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第5章逻辑门与组合逻辑电路mm.ppt

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1、第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础5.1 基本逻辑门电路5.2 组合逻辑电路的分析与设计5.3 常用的组合逻辑电路器件第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础门电路是构成组合逻辑电路的基本单元，学习中注意理解各种基本逻辑门的工作原理和逻辑功能；熟悉组合逻辑电路的几种描述方法；掌握组合逻辑电路的分析步骤和方法；了解各类常用的中规模集成逻辑部件的功能、工作原理及应用。学习目的与要求第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础5.1 基本逻辑门电路

2、5.1.1 基本逻辑门数字电路中，门电路是最基本的逻辑单元，门电路原输入和输出之间的关系属于逻辑关系，因此又把门电路称为逻辑门。显然，逻辑门是一种开关电路。1.半导体二极管、晶体管和MOS管的开关特性半导体二极管最显著的特性是单向导电性，当二极管正向偏置时，相当一个闭合的开关，信号可以通过；当二极管反向偏置时，相当一个打开的开关，信号不能通过。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（1）二极管的开关特性利用二极管“正向导通、反向阻断”的单向导电性，在数字电路中常用做电子开关使用。电子开关的“通”态用数字“1 1”表示，“断”态用数字“0 0”

3、表示。显然，电子开关的通、断状态在数字电路中属于二值的逻辑变量。1）正向特性当电路的输入电压为低电平，且VCC-ui大于二极管的导通压降UT时，二极管正向导通。由于二极管导通时正向电阻很小，因此正向电流急剧增长，此时的VD相当于具有压降UT的闭合电子开关。二极管开关电路第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（2）反向特性当二极管开关电路的输入电压为高电平，即VCC-uiUT时，二极管反向偏置呈截止状态。截止状态下二极管呈现很大的电阻，电流基本不能通过约等于0，此时二极管相当一个断开的电子开关。二极管开关电路工程实际中，通常在二极管开关电路中串

4、接一只限电阻R，以防止电流突然增大时造成二极管烧坏。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础理想二极管的开关特性ASK理想开关IOFF=0UAK+-理想开关断开时，无论UAK在多大范围内变化，其等效电ROFF=，通过理想开关S的电流IOFF=0。理想开关闭合时，无论流通其中的电流在多大范围内变化，其等效电阻RON=0，电压UAK=0，通过理想开关S的电流为ION。理想二极管接通时，电阻为零，开关断开时，电阻为无穷大。工程中通常把二极管理想化。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础理想开关S 显

5、然在客观世界中不存在。常见的机械开关、继电器、接触器等，在一定电压和电流的范围内，静态特性与理想开关十分接近，但动态特性较差，根本满足不了数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。而由二极管、三极管构成的电子开关，其静态特性不如机械开关，但它们的动态特性却是机械开关无法比拟的，因此广泛应用于数字电路中。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（2）晶体管的开关特性数字电路中，晶体管工作在饱和区时，相当一个闭合的开关；晶体管工作在截止区时，相当一个断开的开关。晶体管和二极管一样，开关状态转换时也是需要时间的，但在分析数字电路问题时，若满足一定

6、条件，就可把晶体管作为理想电子开关。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（3）MOS管的开关特性当MOS管栅源间电压小于其开启电压时，不能形成导电沟道，处于截止状态，相当一个断开的电子开关；当MOS管栅源间电压大于其开启电压时，导电沟道形成，数字电路中MOS管导通时，一般工作在可变电阻区，由于其导通电阻很小，可看作是一个闭合的电子开关。MOS 管导通时相当一个闭合的开关MOS 管截止时相当一个断开的开关第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础教学内容2.分立元件门电路逻辑门由开关元件构成的逻

7、辑电路，工作时状态像门一样按照一定条件和规律打开或关闭，被称为逻辑门逻辑门。逻辑门开允许信号通过；逻辑门关信号被阻断。逻辑门是构成组合逻辑电路的基本单元，在数字电路中应用十分广泛。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础与门由二极管、电阻构成的逻辑电路，工作时按照一定条件和规律实现与逻辑功能的电路称为与门。分析与门电路的工作原理时，电路中的二极管均视为理想二极管：即二极管正向导通时相当一个0值电阻，二极管截止时相当一个电阻。VD1VD2VCCRVD3A AB BC CF第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技

8、术基础电子技术基础VD1VD2VCCRVD3与门A AB BC CF与门输入至少有一个为低电平0时；0V3V工作原理0V3V3V0V反偏截止！与门电路实现了输入有0，输出为0的与逻辑功能。与门输入全部为高电平3V 时：3V 3V与门电路实现了输入全1，输出为1的与逻辑功能。与门电路图符号&第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础或门由二极管和电阻构成的、具有“有1出1，全0出0”或逻辑功能的电路称为或门或门。或门电路的输入至少是两个，输出为一个。为方便于或门工作过程的分析，电路中的二极管均按理想二极管处理：导通时电阻为0值，截止时电阻为。

9、A AB B F VCC第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础或门或门输入只要有一个为高电平1时；工作原理或门电路可实现输入有1，输出为1的或逻辑功能。或门输入全部为低电平0时：或门电路可实现输入全0，输出为0的或逻辑功能。或门电路图符号 1A AVD2B B VCCRF F3V0V 3V 3V反偏截止！0V0V0V 0VVD1第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础非门VTRC-VBB+VCCRB1RB2由三极管、电阻构成的逻辑电路，工作时按照一定条件和规律实现非逻辑功能的电路。非门中的三极

10、管，工作状态只有导通和截止，当三极管导通时，非门打开信号通过，当三极管截止时，非门关断信号不能通过。非门电路的三极管可以是双极型晶体管，也可以是MOS 管。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础非门A AF非门输入为高电平时：工作原理 3 3V V 0 0V V截止！截止！非门电路实现了输入为1，输出为0的非逻辑功能。非门输入为低电平0V 时：0V 0V非门电路实现了输入为0，输出为1的非逻辑功能。非门电路图符号VTRC-VBB+VCCRB1RB2饱和导通ICS 1 1IC=0 VCC第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻

11、辑电路电子技术基础电子技术基础教学内容5.1.2 复合门电路与非门F&AB 1 1F F与门和非门可构成“与非与非”门门与门非门F&AB与非门与非门图符号有有00出出11；全；全11出出00“与非”门是“与”门的非，因此：第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础或非门有有11出出00；全；全00出出11F 1 1AB 1 1F F或门和非门可构成“或非或非”门门或门非门F 1 1AB或非门或非门图符号“或非”门是“或”门的非，因此：第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础与或非

12、门&AB 1 1F F与门或门&CD与门 1 1非门两个与门和或门、非门可构成“与或非与或非”门门与或非门与或非门图符号F&AB&CD 1 1“与或非”门的逻辑函数表达式为：第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础异或门F=1=1AB异或门的图符号异或门的功能用逻辑函数表示为：同或门F=1=1AB同或门的图符号同或门的功能用逻辑函数表示为：第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础5.1.3 集成逻辑门电路分立元件构成的门电路，不但元件多体积大，而且连线和焊点也太多，因而造成电路的可靠性较

13、差。随着电子技术的飞速发展及集成工艺的规模化生产，目前分立元件门电路已经被集成门电路所替代。采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路，这种特殊的工艺称为集成。集成门电路与分立元件的门电路相比，不但体积小、重量轻、功耗小、速度快、可靠性高、而且成本较低、价格便宜，十分方便于安装和调试。按导电类型和开关元件的不同，集成门电路可分为双极型集成逻辑门和单极型集成逻辑门两大类。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础1.TTL 集成门电路电路组成R4R3

14、R5R2R1A AB BC C3k+VCC750100300 3k5VF FVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)输入级中的多发射极晶体管可看作由多个晶体管的集电极和基极并联构成，作为TTL 与非门的输入端。多个发射极的发射结可看作是多个钳位二极管，其作用是限制输入端可能出现的负极性干扰脉冲。VTl的引入，不但加快了晶体管VT2储存电荷的消散，提高了TTL 与非门的工作速度，而且实现“与”逻辑功能。（1）TTL与非门第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（1）TTL 与非门电路组成R4R3R5R2R1A AB BC C3k+VCC75

15、0100300 3k5VF FVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)中间级又称为倒相极，其作用是从VT2的集电极和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为输出级中三极管VT3和VT5的驱动信号，同时控制VT4和VT5工作在两个截然相反的两种状态，以满足输出级互补工作的要求。三极管VT2还可将前级电流放大以供给VT5足够的基极电流。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（1）TTL 与非门电路组成R4R3R5R2R1A AB BC C3k+VCC750100300 3k5VF FVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)由晶体管VT3

16、、VT4、VT5和电阻R4、R5组成推拉式的互补输出电路。VT5导通时VT4截止，VT5截止时VT4导通。由于采用了推挽输出(又称图腾输出)，该电路不仅增强了带负载能力，还提高了工作速度。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础输入端至少有一个为低电平时的工作情况3.6V0.3VR4R3R5R2R1A AB BC C3k+VCC750100300 3k5VF FVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)0.3V3.6V3.6V低电平对应的PN 结导通，VT1的基极电位被固定0.3+0.7=1V1V 1V1.4V 1.4V5V 5V显然VT1

17、的集电结反偏，导致VT2、VT5截止。VT2截止时的集电极电位：V2CVCC=5VVT2管集电极+5V 的电位足以使VT3、VT4导通并处于深度饱和状态。因R2和IB3都很小，均可忽略不计，所以：3.6V 3.6V实现了有实现了有00出出11的与非功能的与非功能2）工作原理第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础输入端全部为高电平时的工作情况3.6V0.3VR4R3R5R2R1A AB BC C3k+VCC750100300 3k5VF FVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)3.6V3.6V3.6V实现了全实现了全11出出00的与非功

18、能的与非功能2.1V 2.1V1.4V 1.4V显然VT1处于倒置倒置工作状态，此时集电结做为发射结使用。倒置情况下，VT1可向VT2基极提供较大电流。深度饱和深度饱和VT2管深度饱和后，其发射极电流在电阻R3上产生的压降又为VT5管提供足够的基极电流使VT5管饱和导通，从而使与非门输出F 点的电位等于VT5管的饱和输出典型值 F=0.3V F=0.3V0.3V 0.3V第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（2）集成OC 门R1A AB BC CR2+5 5VVT VT1 1VT VT2 2R3VT VT5 5F F(uo)(ui)VT

19、 VT3 3 VT VT4 4R4R5OC门的电路形式RL+VS图符号&第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础当OC 门输入全为高电平时OC 门输入只要有一个为低电平时R1A AB BC CR2+5 5VVT VT1 1VT VT2 2R3VT VT5 5F F(uo)(ui)RL+VSOC门可实现与非功能实现了全1出0的与非功能0.3V 0.3V3.6V 3.6V3.6V 3.6V3.6V 3.6V0.3V 0.3V+V VS S 实现了有0出1的与非功能工作原理第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础

20、电子技术基础普通的TTL 与非门不允许直接驱动供电电压高于+5V 的负载，而实际应用中经常会碰到这种情况；实际应用中有时还需要把若干个与非门的输出直接连在一起实现多个信号的与逻辑关系，具有图腾结构的TTL与非门无法做到。集电极开路的与非门OC门的开发解决了上述问题。为什么开发OC门第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础F FOC门可实现线与功能A AB BF F1 1&C CD DF F2 2&RL+VS线与线与第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础OC门可用于数字系统接口部分的电平转换A

21、AB BF F&RL+12 12VA AB BF F&VSOC门可用来直接驱动负载第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（3）三态门三态门简称作TSL 门，是在普通TTL 与非门的基础上，加上使能控制信号和控制电路构成的。EN ENVD2VD1R第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础EN A B F1 0 0 11 0 1 11 1 0 11 1 1 00 高阻态三态门的真值表三态门使能端无效时，具有与非门功能；若使能端有效，则将无论输入如何，输出均为高阻态。第第5 5 章章逻辑门与组

22、合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础利用三态门可以实现总线结构图示总线结构中，只要工作时控制各个三态门的门控端EN 轮流为有效态，而且任何时候仅有一个为有效态，各三态门的输出信号在公共传输总线上就会轮流输送而互不干扰。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础另外，三态门还可做成单输入、单输出的总线驱动器。利用三态门还可以实现数据的双向传输当EN 为有效态时，G1工作而G2为高阻态，数据D0经G1反相后送到总线上去；当EN 为无效态时，G2工作而G1为高阻态，来自总线的数据经G2反相后由D1送出。第第5 5 章章逻辑门

23、与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础2.CMOS 集成逻辑门CMOS 门的基本单元主要有反相器和传输门。当ui0V 为低电平时CMOS反相器当uiVDD为高电平时 V VDD DD 0V 0V截止！截止！反相器电路实现了输入为0，输出为1的非门逻辑功能。导通！导通！V VDD DD 0V 0V截止！截止！导通！导通！反相器电路实现了输入为1，输出为0的非门逻辑功能。若使导电沟道形成，若使导电沟道形成，VVDDDD必须大于两管的开启电压之和必须大于两管的开启电压之和第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础当控制端C

24、P 为高电平1时，传输门导通，数据从输入端传输到输出端。CMOS传输门当控制端CP 为低电平0时，传输门关闭，禁止传输数据。工作原理一个一个PMOS PMOS 管和一个管和一个NMOS NMOS 管并联管并联后后，可可构成构成一个一个CMOS CMOS 传输门传输门第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（3）CMOS 逻辑门电路的特点CMOS逻辑门的特点特点010203040506CMOS 逻辑门静态功耗非常小，仅有几个W，因此使用CMOS 集成

25、门制作的设备成本低。CMOS 门集成度高，由于只有多子导电，所以热稳定性好、抗辐射能力强。输入阻抗极高，通常可达108。CMOS 电路的抗干扰能力强，适合于特殊环境下工作。CMOS 电路的电源电压允许范围宽。约为318V，十分方便于电路电源电压的选择。CMOS 电路的逻辑摆幅大。VOL=0V VOHVDD。扇出能力强，带同类门电路的个数多。低频时CMOS 门几乎不考虑扇出能力问题；高频下扇出系数与工作频率有关。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础（4

26、）CMOS集成电路使用时应注意的事项 CMOS 集成电路的电源电压极性不能接反，否则会造成电路永久性失效。CMOS 集成门电路的电源电压选择得越高，电压的抗干扰能力就越强，但是，电源电压的选择最大不允许超过极限值18V。为防止通过电源引入干扰信号，应根据具体情况对电源进行去耦和滤波。电源第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础CMOS逻辑门的使用注意事项同一芯片上的CMOS 门在输入相同时，为增大负载能力，输出端可以并联使用；输出端不允许与电源或地端直接相连，否则造成输出级的MOS 管因过电流而损坏；为保证管子不因大电流而烧损，应在输出端和电容

27、之间串接一个限流电阻。CMOS 集成电路应注意输入电路的过流保护。输出引脚第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础思考与问题 132基本逻辑门有哪些？同或门和异或门的功能是什么？两者有联系吗？你能说出常用复合门电路的种类吗？它们的功能如何？通常集成电路可分为哪两大类？这两大类芯片在使用时注意的事项相同吗？Sikaoyuwenti5试述图腾结构的TTL 与非门和OC 门的主要区别？4三态门和普通TTL 与非门有什么不同？主要应用在什么场合？7CMOS 传输门具有哪些用途？6TTL 与非门多余的输入端能否悬空处理？CMOS 集成逻辑门呢？8普通TT

28、L 门的输出端能否并联连接？CMOS 集成逻辑门呢？第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础5.2 组合逻辑电路的分析与设计根据给定的逻辑电路，找出其输出信号和输入信号之间的逻辑关系，确定电路逻辑功能的过程叫做组合逻辑电路的分析。组合逻辑电路的一般分析步骤为：根据已知逻辑电路图用逐级递推法写出对应的逻辑函数表达式；用公式法或卡诺图法对的写出的逻辑函数式进行化简，得到最简逻辑表达式；根据最简逻辑表达式，列出相应的逻辑电路真值表；根据真值表找出电路可实现的逻辑功能并加以说明，以理解电路的作用。5.2.1 组合逻辑电路的分析第第5 5 章章逻

29、辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础已知已知逻辑图逻辑图写出写出逻辑式逻辑式运用逻辑代数运用逻辑代数化简或变换化简或变换列出逻辑列出逻辑真值表真值表指出指出逻辑功能逻辑功能分析下图所示组合电路的功能。F FAB&1 已知逻辑电路图 2相应逻辑表达式根据逻辑图写出相应逻辑式第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础 3化简逻辑式B B A AF F0 00 0 0 01 10 0 1 10 01 11 11 1 1 10 0 4列出真值表由真值表可看出：输入AB相同时，输出为0；输入AB相异时，输

30、出为1。显然，这是一个异或门电路，具有异或功能异或功能。5指出逻辑功能应用代数法化简逻辑函数式应用了反演律还是应用了反演律应用了分配律应用了吸收律，得到最简形式。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础化简 2 3 4 5 1 当输入A、B、C中有2个或2个以上为1时，输出F就为1，否则输出F为0。若输入是裁判，输出是裁定结果，显然该电路是一个多数表决器。分析下图所示组合电路的功能。应用了反演律写出逻辑真值表由真值表数据分析第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础分析下图所示组合电路的功能。1

31、 2 3应用了反演律应用了吸收律由最简式可直接看出：电路输出只与输入AB有关，且具有与非与非功能。步骤步骤 4 4 可省略可省略！第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础ABC00 010111 1011111 1A AB B 由最简逻辑函数式可知，电路的输出F只与输入A、B有关，而与输入变量C无关，且F和A、B的逻辑关系为：有有0 0出出1 1，全，全1 1出出0 0，即具有对AB的与非功能与非功能！也可应用卡诺图对该函数式进行化简：用卡诺图化简之前应找出该逻辑函数具有的所有最小项：用卡诺图化简：第第5 5 章章逻辑门与

32、组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础1.分析下图所示逻辑电路的功能：AB1 1&F F1 11 1&2.分析下图所示逻辑电路的功能。ABF F1111同或功能同或功能第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础5.2.2 组合逻辑电路的设计根据给定的逻辑功能，画出实现该功能逻辑电路的过程称为组合逻辑电路的设计。用与非门设计一个交通报警控制电路。交通信号灯有黄、绿、红3种，3种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属正常情况，其他情况均属故障，出现故障时输出报警信号。要求用与非门组成电路。设黄、绿、红三灯分别用输入变量A A、B

33、 B、C C表示，灯亮灯亮时为工作，取逻辑值“1 1”，灯灭灯灭时为不工作，取逻辑值“0”；输出报警信号用F F表示，正常工作时F取逻辑“0”，出现故障时F取逻辑“1 1”。根据上述假设，我们可根据题目要求，首先把电路的功能真值表列写出来。1 确定逻辑函数与变量关系第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础2 2列出相应真值表 3 列出逻辑函数式ABC00010111 101111 4 得出最简式用卡诺图对上式进行化简：第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础 AB CF F&1 1 1 5

34、画出逻辑电路图显然，组合逻辑电路的设计步骤为：据题意确定输入、输出变量的逻辑形式；列出相关真值表；写出相应逻辑表达式；化简逻辑式；根据最简逻辑式画出逻辑电路图。应用非非定律对逻辑式变换，找出输出对输入的与非与非关系：对组合逻辑电路的设计问题，不作深入要求，学习者可根据需要自己进一步巩固提高。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础1.分析图示电路的逻辑功能2.试设计一个三变量的判奇电路。1 11 1=1=1&1 1&CCBBFF1F2F3F4F5F6B和C的异或异或功能第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技

35、术基础电子技术基础5.3 常用的组合逻辑电路器件5.3.1 编码器把若干个0和1按一定规律编排起来的过程称为编码编码。通过编码获得的不同二进制数的组合称为代码代码。代码是机器能够识别的、用来表示某一对象或特定信息的数字符号。十进制编码或某种特定信息的编码难于用电路来实现，数字电路中通常采用二进制编码或二十进制编码。二进制编码是将某种特定信息编成二进制代码的电路；二十进制编码是将十进制的十个数码编成二进制代码的电路。能实现把某种特定信息转换为机器识别的二进制代码的组合逻辑电路称为编码器编码器。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础一

36、位二进制代码有0和1两种，可以用来表示2个信息；两位二进制代码有四种组合，可以用来表示4种信息；而n位二进制代码有2n种组合，可以用来表示2n个信息。这种二进制编码在电路上较容易实现。1.10线4线优先编码器在数字系统中，当编码器同时有多个输入为有效时，常要求输出不但有意义，而且应按事先编排好的优先顺序输出，即要求编码器只对其中优先权最高的一个输入信号进行编码，具有此功能的编码器称为优先编码器优先编码器。优先编码器电路中，允许同时输入两个以上的编码信号。只不过优先编码器在设计时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，优先编码器只对其中优先权最高的一个输入信号实行编码

37、。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础74LS147编码器的管脚排列图及逻辑符号 10线4线优先编码器是将十进制数码转换为二进制代码的组合逻辑电路。常用的集成芯片有74LS147等。1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974LS147 74LS147 74LS147优先编码器是一个16脚的集成芯片，其中15脚为空脚，I1I9为信号输入端，AD为输出端。输入和输出均为低电平有效。74LS147优先编码器的管脚排列图在优先编码器中，优先级别高的信号排斥优先级别低的信号，74LS147优先编码器中I9的优先级

38、别最高，I1的优先级别最低，具有单方面排斥的特性。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础74LS147优先编码器真值表从真值表中可以看出，当无输入信号或输入信号中无低电平“0”时，输出端全部为高电平“1”；若输入端I9为“0”时，不论其它输入端是否有输入信号输入，输出为0110；再根据其它输入端的情况可以得出相应的输出代码。1 1 1 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 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1

39、0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1n 输输出出n n输输入入n 第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础 74LS148优先编码器属于变量编码器，其输出位数为n时，输入端的数量为2n。下面以74LS148为例，介绍这类编码器的功能及应用。2.8线3线优先编码器74LS1481 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 97 4 L S 1 4 8 7 4 L S 1 4 874LS148的管脚排列图当使能输入端S时，电路处

40、于禁止编码状态，所有的输出端全部输出高电平“”；当使能输入端S时，电路处于正常编码状态，输出端的电平由I0 I7 的输入信号而定。I7的优先级别最高，I0级别最低。管脚排列图中，I0 I7为输入信号端，Y0 Y2为输出端，S为使能输入端，OE为使能输出端，GS为片优先编码输出端。在表示输入、输出端的字母上，“非非”号表示低电平有效。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础74LS14874LS148编码器真值表编码器真值表使能输出端OE 时，表示电路处于正常编码同时又无输入编码信号的状态。片优先编码输出端GS时，表示电路处于正常编码且又有编

41、码信号输入时的状态。1 11 00 10 10 10 10 10 10 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11000000000输出输入I0I2I1I3I5I4I7I6S Y2Y0OEGSY1第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础74LS148编码器的逻辑功能电路图&1 1 1 1 1

42、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 由74LS148变量编码器功能电路图可看出：当某个输入低电平时，按优先级别，输出分别为000、001、010。注意：注意：输出也是低电平有效，不在线上的视为高电平“1”。000001010011100101110111第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础74LS148变量编码器的扩展应用利用使能端的作用，可以用两块74LS148扩展为16线4线优先编码器。当高位芯片的使能输入端为“0”时，允许对I8I15编码，当高位芯片有编码信号输入时，OE为1，它控制低位芯片处于禁止状态；若当高位芯片无编码

43、信号输入时，OE为0，低位芯片处于编码状态。高位芯片的GS端作为输出信号的高位端，输出信号的低三位由两块芯片的输出端对应位相“与”后得到。在有编码信号输入时，两块芯片只能有一块工作于编码状态，输出也是低电平有效，相“与”后就可以得到相应的编码输出信号。74 L S 14 8 74 L S 14 874 L S 14 8 74 L S 14 8&Y0Y3Y2Y1OEGS&第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础5.3.2 译码器译码和编码的过程相反。通过译码器可将输入的二进制代码按编码时的原意译成对应的特定信息或十进制数码输出。译码器是一个多输

44、入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把机器识别的、给定的二进制代码“翻译”成为人们识别的特定信息，使其输出端具有某种特定的状态，并且在输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配、存储器寻址和组合控制信号等。按功能的不同译码器可分为通用变量译码器、代码变换译码器和显示译码器，本节主要介绍变量译码器和显示译码器的外部工作特性和应用。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础 1.1.变量变量译码器译码器变量译码器的输入、输出端的数量关系是：当有n个输入端，就有2n个输出端。而每

45、一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。常见的变量译码器有3线8线译码器74 LS138，4线16线译码器74LS154和带锁存的3线8线译码器74LS131等。1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 97 4 L S 1 3 8 7 4 L S 1 3 8 由74LS138芯片的管脚排列图可看出，它是一个有16个管脚的数字集成电路，除电源、“地”两个端子外，还有三个输入端A2、A1、A0，八个输出端Y0Y7，三个使能端 1、G2A、G2B。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础74LS138变量译码器

46、逻辑功能电路图&1 1 1 11 1第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 1 1 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 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

47、 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0输出输入G2AA2G2BY3Y5Y4A0A1G1Y2Y0Y7Y6Y174LS13874LS138译码器真值表译码器真值表从真值表可看出，当输入使能端G1为低电平0时，无论其它输入端为何值，输出全部为高电平1；当输入使能端G2A和G2B中至少有一个为高电平1时，无论其它输入端为何值，输出全部为高电平1；当G1为高电平1、G2A和G2B同时为低电平0时，由A2、A1、A0决定输出端中输出低电平0的一个输出端，其它输出为高电平1。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础

48、用两片74LS138可以构成4线16线译码器，连接方法如下图示:74LS13874LS138译码器的功能扩展译码器的功能扩展74LS138 74LS138（低位）（低位）A074LS138 74LS138（高位）（高位）A1A2“1”A3 A3、A2、A1、A0为扩展后电路的信号输入端，Y15Y0为输出端。当输入信号最高位A30时，高位芯片被禁止，Y15Y8输出全部为“1”，低位芯片被选中，低电平“0”输出端由A2、A1、A0决定。A31时，低位芯片被禁止，Y7Y0输出全部为“1”，高位芯片被选中，低电平“0”输出端由A2、A1、A0决定。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与

49、组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础逻辑函数FABBCAC 的最小项为：用74LS138还可以实现三变量或两变量的逻辑函数。因为变量译码器的每一个输出端的低电平都与输入逻辑变量的一个最小项相对应，所以当我们将逻辑函数变换为最小项表达式时，只要从相应的输出端取出信号，送入与非门的输入端，与非门的输出信号就是要求的逻辑函数。利用74LS138实现逻辑函数FABBCAC Fm(1,2,3,4,5,6)构成的逻辑电路图74LS138译码器可实现逻辑函数C B“1”A74LS138 74LS138&F FA ABC BC00010111 1011 11 1 1第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路

50、逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基础2.显示译码器用来驱动各种显示器件，把用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观显示出来的电路称为显示译码器显示译码器。数码显示管是常用的显示器件之一。数码管产品外形图（1）数码显示器常用的数码显示管有半导体发光二极管构成的LED LED和液晶数码管LCD LCD两类。数码管是用某些特殊的半导体材料分段式封装而成的显示译码器常见器件。半导体LED数码管的基本单元是PN结，目前较多采用磷砷化镓做成的PN结，当外加正向电压时，就能发出清晰的光。第第5 5 章章逻辑门与组合逻辑电路逻辑门与组合逻辑电路电子技术基础电子技术基

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