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1、本章学习目的及要求本章学习目的及要求本本章章要要求求理理理理解解解解组组合合逻逻辑辑电电路路的的基基本本概概念念;掌掌握握组组合合逻逻辑辑电电路路的的分分析析方方法法和和设设计计方方法法;理理解解全全加加器器、译译码码器器、编编码码器器、数数据据选选择择器器、数数据据比比较较器器等等基基本本组组合合逻逻辑辑部部件件的的概概念念和和功功能能。掌掌握握计计算算机机中中常常用用集成逻辑部件的功能和应用。集成逻辑部件的功能和应用。第1页/共57页数字电路就结构和工作原理而言,可分为:数字电路就结构和工作原理而言,可分为:组合逻辑电路组合逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路无记忆元件有记忆元件组合逻辑电路定
2、义:任意时刻的输出状态只决定于该时刻的输入状组合逻辑电路定义:任意时刻的输出状态只决定于该时刻的输入状态,而与从前的状态无关。态,而与从前的状态无关。6.1 组合逻辑电路组合逻辑电路第2页/共57页特点(1)电路主要由各种门电路组成。(2)电路输入变量组合一旦确定,输出状态便被唯一确定。(3)电路的输出状态不影响输入状态,电路的历史状态也不影响输出状态。(4)电路中不存在输出端到输入端的反馈通路。三输入表决器电路组合逻辑电路是指由各种门电路组合而成的逻辑电路。第3页/共57页组合组合逻辑逻辑电路电路X1X2X3:XnZ1Z2Z3:ZmZ1=f1(X1,X2,Xn)Z2=f2(X1,X2,Xn)
3、Zm=fm(X1,X2,Xn)它们之间的关系是:它们之间的关系是:第4页/共57页6.2 组合逻辑电路的基本分析方法组合逻辑电路的基本分析方法 根据逻辑图,写出逻辑函数的表达式,然后列出根据逻辑图,写出逻辑函数的表达式,然后列出真值表真值表,经,经卡诺图卡诺图化简变化简变换后,得知电路功能。这个过程就是组合逻辑电路的换后,得知电路功能。这个过程就是组合逻辑电路的分析分析。1、概 述分析的目的:是为了确定电路的的逻辑功能。分析的目的:是为了确定电路的的逻辑功能。第5页/共57页组合逻辑电路的分析是指根据给定的逻辑电路图确定其逻辑功能。组合逻辑电路的分析是指根据给定的逻辑电路图确定其逻辑功能。组合
4、电路的分析步骤一般如下:组合电路的分析步骤一般如下:1.根据逻辑电路图,由输入到输出逐级推导,得到输出端的逻辑函数表达式;根据逻辑电路图,由输入到输出逐级推导,得到输出端的逻辑函数表达式;2.进行化简,得到简化表达式;进行化简,得到简化表达式;3.列出真值表;列出真值表;4.从真值表概括出逻辑功能;从真值表概括出逻辑功能;化简化简得出结论(逻辑功能)。得出结论(逻辑功能)。逻辑电路图逻辑电路图写出逻辑表达式写出逻辑表达式分析方法:分析方法:第6页/共57页第7页/共57页同或逻辑功能第8页/共57页第9页/共57页S为异或逻辑,C为与逻辑。第10页/共57页第11页/共57页电路功能分析:数据
5、选择器第12页/共57页【解】(1)写表达式:(2)简化表达式:【例】试分析如图所示逻辑电路的逻辑功能 第13页/共57页(3)列出真值表(4)描述功能 从真值表可以看出,当输入A、B、C中有2个或3个为1时,输出F为1,否则输出F为0。所以这个电路实际上是一种3人表决用的组合电路:只要有2票或3票同意,表决就通过。第14页/共57页6.3 组合逻辑电路的基本设计方组合逻辑电路的基本设计方法法 组合逻辑电路的设计是指根据给定的逻辑要求,设计出满足功能且经济合理的逻组合逻辑电路的设计是指根据给定的逻辑要求,设计出满足功能且经济合理的逻辑电路。辑电路。组合电路的设计步骤一般如下:组合电路的设计步骤
6、一般如下:1.将文字描述的逻辑问题变换为真值表。通过对设计要求的仔细理解,明确哪将文字描述的逻辑问题变换为真值表。通过对设计要求的仔细理解,明确哪些是输入变量,哪些是输出变量以及它们之间的相互关系,然后列出真值表;些是输入变量,哪些是输出变量以及它们之间的相互关系,然后列出真值表;2.进行函数化简;进行函数化简;3.根据化简结果,选择合适门电路,画出逻辑电路图。根据化简结果,选择合适门电路,画出逻辑电路图。第15页/共57页组合逻辑电路的设计步骤组合逻辑电路的设计步骤 原则原则:最简(要求所用器件的种类和数量都尽可能最简(要求所用器件的种类和数量都尽可能 少,且器件之间的连线也最少少,且器件之
7、间的连线也最少)。根据题意列真值表根据题意列真值表逻辑式逻辑式化简化简卡诺图卡诺图化简化简画逻辑电路图画逻辑电路图写最简逻辑式写最简逻辑式第16页/共57页第17页/共57页第18页/共57页第19页/共57页第20页/共57页第21页/共57页 试用与非门和反相器设计一个优先排队电路。火车有特快、直快和慢车。它们进出站的优先次序是:特快、直快、慢车,同一时刻只能有一列车进出。解:解:例例 当特快A=1时,无论直快B,慢车C 为何值,LA=1,LB=LC=0;当直快B=1,且A=0 时,无论C为何值,LB=1,LA=LC=0;当慢车C=1,且A=B=0 时,LC=1,LA=LB=0。3)根据题
8、意,变换成与非形式)根据题意,变换成与非形式 ABC LA LB LC000 0 0 01 1 0 001 0 1 0001 0 0 1经过逻辑抽象,可列真值表:经过逻辑抽象,可列真值表:2)写出逻辑表达式。)写出逻辑表达式。1)由题意进行逻辑抽象。)由题意进行逻辑抽象。第22页/共57页 4)画出逻辑电路图。)画出逻辑电路图。A B C&1&LB 1 1 1 LC LA 第23页/共57页【例】用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有3个裁判,一个主裁判和两个副裁判。认为杠铃完全上举的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上裁判判明成功,并且其中有一个为主裁判时
9、,表明成功的灯才亮。【解】(1)列真值表:设主裁判为变量A,副裁判分别为变量B和C,认为杠铃完全上举,变量输入为1,否则为0;表示成功与否的灯为Y,灯亮为1,灯灭为0。根据逻辑要求真值表为 第24页/共57页(2)函数化简:将函数变换如下(3)画逻辑电路:第25页/共57页6.4 基本组合逻辑部件基本组合逻辑部件 6.4.1 加法器6.4.2 编码器6.4.3 译码器6.4.4 数据选择器6.4.5 数据比较器第26页/共57页6.4.1 加法器1半加器 半加是指只对两个一位二进制数进行加法的运算。它是一种只考虑两个加数本身,不考虑来自低位进位的加法运算。BiAiBABASiiiii=+=ii
10、iBAC=第27页/共57页半加器的逻辑电路图半加器符号第28页/共57页2全加器全加是指在进行加法运算时,不仅考虑加数和被加数,还考虑低位来的进位的一种运算。实现全加运算的电路称为全加器。第29页/共57页1111-+=iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBAS)()(1111-+=iiiiiiiiiiCBCBACBCBA)()(11-+=iiiiiiCBACBA1-=iiiCBA1111-+=iiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBACiiiiBACAB+=i-1 Ci-1第30页/共57页 全加器逻辑电路图 全加器符号第31页/共57页3多位加法器 实际生活中,我们经常
11、要进行的是多位数的加法,利用全加器可以构成多位二进制加法器。按照进位方式的不同,多位加法器可分为串行进位加法器和并行进位加法器。第32页/共57页(1)串行进位加法器串行进位加法器串行进位加法器的运算速度较低,随着位数的增加,其速度会越来越低。第33页/共57页6.4.2 编码器 编码是指将特定含义的输入信号转换成二进制代码的过程。实现编码操作的电路称为编码器。按照输入信号的不同特点和要求,有二进制编码器、二十进制编码器、优先编码器等。1二进制编码器 用n位二进制代码对N=2n个信号进行编码的电路叫做二进制编码器。以4-2线编码器为例,其示意框图如图所示,A0、A1、A2、A3代表四个需要被编
12、码的信号,F0、F1为其输出代码,根据编码器的逻辑功能要求,对每一信号进行编码,设高电平输入有效,则得到4-2线编码器功能表。A0A1A2A3编码电路F0F0F1F1编码器示意图第34页/共57页4线-2线编码器真值表输入端A0有效(高电平有效)时,输出结果为F1F0=00,当A1有效时,输出结果为F1F0=01,以此类推。第35页/共57页2优先编码器 上述编码器中,输入信号是相互排斥的,如果允许几个信号同时输入,但电路只对其中优先级别最高的信号进行编码,这样的电路叫做优先编码器。以10-4线优先编码器74LS147有I0 I9共十个输入信号,低电平有效,根据公式2nN=10,n=4,因此输
13、出取4位二进制码进行编码,设输出为Y3 Y0,I0 I9 中优先级别高的贝齿优先级别低的,I9 优先级别最高,I0 优先级别最低,当输入端有多个信号同时存在时,优先级别低的信号对输出无影响。第36页/共57页10-4线优先编码器74LS147真值表第37页/共57页第38页/共57页3集成编码器 集成编码器中最常用的是74148和74147编码器。74148是一种8-3线优先编码器,它有8个输入信号,3位输出信号,允许多个输入信号同时有效,但只对其中优先级别最高的有效输入信号编码,而对级别较低的不响应,常用于优先中断系统和键盘编码。74147为专门针对十进制数字进行编码的编码器。74148的逻
14、辑符号和引脚图如图 第39页/共57页74148的逻辑功能表如表 第40页/共57页【例】试用两片74148将8-3线优先编码器扩展成4-16线优先编码器。第41页/共57页 74147的逻辑功能是将0十个数字转换成它的8421BCD码的输出,其逻辑符号如图所示,功能表如表所示。74147芯片的使用中需注意的是,其能对0十个数字进行编码,但其输入信号只有9个,为1,对于输入信号0实际上为隐含输入,当1输入都无效时,输出编码为0的BCD编码输出。第42页/共57页6.4.3 译码器译码器译码是编码的逆过程。译码是将特定含义的二进制代码转换为对应的输出信号或另一种形式的代码。能实现译码功能的电路叫
15、做译码器。译码器通常有三种:地址译码器、二-十进制译码器和显示译码器。1地址译码器地址译码器是将n个地址码输入翻译成对应的2n个输出信号。最常见的是3-8线译码器74138,此外还有2-4线译码器74139,4-16线译码器74154等。第43页/共57页74138逻辑功能表第44页/共57页【解】首先将逻辑函数转换成标准与或式,并写成最小项的形式,然后将表达式中出现的最小项在译码器的输出端引出来相与非,就可以得到函数F。A B C 1 0 0第45页/共57页2二-十进制译码器二-十进制译码器的逻辑功能是将四位BCD码翻译成10个十进制数码,这种译码器有四个输入端,十个输出端。若译码结果为低
16、电平有效,则输入一组二进制代码,则相对应的输出端为0,其余输出端为1,故常又可称为4-10线译码器。7442的逻辑符号如图 第46页/共57页3.数字显示译码器在数字系统中,通常需要将某些数字、文字、符号直观地显示出来。数字显示电路通常由译码器、驱动电路和显示器组成。目前常用的显示器有发光二极管(LED管)、荧光数码管和液晶显示器(LCD管)等。我们以七段发光二极管为例,介绍显示电路的基本工作原理。七段发光二极管的形状示意图,它由七个发光二极管组合而成,分为共阴和共阳两种接法。第47页/共57页七段显示译码器的作用是将输入的二进制码转换为七段数码管的段码。常见的七段显示译码器有7447和744
17、8第48页/共57页6.4.4 数据选择器 数据选择器是指在一些选择信号的控制下,能够从多个通道的输入数据中选择一路作为输出信号的逻辑电路,又称多路选择器或多路开关,简称MUX。常见的数据选择器有四选一数据选择器74153,八选一数据选择器74151,十六选一数据选择器74150等。第49页/共57页1四选一数据选择器74153第50页/共57页2八选一数据选择器74151第51页/共57页3数据选择器的应用用数据选择器实现逻辑函数的方法通常有代数法和卡诺图法。【解(一)】代数法:第52页/共57页【解(二)】卡诺图法:第53页/共57页【解(一)】:用八选一数据选择器实现:CAABCBAF+=),()()(BBCACCAB+=+=)7,6,3,1(mABCCABBCACBA 第54页/共57页【解(二)】:用四选一数据选择器实现:第55页/共57页6.4.5 数据比较器 能对两个二进制数进行比较,判断其大小关系的数字逻辑电路称为数值比较器。1、1位数值比较器1位数值比较器真值表 第56页/共57页感谢您的观看!第57页/共57页
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