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1、2020年9月8日星期二,1,1組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法,2 加法器,3 編碼器,4 譯碼器,5 數(shù)據(jù)選擇器,6 數(shù)據(jù)分配器,第7章 組合邏輯電路,2020年9月8日星期二,2,組合電路:輸出僅由輸入決定,與電路當(dāng)前狀態(tài)無(wú)關(guān);電路結(jié)構(gòu)中無(wú)反饋回路(無(wú)記憶),組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法,2020年9月8日星期二,3,1、根據(jù)給定的邏輯電路圖寫出函數(shù)的邏輯表達(dá)式。 2、用卡諾圖或公式法化簡(jiǎn),求出最簡(jiǎn)與或表達(dá)式。 3、列真值表。 4、說(shuō)明電路的邏輯功能。,分析(電路功能),一般步驟為,1 組合邏輯電路的分析,2020年9月8日星期二,4,邏輯圖,邏輯表達(dá)式,1,1,最簡(jiǎn)與或表達(dá)式,化簡(jiǎn),2,2
2、,逐級(jí)寫出,例:,2020年9月8日星期二,5,最簡(jiǎn)與或表達(dá)式,3,真值表,3,4,電路的邏輯功能,是一種3人表決電路:只要有2票或3票同意,表決就通過(guò)。,4,2020年9月8日星期二,6,邏輯圖,邏輯表達(dá)式,例:,最簡(jiǎn)與或表達(dá)式,2020年9月8日星期二,7,真值表,用與非門實(shí)現(xiàn),輸出Y只與輸入A、B有關(guān),而與輸入C無(wú)關(guān)。Y和A、B的邏輯關(guān)系為:A、B中只要一個(gè)為0,Y=1;A、B全為1時(shí),Y=0。所以Y和A、B的邏輯關(guān)系為與非運(yùn)算關(guān)系。,電路的邏輯功能,2020年9月8日星期二,8,設(shè)計(jì)(功能電路) 設(shè)計(jì)一般步驟為 1、邏輯抽象(確定輸入輸出變量;設(shè)定變量;狀態(tài)賦值)。 2、列真值表。 3
3、、化簡(jiǎn)成最簡(jiǎn)表達(dá)式。 4、根據(jù)最簡(jiǎn)表達(dá)式或適當(dāng)變形后的函數(shù)表達(dá)式,畫出邏輯圖。,2 組合邏輯電路的設(shè)計(jì),2020年9月8日星期二,9,真值表,電路邏輯抽象,例:設(shè)計(jì)一個(gè)樓上、樓下開(kāi)關(guān)的控制邏輯電路來(lái)控制樓梯上的路燈,使之在上樓前,用樓下開(kāi)關(guān)打開(kāi)電燈,上樓后,用樓上開(kāi)關(guān)關(guān)滅電燈;或者在下樓前,用樓上開(kāi)關(guān)打開(kāi)電燈,下樓后,用樓下開(kāi)關(guān)關(guān)滅電燈。,設(shè)樓上開(kāi)關(guān)為A,樓下開(kāi)關(guān)為B,燈泡為Y。并設(shè)A、B閉合時(shí)為1,斷開(kāi)時(shí)為0;燈亮?xí)rY為1,燈滅時(shí)Y為0。根據(jù)邏輯要求列出真值表。,2020年9月8日星期二,10,邏輯表達(dá)式或化簡(jiǎn),已為最簡(jiǎn)與或表達(dá)式,邏輯變換,邏輯電路圖,用與非門實(shí)現(xiàn),用異或門實(shí)現(xiàn),2020年
4、9月8日星期二,11,真值表,電路邏輯抽象,邏輯表達(dá)式,例:用與非門設(shè)計(jì)一個(gè)舉重裁判表決電路。設(shè)舉重比賽有3個(gè)裁判,一個(gè)主裁判和兩個(gè)副裁判。杠鈴?fù)耆e上的裁決由每一個(gè)裁判按一下自己面前的按鈕來(lái)確定。只有當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上裁判判明成功,并且其中有一個(gè)為主裁判時(shí),表明成功的燈才亮。,設(shè)主裁判為變量A,副裁判分別為B和C;表示成功與否的燈為Y,根據(jù)邏輯要求列出真值表。,2020年9月8日星期二,12,卡諾圖,最簡(jiǎn)與或表達(dá)式,化簡(jiǎn),邏輯變換,邏輯電路圖,化簡(jiǎn),1,1,1,Y=,AB,+AC,2020年9月8日星期二,13,練習(xí):1 交通燈紅,黃,綠,正常情況下,一盞燈亮。設(shè)計(jì)非正常情況報(bào)警電路,并用電路
5、圖實(shí)現(xiàn)。 2 四臺(tái)設(shè)備,每臺(tái)用戶均為10 KW,若這四臺(tái)設(shè)備由F1,F(xiàn)2兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)供電,其中,F(xiàn)1的功率為10KW,F(xiàn)2的功率為20KW。四臺(tái)設(shè)備不能同時(shí)工作,也不能均不工作。設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)供電電路。,2020年9月8日星期二,14,小結(jié),組合電路的特點(diǎn):在任何時(shí)刻的輸出只取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào),而與電路原來(lái)所處的狀態(tài)無(wú)關(guān)。 組合電路的邏輯功能可用邏輯圖、真值表、邏輯表達(dá)式、卡諾圖和波形圖等5種方法來(lái)描述,它們?cè)诒举|(zhì)上是相通的,可以互相轉(zhuǎn)換。 組合電路的分析步驟:邏輯圖寫出邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)列真值表邏輯功能描述。 組合電路的設(shè)計(jì)步驟:列出真值表寫出邏輯表達(dá)式或畫出卡諾圖邏輯表達(dá)式化簡(jiǎn)和變換畫出邏輯圖。,
6、2020年9月8日星期二,15,1、半加器,半加器和全加器,兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相加而求得和及進(jìn)位的邏輯電路稱為半加器。,加數(shù),本位的和,向高位的進(jìn)位,加法器,2020年9月8日星期二,16,2、全加器,Ai、Bi:加數(shù), Ci-1:低位來(lái)的進(jìn)位,Si:本位的和, Ci:向高位的進(jìn)位。,對(duì)兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相加并考慮低位來(lái)的進(jìn)位,即相當(dāng)于3個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)相加,求得和及進(jìn)位的邏輯電路稱為全加器。,2020年9月8日星期二,17,全加器的邏輯圖和邏輯符號(hào),2020年9月8日星期二,18,用與門實(shí)現(xiàn),2020年9月8日星期二,19,實(shí)現(xiàn)多位二進(jìn)制數(shù)相加的電路稱為加法器。,1、串行進(jìn)位加法器,加法器
7、,構(gòu)成:把n位全加器串聯(lián)起來(lái),低位全加器的進(jìn)位輸出連接到相鄰的高位全加器的進(jìn)位輸入。,特點(diǎn):進(jìn)位信號(hào)是由低位向高位逐級(jí)傳遞的,速度不高。,2020年9月8日星期二,20,2、超前進(jìn)位加法器,進(jìn)位表達(dá)式,和表達(dá)式,4位超前進(jìn)位加法器遞推公式,2020年9月8日星期二,21,超前進(jìn)位發(fā)生器,2020年9月8日星期二,22,小結(jié),能對(duì)兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相加而求得和及進(jìn)位的邏輯電路稱為半加器。 能對(duì)兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相加并考慮低位來(lái)的進(jìn)位,即相當(dāng)于3個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)的相加,求得和及進(jìn)位的邏輯電路稱為全加器。 實(shí)現(xiàn)多位二進(jìn)制數(shù)相加的電路稱為加法器。 按照進(jìn)位方式的不同,加法器分為串行進(jìn)位加法器和超前進(jìn)
8、位加法器兩種。串行進(jìn)位加法器電路簡(jiǎn)單、但速度較慢,超前進(jìn)位加法器速度較快、但電路復(fù)雜。,2020年9月8日星期二,23,編碼器,編碼器(Encoder)的概念,用文字、符號(hào)或數(shù)碼表示特定對(duì)象的過(guò)程稱為編碼。在數(shù)字電路中用二進(jìn)制代碼表示有關(guān)的信號(hào)稱為二進(jìn)制編碼。 實(shí)現(xiàn)編碼操作的電路就是編碼器。按照被編碼信號(hào)的不同特點(diǎn)和要求,有普通編碼器、優(yōu)先編碼器、二十進(jìn)制編碼器 之分。,使用編碼技術(shù)可以大大減少數(shù)字電路系統(tǒng)中信號(hào)傳輸線的條數(shù),同時(shí)便于信號(hào)的接收和處理。 例如:一個(gè)由8個(gè)開(kāi)關(guān)組成的鍵盤, 直接接入:需要8條信號(hào)傳輸線; 編碼器:只需要3條數(shù)據(jù)線。(每組輸入狀態(tài)對(duì)應(yīng)一組3位二進(jìn)制代碼),2020年
9、9月8日星期二,24,輸入:I0I7 8個(gè)高電平信號(hào), 輸出:3位二進(jìn)制代碼Y2Y1Y0。 故也稱為8線3線編碼器。,普通編碼器,用n位二進(jìn)制代碼可對(duì)N2n個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行編碼,輸出相應(yīng)的n位二進(jìn)制代碼。,特點(diǎn):輸入I0I7當(dāng)中只允許一個(gè)輸入變量有效,即取值為1(高電平有效)。,三位二進(jìn)制普通編碼器,2020年9月8日星期二,25,3位二進(jìn)制編碼器的真值表,2020年9月8日星期二,26,邏輯表達(dá)式,邏輯圖,2020年9月8日星期二,27,一般編碼器輸入信號(hào)之間是互相排斥的,在任何時(shí)刻只允許一個(gè)輸入端請(qǐng)求編碼,否則輸出發(fā)生混亂。,優(yōu)先編碼器則允許多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)要求編碼。優(yōu)先編碼器的輸入信號(hào)有不
10、同的優(yōu)先級(jí)別,多于一個(gè)信號(hào)同時(shí)要求編碼時(shí),只對(duì)其中優(yōu)先級(jí)別最高的信號(hào)進(jìn)行編碼。因此,在編碼時(shí)必須根據(jù)輕重緩急,規(guī)定好輸入信號(hào)的優(yōu)先級(jí)別。,允許同時(shí)輸入多數(shù)個(gè)編碼信號(hào),并只對(duì)其中優(yōu)先權(quán)最高的信號(hào)進(jìn)行編碼輸出的電路。,二進(jìn)制優(yōu)先編碼器,2020年9月8日星期二,28,3位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器,在優(yōu)先編碼器中優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)排斥級(jí)別低的。,設(shè)I7的優(yōu)先級(jí)別最高,I6次之,依此類推,I0最低。,功能表,輸入高電平有效,輸出以原碼輸出,2020年9月8日星期二,29,邏輯表達(dá)式,2020年9月8日星期二,30,邏輯圖,8線-3線優(yōu)先編碼器,如果要求輸出以反碼輸出、輸入低電平有效,只要在圖中的每一個(gè)輸出端和輸
11、入端都加上反相器就可以了。,2020年9月8日星期二,31,集成8線3線優(yōu)先編碼器74LS148,2020年9月8日星期二,32,8線3線優(yōu)先編碼器74LS148邏輯符號(hào)圖,2020年9月8日星期二,33,74LS148功能表,輸入:邏輯0(低電平)有效,輸出:反碼輸出,注意:,2020年9月8日星期二,34,電路擴(kuò)展應(yīng)用:,輸入信號(hào)的連接;,級(jí)聯(lián)問(wèn)題(芯片工作的優(yōu)先級(jí));,輸出信號(hào)的連接。,解:輸入信號(hào) 需用兩片,2020年9月8日星期二,35,級(jí)聯(lián)問(wèn)題,高優(yōu)先級(jí),低優(yōu)先級(jí),輸出信號(hào),2020年9月8日星期二,36,74LS148擴(kuò)展的16線4線優(yōu)先編碼器,2020年9月8日星期二,37,二
12、 十進(jìn)制編碼器,1. 8421 BCD碼編碼器,輸入10個(gè)互斥的數(shù)碼輸出4位二進(jìn)制代碼,真值表,將09十個(gè)十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼的電路,稱為二十進(jìn)制編碼器。最常見(jiàn)的二十進(jìn)制編碼器是8421碼編碼器。,2020年9月8日星期二,38,邏輯表達(dá)式,邏輯圖,2020年9月8日星期二,39,8421 BCD碼優(yōu)先編碼器,真值表,輸入:邏輯1(高電平)有效,輸出:原碼輸出,2020年9月8日星期二,40,邏輯表達(dá)式,2020年9月8日星期二,41,邏輯圖,2020年9月8日星期二,42,集成10線-4線優(yōu)先編碼器,引腳圖,輸入低電平有效,輸出以反碼輸出,2020年9月8日星期二,43,74LS147功
13、能表,2020年9月8日星期二,44,編碼器小結(jié),用二進(jìn)制代碼表示特定對(duì)象的過(guò)程稱為編碼;實(shí)現(xiàn)編碼操作的電路稱為編碼器。 編碼器分二進(jìn)制編碼器和十進(jìn)制編碼器,各種編碼器的工作原理類似,設(shè)計(jì)方法也相同。集成二進(jìn)制編碼器和集成十進(jìn)制編碼器均采用優(yōu)先編碼方案。,2020年9月8日星期二,45,*模型,全譯碼器,部分譯碼器,譯碼器,把代碼狀態(tài)的特定含義翻譯出來(lái)的過(guò)程稱為譯碼,實(shí)現(xiàn)譯碼操作的電路稱為譯碼器。,譯碼器就是把一種代碼轉(zhuǎn)換成另一種代碼的電路。,2020年9月8日星期二,46,譯碼是編碼的逆過(guò)程。,將表示特定意義信息的二進(jìn)制代碼翻譯出來(lái)。,譯碼器(即 Decoder),實(shí)現(xiàn)譯碼功能的電路,202
14、0年9月8日星期二,47,譯碼器,二進(jìn)制譯碼器,非二進(jìn)制譯碼器,熒光顯示譯碼器,變量譯碼器,顯示譯碼器,液晶顯示譯碼器,按顯示材料,按顯示內(nèi)容,發(fā)光二極管譯碼器,文字譯碼器,數(shù)字譯碼器,符號(hào)譯碼器,2020年9月8日星期二,48,二進(jìn)制譯碼器,設(shè)二進(jìn)制譯碼器的輸入端為n個(gè),則輸出端為2n個(gè),且對(duì)應(yīng)于輸入代碼的每一種狀態(tài),2n個(gè)輸出中只有一個(gè)為1(或?yàn)?),其余全為0(或?yàn)?)。,二進(jìn)制譯碼器可以譯出輸入變量的全部狀態(tài),故又稱為變量譯碼器。,全譯碼器,2020年9月8日星期二,49,2線4線譯碼器真值表,邏輯函數(shù):,2線4線譯碼器電路,2線4線譯碼器,2020年9月8日星期二,50,3線8線譯碼
15、器74LS138:,控制電路:,2020年9月8日星期二,51,3線8線譯碼器74LS138的功能表,片選選通,輸入某種狀態(tài),則對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)輸出項(xiàng)為0。,2020年9月8日星期二,52,74LS138 邏輯功能示意圖,3 位二進(jìn)制碼輸入端,8 個(gè)譯碼輸出端 低電平有效。,2020年9月8日星期二,53,解:輸出信號(hào),輸入信號(hào)和級(jí)聯(lián)問(wèn)題,2020年9月8日星期二,54,74LS138的級(jí)聯(lián),3線-8線譯碼器擴(kuò)展成4線-16線譯碼器,2020年9月8日星期二,55,74LS138擴(kuò)展的4線16線譯碼器,2020年9月8日星期二,56,二進(jìn)制譯碼器的應(yīng)用很廣,典型的應(yīng)用有以下幾種: 實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的地
16、址譯碼; 實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù); 帶使能端的譯碼器可用作數(shù)據(jù)分配器。,譯碼器的應(yīng)用,2020年9月8日星期二,57,用譯碼器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù),寫出函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式(最小項(xiàng)之和),并變換為與非-與非形式 ;,畫出用二進(jìn)制譯碼器和與非門實(shí)現(xiàn)這些函數(shù)的接線圖。,n線2n線譯碼器有2n個(gè)代碼組合,包含了n變量函數(shù)的全部最小項(xiàng)。當(dāng)譯碼器的使能端有效時(shí),每個(gè)輸出(一般為低電平輸出)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的最小項(xiàng),即 。因此只要將函數(shù)的輸入變量加至譯碼器的地址輸入端,并在輸出端輔以少量的門電路,便可以實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。,一般步驟:,2020年9月8日星期二,58,例:試?yán)?線8線譯碼器74LS138設(shè)計(jì)一個(gè)多輸出的組合邏輯電路。輸
17、出的邏輯函數(shù)式為:,解:最小項(xiàng)之和形式,化為與非與非式,2020年9月8日星期二,59,畫邏輯電路,2020年9月8日星期二,60,二-十進(jìn)制譯碼器的輸入是十進(jìn)制數(shù)的4位二進(jìn)制編碼(BCD碼),分別用A3、A2、A1、A0表示;輸出的是與10個(gè)十進(jìn)制數(shù)字相對(duì)應(yīng)的10個(gè)信號(hào),用Y9Y0表示。由于二-十進(jìn)制譯碼器有4根輸入線,10根輸出線,所以又稱為4線-10線譯碼器。,二-十進(jìn)制譯碼器,8421 BCD碼譯碼器,把二-十進(jìn)制代碼翻譯成10個(gè)十進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的電路,稱為二-十進(jìn)制譯碼器。,將 BCD 碼的十組代碼譯成 0 - 9 十個(gè)對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)的電路,又稱 4 線 10 線譯碼器。,2020年9月
18、8日星期二,61,74LS42 譯碼器功能表,2020年9月8日星期二,62,集成8421 BCD碼譯碼器74LS42,輸出:反碼輸出,2020年9月8日星期二,63,10 個(gè)譯碼輸出端, 低電平 0 有效。,8421BCD 碼輸入端,從高位到低位依次為 A3、A2、A1 和 A0 。,2020年9月8日星期二,64,0,0,0,1,2020年9月8日星期二,65,數(shù)碼顯示譯碼器,用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種顯示器件,從而將用二進(jìn)制代碼表示的數(shù)字、文字、符號(hào)翻譯成人們習(xí)慣的形式直觀地顯示出來(lái)的電路,稱為顯示譯碼器。,在數(shù)字系統(tǒng)中,經(jīng)常需要將數(shù)字或運(yùn)算結(jié)果顯示出來(lái),以便人們觀測(cè)查看。數(shù)碼顯示電路是數(shù)字系統(tǒng)的重要組成部分 。,數(shù)碼顯示電路通常由譯碼器、顯示器等部分組成。,顯示譯碼器的輸出信號(hào)用以驅(qū)動(dòng)顯示器件,顯示出0-9十個(gè)數(shù)字。,2020年9月8日星期二,66,數(shù)碼顯示電路通常由譯碼器、顯示器等部分
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