重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院-組合邏輯電路

第3章 組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)3.1組合邏輯電路概述3.2組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法3.3常用集成組合邏輯電路3.4組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象3.1組合邏輯電路概述一、組合邏輯電路的特點(diǎn)從功能上從電路結(jié)構(gòu)上任意時(shí)刻的輸出僅取決于該時(shí)刻的輸入不含記憶（存儲(chǔ)）元件二、邏輯功能的描述組合邏輯電路組合邏輯電路的框圖給定——邏輯圖分析——電路的邏輯功能步驟：根據(jù)邏輯圖逐級(jí)寫出表達(dá)式根據(jù)表達(dá)式化簡(jiǎn)根據(jù)最簡(jiǎn)表達(dá)式列真值表根據(jù)真值表說(shuō)明邏輯功能對(duì)電路進(jìn)行評(píng)價(jià)和改進(jìn)*3.2.1組合邏輯電路的分析方法3.2組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法

解：①

②F=AABC+BABC+CABC=ABC(A+B+C)=ABC+ABCABCCABCBABCAABC

ABCABCF【例1】④功能分析ABC

F00010010010001101000101011001111真值表當(dāng)輸入完全一致時(shí)，輸出為“1”，常稱之為“一致電路”=ABC+ABCF③⑤電路評(píng)估電路并不是最佳的，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換：

F=ABC+ABC=ABC+A+B+CABCF【例2】ABABBABAY0=ABAABB=ABA+ABB=AB+ABY1=ABABY0Y10000011010101101邏輯功能：一位二進(jìn)制加法。

Y0:本位和；Y1：進(jìn)位位。組合電路如圖所示，分析該電路的邏輯功能。ABY0Y11&&&&對(duì)比P65例3-2【例3】分析下面組合電路的邏輯功能。Y=SA1A0D3SA1A0D2SA1A0D1SA1A0D0Y=SA1A0D3+SA1A0D2+SA1A0D1+SA1A0D0YD3SD2D1D0A0A1&&&&&111邏輯功能D3110D2100D101001D0000YA1A0S四選一數(shù)據(jù)選擇器A1A0:選擇控制(地址)D3D2D1D0:數(shù)據(jù)輸入Y=SA1A0D3+SA1A0D2+SA1A0D1+SA1A0D0S:使能端(選通端、片選端)

低電平有效YD3SD2D1D0A0A1&&&&&111D3D2D1D0A1A0S1MUXY【例4】分析下面組合電路的邏輯功能。Y1Y2Y311AB>1>1>1Y1=A+B=ABY3=A+B=ABY2=A+BA+B+=(A+B)(A+B)=AB+ABABY1000010101110Y2Y310010010功能:

當(dāng)A>B時(shí),Y1=1

當(dāng)

A=B時(shí),Y2=1

當(dāng)

A<B時(shí),Y3=1

是一位數(shù)值比較器一、邏輯抽象分析因果關(guān)系，確定輸入/輸出變量定義邏輯狀態(tài)的含意（賦值）列出真值表二、寫出函數(shù)式三、選定器件類型四、根據(jù)所選器件：對(duì)邏輯式化簡(jiǎn)（用門） 變換（用MSI） 或進(jìn)行相應(yīng)的描述（PLD）五、畫出邏輯電路圖，或下載到PLD六、工藝設(shè)計(jì)3.2.2組合邏輯電路的一般設(shè)計(jì)方法【例1】設(shè)計(jì)一三人表決電路。設(shè)計(jì)要求：多數(shù)贊成通過(guò)，反之不通過(guò)。并用與非門實(shí)現(xiàn)該電路。1.設(shè)定變量：用A、B、C和Y分別表示輸入和輸出信號(hào)；2.狀態(tài)賦值:贊成用1表示，反之用0表示。表決結(jié)果用指示燈表示；燈亮表示1，不亮表示0；3.列真值表：ABC000001010011100101110111Y000011113.寫邏輯函數(shù)表達(dá)式并化簡(jiǎn)：Y=ABC+ABC+ABC+ABC=AB+AC+BC=ABACBC5.畫出邏輯圖：三人表決電路10A+5VBCY&&&&R=ABACBCY設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)視交通信號(hào)燈狀態(tài)的邏輯電路如果信號(hào)燈出現(xiàn)故障，Z為1RAGZ【例2】1.邏輯抽象并狀態(tài)賦值輸入變量:紅（R）、黃（A）、綠（G）1表示燈亮，0表示燈不亮輸出變量：故障信號(hào)（Z）1表示有鼓掌，0表示無(wú)故障2.寫出邏輯表達(dá)式輸入變量輸出RAGZ00010010010001111000101111011111解：3.選用小規(guī)模SSI器件4.化簡(jiǎn)5.畫出邏輯圖3.3.1加法器一、1位加法器1.半加器，不考慮來(lái)自低位的進(jìn)位，將兩個(gè)1位的二進(jìn)制數(shù)相加輸入輸出ABSCO00000110101011013.3常用集成組合邏輯電路2.全加器：將兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)及來(lái)自低位的進(jìn)位相加輸入輸出ABCISCO000000011001010011011001010101110011111174LS18374HC183二、多位加法器串行進(jìn)位加法器優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：慢2.超前進(jìn)位加法器基本原理：加到第i位的進(jìn)位輸入信號(hào)是兩個(gè)加數(shù)第i位以前各位（0~i-1）的函數(shù)，可在相加前由A,B兩數(shù)確定。優(yōu)點(diǎn)：快，每1位的和及最后的進(jìn)位基本同時(shí)產(chǎn)生。缺點(diǎn)：電路復(fù)雜。74LS283超前進(jìn)位加法器舉例：74LS283（P72引腳排列圖）相加結(jié)果讀數(shù)為C3S3S2S1S0

4位二進(jìn)制加數(shù)B輸入端

4位二進(jìn)制加數(shù)A輸入端低位片進(jìn)位輸入端本位和輸出端向高位片的進(jìn)位輸出A3A2A1A0B3B2B1B0CI0CO4F3F2F1F0S3S2S1S0C3∑CT74LS283邏輯符號(hào)三、用加法器設(shè)計(jì)組合電路基本原理：若能生成函數(shù)可變換成輸入變量與輸入變量相加若能生成函數(shù)可變換成輸入變量與常量相加一、將BCD的8421碼轉(zhuǎn)換為余3碼輸入輸出DCBAY3Y2Y1Y000000011000101000010010100110110010001110101100001101001011110101000101110011100二、加法器的級(jí)聯(lián)A3A2A1A0B3B2B1B0C0-1C3S3S2S1S0S3S2S1S0∑A3A2A1A0B3B2B1B0C0-1C3S3S2S1S0S7S6S5S4CO∑3.3.2編碼器電路分析編碼：把二進(jìn)制代碼按一定的規(guī)律編排，使每組代碼具有一定特定的含義稱為編碼。編碼器：能夠?qū)崿F(xiàn)編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。分類普通編碼器優(yōu)先編碼器一、普通編碼器特點(diǎn)：任何時(shí)刻只允許輸入一個(gè)編碼信號(hào)。例：3位二進(jìn)制普通編碼器輸入輸出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y01000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111利用無(wú)關(guān)項(xiàng)（任何時(shí)刻I0-I7僅有一個(gè)取值為1，輸入變量的其他取值情況均為約束項(xiàng)）化簡(jiǎn)，得：二、優(yōu)先編碼器特點(diǎn)：允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上的編碼信號(hào)，但只對(duì)其中優(yōu)先權(quán)最高的一個(gè)進(jìn)行編碼。例：8線-3線優(yōu)先編碼器（設(shè)I7優(yōu)先權(quán)最高…I0優(yōu)先權(quán)最低）輸入輸出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0XXXXXXX1111XXXXXX10110XXXXX100101XXXX1000100XXX10000011XX100000010X100000000110000000000低電平實(shí)例：

74LS148選通信號(hào)選通信號(hào)只有在

=0的條件下，編碼器才能正常工作。附

加

輸

出

信

號(hào)為0時(shí)，電路工作無(wú)編碼輸入為0時(shí)，電路工作有編碼輸入輸入輸出1XXXXXXXX11111011111111111010XXXXXXX0000100XXXXXX01001100XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110狀態(tài)11不工作01工作，但無(wú)輸入10工作，且有輸入00不可能出現(xiàn)附加輸出信號(hào)的狀態(tài)及含意控制端擴(kuò)展功能舉例：例： 用兩片8線-3線優(yōu)先編碼器

16線-4線優(yōu)先編碼器其中，的優(yōu)先權(quán)最高···狀態(tài)11不工作01工作，但無(wú)輸入10工作，且有輸入00不可能出現(xiàn)第一片為高優(yōu)先權(quán)只有(1)無(wú)編碼輸入時(shí)，(2)才允許工作第(1)片

時(shí)表示對(duì)

的編碼低3位輸出應(yīng)是兩片的輸出的“或”3.3.2譯碼器譯碼：將每個(gè)輸入的二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的輸出高、低電平信號(hào)或另外一個(gè)代碼。常用的有：二進(jìn)制譯碼器，二-十進(jìn)制譯碼器，顯示譯碼器等一、二進(jìn)制譯碼器例：3線—8線譯碼器輸入輸出A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000真值表邏輯表達(dá)式：輸入輸出A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000集成譯碼器實(shí)例：74LS138低電平輸出附加控制端74LS138：還可用作數(shù)據(jù)分配器74LS138的功能表：輸入輸出S1A2A1A00XXXX11111111X1XXX1111111110000111111101000111111101100101111101110011111101111010011101111101011101111110110101111111011101111111利用附加控制端進(jìn)行擴(kuò)展例：用74LS138（3線—8線譯碼器）

4線—16線譯碼器

4線-16線譯碼器74LS138(1)74LS138(2)D3=1D3=0二、二—十進(jìn)制譯碼器將輸入BCD碼的10個(gè)代碼譯成10個(gè)高、低電平的輸出信號(hào)。

BCD碼以外的偽碼，輸出均無(wú)低電平信號(hào)產(chǎn)生例：74HC42三、顯示譯碼器1.七段字符顯示器如：2.BCD七段字符顯示譯碼器 （代碼轉(zhuǎn)換器）7448111100001111400000001111151101001101113110001000111210011001101111011000010110110011110019111111100018000011111107111110001106110110110105110011000104100111111003101101101002000011010001011111100000字形YgYfYeYdYcYbYaA0A1A2A3數(shù)字輸出輸入真值表卡諾圖BCD－七段顯示譯碼器7448的邏輯圖7448的附加控制信號(hào)：（1）燈測(cè)試輸入當(dāng)時(shí)，Ya~Yg全部置為17448的附加控制信號(hào)：（2）滅零輸入當(dāng)時(shí)，時(shí)，則滅燈7448的附加控制信號(hào)：（3）滅燈輸入/滅零輸出輸入信號(hào)，稱滅燈輸入控制端：無(wú)論輸入狀態(tài)是什么，數(shù)碼管熄滅輸出信號(hào)，稱滅零輸出端：只有當(dāng)輸入，且滅零輸入信號(hào)時(shí)，才給出低電平因此表示譯碼器將本來(lái)應(yīng)該顯示的零熄滅了

例：利用和的配合，實(shí)現(xiàn)多位顯示系統(tǒng)的滅零控制

整數(shù)部分：最高位是0，而且滅掉以后，輸出作為次高位的輸入信號(hào)小數(shù)部分：最低位是0，而且滅掉以后，輸出作為次低位的輸入信號(hào)思考：已知X是3位二進(jìn)制數(shù)（其值小于等于5），試實(shí)現(xiàn)Y=3X并用7段數(shù)碼管進(jìn)行顯示?Y=3X？D2D1D0四、用譯碼器設(shè)計(jì)組合邏輯電路1.基本原理

3位二進(jìn)制譯碼器給出3變量的全部最小項(xiàng);

。。。

n位二進(jìn)制譯碼器給出n變量的全部最小項(xiàng);

任意函數(shù) 將n位二進(jìn)制譯碼輸出的最小項(xiàng)組合起來(lái)，可獲得任何形式的輸入變量不大于n的組合函數(shù)2.舉例例：利用74HC138設(shè)計(jì)一個(gè)多輸出的組合邏輯電路，輸出邏輯函數(shù)式為：3.3.3數(shù)據(jù)選擇器一、工作原理A1A0Y11XX0000D10001D11010D12011D13例：“雙四選一”，74HC153

分析其中的一個(gè)“四選一”例：用兩個(gè)“四選一”接成“八選一”“四選一”只有2位地址輸入，從四個(gè)輸入中選中一個(gè)“八選一”的八個(gè)數(shù)據(jù)需要3位地址代碼指定其中任何一個(gè)二、用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)組合電路1.基本原理

具有n位地址輸入的數(shù)據(jù)選擇器，可產(chǎn)生任何形式的輸入變量不大于n+1的組合函數(shù)例如：3.3.5數(shù)值比較器用來(lái)比較兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)的數(shù)值大小一、1位數(shù)值比較器A,B比較有三種可能結(jié)果原理：從高位比起，只有高位相等，才比較下一位。例如：二、多位數(shù)值比較器2.集成電路CC14585實(shí)現(xiàn)4位二進(jìn)制數(shù)的比較3.比較兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的大小74LS85(1)74LS85(2)數(shù)據(jù)同比較器—例分析下面組合邏輯電路的邏輯功能S2S1S0ES3S2S1YYD7D6D5

D4D3D2

D1D0

Y7Y6Y5

Y4Y3Y2

Y1Y0

A2A1A074LS15174LS138A2A1A0B2B1B0AB比較結(jié)果：若A=B，則Y=0，反之，Y=1。只能比較兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)是否相同，而不能比較其大小。3.4組合電路的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)競(jìng)爭(zhēng)：信號(hào)經(jīng)不同路徑到達(dá)某一點(diǎn)時(shí)，所用的時(shí)間不同，這個(gè)時(shí)間差稱之為競(jìng)爭(zhēng)。冒險(xiǎn)：由于競(jìng)爭(zhēng)使得電路產(chǎn)生了暫時(shí)錯(cuò)誤輸出稱之為冒險(xiǎn)。說(shuō)明:(1)一般來(lái)說(shuō)，時(shí)延對(duì)數(shù)字系統(tǒng)是有害的，它會(huì)降低系統(tǒng)的工作的速度，還會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。(2)競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)是對(duì)電路的，而不是針對(duì)函數(shù)的。一、競(jìng)爭(zhēng)、冒險(xiǎn)二、產(chǎn)生原因器件延時(shí)不同。信號(hào)路徑不同。三、冒險(xiǎn)舉例干擾信號(hào)1型冒險(xiǎn)0型冒險(xiǎn)檢查是否存在某個(gè)變量X，它同時(shí)以原變量和反變量的形式出現(xiàn)在函數(shù)表達(dá)式中；1、代數(shù)法：如果上述現(xiàn)象存在，則檢查表達(dá)式是否可在一定條件下成為X+X或者