7组合逻辑电路的分析与设计.ppt

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1、数数 字字 电电 子子 技技 术术知识目标：知识目标：1、熟练掌握组合逻辑电路的分析与设计方法；、熟练掌握组合逻辑电路的分析与设计方法；2、掌握常用的组合逻辑电路功能及种类；、掌握常用的组合逻辑电路功能及种类；3、熟练掌握集成数据选择器的功能及应用。、熟练掌握集成数据选择器的功能及应用。数据选择器数据选择器74LS151的功能及应用的功能及应用数据选择器数据选择器74LS151的应用的应用第第7 7讲讲教学目标教学目标教学重点教学重点教学难点教学难点能力目标：能力目标：1、能分析和设计组合逻辑电路；、能分析和设计组合逻辑电路；2、会用、会用74LS151实现三人表决器的功能。实现三人表决器的功

2、能。数数 字字 电电 子子 技技 术术一、组合逻辑电路概述；一、组合逻辑电路概述；一、组合逻辑电路概述；一、组合逻辑电路概述；二、组合逻辑电路的分析；二、组合逻辑电路的分析；二、组合逻辑电路的分析；二、组合逻辑电路的分析；三、组合逻辑电路的设计；三、组合逻辑电路的设计；三、组合逻辑电路的设计；三、组合逻辑电路的设计；四、集成数据选择器四、集成数据选择器四、集成数据选择器四、集成数据选择器74LS15174LS151的功能及应用。的功能及应用。的功能及应用。的功能及应用。数数 字字 电电 子子 技技 术术首先分析电路的功能，然后重新进行电路的优化设计思考讨论：思考讨论：思考讨论：思考讨论：现有一

3、个逻辑电路如何对其进行优化？现有一个逻辑电路如何对其进行优化？如何设计一个具有实际功能的逻辑电路？如何设计一个具有实际功能的逻辑电路？数数 字字 电电 子子 技技 术术 组合逻辑电路：组合逻辑电路：任何时刻输出信号的稳态值任何时刻输出信号的稳态值,仅取决于该时刻各仅取决于该时刻各 输入信号的取值组合的电路。输入信号的取值组合的电路。时序逻辑电路：时序逻辑电路：任何时刻输出信号的稳态值任何时刻输出信号的稳态值,不仅取决于该时刻不仅取决于该时刻 各输入信号的取值组合，而且还与输出以前所各输入信号的取值组合，而且还与输出以前所 处状态有关的电路处状态有关的电路.逻辑电路根据逻辑功能的不同特点可分为：

4、逻辑电路根据逻辑功能的不同特点可分为：1 1 1 1、逻辑电路的分类、逻辑电路的分类、逻辑电路的分类、逻辑电路的分类 2 2 2 2、常用的组合逻辑电路、常用的组合逻辑电路、常用的组合逻辑电路、常用的组合逻辑电路 常用的逻辑电路有：常用的逻辑电路有：编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、加法器、比较器等。加法器、比较器等。数数 字字 电电 子子 技技 术术型号名称主要功能74LS14710线-4线优先编码器74LS1488线-3线优先编码器74LS1498线-8线优先编码器74LS424线-10线译码器BCD输入74LS1544线-16线译码器74LS

5、46七段显示译码器BCD输入、开路输出74LS47七段显示译码器BCD输入、开路输出74LS48七段显示译码器BCD输入、带上拉电阻74LS49七段显示译码器BCD输入、OC输出74LS15016选1数据选择器反码输出74LS1518选1数据选择器原、反码输出74LS153双4选1数据选择器74LS2518选1数据选择器原、反码输出，三态74LS854位数值比较器74LS8668位数值比较器数数 字字 电电 子子 技技 术术型号型号名称名称主要功能主要功能CC4014710线-4线优先编码器BCD输出CC45328线-3线优先编码器CC4555双2线-4线译码器CC45144线-16线译码器有

6、地址锁存CC4511七段显示译码器锁存输出、BCD输入CC4055七段显示译码器BCD输入、驱动液晶显示器CC4056七段显示译码器BCD输入、有选通、锁存CC4519四2选1数据选择器CC45128路数据选择器CC40634位数值比较器数数 字字 电电 子子 技技 术术3 3 3 3、组合逻辑电路的竞争与冒险、组合逻辑电路的竞争与冒险、组合逻辑电路的竞争与冒险、组合逻辑电路的竞争与冒险（1 1 1 1）组合逻辑电路的竞争）组合逻辑电路的竞争）组合逻辑电路的竞争）组合逻辑电路的竞争 同一个门的一组输入信号，由于它们在此前通过不同一个门的一组输入信号，由于它们在此前通过不同数目的门，经过不同长度

7、导线的传输，到达门输入端同数目的门，经过不同长度导线的传输，到达门输入端的时间会有先有后，这种现象称为竞争。的时间会有先有后，这种现象称为竞争。（2 2 2 2）组合逻辑电路的冒险）组合逻辑电路的冒险）组合逻辑电路的冒险）组合逻辑电路的冒险 逻辑门因输入端的竞争而导致输出产生不应有的逻辑门因输入端的竞争而导致输出产生不应有的尖峰干扰脉冲的现象，称为冒险。尖峰干扰脉冲的现象，称为冒险。数数 字字 电电 子子 技技 术术（3 3 3 3）冒险现象的判别）冒险现象的判别）冒险现象的判别）冒险现象的判别 在组合逻辑电路中，是否存在冒险现象，可通过逻辑函数来判在组合逻辑电路中，是否存在冒险现象，可通过逻

8、辑函数来判别。如果根据逻辑电路写出的逻辑函数在一定条件下可简化成下列别。如果根据逻辑电路写出的逻辑函数在一定条件下可简化成下列两种形式之一时，则该电路存在冒险现象。两种形式之一时，则该电路存在冒险现象。（4 4 4 4）消除冒险现象的方法）消除冒险现象的方法）消除冒险现象的方法）消除冒险现象的方法 加封锁脉冲；加封锁脉冲；（输入信号转换前到来，转换结束后消失）（输入信号转换前到来，转换结束后消失）加选通脉冲；加选通脉冲；（只有在输入信号转换完成并稳定后，才引入（只有在输入信号转换完成并稳定后，才引入 选通脉冲将它打开，此时才允许有输出。）选通脉冲将它打开，此时才允许有输出。）接入滤波电容；接入

9、滤波电容；（在可能此时尖峰干扰脉冲的门电路输出端与（在可能此时尖峰干扰脉冲的门电路输出端与 地之间接入一个几十皮法的电容）地之间接入一个几十皮法的电容）修改逻辑设计修改逻辑设计（加冗余项）（加冗余项）。数数 字字 电电 子子 技技 术术分析组合逻辑电路的目的：分析组合逻辑电路的目的：分析组合逻辑电路的目的：分析组合逻辑电路的目的：一是根据给定的逻辑电路图，确定电路的逻辑功能；一是根据给定的逻辑电路图，确定电路的逻辑功能；二是根据分析结果对电路进行优化。二是根据分析结果对电路进行优化。1 1 1 1、适用于简单逻辑电路的分析步骤：、适用于简单逻辑电路的分析步骤：、适用于简单逻辑电路的分析步骤：、

10、适用于简单逻辑电路的分析步骤：写出逻辑函数表达式；写出逻辑函数表达式；简化逻辑函数或者列真值表；简化逻辑函数或者列真值表；描述电路逻辑功能。描述电路逻辑功能。2 2 2 2、适用、适用、适用、适用较复杂或无法得到逻辑图的电路的分析步骤：较复杂或无法得到逻辑图的电路的分析步骤：较复杂或无法得到逻辑图的电路的分析步骤：较复杂或无法得到逻辑图的电路的分析步骤：搭接实验电路；搭接实验电路；测试输出与输入变量各种变化组合之间的电平关系，并列出测试输出与输入变量各种变化组合之间的电平关系，并列出真值表；真值表；描述电路逻辑功能描述电路逻辑功能数数 字字 电电 子子 技技 术术3 3、组合逻辑电路分析实例、

11、组合逻辑电路分析实例、组合逻辑电路分析实例、组合逻辑电路分析实例例例1 1：分析下图所示电路的逻辑功能。分析下图所示电路的逻辑功能。根据逻辑电路图写出逻辑函数表达式，并化简；根据逻辑电路图写出逻辑函数表达式，并化简；解：解：解：解：数数 字字 电电 子子 技技 术术函数表达式：函数表达式：化简化简：由表达式求出真值表由表达式求出真值表 ；数数 字字 电电 子子 技技 术术 当当a、b、c、d中中有有奇奇数数个个1时时，G为为1；有有偶偶数数个个1时，时，G为为0。这这是是一一个个偶偶校校验验位位产产生生电电路路,a、b、c、d、G组组成偶校验码。成偶校验码。由真值表分析电路功能由真值表分析电路

12、功能 ；原电路由于与非门太原电路由于与非门太多，电路复杂，根据简化式多，电路复杂，根据简化式可重新设计电路，如下图所可重新设计电路，如下图所示：示：输输 入入输输 出出输输 入入输输 出出a b c dGa b c dG0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 1011010011 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 110010110真值表真值表数数 字字 电电 子子 技技 术术例例2 2：分析下图所示电路的逻辑功能。分析下图所示电路的逻辑功能。数数 字字

13、 电电 子子 技技 术术（1 1）写出函数表达式）写出函数表达式解解：输输 入入输输 出出使能端使能端地地 址址输输 入入 数数 据据YEN A2 A1 A0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7100000000 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 0 1 1 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D70D0D1D2D3D4D5D6D7(2)(2)由表达式求出真值表由表达式求出真值表数数 字字 电电 子子 技技 术术EN是是使能端，对数据通行进行控制。当使能端，对数据通行进行控制。当EN=1时，数据不输出。时，数据不输出。(3)(3)逻辑功能

14、分析逻辑功能分析当当EN=0时，根据不同的地址码时，根据不同的地址码A2A1A0选通相应的通道，对应通选通相应的通道，对应通 道的数据送到输出端，且仅选通一个通道。道的数据送到输出端，且仅选通一个通道。该电路是一个多路数据选择器（也称为数据选择器）。实现的该电路是一个多路数据选择器（也称为数据选择器）。实现的功能是从多个输入信号中选择一个信号输出。若一组功能是从多个输入信号中选择一个信号输出。若一组8 8位的数字信位的数字信号同时送入输入端，地址号号同时送入输入端，地址号A0A2A0A2从从000111000111连续变化则可实现将连续变化则可实现将8 8位数字信号分时传送到输出端位数字信号分

15、时传送到输出端Y Y，实现了将并行输入转换为串行输实现了将并行输入转换为串行输出。与之相对应的集成电路出。与之相对应的集成电路74LS15174LS151（8 8路数据选择器）。路数据选择器）。数数 字字 电电 子子 技技 术术数数 字字 电电 子子 技技 术术分析分析列真值表列真值表逻辑式化简逻辑式化简绘逻辑图绘逻辑图1 1、组合逻辑电路设计的步骤、组合逻辑电路设计的步骤、组合逻辑电路设计的步骤、组合逻辑电路设计的步骤数数 字字 电电 子子 技技 术术例例1：某某设设备备有有开开关关A、B、C，要要求求：只只有有开开关关A接接通通的的条条件件下下，开开关关B才才能能接接通通；开开关关C只只有

16、有在在开开关关B 接接通通的的条条件件下下才才能能接接通通。违违反反这这一一规规程程，则则发发出出报报警警信信号号。设设计计一一个个由由与与非非门门组组成成的的能能实实现现这这一一功功能能的的报报警警控制电路。控制电路。该报警电路的输入变量是三个开关该报警电路的输入变量是三个开关A、B、C 的状态，设开的状态，设开关接通为关接通为1，开关断开为，开关断开为0；电路的输出报警信号为；电路的输出报警信号为F，F 为为1表示表示报警，报警，F 为为0表示不报警。表示不报警。（1 1）根据题意）根据题意,设定输入输出变量并赋值设定输入输出变量并赋值2 2、设计实例、设计实例、设计实例、设计实例解解解解

17、：数数 字字 电电 子子 技技 术术A B CF 0 0 0 0 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 101110100（2 2）列真值表）列真值表（3）由真值表写出输出函数式）由真值表写出输出函数式数数 字字 电电 子子 技技 术术（5）画逻辑图）画逻辑图卡诺图卡诺图（4）化简函数式：）化简函数式：数数 字字 电电 子子 技技 术术例例2：设计一个一位二进制数的全加器。：设计一个一位二进制数的全加器。知识点拨：知识点拨：半半加加器器是是是是指指指指只只只只考考考考虑虑虑虑两两个个一一位位二二进进制制数数相相加加，而而不不考考虑虑相相邻邻低低位来的进位数的运算电路。

18、位来的进位数的运算电路。全全加加器器是是指指不不仅仅要要考考虑虑本本位位的的加加数数与与被被加加数数，还还要要考考虑虑低低位位来的进位数的运算电路。来的进位数的运算电路。假假设设：Ai：全全加加器器的的加加数数、Bi：全全加加器器的的被被加加数数、Ci-1：低低位位的的进进位位信信号号、Si：输输出出本本位位、Ci：向向高高位位的的进进位位信信号号，可可得得真真值值表如下。表如下。解解：（1 1）根据题意）根据题意,设定输入输出变量并赋值设定输入输出变量并赋值数数 字字 电电 子子 技技 术术输输 入入输输 出出Ai Bi Ci-1Si Ci0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01

19、 0 11 1 01 1 1 0 0 1 0 10 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1（3）写出输出函数式）写出输出函数式（2）列真值表）列真值表数数 字字 电电 子子 技技 术术（4）化简函数式）化简函数式（5 5）画逻辑图）画逻辑图1位全加器的逻辑符号位全加器的逻辑符号数数 字字 电电 子子 技技 术术例例3：设计比较器：设计比较器设计要求：设计要求：设计一个一位二进制数码比较器，比较两个一位二进制数设计一个一位二进制数码比较器，比较两个一位二进制数A、B的大小。的大小。知识点拨：知识点拨：数值比较器：能够比较数字大小的电路。数值比较器：能够比较数字大小的电路。两个一位数两个一位数A和

20、和B相比较的情况：相比较的情况：(1)AB：只有当：只有当A=1、B=0时，时，AB才为真；才为真；(2)AB：只有当：只有当A=0、B=1时，时，AB才为真；才为真；(3)A=B：只有当：只有当A=B=0或或A=B=1时，时，A=B才为真。才为真。数数 字字 电电 子子 技技 术术 设设Ai、Bi 为两个比较的一位二进制数，为两个比较的一位二进制数，Xi、Yi、Zi为为1时，分时，分别表示别表示AiBi、AiBi、Ai=Bi三种比较结果。三种比较结果。解解：（1 1）根据题意）根据题意,设定输入输出变量并赋值设定输入输出变量并赋值（2）列真值表）列真值表输输 入入输输 出出AiBiXiYiZ

21、i00110101001001001001数数 字字 电电 子子 技技 术术（3）写出输出函数式）写出输出函数式（4）画）画1位二进制比较器的逻辑图位二进制比较器的逻辑图数数 字字 电电 子子 技技 术术思考讨论：思考讨论：思考讨论：思考讨论：多个信息传输时应选择哪个传输？生活中常有多部电话打入、打出，电机启动有先有后，信息传输有急有缓根据要求切换相应的信息通道传输相关信息数据选择器数数 字字 电电 子子 技技 术术在多路数据传送过程中，能够根据需要将其中任意一路数据挑选出来的电路，叫做数据选择器，也称为多路选择器,其作用相当于多路开关。常见的数据选择器有四选一、八选一、十六选一电路。数数 字

22、字 电电 子子 技技 术术以四选一数据选择器为例。以四选一数据选择器为例。(1)(1)四选一数据选择器的逻辑电路图四选一数据选择器的逻辑电路图四选一数据选择器电路1 1、数据选择器的工作原理、数据选择器的工作原理、数据选择器的工作原理、数据选择器的工作原理地址输入端控制输入端数据输入端输出端数数 字字 电电 子子 技技 术术(3)(3)四选一数据选择器的功能表四选一数据选择器的功能表输入输出S A1 A0Y0 01 0 0D01 0 1D11 1 0D21 1 1D3(2)(2)四选一数据选择器的输出表达式四选一数据选择器的输出表达式数数 字字 电电 子子 技技 术术2 2、八选一数据选择器、

23、八选一数据选择器、八选一数据选择器、八选一数据选择器74LS15174LS151及其应用及其应用及其应用及其应用三个地址输入端A2、A1、A0，八个数据输入端D0D7，两个互补输出的数据输出端Y和Y，一个控制输入端S。74LS151的逻辑符号 数数 字字 电电 子子 技技 术术74LS15174LS151的功能表的功能表 禁止状态 工作状态 数数 字字 电电 子子 技技 术术用两片八选一数据选择器74LS151，可以构成十六选一数据选择器。试回忆用两片38线译码器74LS138实现416线译码器的方法。利用使能端（控制端）。（1 1）功能扩展）功能扩展）功能扩展）功能扩展数数 字字 电电 子子

24、 技技 术术用74LS151构成十六选一数据选择器 扩展位接控制端A3=1时，片禁止，片工作A3=0时，片工作，片禁止输出需适当处理（该例接或门）数数 字字 电电 子子 技技 术术（2 2 2 2）实现组合逻辑函数）实现组合逻辑函数）实现组合逻辑函数）实现组合逻辑函数比较可知，表达式中都有最小项mi，利用数据选择器可以实现各种组合逻辑函数。组合逻辑函数8选14选1数数 字字 电电 子子 技技 术术例：试用八选一数据选择器实现 解：将A、B、C分别从A2、A1、A0输入，作为输入变量，把Y端作为输出F。因为逻辑表达式中的各乘积项均为最小项，所以可以改写为根据八选一数据选择器的功能，令数数 字字

25、电电 子子 技技 术术具体电路如下：D0=D3=D5=D7=1D1=D2=D4=D6=0S0数数 字字 电电 子子 技技 术术A B CF0 0 010 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 001 1 11真值表对照法注意变量高低位顺序！数数 字字 电电 子子 技技 术术（3 3 3 3）试用）试用）试用）试用74LS15174LS15174LS15174LS151实现三人表决器。实现三人表决器。实现三人表决器。实现三人表决器。A B CF0 0 000 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 011 1 11解：假设三变量为A、B、C，表决

26、结果为F，则真值表如下。数数 字字 电电 子子 技技 术术在八选一电路中，将A、B、C从A2、A1、A0输入，令D3=D5=D6=D7=1D0=D1=D2=D4=0S0FY则可实现三变量多数表决电路，具体电路图请读者自行画出。则则数数 字字 电电 子子 技技 术术思考：若用8选1实现4变量的函数，或者用4选1实现3变量的函数，即地址输入端的个数比变量个数小1，如何实现？如：A B CF0 0 010 0 100 1 000 1 111 0 001 0 111 1 001 1 11输入输出S A1 A0Y0 01 0 0D01 0 1D11 1 0D21 1 1D3数数 字字 电电 子子 技技

27、术术学完本节内容后需要掌握以下内容：学完本节内容后需要掌握以下内容：学完本节内容后需要掌握以下内容：学完本节内容后需要掌握以下内容：一、一、数据选择器数据选择器数据选择器数据选择器 数据选择器的定义、分类数据选择器的定义、分类数据选择器的定义、分类数据选择器的定义、分类二、二、二、二、集成数据选择器集成数据选择器集成数据选择器集成数据选择器74LS15174LS151的功能及应用；的功能及应用；的功能及应用；的功能及应用；三、组合逻辑电路的分析方法和设计方法。三、组合逻辑电路的分析方法和设计方法。三、组合逻辑电路的分析方法和设计方法。三、组合逻辑电路的分析方法和设计方法。数数 字字 电电 子子 技技 术术课外作业：课外作业：课外作业：课外作业：试用门电路设计一个四路路灯控制器。试用门电路设计一个四路路灯控制器。