數(shù)字電路——分析與設(shè)計(jì) ：第4章 組合邏輯電路

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：