(精品)ch12门电路和组合逻辑电路.ppt
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1、第第1212章章 逻辑门逻辑门 和组合逻辑电路和组合逻辑电路12.1 12.1 逻辑门电路逻辑门电路12.3 12.3 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计12.4 12.4 常用中规模组合逻辑功能器件常用中规模组合逻辑功能器件 由电子电路实现逻辑运算时,它的输入和输出由电子电路实现逻辑运算时,它的输入和输出由电子电路实现逻辑运算时,它的输入和输出由电子电路实现逻辑运算时,它的输入和输出信号都是用电位(或称电平)的高低表示的。高电信号都是用电位(或称电平)的高低表示的。高电信号都是用电位(或称电平)的高低表示的。高电信号都是用电位(或称电平)的高低表示的。高电平和低电平都不是一个固
2、定的数值,而是有一定的平和低电平都不是一个固定的数值,而是有一定的平和低电平都不是一个固定的数值,而是有一定的平和低电平都不是一个固定的数值,而是有一定的变化范围。变化范围。变化范围。变化范围。门电路是用以实现逻辑关系的电子电路,与门电路是用以实现逻辑关系的电子电路,与门电路是用以实现逻辑关系的电子电路,与门电路是用以实现逻辑关系的电子电路,与前面所讲过的基本逻辑关系相对应。前面所讲过的基本逻辑关系相对应。前面所讲过的基本逻辑关系相对应。前面所讲过的基本逻辑关系相对应。门电路主要有:与门、或门、非门、与非门、门电路主要有:与门、或门、非门、与非门、门电路主要有:与门、或门、非门、与非门、门电路
3、主要有:与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。或非门、异或门等。或非门、异或门等。或非门、异或门等。12.1.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路12.112.1 基本门电路基本门电路基本门电路基本门电路 电平的高低电平的高低一般用一般用“1”和和“0”两种两种状态区别,若状态区别,若规定规定高电平为高电平为“1”,低电,低电平为平为“0”则则称为称为正逻辑正逻辑。反之则称为反之则称为负负逻辑逻辑。若无特。若无特殊说明,均采殊说明,均采用正逻辑。用正逻辑。100VUCC高电平高电平低电平低电平1.与与 门电路门电路 (1)(1)电路电路电路电路(2)(2)工作原理工作原理工作原理工作原理输入
4、输入A、B、C全为高电平全为高电平“1”,输出输出 Y 为为“1”。输入输入A、B、C不全为不全为“1”,输出输出 Y 为为“0”。0V0V0V0V0V3V+U 12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC“与与与与”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表0V3V1.与与 门电路门电路(3)(3)逻辑关系:逻辑关系:逻辑关系:逻辑关系:“与与与与”逻辑逻辑即:有即:有“0”出出“0”,全全“1”出出“1”Y=A B C逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑符号:逻辑符号:逻辑符号:逻辑符号:&ABY
5、C00000010101011001000011001001111ABYC“与与与与”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表2.或门电路或门电路 (1)(1)电路电路电路电路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或或或或”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表3V3V-U 12VRDADCABYDBC(2)(2)工作原理工作原理工作原理工作原理输入输入A、B、C全为低电平全为低电平“0”,输出输出 Y 为为“0”。输入输入A、B、C有一个为有一个为“1”,输出输出 Y 为为“1”。2.或门电路或门电
6、路(3)逻辑关系逻辑关系:“或或或或”逻辑逻辑即:有即:有“1”出出“1”,全全“0”出出“0”Y=A+B+C逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑符号:逻辑符号:逻辑符号:逻辑符号:ABYC 100000011101111011001011101011111ABYC“或或或或”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表3.非门电路非门电路+UCC-UBBARKRBRCYT 1 0截止截止截止截止饱和饱和(2)逻辑表达式:逻辑表达式:Y=A“0”10“1”(1)(1)电路电路电路电路“0”“1”AY“非非非非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表逻辑符号逻辑符号
7、1AY1.1.与非门与非门与非门与非门有有“0”出出“1”,全,全“1”出出“0”“与与与与”门门门门&ABCY&ABC“与非与非与非与非”门门门门00010011101111011001011101011110ABYC“与非与非与非与非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表Y=A B C逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:1Y“非非非非”门门门门12.1.2 复合门复合门2.2.或非门或非门或非门或非门Y1ABC“或非或非或非或非”门门门门1Y12.1.2 复合门复合门“或或或或”门门门门ABC 1有有“1”出出“0”,全,全“0”出出“1”0001001010101
8、1001000011001001110ABYC“或非或非或非或非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表Y=A+B+C逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:例:根据输入波形画出输出波形例:根据输入波形画出输出波形例:根据输入波形画出输出波形例:根据输入波形画出输出波形ABY1有有“0”出出“0”,全全“1”出出“1”有有“1”出出“1”,全全“0”出出“0”&ABY1 1ABY2Y2ABC&1&D1Y3.3.与或非门电路与或非门电路与或非门电路与或非门电路12.1.2 复合门复合门Y=A.B+C.D逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:1&YABCD逻辑符号逻辑符
9、号例:例:例:例:用用用用“与非与非与非与非”门构成基本门电路门构成基本门电路门构成基本门电路门构成基本门电路(2)应用应用“与非与非”门构成门构成“或或”门电路门电路(1)应用应用“与非与非”门构成门构成“与与”门电路门电路AY&B&BAY&由逻辑代数运算法则:由逻辑代数运算法则:由逻辑代数运算法则:由逻辑代数运算法则:&YA(3)(3)应用应用应用应用“与非与非与非与非”门构成门构成门构成门构成“非非非非”门电路门电路门电路门电路(4)(4)用用用用“与非与非与非与非”门构成门构成门构成门构成“或非或非或非或非”门门门门YBA&由逻辑代数运算法则:由逻辑代数运算法则:TTL门电路是双极型集
10、成电路,与分立门电路是双极型集成电路,与分立元件相比,元件相比,具有速度快、可靠性高和微型具有速度快、可靠性高和微型化等优点化等优点,目前分立元件电路已被集成电,目前分立元件电路已被集成电路替代。路替代。12.1.3 集成逻辑门集成逻辑门有有有有“0”0”出出出出“1”1”全全全全“1”1”出出出出“0”0”“与非与非”逻辑关系逻辑关系00010011101111011001011101011110ABYC“与非与非与非与非”门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表门逻辑状态表Y=A B C逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:逻辑表达式:Y&ABC“与非与非与非与非”门门门门12.1.3 集成逻辑
11、门集成逻辑门74LS00、74LS20管脚排列示意图管脚排列示意图&1211109814133456712&UCC4B 4A 4Y3B 3A3Y1B1A1Y2B2A2Y GND(a)74LS001211109814133456712&UCC2D 3C 2BNC 2A2Y1B1ANC1D1C1Y GND74LS20(b)12.6 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 组合逻辑电路:组合逻辑电路:组合逻辑电路:组合逻辑电路:任何时刻电路的输出状态只任何时刻电路的输出状态只任何时刻电路的输出状态只任何时刻电路的输出状态只取决于该时刻的输入状态,而与该时刻以前的电取决于该时刻的输入状态,而
12、与该时刻以前的电取决于该时刻的输入状态,而与该时刻以前的电取决于该时刻的输入状态,而与该时刻以前的电路状态无关。路状态无关。路状态无关。路状态无关。组合逻辑电路框图组合逻辑电路框图组合逻辑电路框图组合逻辑电路框图X X1 1X Xn nX X2 2Y Y2 2Y Y1 1Y Yn n.组合逻辑电路组合逻辑电路组合逻辑电路组合逻辑电路输入输入输入输入输出输出输出输出12.2.1 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析 (1)(1)由逻辑图写出输出端的逻辑表达式由逻辑图写出输出端的逻辑表达式由逻辑图写出输出端的逻辑表达式由逻辑图写出输出端的逻辑表达式(2)(2)运用逻辑代数化简或变换运用逻辑代数化简
13、或变换运用逻辑代数化简或变换运用逻辑代数化简或变换(3)(3)列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表(4)(4)分析逻辑功能分析逻辑功能分析逻辑功能分析逻辑功能已知逻辑电路已知逻辑电路确定确定逻辑功能逻辑功能分析步骤:分析步骤:例例例例 1 1:分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能 (1)(1)写出逻辑表达式写出逻辑表达式写出逻辑表达式写出逻辑表达式Y=Y2 Y3=A AB B AB.A B.A B.A.A BBY1AB&YY3Y2(2)(2)应用逻辑代数化应用逻辑代数化应用逻辑代数化应用逻辑代数化简简简简Y=A AB B AB.=A AB+B A
14、B.=AB+AB反演律反演律 =A (A+B)+B (A+B).反演律反演律 =A AB+B AB.(3)(3)列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表Y=AB+AB=A B逻辑式逻辑式逻辑式逻辑式 (4)(4)分析逻辑功能分析逻辑功能分析逻辑功能分析逻辑功能 输入输入输入输入相同相同相同相同输出为输出为输出为输出为“0”0”,输入输入输入输入相异相异相异相异输出为输出为输出为输出为“1”1”,称为称为称为称为“异或异或异或异或”逻辑逻辑逻辑逻辑关系。这种电路称关系。这种电路称关系。这种电路称关系。这种电路称“异或异或异或异或”门。门。门。门。=1=1A AB BY Y逻辑符号逻辑符号
15、逻辑符号逻辑符号ABY001 100111001(1)(1)写出逻辑式写出逻辑式写出逻辑式写出逻辑式例例例例 2 2:分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能A B.Y=AB AB .AB化简化简化简化简AB=AB+AB&1 11 1BAY&(2)(2)列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表Y=AB+AB(3)(3)分析逻辑功能分析逻辑功能分析逻辑功能分析逻辑功能 输入输入输入输入相同相同相同相同输出为输出为输出为输出为“1”,1”,输入相异输出为输入相异输出为输入相异输出为输入相异输出为“0”,0”,称为称为称为称为“判一致电路判一致电路判一致电路判
16、一致电路”(“同或门同或门同或门同或门”),可用可用可用可用于判断各输入端的状态是否相同。于判断各输入端的状态是否相同。于判断各输入端的状态是否相同。于判断各输入端的状态是否相同。=A B逻辑式逻辑式逻辑式逻辑式=1ABY逻辑符号逻辑符号=A BABY001 100100111例例例例3 3:分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能Y&1BA&C101AA写出逻辑式:写出逻辑式:写出逻辑式:写出逻辑式:=AC+BCY=AC BC 设:设:C=1封锁封锁打开打开选通选通A信号信号B BY&1BA&C001设:设:C=0封锁封锁封锁封锁选通选通B信号信号打开打开打开
17、打开例例例例 3 3:分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能分析下图的逻辑功能B写出逻辑式:写出逻辑式:写出逻辑式:写出逻辑式:=AC+BCY=AC BC12.2.2 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计根据逻辑功能要求根据逻辑功能要求逻辑电路逻辑电路设计设计设计设计(1)由逻辑要求,列出逻辑状态表由逻辑要求,列出逻辑状态表(2)由逻辑状态表写出逻辑表达式由逻辑状态表写出逻辑表达式(3)简化和变换逻辑表达式简化和变换逻辑表达式(4)画出逻辑图画出逻辑图设计步骤如下:设计步骤如下:例例例例1 1:设计一个三人设计一个三人设计一个三人设计一个三人(A(A、B B、C)C)表决电路表
18、决电路表决电路表决电路。每人有每人有每人有每人有一按键,如果赞同,按键,表示一按键,如果赞同,按键,表示一按键,如果赞同,按键,表示一按键,如果赞同,按键,表示“1”1”;如不赞同,;如不赞同,;如不赞同,;如不赞同,不按键,表示不按键,表示不按键,表示不按键,表示“0”0”。表决结果用指示灯表示,多数。表决结果用指示灯表示,多数。表决结果用指示灯表示,多数。表决结果用指示灯表示,多数赞同,灯亮为赞同,灯亮为赞同,灯亮为赞同,灯亮为“1”1”,反之灯不亮为,反之灯不亮为,反之灯不亮为,反之灯不亮为“0”0”。(1)1)列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表 (2)(2)写出逻辑表达式
19、写出逻辑表达式写出逻辑表达式写出逻辑表达式取取取取 Y Y=“1”(=“1”(或或或或Y Y=“0”)=“0”)列逻辑式列逻辑式列逻辑式列逻辑式取取取取 Y Y=“1”=“1”对应于对应于对应于对应于Y Y=1=1,若输入变量为若输入变量为若输入变量为若输入变量为“1”1”,则取输入变量本身则取输入变量本身则取输入变量本身则取输入变量本身(如如如如 A A);若输入变量为若输入变量为若输入变量为若输入变量为“0 0”则取则取则取则取其反变量其反变量其反变量其反变量(如如如如 A A)。0 0 0 0 A A B B C Y Y0 0 1 00 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1
20、11 1 0 11 1 1 1(3)(3)用用用用“与非与非与非与非”门构成逻辑电门构成逻辑电门构成逻辑电门构成逻辑电路路路路在一种组合中,各输入变量之间是在一种组合中,各输入变量之间是在一种组合中,各输入变量之间是在一种组合中,各输入变量之间是“与与与与”关关关关系系系系各组合之间是各组合之间是各组合之间是各组合之间是“或或或或”关关关关系系系系 0 0 0 0 A A B B C Y Y0 0 1 00 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 1ABC00011110011111三人表决电路三人表决电路三人表决电路三人表决电路&ABCY&ABCC例例例
21、例2 2:设计一个三变量奇偶检验器。设计一个三变量奇偶检验器。设计一个三变量奇偶检验器。设计一个三变量奇偶检验器。要求要求要求要求:当输入变量当输入变量当输入变量当输入变量A A、B B、C C中有奇数个同时为中有奇数个同时为中有奇数个同时为中有奇数个同时为“1”1”时,输出为时,输出为时,输出为时,输出为“1”1”,否则为,否则为,否则为,否则为“0”0”。用。用。用。用“与非与非与非与非”门实现。门实现。门实现。门实现。(1)1)列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表列逻辑状态表 (2)(2)写出逻辑表达式写出逻辑表达式写出逻辑表达式写出逻辑表达式 0 0 0 0 A A B B C C Y
22、 Y0 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1(3)(3)用用用用“与非与非与非与非”门构成逻辑电门构成逻辑电门构成逻辑电门构成逻辑电路路路路A ABCBC00001 10 00101111110101 11 11 11 1解:解:(4)(4)逻辑图逻辑图逻辑图逻辑图YCBA01100111110&1010例例例例 3:3:某工厂有某工厂有某工厂有某工厂有A A、B B、C C三个车间和一个自备电三个车间和一个自备电三个车间和一个自备电三个车间和一个自备电站,站内有两台发电机站,站内有两台发电机站,站内有两台发电机站,站内有两台发电机G
23、G1 1和和和和G G2 2。G G1 1的容量是的容量是的容量是的容量是G G2 2的的的的两倍。如果一个车间开工,只需两倍。如果一个车间开工,只需两倍。如果一个车间开工,只需两倍。如果一个车间开工,只需G G2 2运行即可满足运行即可满足运行即可满足运行即可满足要求;如果两个车间开工,只需要求;如果两个车间开工,只需要求;如果两个车间开工,只需要求;如果两个车间开工,只需G G1 1运行,如果三运行,如果三运行,如果三运行,如果三个车间同时开工,则个车间同时开工,则个车间同时开工,则个车间同时开工,则G G1 1和和和和 G G2 2均需运行。试画出均需运行。试画出均需运行。试画出均需运行
24、。试画出控制控制控制控制G G1 1和和和和 G G2 2运行的逻辑图。运行的逻辑图。运行的逻辑图。运行的逻辑图。设:设:设:设:A A、B B、C C分别表示三个车间的开工状态:分别表示三个车间的开工状态:分别表示三个车间的开工状态:分别表示三个车间的开工状态:开工为开工为“1”,不开工为,不开工为“0”;G1和和 G2运行为运行为“1”,不运行为,不运行为“0”。(1)(1)根据逻辑要求列状态根据逻辑要求列状态根据逻辑要求列状态根据逻辑要求列状态表表表表 首先假设逻辑变量、逻辑函数取首先假设逻辑变量、逻辑函数取首先假设逻辑变量、逻辑函数取首先假设逻辑变量、逻辑函数取“0 0”、“1 1”的
25、含义的含义的含义的含义。逻辑要求:如果一个车逻辑要求:如果一个车逻辑要求:如果一个车逻辑要求:如果一个车间开工,只需间开工,只需间开工,只需间开工,只需G G2 2运行即可运行即可运行即可运行即可满足要求;如果两个车间满足要求;如果两个车间满足要求;如果两个车间满足要求;如果两个车间开工,只需开工,只需开工,只需开工,只需G G1 1运行,如果运行,如果运行,如果运行,如果三个车间同时开工,则三个车间同时开工,则三个车间同时开工,则三个车间同时开工,则G G1 1和和和和 G G2 2均需运行。均需运行。均需运行。均需运行。开工开工开工开工“1”不开工不开工不开工不开工“0”运行运行运行运行“
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