【教学课件】第六章采用中、大规模集成电路的逻辑设计.ppt

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1、 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计第六章第六章 采用中、大规模集成电路采用中、大规模集成电路的逻辑设计的逻辑设计 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计本章内容：加法器、数值比较器、译码器、多路选择器、计数器、寄存器、只读存储器、可编程逻辑阵列 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计一、二进制并行加法器1.一般并行加法器的缺点C0 S0A0 B0 C-1C1 S1A1 B1 C0C2 S2A2 B2 C1C3 S3A

2、3 B3 C2Ci SiAi Bi Ci-1 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计2.改进（先行进位并行加法器）Ci=（Ai+Bi）Ci-1+AiBi设Pi=Ai+Bi，Gi=AiBi用代入法：C0=P0C-1+G0C1=P1P0C+P1G0+G1C2=P2P1P0C+P2P1G0+P2G1+G2C3=P3P2P1P0C+P3P2P1G0+P3P2G1+P3G2+G3 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计F4 F3 F2 F1A4A3A2A1 B4B3B2B1FC4C0742

3、83四位二进制加法器 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计3.芯片举例例1、用74283设计一个四位加法/减法器。分析：加法可直接实现；减法：A-B补=A补+-B补 -B补=B原按位求反，末位+1所以增加一个功能控制端M=0，加法，C0=0=1，减法，C0=1 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计例2、用74283设计一个8421BCD码到余3码的代码转换器。例3、用74283设计一个1位十进制数加法器。用BCD码表示一位十进制数，由于74283进行的是二进制加法运算，所以需

4、要对运算结果进行修正。数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计十 二进制和8421 BCD和修正标志012345678900000000010001000011001000010100110001110100001001000000000100010000110010000101001100011101000010010000000000十二进制和8421 BCD和修正标志101112131415161718190101001011011000110101110011111000010001100101001110000100011001

5、010011101001010110110101111100011001111111111116171819202122232425 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计和的范围为0到19，在09范围时，直接输出；在1019范围时，需要+6修正，所以需两片74283芯片。A4A3A2A1B4B3B2B1F4 F3 F2 F1FC4C0修正标志：F=C4+F2F4+F3F4A4A3A2A1B4B3B2B1F4 F3 F2 F1FC4C000000110修正标志 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规

6、模集成电路的逻辑设计二、数值比较器7485 AB，A=B为三个级联输入端，用于扩展比较数的位数：一片4位，两片8位，n片4n位。级联时高位7485的级联输入端分别连接低位7485的三个输出端，只用1片7485时，三个级联输入端应分别接001。A3B3A2B2A1B1A0B0ABABFABFA=B7485 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计三、译码器 译码器是将二进制代码翻译成十进制数字或字符的电路，如：数字仪表显示器、地址译码器、指令译码器等。译码器是n输入，2n输出的电路。常见有二-四译码器，三-八译码器，四-十六译码器等。以三、

7、八译码器（74138）为例。数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计74138三-八译码器Y7Y6Y5Y4 Y3 Y2 Y1Y0A2A1A0S3S2S1输出端使能控制端输入端 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计S1S2S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71 0 01 0 01 0 0 1 0 0 1 0 01 0 01 0 0 1 0 00 0 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0

8、1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1真值表：数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 Y0 =M0=m0 Y1 =M1=m1 Y3 =M3=m3 Y2 =M2=m2 Y4 =M4=m4 Y7 =M7=m7 Y6 =M6=m6 Y5 =M5=m5 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路

9、的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计应用举例1.地址译码器实例A7A0地址线（8条）256 内存单元01255地址译码器微处理器 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计2.用74183实现全减器 全减器：考虑低位向高位的借位的减法运算逻辑电路。AiBiGi-1Di Gi真值表：Ai Bi Gi-1Di Gi0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 10 0 1 1 1 1 0 1 Ai Bi Gi-1Di Gi1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 11 0 0 0 0 0 1 1 Di=m1+m2+m4+m7=m1 m2 m

10、4 m7Gi=m1+m2+m3+m7=m1 m2 m3 m7=Y1 Y2 Y3 Y7=Y1 Y2 Y4 Y7 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计电路图：A2A1A0Y7Y6Y5Y4 Y3 Y2 Y1Y0&。DiGi&。Ai BiGi-1S3S2S10 0 1 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计3.用74183实现四-十六译码器 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计ABCD Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7 Y0Y

11、1Y2Y3Y4Y5Y6Y70 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

12、1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

13、 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计分析：四输入，十六输出，需要用两片74138；00000111时，74138工作，10001111时，74138工作。Y7Y6Y5Y4 Y3 Y2 Y1Y0A2A1A0S3S2S1Y7Y6Y5Y4 Y3 Y2 Y1Y0A2A1A0S3S2S17413874138B C DA0100 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计四、多路选择器 多路选择器是多输入，单输出的组

14、合逻辑电路，其功能为从多个输入中选择一个传送到输出端口。常见有四路选择器四路选择器、八路选择器、十六路选择器等。数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计A1A0D3D2D1D0W选择控制端输出端输入端74153 W=A1A0D0+A1A0D1+A1A0D2+A1A0D3A1A0D0D1D2D3W0 0 0 1 1 0 1 1d0 d1 d2 d3d0 d1 d2 d3 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 多路选择器可实现任意一个n变量的逻辑函数，一般取其中的n-1个变量作为多路

15、选择器的选择信号，另外一个变量作为数据输入。举例 例1.用74153实现设A1=1，A0=B，Di=C 形式转换 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计练习：用74153实现F（A，B）=AB+ABA1A0D3D2D1D0W0110A BF 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计课前练习：用JK触发器设计一个十进制同步递增计数器。状态图：0000 0001 0010 0011 01001001 1000 0111 0110 0101 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规

16、模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计状态表：Q4Q3Q2Q1Q4n+1Q3n+1Q2n+1Q1n+10 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 d QnQn+1J K0 0 0 1 1 0 1 10 d 1 d d

17、 1 d 0激励表：画激励函数卡诺图 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计J4=Q3Q2Q1，K4=Q1，J3=K3=Q2Q1 J2=Q4Q1，K2=Q1，J1=K1=1 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计画电路图检测：由所设计电路图可得：Q4n+1=Q3Q2Q1Q4+Q1Q4Q3n+1=Q2Q1Q3+Q2Q1Q3Q2n+1=Q4Q2Q1+Q1Q2Q1n+1=Q10000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 10011010101

18、11101110011111110有自恢复能力 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计五、计数器 计数器是对输入脉冲信号进行计数的时序逻辑部件。分类：脉冲信号同步异步计数进制十进制二进制N进制计数方法可逆计数减法计数加法计数 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 四位二进制可逆计数器74193CrLD DCBACPUCPDQDQCQBQA1 0 0 0 0 00dcba d c b a01 1加1计数01 1 减1计数ABCDQAQBQCQDQCB QCC CrLDCPD CP

19、U74193Cr：清0；LD：预置控制，Cr=0的前提下，若LD=0，则使输出端为输入信号，LD=1时开始计数；D，C，B，A：数据输入端，用于设置计数初值；CPU，CPD：计数脉冲QDQCQBQA：计数值输出；QCC，QCB：进位、借位输出 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 计数过程：1100101110101111000010000001001000110100010101100111100111011110QCCQCB 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 举例：用

20、74193可实现任意模M计数器（M16）。例1.用74193设计模10加法计数器。0000100000010010001101000101011001111001 分析：利用74193的清0功能，当计数值由1001变到1010瞬间，计数值清0。1010 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计LDCPD CPU1 cpABCD1QCB QCC Cr74193QAQBQCQD&Q0Q1Q2Q30101 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 例2.用74193设计模12递减计数器。1

21、100101110101111110111101000011101100101010010010011 分析：在输出由0100变到0011的瞬间，输出值又回到1111（由预置功能实现）。数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计ABCDQAQBQCQDQCB QCC CrLDCPD CPU741931Q0Q1Q2Q3111101100 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 例3.用74193实现两位十进制递增计数器。A B C DQAQBQCQDQCB QCC CrLDCPD CP

22、U74193高A B C DQAQBQCQDQCB QCC CrLDCPD CPU74193低Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3&1111cp&数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 六、寄存器 寄存器是用于接收、存放、传送数据的电路。可用时序逻辑电路实现，也可用组合逻辑电路实现。分类：按功能分按传输方式串入-串出移位寄存器基本寄存器串入-并出并入-串出并入-并出 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 中规模集成四位双向移位寄存器74194Cr CP MB MA DR DL D0

23、 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q30 1 0 1 1 1 d0 d1 d2 d3 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 保 持 d0 d1 d2 d3 1 Q0n Q1nQ2n 0 Q0n Q1nQ2n Q1n Q2nQ3n 1 Q1n Q2nQ3n 0保 持D3D2D1D0Q3Q2Q1Q0DRMA MB cp Cr74194DLD0D1D2D3：并行数据输入端DR：右移控制DL：左移控制Q0Q1Q2Q3：数据输出11送数01右移10左移00保持MBMA：工作方式控制 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计

24、采用中大规模集成电路的逻辑设计 举例用74194构成模4环形计数器（初态1100）状态图1100011000111001 分析：当Q3=0时，相当于右移补0；Q3=1时，相当于右移补1。数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计D3D2D1D0Q3Q2Q1Q0DRMA MB CP Cr74194DL0011cp 1 开始时MBMA输入11，并行输入1100，然后将MBMA变为01，右移数据。1 10 1 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 七、只读存储器存储器RAMROM动态 D

25、RAM静态 SRAM掩膜 ROM可擦编程 EROM可编程 PROM 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 1.ROM结构不连通连通不可编程连通可编程 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计&11A0A1A2F0F1n位地址输入，m位数据输出，存储容量为存储容量：2nm位 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计A0A0A1A1A2A2F0F1与阵列或阵列 阵列逻辑图画法 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成

26、电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计例1.用ROM实现一个二进制数到格雷码的代码转换器B3B2B1B0G3G2G1G00000000100100011010001010110011100000001001100100110011101010100B3B2B1B0G3G2G1G01000100110101011110011011110111111001110111111011001101110101000 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路

27、的逻辑设计B3B3B2B2B1B1B0B00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 G0G1G2G3 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 例2.用ROM实现一个发生器,输入为四位二进制数（由计数器产生0-15）,输出为8421BCD码,串行地产生常数。数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计A3A2A1A0F3F2F1F000000001001000110100010101100111001100010100000101011001001001

28、1031415926A3A2A1A0F3F2F1F0100010011010101111001101111011110101001101011000100101111001001153589793 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计A3A3A2A2A1A1A0A00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 F3F2F1F0 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成

29、电路的逻辑设计八、可编程逻辑阵列PLA（Progamable Logic Array）与ROM 区别：与阵列和或阵列都可编程。所以输入为n变量时，与门一般2n。“输入数-与门数-输出数”数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计例1.用PLA实现F1（A，B，C）=AB+AC F2=m2+m5+m6化简F2=ABC共3个与项，所以用3个与门AABBCCF1F2 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计九、显示器CRT 阴极射线管LED 发光二极管LCD 液晶常用的LED为七段数码显示器

30、，由7个发光二极管组成。ag+5vafgedcbabcde f g 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计例.设计一个LED专用译码器。首先确定译码器输入与输出的个数。A3A2A1A0abcdefg0000000100100011010001010110011111111100110000110110111110010110011101101110111111110000A3A2A1A0abcdefg1000100110101011110011011110111111111111110011d 数数 字字 逻逻 辑辑第六章第六章 采用中大规模集成电路的逻辑设计采用中大规模集成电路的逻辑设计用卡诺图法化简可得a、b、c、d、e、f、g的最简表达式。LED专用译码器集成芯片74477447abcdefgA3A2A1A0abcdefg