組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)ppt課件

1、3.2 編碼器編碼器 3.3 譯碼器譯碼器3.4 算術(shù)運(yùn)算電路算術(shù)運(yùn)算電路3.1 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)方法一一. .組合邏輯電路的特點(diǎn)組合邏輯電路的特點(diǎn) 電路任一時辰的輸出形狀只決議于該時辰電路任一時辰的輸出形狀只決議于該時辰各輸入形狀的組合，而與電路的原形狀無各輸入形狀的組合，而與電路的原形狀無關(guān)。關(guān)。 組合電路就是由門電路組合而成，電路中組合電路就是由門電路組合而成，電路中沒有記憶單元，沒有反響通路。沒有記憶單元，沒有反響通路。每一個輸出變量是全部每一個輸出變量是全部或部分輸入變量的函數(shù)：或部分輸入變量的函數(shù)：L1=f1L1=f1A1A1、A2A2、

2、AiAiL2=f2L2=f2A1A1、A2A2、AiAi Lj=fjLj=fjA1A1、A2A2、AiAi 組合組合邏輯邏輯電路電路A1A2AiL1L2Lj分析過程普通包含以下幾個步分析過程普通包含以下幾個步驟：驟：例例3.13.1：組合電路如下圖，分析該電路的邏輯功能。：組合電路如下圖，分析該電路的邏輯功能。組組合合邏邏輯輯電電路路邏邏輯輯表表達(dá)達(dá)式式最最簡簡表表達(dá)達(dá)式式真真值值表表邏邏輯輯功功能能化化簡簡變變換換&1ABCLP2化簡與變換：化簡與變換：3由表達(dá)式列出真值表。由表達(dá)式列出真值表。ABCP CPBPAPL ABCCABCBABCA CBAABCCBAABCCBAABCL )(

3、4分析邏輯功能分析邏輯功能 ： 當(dāng)當(dāng)A、B、C三個變量不一致三個變量不一致時，輸出為時，輸出為“1，所以這個，所以這個電路稱為電路稱為“不一致電路。不一致電路。0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1A B C01111110 L 真值表真值表 設(shè)計(jì)過程的根本步驟：設(shè)計(jì)過程的根本步驟：例例3.23.2：設(shè)計(jì)一個三人表決電路，結(jié)果按：設(shè)計(jì)一個三人表決電路，結(jié)果按“少數(shù)服從多數(shù)的原那么決議。少數(shù)服從多數(shù)的原那么決議。解：解：1 1列真值表：列真值表：3用卡諾圖化簡。用卡諾圖化簡。0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1

4、A B C00010111 L三人表決電路真值表三人表決電路真值表ABC0000111110 A B C11110000實(shí)實(shí)際際邏邏輯輯問問題題最最簡簡（或或最最邏邏輯輯圖圖化化簡簡變變換換真真值值表表邏邏輯輯表表達(dá)達(dá)式式合合理理）表表達(dá)達(dá)式式4 4畫出邏輯圖畫出邏輯圖: :ACBCABL 5 5假設(shè)，要求用與非門實(shí)現(xiàn)該邏輯電路，就應(yīng)將表假設(shè)，要求用與非門實(shí)現(xiàn)該邏輯電路，就應(yīng)將表達(dá)式轉(zhuǎn)換成與非達(dá)式轉(zhuǎn)換成與非與非表達(dá)式：與非表達(dá)式： 畫出邏輯圖畫出邏輯圖: : ACBCABACBCABL &1LABCBC&A&L&例3.2、在舉重競賽中，有倆名副裁判，一名主裁判。當(dāng)兩名以上裁判必需包括主裁判在內(nèi)

5、以為運(yùn)發(fā)動上舉杠鈴合格，按動電鈕，判決合格信號燈亮，試用與非門設(shè)計(jì)該電路。解：設(shè)主裁判為變量A，副裁判分別為B和C；按電鈕為1，不按為0。表示勝利與否的燈為Y，合格為1，否那么為0。1根據(jù)邏輯要求列出真值表。A B CYA B CY0 0 00 0 10 1 00 1 100001 0 01 0 11 1 01 1 10111真 值 表2由真值表寫出表達(dá)式：ABCCABCBAmmmY765111ACAB3化簡：Y=AB+AC4畫出邏輯電路圖：ABACY&BABAY例例3.3：設(shè)計(jì)一個樓上、樓下開關(guān)的控制邏輯電路來控制樓：設(shè)計(jì)一個樓上、樓下開關(guān)的控制邏輯電路來控制樓梯上的路燈，使之在上樓前，用樓

6、下開關(guān)翻開電燈，上樓梯上的路燈，使之在上樓前，用樓下開關(guān)翻開電燈，上樓后，用樓上開關(guān)關(guān)滅電燈；或者在下樓前，用樓上開關(guān)翻后，用樓上開關(guān)關(guān)滅電燈；或者在下樓前，用樓上開關(guān)翻開電燈，下樓后，用樓下開關(guān)關(guān)滅電燈。開電燈，下樓后，用樓下開關(guān)關(guān)滅電燈。解：解：設(shè)樓上開關(guān)為設(shè)樓上開關(guān)為A，樓下開關(guān)為，樓下開關(guān)為B，燈泡為，燈泡為Y。并設(shè)。并設(shè)A、B閉合閉合時為時為1，斷開時為，斷開時為0；燈亮?xí)r；燈亮?xí)rY為為1，燈滅時，燈滅時Y為為0。1根據(jù)邏輯要求列出真值表。 (2)由真值表寫邏輯表達(dá)式：BABAYBAY3變換：用與非門實(shí)現(xiàn) 圖a用異或門實(shí)現(xiàn) 圖 (b)ABY=1圖a圖b一一.編碼器的根本概念及任務(wù)原理

7、編碼器的根本概念及任務(wù)原理編碼編碼將特定含義的輸入信號文字、數(shù)字、符號將特定含義的輸入信號文字、數(shù)字、符號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼的過程轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼的過程. 可以實(shí)現(xiàn)編碼功能的數(shù)字可以實(shí)現(xiàn)編碼功能的數(shù)字電路稱為編碼器。電路稱為編碼器。普通而言，普通而言，N個不同的信號，至少需求個不同的信號，至少需求n位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)編碼。編碼。N和和n之間滿足以下關(guān)系之間滿足以下關(guān)系: 2nN 常見的編碼器有8線-3線有8個輸入端，3個輸出端，16線4線16個輸入端，4個輸出端等等。例1：設(shè)計(jì)一個8線-3線的編碼器解：1確定輸入輸出變量個數(shù):由題意知輸入為I0I88個，輸出為A1、A2 、A3。2編碼表見下表

8、：輸入為高電平有效輸 入輸 出0A21AA1 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 0 0 00 0 0 1 0 0 0 00 0 0 0 1 0 0 00 0 0 0 0 1 0 00 0 0 0 0 0 1 00 0 0 0 0 0 0 11I2I546II03I7III0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1編碼器真值表76542IIIIA76321IIIIA 75310IIIIA(3)由真值表寫出各輸出的邏輯表達(dá)式為：由真值表寫出各輸出的邏輯表達(dá)式為：用門電路實(shí)現(xiàn)邏輯電路：A&1&A0A21I1I11131I

9、1II52011I674II二二-十進(jìn)制編碼器是指用四位二進(jìn)制代碼表示一位十進(jìn)制十進(jìn)制編碼器是指用四位二進(jìn)制代碼表示一位十進(jìn)制數(shù)的編碼電路輸入數(shù)的編碼電路輸入10個互斥的數(shù)碼，輸出個互斥的數(shù)碼，輸出4位二進(jìn)制位二進(jìn)制代碼代碼1、BCD碼：常用的幾種碼：常用的幾種BCD碼碼8421碼、碼、5421碼、碼、2421碼、余三碼碼、余三碼.2、10線線4線編碼器線編碼器例例2：設(shè)計(jì)一個：設(shè)計(jì)一個8421 BCD碼編碼器碼編碼器解：解：輸入信號輸入信號I0I9代表代表09共共10個十進(jìn)制信號，輸個十進(jìn)制信號，輸出信號為出信號為Y0Y3相應(yīng)二進(jìn)制代碼相應(yīng)二進(jìn)制代碼.列編碼表列編碼表975319753107

10、6327632176547654298983IIIIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIYI9 I8 I7I6I5I4 I3I2 I1 I0Y3 Y2 Y1 Y0(a) 由或門構(gòu)成1111I9 I8 I7I6I5I4 I3I2 I1 I0(b) 由與非門構(gòu)成Y3 Y2 Y1 Y0&三、優(yōu)先編碼器：是指當(dāng)多個輸入同時有信號時，電路只對三、優(yōu)先編碼器：是指當(dāng)多個輸入同時有信號時，電路只對其中優(yōu)先級別最高的信號進(jìn)展編碼。其中優(yōu)先級別最高的信號進(jìn)展編碼。例例 3 室有三種，室有三種， 按由高到低優(yōu)先級排序依次是火警，急救，按由高到低優(yōu)先級排序依次是火警，急救，任務(wù)，要求編碼依次為

11、任務(wù)，要求編碼依次為00、01、10。試設(shè)計(jì)編碼控制電路。試設(shè)計(jì)編碼控制電路。 解： 根據(jù)題意知，同一時間室只能處置一部，假設(shè)用根據(jù)題意知，同一時間室只能處置一部，假設(shè)用A、B、C分別代表火警、分別代表火警、 急救、任務(wù)三種，設(shè)鈴響用急救、任務(wù)三種，設(shè)鈴響用1表示，表示，鈴沒響用鈴沒響用0表示。當(dāng)優(yōu)先級別高的信號有效時，低級別的那表示。當(dāng)優(yōu)先級別高的信號有效時，低級別的那么不起作用，這時用么不起作用，這時用表示；表示；用用Y1, Y2表示輸出編碼。表示輸出編碼。 列真值表列真值表: 真值表如表所示。真值表如表所示。 表表3 例例3的真值表的真值表 輸 入輸 出A B CY1 Y2 1 0 1

12、0 0 10 00 11 0CBAY1BAY2 寫邏輯表達(dá)式 畫優(yōu)先編碼器邏輯圖如圖畫優(yōu)先編碼器邏輯圖如圖3所示。所示。&11ABY1CY2圖3 例3的優(yōu)先編碼邏輯圖在優(yōu)先編碼器中優(yōu)先級別高的信號排斥級別低的，即具有一在優(yōu)先編碼器中優(yōu)先級別高的信號排斥級別低的，即具有一方面排斥的特性。方面排斥的特性。74LS148的符號圖和管腳圖的符號圖和管腳圖I0I1I2I3I4I5I6I7SY0Y1Y2YEXYsY09761415101112131234574LS148Y01234567874LS148161514131211109I4I5I6I7S(E)Y2Y1GNDVCCYSYEXI3I2I1I0Y0

13、(a)(b)S7I6I5I4I3I2I1I0I2Y1Y0YEXY輸入使能端輸 入輸 出擴(kuò)展使能輸出1111110111111111111000000010100010101100100101110011010111101000101111101010101111110110010111111101110174LS148 功功 能能 表表SY優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器74LS148的運(yùn)用的運(yùn)用 74LS148編碼器的運(yùn)用是非常廣編碼器的運(yùn)用是非常廣泛的。泛的。 例如，常用計(jì)算機(jī)鍵盤，其內(nèi)例如，常用計(jì)算機(jī)鍵盤，其內(nèi)部就是一個字符編碼器。它將鍵盤上的部就是一個字符編碼器。它將鍵盤上的大、小寫英文字母和數(shù)字

14、及符號還包括大、小寫英文字母和數(shù)字及符號還包括一些功能鍵回車、空格等編成一系一些功能鍵回車、空格等編成一系列的七位二進(jìn)制數(shù)碼，送到計(jì)算機(jī)的中列的七位二進(jìn)制數(shù)碼，送到計(jì)算機(jī)的中央處置單元央處置單元CPU，然后再進(jìn)展處置、，然后再進(jìn)展處置、存儲、輸出到顯示器或打印機(jī)上。存儲、輸出到顯示器或打印機(jī)上。 還還可以用可以用74LS148編碼器監(jiān)控爐罐編碼器監(jiān)控爐罐的溫度，假設(shè)其中任何一個爐溫超越規(guī)的溫度，假設(shè)其中任何一個爐溫超越規(guī)范溫度或低于規(guī)范溫度，范溫度或低于規(guī)范溫度， 那么檢測傳那么檢測傳感器輸出一個感器輸出一個0電平到電平到74LS148編碼編碼器的輸入端，器的輸入端， 編碼器編碼后輸出三位編碼

15、器編碼后輸出三位二進(jìn)制代碼到微處置器進(jìn)展控制。二進(jìn)制代碼到微處置器進(jìn)展控制。一譯碼器的根本概念及任務(wù)原理一譯碼器的根本概念及任務(wù)原理譯碼：編碼的逆過程，即將輸入代碼譯碼：編碼的逆過程，即將輸入代碼“翻譯翻譯成特定的輸出信號。成特定的輸出信號。譯碼器：實(shí)現(xiàn)譯碼功能的數(shù)字電路。譯碼器：實(shí)現(xiàn)譯碼功能的數(shù)字電路。分類分類:變量譯碼器和顯示譯碼器。變量譯碼器和顯示譯碼器。二變量譯碼器譯出輸入變量的形狀。二變量譯碼器譯出輸入變量的形狀。1、二進(jìn)制譯碼器：輸入端為n個，那么輸出端為2n個，且對應(yīng)于輸入代碼的每一種形狀，2n個輸出中只需一個為1或?yàn)?，其他全為0或?yàn)?2線線4線譯碼器線譯碼器3線線8線譯碼器線

16、譯碼器4線線16線譯碼器線譯碼器例：用與非門設(shè)計(jì)例：用與非門設(shè)計(jì)3線線8線譯碼器線譯碼器解：1列出譯碼表：01270126012501240123012201210120AAAYAAAYAAAYAAAYAAAYAAAYAAAYAAAY2寫出各輸出函數(shù)表達(dá)式：寫出各輸出函數(shù)表達(dá)式：3畫出邏輯電路圖：畫出邏輯電路圖： & & & & & & & & 1 1 1 A2 A1 A0 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS138 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 A0 A1 A2 G2A G2

17、B G1 Y7 GND 74LS138 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A0 A1 A2 G2A G2B G1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 A0 A1 A2 STB STC STA (a) 引腳排列圖 (b) 邏輯功能示意圖 1.集成二進(jìn)制譯碼器集成二進(jìn)制譯碼器74LS功能表如下：其中BAGGG222集成集成8421 BCD碼譯碼器碼譯碼器74LS42 16 15 14 13 1 2 11 10 974LS42 1 2 3 4 5 6 7 8VCC A0 A1 A2 A3 Y9 Y8 Y7Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 GND 74LS42 A0

18、A1 A2 A3Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9A0 A1 A2 A3(a) 引腳排列圖(b) 邏輯功能示意圖功 能 表1實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)由于譯碼器的每個輸出端分別與一個最小項(xiàng)相對應(yīng)，因此輔以適當(dāng)?shù)拈T電路，便可實(shí)現(xiàn)任何組合邏輯函數(shù)。例1 試用譯碼器和門電路實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù) ACBCABY解： 1將邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)換成最小項(xiàng)表達(dá)式，再轉(zhuǎn)換成與非與非方式。ABCCABCBABCAY=m3+m5+m6+m7= 2該函數(shù)有三個變量，所以選用3線8線譯碼器74LS。 用一片74LS加一個與非門就可實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)Y，邏輯圖如圖

19、1所示。7653mmmm1G0A74LSG2A2B12AGAY1YYY2YYY73Y4560ABC100Y圖1 例1邏輯圖G1G2AG2B74LS(2)0A1A2A1G2AG2BG74LS(1)A1A2A0+5v2AA01A3A_0162YYYY4Y5YY3Y791410YYYY12Y13Y11Y152Y7YYYYY543016YY5Y7YYYYY543016YYY8用兩片用兩片74LS擴(kuò)展為擴(kuò)展為4線線16線譯碼器線譯碼器 當(dāng)A=0時，低位片74LS(1)任務(wù)，對輸入A3、A2、A1、A0進(jìn)展譯碼，復(fù)原出Y0Y7，那么高位制止任務(wù)；當(dāng)A=1時，高位片74LS(2)任務(wù)，復(fù)原出YY5，而低位片

20、制止任務(wù)。 按顯示方式分按顯示方式分:有字型有字型重疊式、點(diǎn)陣式、分重疊式、點(diǎn)陣式、分段式等。段式等。 按發(fā)光物質(zhì)分:有半導(dǎo)體顯示器又稱發(fā)光二極管(LED)顯示器、熒光顯示器、液晶顯示器、氣體放電管顯示器等 它通常由譯碼器、驅(qū)動器和顯示器等部分組成它通常由譯碼器、驅(qū)動器和顯示器等部分組成 1七段數(shù)字顯示器原理七段數(shù)字顯示器原理abcdefgh98762345dc() habcdefg() habcdefg() hRR按內(nèi)部銜接方式不同，七段數(shù)字顯示器分為共陰極和共陽極按內(nèi)部銜接方式不同，七段數(shù)字顯示器分為共陰極和共陽極兩種兩種圖 2半導(dǎo)體顯示器a 管腳陳列圖; (b) 共陰極接線圖; (c)

21、共陽級接線圖abcdefbcabdegabcdgbcfgacdfgacdefgabcabcdefgabcdfg圖圖 3 七段數(shù)字顯示器發(fā)光段組合圖七段數(shù)字顯示器發(fā)光段組合圖A074LS48YaA1A2LTIB / YBR7123451234567816151413121110974LS48GNDVCCYfYgYaYbYcYdYeA2LT(a)(b)A3IBR6A1IB / YBRIBRA3A0YbYcYdYeYfYg圖 4 74LS48的管腳陳列圖74LS48顯示譯碼器的功能表 為試燈輸入： 當(dāng) =0時，/ =1時，假設(shè)七段均完好，顯示字形是“8，該輸入端常用于檢查74LS48顯示器的好壞;

22、當(dāng) =1時，譯碼器方可進(jìn)展譯碼顯示。 用來動態(tài)滅零，當(dāng) = 1時， 且 =0， 輸入A3A2A1A0=0000時，那么/ =0使數(shù)字符的各段熄滅； / 為滅燈輸入/滅燈輸出，當(dāng) =0時不論輸入如何, 數(shù)碼管不顯示數(shù)字； 為控制低位滅零信號,當(dāng)=1時, 闡明本位處于顯示形狀;假設(shè) =0, 且低位為零, 那么低位零被熄滅。LTLTBIBRYLTBRILTBRI/BIBRYBIBRIBRYBIBRYBRY一、加法器的根本概念及任務(wù)原理一、加法器的根本概念及任務(wù)原理加法器加法器實(shí)現(xiàn)兩個二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)兩個二進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算 1半加器只能進(jìn)展本位加數(shù)、被加數(shù)的加法運(yùn)算而不思索低位進(jìn)位。 BABAB

23、ASABC 列出半加器的真值表：列出半加器的真值表：由真值表直接寫出表達(dá)式由真值表直接寫出表達(dá)式:畫出邏輯電路圖。畫出邏輯電路圖。ABCS&=1ABBABABABBAABBAABABABABAS)()(ABBABAABABC假設(shè)想用與非門組成半加器，那么將上式用代數(shù)法變換成與假設(shè)想用與非門組成半加器，那么將上式用代數(shù)法變換成與非方式：非方式：由此畫出用與非門組成的半加器和邏輯符號由此畫出用與非門組成的半加器和邏輯符號&ABSCABSCCO2全加器全加器能同時進(jìn)展本位數(shù)和相鄰低位的進(jìn)能同時進(jìn)展本位數(shù)和相鄰低位的進(jìn)位信號的加法運(yùn)算位信號的加法運(yùn)算iA和iB分別是被加數(shù)和加數(shù)，1iC為相鄰低位的進(jìn)位

24、，iS為本位的和，iC為本位的進(jìn)位。1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAS1iii1iii1iii)()(CBACBACBA1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAC1i-iiii)C(BABA由真值表直接寫出邏輯表達(dá)式，再經(jīng)代數(shù)法化簡和轉(zhuǎn)換得：由真值表直接寫出邏輯表達(dá)式，再經(jīng)代數(shù)法化簡和轉(zhuǎn)換得：=1=1ABSCiiiiCi-1&1COABiii-1CCiSiCI根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出全加器的邏輯電路圖：根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出全加器的邏輯電路圖： 4位串行進(jìn)位加法器位串行進(jìn)位加法器iBCi-1iASiiCBC-10A00SBii-1CAiiSiC101ACB1SBii-1CAiiSiC212ACB2SBii-1CAiiSiC323ACB3SC3由圖可以看出多位加法器是將低位全加器由圖可以看出多位加法器是將低位全加器的進(jìn)位輸出的進(jìn)位輸出CO接到高位的進(jìn)位輸入接到高位的進(jìn)位輸入CI.因因此