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1、2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院1第4章 組合邏輯電路4.1 概述邏輯電路按其功能的不同可分為兩大類,一類稱為組合邏輯電路,一類稱為時(shí)序邏輯電路。本章介紹組合邏輯電路。1.邏輯功能的特點(diǎn)所謂組合邏輯電路,是指該電路在任一時(shí)刻輸出信號(hào)的穩(wěn)態(tài)值,僅取決于該時(shí)刻的輸入信號(hào),而與此信號(hào)輸入前電路所處的狀態(tài)無(wú)關(guān)。組合電路不具有記憶功能。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院2輸入信號(hào)A、B、C。 輸出信號(hào)Y。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院32.電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)n個(gè)輸入變量 X1,X2,Xn。m個(gè)輸出變量(函數(shù)) Y1,Y2,Ym 。n變量的邏輯函數(shù)最多有:2022
2、年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院44.2 常用數(shù)字集成組合邏輯電路4.2.1 編碼器用二進(jìn)制代碼表示特定信息的過(guò)程稱為編碼。實(shí)現(xiàn)編碼的電路叫編碼器。 1.二進(jìn)制編碼器二進(jìn)制編碼器的輸入是n個(gè)表示數(shù)字、字符或算符的信息,即表征這些信息的高、低電平,輸出則是m位相應(yīng)的二進(jìn)制代碼。所以應(yīng)有:n2m。常用組合邏輯電路都屬于中規(guī)模集成電路,對(duì)中規(guī)模電路的要求重點(diǎn)是掌握它們的功能表。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院54-2 線編碼器4個(gè)輸入端,2個(gè)輸出端。 輸入信號(hào)X3、X2、X1、X0高有效。 輸出信號(hào)Y2、Y1高有效。 輸入信號(hào)X3、X2、X1、X0在任何時(shí)刻都只能有一個(gè)有效。 2
3、022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院64-2 線編碼器這還不是真正意義上的真值表畫出Y2、Y1的K圖如下: 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院7無(wú)輸入信號(hào)X0。 在輸入信號(hào)X3、X2、X1均無(wú)效時(shí)X0有效。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院82.8421BCD碼編碼器把0、1、2、3、4、5、6、7、8、9看成邏輯變量。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院9無(wú)0輸入信號(hào)。 輸入邏輯變量0、1、2、3、4、5、6、7、8、9低電平有效。 在輸入信號(hào)1、2、3、4、5、6、7、8、9均無(wú)效時(shí)0有效。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院103
4、.優(yōu)先碼編碼器優(yōu)先編碼器允許多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)有效,但它只對(duì)優(yōu)先級(jí)最高的有效輸入信號(hào)編碼,對(duì)級(jí)別較低的有效輸入信號(hào)則不予理睬。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院11ST為選通信號(hào),低電平有效。ST =0,允許74LS148工作,ST =1,不允許74LS148工作。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院12I0I7為輸入信號(hào),低電平有效。I7 優(yōu)先級(jí)最高, I0優(yōu)先級(jí)最低。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院13Y2Y0為輸出信號(hào),低電平有效。Y2為最高有效位, Y0為最低有效位。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院142022年7月17日北京理工大學(xué)
5、信息科學(xué)學(xué)院15運(yùn)用反演定律:2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院162022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院17YEX指示本級(jí)有“有效輸入信號(hào)”且本級(jí)處于工作狀態(tài)時(shí)的輸出信號(hào),低電平有效。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院18YS指示本級(jí)無(wú)“有效輸入信號(hào)”且本級(jí)處于工作狀態(tài)時(shí)的輸出信號(hào),低電平有效。YS是允許下一級(jí)編碼器工作的輸出信號(hào),通常接下一級(jí)編碼器的ST信號(hào)。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院19 83線優(yōu)先編碼器的邏輯圖2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院20優(yōu)先級(jí)編碼器的級(jí)聯(lián)輸出B3B2B1B0是高電平有效2022年7月17日北京理
6、工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院214.2.2 譯碼器 1.二進(jìn)制譯碼器將給定的若干位二進(jìn)制代碼 “翻譯”還原成有特定意義的輸出信息的過(guò)程叫做譯碼,實(shí)現(xiàn)譯碼功能的電路被稱為譯碼器。譯碼是編碼的逆過(guò)程。二進(jìn)制譯碼器的輸入是m位二進(jìn)制代碼,輸出則是n個(gè)表示數(shù)字、字符或算符的信息,即代表這些信息的高、低電平。所以應(yīng)有:2mn。例如:24線譯碼器2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院222-4線譯碼器74LS1392個(gè)輸入端,4個(gè)輸出端。 輸入信號(hào)A1、A0高有效。 輸出信號(hào)Y3、Y2、Y1、Y0低有效。 輸入信號(hào)ST是“選擇使能”信號(hào),低有效。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院232022
7、年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院242022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院253-8線譯碼器74LS138三個(gè)輸入信號(hào)A2、A1、A0,高電平有效。 八個(gè)輸出信號(hào)Y7、Y6、Y5、Y4、Y3、Y2、Y1、Y0,低電平有效。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院26三個(gè)“使能”輸入信號(hào):S1高電平有效,S2、S3低電平有效。 只有三個(gè)“使能”輸入信號(hào)同時(shí)有效時(shí)74LS138才能工作。所以2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院272022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院282022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院292.二十進(jìn)制譯碼器輸入端4位,是代表十進(jìn)
8、制數(shù)的BCD碼(可以是8421碼、余3碼等);輸出端10位,代表09十個(gè)符號(hào)。4-10線二十進(jìn)制譯碼器74LS42輸入是一位8421BCD碼(4比特),高電平有效。輸出是10比特,低電平有效。10101111這6個(gè)二進(jìn)制碼不用。稱為偽碼。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院302022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院313.顯示譯碼器(1)七段數(shù)碼管輸入端4位,是代表十進(jìn)制數(shù)的BCD碼(一般是8421碼);輸出端7位(有時(shí)為8位),是顯示數(shù)碼管的7段驅(qū)動(dòng)信號(hào)。發(fā)光二極管LED的正向壓降約2v;工作電流約一至十幾mA; TTL驅(qū)動(dòng)LED時(shí)需要加限流電阻(幾百至一千歐姆)。2022
9、年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院32(2)BCD-七段顯示譯碼器74LS248四位輸入和七段輸出均為高電平有效。 器件內(nèi)部已有限流電阻,無(wú)需外接限流電阻。 燈測(cè)試輸入端LT,低電平有效。 滅零輸入端IBR,低電平有效。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院33滅燈輸入端IB,低電平有效。優(yōu)先級(jí)最高。 滅零輸出端YBR,低電平有效。與IB共用一個(gè)端子。 只有在要滅零顯示的時(shí)候,輸出端YBR才有效。 IB/YBR端只在不被輸入低電平時(shí),它才作為輸出端。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院34IBIBRYBRIBYBRUIB/YBR作為輸入端時(shí),只能被外電路主動(dòng)驅(qū)動(dòng)為低電
10、平,不能被外電路主動(dòng)驅(qū)動(dòng)為高電平。當(dāng)此輸入端懸空時(shí),即被認(rèn)為是輸入高電平。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院352022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院364.2.3 加法器 1.半加器首先討論一位二進(jìn)制數(shù)加法器半加器和全加器,在此基礎(chǔ)上再討論多位加法器。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院372.全加器2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院38由于半加器的和為:所以全加器的和為:全加器的進(jìn)位為:2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院39全加器的“和”與“進(jìn)位”:2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院402022年7月17日北京理工大學(xué) 信
11、息科學(xué)學(xué)院413.超前進(jìn)位加法器本位的加數(shù)和被加數(shù)全為“1”。本位的加數(shù)、被加數(shù)中有一個(gè)為“1”,且低位的進(jìn)位信號(hào)為“1”。本位的全加和為:2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院42進(jìn)位比較運(yùn)算快運(yùn)算慢2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院43【例4.5】試用超前進(jìn)位加法器74LS283設(shè)計(jì)一個(gè)代碼轉(zhuǎn)換電路,將余3碼轉(zhuǎn)換成8421BCD碼。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院44【例4.6】試用超前進(jìn)位加法器74LS283設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)現(xiàn)四位二進(jìn)制數(shù)加/減法電路。M =1時(shí)為減法操作。 M =0時(shí)為加法操作。 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院454.2.4
12、數(shù)值比較器 1.一位數(shù)值比較器2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院462.多位數(shù)值比較器比較兩個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)A3 A2 A1 A0和B3 B2 B1 B0的大小。三個(gè)級(jí)聯(lián)輸入端:“ab”。三個(gè)輸出端:“AB”。當(dāng)A小于B時(shí)“AB”為“1”。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院47“a=b”的優(yōu)先級(jí)要高于“ab”。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院48當(dāng)M=L(ML=1)時(shí),表示A=B?!纠?.7】用74LS85構(gòu)成五位二進(jìn)制數(shù)比較電路。2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院494.2.5 數(shù)據(jù)選擇器和數(shù)據(jù)分配器 1.數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器又稱多路選擇器或多
13、路開(kāi)關(guān)(MUX),其基本功能是:在n個(gè)選擇輸入信號(hào)的控制下,從2n個(gè)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)中選擇一個(gè),并將其送到一個(gè)公共輸出端。 n=2時(shí):2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院50雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS1532022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院512022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院52【例4.9】試用一片雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS153實(shí)現(xiàn)8選1數(shù)據(jù)選擇器。 例4.9的電路圖 10D 12D 13D 20D 21D 22D 23D 11D 1Y 2Y 74LS153 0A 1A 0D 0A 2A 1A 1D 2D 3D 4D 5D 7D Y 6D 1ST 2ST 2022年7月17日北京理工大學(xué) 信息科學(xué)學(xué)院532.數(shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)分配器又稱多路分配器(DEMUX)。它的基本功能是:
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