001114-2線優(yōu)先編碼器真值表編碼器（7）表達(dá)式Y(jié)3Y2Y1Y00000010111101110111111111×1１1BY1Y0Y3Y200000101111011101111111×111A由真值表&&1BAY31Y2Y1&000１001×01××1×××Y3Y2Y1Y0AB0010011174LS148優(yōu)先二進(jìn)制編碼器74LS148邏輯符號(hào)1110010101010101010101111111100×××××××1××××××××111111000010××××××0010110×××××01001110××××011011110×××1000111110××10101111110×110011111110111功能表輸入輸出端說明使能輸入端，時(shí)芯片工作使能輸出端，時(shí)無有效信號(hào)輸入優(yōu)先標(biāo)志輸出端，時(shí)表明芯片處于工作狀態(tài)~是信號(hào)輸入端

當(dāng)輸入為0時(shí)，表明該信號(hào)出現(xiàn)；輸入優(yōu)先權(quán)最高代碼輸出端反碼輸出低電平有效編碼器（8）編碼器（9）編碼器的級(jí)聯(lián)如何用74LS148實(shí)現(xiàn)對(duì)16個(gè)輸入信號(hào)的優(yōu)先編碼？148(1)148(2)&&&&編碼器（10）16線-4線二進(jìn)制編碼器~有有效輸入信號(hào)時(shí)，當(dāng)芯片(1)不工作，輸出均為“1”芯片(2)工作~有有效輸入信號(hào)時(shí)，當(dāng)芯片(1)工作芯片(2)無輸入，輸出均為“1”編碼器（11）優(yōu)先二﹣十進(jìn)制編碼器74LS147邏輯符號(hào)74LS147功能表11111111111110110011110×××××××1000110××××××10011110×××××101011110××××1011111110×××11001111110××110111111110×11100××××××××111111110低電平有效譯碼器（1）譯碼譯碼器的功能---編碼的逆過程，將代碼還原為原意的過程。--實(shí)現(xiàn)譯碼功能的電路，也稱為解碼器。譯碼器的結(jié)構(gòu)n線一m線譯碼器輸入(m個(gè)信息)輸出(n位代碼)m與n的關(guān)系一般譯碼器的輸入端數(shù)遠(yuǎn)少于輸出端數(shù)譯碼器（2）譯碼器代碼變換譯碼器---將數(shù)字、文字或符號(hào)的代碼還原成相應(yīng)數(shù)字、文字、符號(hào)并顯示出來的電路。變量譯碼器，又稱為二進(jìn)制譯碼器---將二進(jìn)制代碼還原為原始輸入信號(hào)；---用于不同代碼之間的相互轉(zhuǎn)換；顯示譯碼器譯碼器的分類譯碼器（3）二進(jìn)制譯碼器以74LS139譯碼器說明輸入與輸出的關(guān)系&&&&11111BA每個(gè)輸出函數(shù)對(duì)應(yīng)輸入的一個(gè)最小項(xiàng)，因此又稱為最小項(xiàng)發(fā)生器。真值表××111110001110011101101011110111使能端低電平有效輸出端低電平有效邏輯符號(hào)74LS139BA譯碼器（4）二進(jìn)制譯碼器74LS13874LS138輸入輸出0×××××1×××10000100011001010011101001010110110101111111111111111111111111101111110111111011111101111110111111011111101111110111111174LS138功能表當(dāng)，時(shí)，各輸出表達(dá)式為譯碼器（5）譯碼器擴(kuò)展（級(jí)聯(lián)）例：由兩片74LS138擴(kuò)展得一個(gè)4線-16線譯碼器分析如下：“1”74LS138(1)74LS138(2)

當(dāng)D=0時(shí)，芯片(1)工作，對(duì)00000111代碼譯碼，依次輸出“0”~~~

當(dāng)D=1時(shí)，芯片(2)工作，對(duì)10001111代碼譯碼，依次輸出“0”~~~譯碼器（6）利用譯碼器設(shè)計(jì)電路例1：試用74LS138實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)解：74LS138已知74LS138邏輯關(guān)系為：當(dāng)，時(shí)，各輸出表達(dá)式為：譯碼器（7）74LS138“1”“0”&∴邏輯圖若譯碼器為高電平有效，應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)？3線8線譯碼器≥1譯碼器（8）解：74LS138“1”“0”&例2：用74LS138實(shí)現(xiàn)函數(shù)令A(yù)=C，B=B，C=A譯碼器（9）利用譯碼器設(shè)計(jì)電路的步驟

選擇集成二進(jìn)制譯碼器函數(shù)變量數(shù)

=輸入二進(jìn)制代碼位數(shù)

寫出函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)“與或”式若用低電平有效芯片實(shí)現(xiàn)→“與非-與非”式

確認(rèn)譯碼器和門電路輸入信號(hào)的表達(dá)式譯碼器輸入：函數(shù)變量（注意排列順序）門電路輸入：邏輯函數(shù)包括的最小項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的譯碼器輸出

畫連線圖譯碼器（10）設(shè)X、Z均為三位二進(jìn)制數(shù)，X為輸入，Z為輸出。當(dāng)2≤X≤5時(shí)，74LS138構(gòu)成實(shí)現(xiàn)上述要求的邏輯電路。Z=X+2;X＜2時(shí)Z＝1;X＞5時(shí)Z=0。試用一片3線－8線譯碼器例3：（1）由題意可得真值表如下：解：000001010011100101110111000000000000001111111111（2）由真值表可得：譯碼器（11）則同理可得：&&&74LS138

利用譯碼器設(shè)計(jì)組合邏輯電路比較適合于多輸出邏輯函數(shù)。令：（3）變換，用譯碼器實(shí)現(xiàn)譯碼器（12）BCD/十進(jìn)制譯碼器74LS4201111111110000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111輸入輸出74LS42功能表譯碼器（13）數(shù)字顯示譯碼器顯示譯碼器可直接用來驅(qū)動(dòng)顯示器件，以顯示代碼所表示的數(shù)字、字符等信息。LED數(shù)碼管顯示器件共陰極LED結(jié)構(gòu)共陽極LED結(jié)構(gòu)地（或電源）數(shù)碼管符號(hào)譯碼器（14）集成譯碼顯示器74LS4874LS48+數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)譯碼器（15）輸入輸出0000

1111110

0110000

1101101

11110010110011

1011011

0111111

1110000

1111111

1111011顯示字符74LS48功能表000100100011010001010110011110001001例：某工廠有三個(gè)車間，每個(gè)車間各需1KW的電力。這三個(gè)車間由兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組供電，一臺(tái)是1KW，另一臺(tái)是2KW。此三車間經(jīng)常不同時(shí)工作，為了節(jié)省能源，又保證電力的供應(yīng)，試設(shè)計(jì)一個(gè)邏輯電路，能自動(dòng)完成配電任務(wù)。要求：

1、用“異或”和“與非”門實(shí)現(xiàn)該邏輯電路；

2、用3線－8線譯碼器實(shí)現(xiàn)電路。加法器（Adder)（1）

--實(shí)現(xiàn)兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)之間的相加運(yùn)算。A:1101B:1011111被加數(shù)加數(shù)低位進(jìn)位00011和S進(jìn)位C加法器的功能

0+加法器（2）---不考慮低位進(jìn)位的一位加法器一位半加器半加器被加數(shù)A加數(shù)B和S進(jìn)位C真值表00

01

101100000111表達(dá)式邏輯圖HA=1&符號(hào)加法器（3）---考慮低位進(jìn)位的一位加法器一位全加器：被加數(shù)加數(shù)和進(jìn)位全加器低位進(jìn)位

設(shè)為被加數(shù)、加數(shù)及和的第（i)位，為（i）位向（i+1）位的進(jìn)位，為（i-1）位向（i）位的進(jìn)位。真值表0000000000011111111001010011100101110111表達(dá)式：加法器（4）FA=1=1&&≥1&邏輯圖符號(hào)加法器（5）多位加法器例：四位串行進(jìn)位加法器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加數(shù)、被加數(shù)并行輸入，和數(shù)并行輸出；各位全加器間的進(jìn)位需串行傳遞，速度較慢。串行進(jìn)位加法器并行進(jìn)位加法器特點(diǎn)加法器（6）例：四位并行進(jìn)位加法器進(jìn)位電路進(jìn)位電路進(jìn)位電路各位的進(jìn)位輸出信號(hào)只與兩個(gè)相加數(shù)有關(guān)，而與低位進(jìn)位信號(hào)無關(guān)。加法器（7）例1：設(shè)計(jì)一位全減器，并利用全加器實(shí)現(xiàn)。全減器0000010100111001011101110011111001000011真值表如下：低位借位借位被減數(shù)減數(shù)差解：邏輯式為：加法器（8）和/差進(jìn)位/借位全加器全減器全加器與全減器的比較：FA11由全加器實(shí)現(xiàn)的全減器電路數(shù)據(jù)選擇器（Multiplexer)（1）又稱多路轉(zhuǎn)換器或多路開關(guān)。----從多路輸入數(shù)字信號(hào)選擇一個(gè)需要的信號(hào)輸出。數(shù)據(jù)選擇器的功能:結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)據(jù)選擇器(mux)數(shù)據(jù)輸入地址輸入功能示意圖輸出m與n的關(guān)系如何？數(shù)據(jù)選擇器（2）4選1數(shù)據(jù)選擇器≥1&&&&11111邏輯圖具有標(biāo)準(zhǔn)“與或”表達(dá)式的形式提供了地址變量的全部最小項(xiàng)功能表輸入輸出1××0000011011數(shù)據(jù)選擇器（3）74LS15174LS1518選1數(shù)據(jù)選擇器邏輯符號(hào)當(dāng)

時(shí)使能控制端，低電平有效邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)選擇器（4）CD4539輸入0××100101110111輸出CD4539雙4選1數(shù)據(jù)選擇器邏輯符號(hào)功能表數(shù)據(jù)選擇器（5）CD45391可將一片CD4539聯(lián)接成8選1數(shù)據(jù)選擇器線“或”地址輸入輸出000

高阻001010011

100

101

110

111

高阻高阻高阻高阻高阻高阻高阻數(shù)據(jù)選擇器（6）

例：在如圖所示電路中，74LS580為雙4選1數(shù)據(jù)選擇器，試分析電路的功能。74LS5801“1”

解：

由4選1的邏輯功能，有：

由電路結(jié)構(gòu)，有：代入數(shù)據(jù)選擇器（7）ABCEF

0000001101010110100110101100111100010111一位全加器

由表達(dá)式，列出真值表：實(shí)現(xiàn)什么功能？數(shù)據(jù)選擇器（8）利用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)例1：用八選一數(shù)據(jù)選擇器74LS151實(shí)現(xiàn)函數(shù)解：74LS151邏輯符號(hào)如圖所示74LS151其輸出為：數(shù)據(jù)選擇器（9）令則：74LS151數(shù)據(jù)選擇器（10）例2：用八選一數(shù)據(jù)選擇器74LS151實(shí)現(xiàn)函數(shù)解1：74LS151輸出為：待實(shí)現(xiàn)函數(shù)為：令則數(shù)據(jù)選擇器（11）令則八選一1數(shù)據(jù)選擇器（12）解2：畫出函數(shù)的卡諾圖ABCD00000101111011101111111降維ABC0001011110DD10D0令則令則若令A(yù)2=C，A1=B，A0=A，則函