數(shù)字邏輯電路測試與設(shè)計電子 組合邏輯電路設(shè)計及競爭冒險課時PPT課件

1、設(shè)計案例設(shè)計案例1 四位密碼鎖電路的設(shè)計四位密碼鎖電路的設(shè)計電路功能及器件要求：電路功能及器件要求： 輸入為四位二進制數(shù)(用+5V表示“1”,用0V表示”0”)； 輸出為密碼鎖控制信號,當密碼正確時,輸出為高電平;不正確時輸出為低電平； 設(shè)置密碼鎖的密碼為1111； 所用器件為集成電路74LS00。任務(wù)要求：任務(wù)要求： 完成原理圖設(shè)計、元器件選型、電路裝接與調(diào)試、電路邏輯功能檢測、設(shè)計文檔編寫（設(shè)計報告格式見附錄B，標準電路圖紙格式見附錄C）。第1頁/共38頁（1）確定輸入變量、輸出變量之間的邏輯關(guān)系 假設(shè)四位密碼鎖的輸入為A、B、C、D，密碼輸出用F表示，并且密碼輸入正確時F為1，否則為0。

2、由此可以列出表1.26所示的真值表。第2頁/共38頁第3頁/共38頁結(jié)論：組合邏輯電路的設(shè)計步驟：（1）確定輸入變量、輸出變量之間的邏輯關(guān)系；（2）確定邏輯函數(shù)表達式；（3）根據(jù)器件要求，變換邏輯函數(shù)表達式；（4）畫出邏輯電路圖；（5）電路裝接與調(diào)試；（6）電路邏輯功能檢測（7）設(shè)計文檔的撰寫第4頁/共38頁任務(wù)要求：任務(wù)要求：完成原理圖設(shè)計、元器件選型、電路裝接與調(diào)試、電路邏輯功能檢測、設(shè)計文檔編寫（設(shè)計報告格式見附錄B，標準電路圖紙格式見附錄C）。 電路功能及器件要求：電路功能及器件要求： 現(xiàn)有三人參加提案表決,三個人中至少有兩個人同意，提案才通過，否則提案不通過； 所用器件為集成電路74

3、LS00。第5頁/共38頁理解 BCD 碼的含義，掌握 8421BCD 碼，了解其他常用 BCD 碼。主要要求：主要要求： 掌握十進制數(shù)和二進制數(shù)的表示及其相互轉(zhuǎn)換。了解八進制和十六進制。讀一讀讀一讀 數(shù)值和碼制數(shù)值和碼制第6頁/共38頁計數(shù)的方法 ( (一) ) 十進制 ( (Decimal) ) (xxx)10 或 (xxx)D 例如( (3176.54) )10 或( (3176.54) )D 數(shù)碼：0、1、2、3、4、5、6、7、8、91101 1100 510- -1 110- -2權(quán) 權(quán) 權(quán) 權(quán) 數(shù)碼所處位置不同時，所代表的數(shù)值不同 ( (11.51) )10 進位規(guī)律：逢十進一，

4、借一當十10i 稱十進制的權(quán) 10 稱為基數(shù) 0 9 十個數(shù)碼稱系數(shù)數(shù)碼與權(quán)的乘積，稱為加權(quán)系數(shù)十進制數(shù)可表示為各位加權(quán)系數(shù)之和，稱為按權(quán)展開式 (3176.54)10 = 3103 + 1102 + 7101 + 6100 + 510- -1 + 410- -2一、數(shù)制一、數(shù)制 第7頁/共38頁 例如 0 + 1 = 1 1 + 1 = 10 11 + 1 = 100 10 1 = 1 ( (二) ) 二進制 ( (Binary) ) (xxx)2 或 (xxx)B 例如 (1011.11)2 或 (1011.11)B 數(shù)碼：0、1 進位規(guī)律：逢二進一，借一當二 權(quán)：2i 基數(shù)：2 系數(shù)：0

5、、1 按權(quán)展開式表示 (1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12- -1 + 12- -2 將按權(quán)展開式按照十進制規(guī)律相加，即得對應(yīng)十進制數(shù)。= 8 + 0 + 2 + 1 + 0.5 + 0.25 (1011.11)2 = (11.75)10 = 11.75 (1011.11)2 = 123 + 022 + 121 + 120 + 12- -1 + 12- -2第8頁/共38頁 ( (三) ) 八進制和十六進制 進制數(shù)的表示計數(shù)規(guī)律 基數(shù) 權(quán) 數(shù)碼八進制 ( (Octal) ) (xxx)8 或(xxx)O逢八進一，借一當八 8 0 7 8i 十六進制(

6、(Hexadecimal) ) (xxx)16 或(xxx)H 逢十六進一，借一當十六 16 0 9、A、B、C、D、E、F 16i例如 (437.25)8 = 482 + 381 + 780 + 28- -1 + 58- -2 = 256 + 24 + 7 + 0.25 + 0.078125 = (287.328125)10 例如(3BE.C4)16 = 3162 + 11161 + 14160 + 1216- -1 + 416- -2 = 768 + 176 + 14 + 0.75 + 0.015625 = (958.765625)10 第9頁/共38頁二、不同數(shù)制間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換二、不同數(shù)

7、制間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換 對同一個數(shù)的不同計數(shù)方法 ( (一) ) 不同數(shù)制間的關(guān)系 二、不同數(shù)制間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換二、不同數(shù)制間的關(guān)系與轉(zhuǎn)換 不同數(shù)制之間有關(guān)系嗎？十進制、二進制、八進制、十六進制對照表770111766011065501015440100433001132200102 11000110000000 十六八二 十F17111115E16111014D15110113C14110012B13101111A12101010 9111001981010008 十六八二 十第10頁/共38頁1.500 1 整數(shù)0.750 0 ( (二) ) 不同數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 1. 各種數(shù)制轉(zhuǎn)換成十進制 2. 十

8、進制轉(zhuǎn)換為二進制 例 將十進制數(shù) (26.375)10 轉(zhuǎn)換成二進制數(shù) 26 6 1 3 01 10 12(26 )10 = (11010 ) 2 2 21.000 1.37522220.375 2一直除到商為 0 為止 余數(shù) 13 0按權(quán)展開求和整數(shù)和小數(shù)分別轉(zhuǎn)換 整數(shù)部分：除 2 取余法 小數(shù)部分：乘 2 取整法讀數(shù)順序讀數(shù)順序 .011第11頁/共38頁 每位八進制數(shù)用三位二進制數(shù)代替，再按原順序排列。八進制八進制二進制二進制3. 二進制與八進制間的相互轉(zhuǎn)換 二進制二進制八進制八進制(11100101.11101011)2 = (345.726)8 (745.361)8 = (11110

9、0101.011110001)2 補0(11100101.11101011)2 = ( ? )8 11100101.11101011 00 345726 從小數(shù)點開始，整數(shù)部分向左 ( (小數(shù)部分向右) ) 三位一組，最后不足三位的加 0 補足三位，再按順序?qū)懗龈鹘M對應(yīng)的八進制數(shù) 。補011100101 11101011第12頁/共38頁 一位十六進制數(shù)對應(yīng)四位二進制數(shù)，因此二進制數(shù)四位為一組。4. 二進制和十六進制間的相互轉(zhuǎn)換 (10011111011.111011)2= (4FB.EC)16 (3BE5.97D)16 = (11101111100101.100101111101)2 補 0

10、(10011111011.111011)2 = ( ? )16 10011111011.11101100 4FBEC0 十六進制十六進制二進制二進制 :每位十六進制數(shù)用四位二進制數(shù)代替，再按原順序排列。二進制二進制十六進制十六進制 : 從小數(shù)點開始，整數(shù)部分向左( (小數(shù)部分向右) ) 四位一組，最后不足四位的加 0 補足四位，再按順序?qū)懗龈鹘M對應(yīng)的十六進制數(shù) 。補 010011111011 111011第13頁/共38頁例如 ：用四位二進制數(shù)碼表示十進制數(shù) 0 90000 0 0001 1 0010 2 0011 3 0100 40101 5 0110 6 0111 7 1000 8 100

11、1 9將若干個二進制數(shù)碼 0 和 1 按一定規(guī)則排列起來表示某種特定含義的代碼稱為二進制代碼，簡稱二進制碼。用數(shù)碼的特定組合表示特定信息的過程稱編碼 三、二進制代碼三、二進制代碼 常用二進制代碼 自然二進制碼 二 - - 十進制碼 格雷碼 奇偶檢驗碼 ASCII 碼 ( (美國信息交換標準代碼) ) 第14頁/共38頁例如：用三位自然二進制碼表示十進制數(shù) 0 7： 000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111 7 ( (一) ) 自然二進制碼 按自然數(shù)順序排列的二進制碼 ( (二) ) 二- -十進制代碼 表示十進制數(shù) 0 9 十個數(shù)碼的二進制代碼

12、 ( (又稱 BCD 碼 即 Binary Coded Decimal) ) 1 位十進制數(shù)需用 4 位二進制數(shù)表示，故 BCD 碼為 4 位。 4 位二進制碼有 16 種組合，表示 0 9十個數(shù)可有多種方案，所以 BCD 碼有多種。 第15頁/共38頁常用二 - - 十進制代碼表 1111111111001110111010111101011110101100011010011011010110000100010001000011001100110010001000100001000100010000000000009876543210 十 進 制 數(shù)11001011101010011000

13、01110110010101000011余 3 碼2421( (B) )2421( (A) ) 5421 碼 8421 碼無權(quán)碼 有 權(quán) 碼1001100001110110010101000011001000010000權(quán)為 8、4、2、1比 8421BCD 碼多余 3取四位自然二進制數(shù)的前 10 種組合，去掉后 6 種組合 1010 1111。第16頁/共38頁用 BCD 碼表示十進制數(shù)舉例： (36)10 = ( )8421BCD (4.79)10 = ( )8421BCD (01010000)8421BCD = ( )10 注意區(qū)別 BCD 碼與數(shù)制： (150)10 = (000101

14、010000)8421BCD = (10010110)2 = (226)8 = (96)16 6 0110 3 0011 4. 0100.7 01119 10010101 50000 0第17頁/共38頁格雷碼( (Gray 碼，又稱循環(huán)碼) ) 0110最低位以 0110 為循環(huán)節(jié)次低位以 00111100 為循環(huán)節(jié)第三位以 0000111111110000 為循環(huán)節(jié).011001100110001111000011110000001111111100000000000011111111特點: :相鄰項或?qū)ΨQ項只有一位不同典型格雷碼構(gòu)成規(guī)則 ：第18頁/共38頁【設(shè)計案例2】全加器電路的設(shè)計

15、全加器電路的設(shè)計 任務(wù)要求任務(wù)要求: :完成原理圖設(shè)計、元器件選型、電路裝接與調(diào)試、電路邏輯功能檢測、設(shè)計文檔編寫（設(shè)計報告格式見附錄B，標準電路圖紙格式見附錄C）。 電路功能及器件要求電路功能及器件要求: : 第19頁/共38頁第20頁/共38頁第21頁/共38頁【設(shè)計案例設(shè)計案例3 3】簡單加法計算器的設(shè)計簡單加法計算器的設(shè)計( (一一) ) 電路功能及器件要求： 電路能實現(xiàn)：兩個二進制數(shù)相加，其中加數(shù)為兩位二進制數(shù)，被加數(shù)為一位二進制數(shù)，最終輸出以8421BCD碼形式顯示。 用74LS00、74LS86來實現(xiàn) 任務(wù)要求：完成原理圖設(shè)計、元器件選型、電路裝接與調(diào)試、電路邏輯功能檢測、設(shè)計文

16、檔編寫（設(shè)計報告格式見附錄B，標準電路圖紙格式見附錄C）。第22頁/共38頁（1 1）確定輸入數(shù)值、輸出數(shù)值之間的邏輯關(guān)系）確定輸入數(shù)值、輸出數(shù)值之間的邏輯關(guān)系根據(jù)電路邏輯功能要求，可以得到圖1.71所示的設(shè)計思路。并根據(jù)圖1.71可以得到表1.31所示的真值表。第23頁/共38頁第24頁/共38頁有錯誤有錯誤第25頁/共38頁第26頁/共38頁第27頁/共38頁第28頁/共38頁思考：用半加器可以實現(xiàn)上述邏輯功能嗎？思考：用半加器可以實現(xiàn)上述邏輯功能嗎？第29頁/共38頁 任務(wù)要求任務(wù)要求: : 完成原理圖設(shè)計、元器件選型、電路裝接與調(diào)試、電路邏輯功能檢測、設(shè)計文檔編寫（設(shè)計報告格式見附錄B

17、，標準電路圖紙格式見附錄C）。 電路功能及器件要求電路功能及器件要求: : 電路能實現(xiàn)：兩個二進制數(shù)相加，其中加數(shù)為兩位二進制數(shù)，被加數(shù)為兩位二進制數(shù)，最終輸出以十進制數(shù)的形式顯示； 所用器件為集成電路74LS00及74LS86。 提示提示: :可按任務(wù)1.3.3【設(shè)計案例3】方法設(shè)計。 也可利用半加器和全加器串接設(shè)計 第30頁/共38頁第31頁/共38頁組合邏輯電路的競爭冒險現(xiàn)象組合邏輯電路的競爭冒險現(xiàn)象一、冒險的產(chǎn)生一、冒險的產(chǎn)生1AA第32頁/共38頁二、組合邏輯電路競爭冒險的判斷二、組合邏輯電路競爭冒險的判斷 第33頁/共38頁第34頁/共38頁三、競爭冒險的消除方法（1）增加多余項（2）選通法（3）濾波法 當所處理的數(shù)據(jù)的速度和競爭冒險脈沖的時間可比擬時，必須考慮當所處理的數(shù)據(jù)的速度和競爭冒險脈沖的時間可比擬時，必須考慮競爭冒險現(xiàn)象競爭冒險現(xiàn)象第35頁/共38頁一、加法計算器的設(shè)計與調(diào)試一、加法計算器