第5章.组合逻辑电路应用ppt

第五章组合逻辑电路应用主要介绍组合逻辑电路的功能、分析、设计和应用。这些组合电路是：编码器、译码器、数据分配器、数据选择器、数值比较器和加法器。5.1编码器编码器分类：普通二进制编码器、二-十进制编码器、优先编码器编码：用二进制代码表示特定信息的过程。编码器：实现编码操作的电路。编码器I0I1I2IN-1Y0Y1Y2Yn-1N/n线编码器：输出代码位数待编码的信号数2nN一个对象需一个码组，输出代码的组合数2n应大于或等于待编码的个数N。任何时刻只能对一个对象进行编码的编码器叫普通编码器。普通编码器的输入是一组相互排斥（一组出现，其余的都不得出现）的变量。1,,1,010,10,NiIIINjijjNjijji5.1.1普通编码器设逻辑1表示对象要求编码，逻辑0不要求编码，这种逻辑表示称为高电平输入有效。对于这种情况，输入信号的相互排斥性质可用下式表示用逻辑0表示对象要求编码，逻辑1不要求编码，这种逻辑表示称为低电平输入有效。输入信号的相互排斥性质可用下式表示1,,1,010,10,NiIIINjijjNjijji表示在任何时刻，只能有1个输入为逻辑1，其他都为逻辑0。表示在任何时刻，只允许1个输入为逻辑0，其他都为逻辑1。设计将十进制数码编码为8421BCD码的二-十进制普通编码器。设输入I9、I8、…、I0分别表示十进制数码9、8、…、0，输出Y3、Y2、Y1、Y0分别是8421BCD码的4个二进制位。输入低电平有效的编码器真值表为：（1）列出真值表表5.1.110线-4线普通编码器的真值表数码I9I8I7I6I5I4I3I2I1I0Y3Y2Y1Y001234567890100000000000000001001000110100010101100111100010011（2）求最简逻辑函数012345678901234567893IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIY考虑输入低电平有效的约束条件，得01234567980123456789IIIIIIIIIIIIIIIIIIII89893IIIIY同理可得13579135790236723671456745672IIIIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIIIIIY0000000100100011010001010110011110001001Y3Y2Y1Y0I0I1I2I3I4I5I6I7I8I889893IIIIY图5.1.210线-4线普通编码器的逻辑图I0I1I2I3I4I5I6I7I8I9VCC=5V&Y1&Y2&Y3I9I813579135790236723671456745672IIIIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIIIIIY（3）画逻辑图&Y0I7I6I5I4按下低电平，否则高电平普通编码器的缺点：输入变量必须满足互斥条件，如果输入变量不满足互斥条件，则需要增加相应的约束条件限制电路，才使编码可靠。用同样方法可设计二进制编码器。10kΩ╳10I9I8I7I6I5I4I3I2I1I0(8/3)线优先编码器(中规模74148）5.1.2优先编码器图5.1.3为(8/3)线)优先编码器的原理图，现说明功能。优先编码器：能够根据事先安排好的优先次序,对优先输入信号进行编码的编码器称为优先编码器。图5.1.38线-3线优先编码74148原理图I2YEXYFY1Y0Y2≥1≥1&≥1&&&&I3I4I5I6I7ENI1I0111111111111111使能信号优先编码器本身：I7、I6、…、I0输入信号，I7优先级别最高，依次下降。Y2、Y1、Y0是二进制代码输出信号编码标志信号YF输出扩展信号YEX（1）输出表达式FFEXYENYENY765476542IIIIENIENIENIENIENY76543542765435421IIIIIIIIENIENIENIIIENIIIENY765643642176564364210IIIIIIIIIIENIENIIENIIIENIIIIENY7654321076543210IIIIIIIIENIIIIIIIIENYF加此线YFYEX（2）列出真值表由输出表达式，列出真值表如表5.1.2。表5.1.28线-3线优先编码（中规模集成器件74148）输入输出ENI0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0YFYEX1××××××××11111011111111111010×××××××0000100××××××01001100×××××011010100××××0111011100×××01111100100××011111101100×01111111101000111111111110说明：×--任意值（0或1）I2YEXYFY1Y0Y2≥1≥1&≥1&&&&I3I4I5I6I7ENI1I0111111111111111（1）说明电路的功能a)当EN=1时，编码器不能编码，输出全为1；当EN=0时，正常编码。（EN低电平有效）此时，若输入无低电平，YF=0，YEX=1（表明无编码输入）。若输入有低电平，YF=1，YEX=0（表明有编码输入）。b)要求编码（输入有低电平），优先级由高到低的顺序为：I7、I6、…、I0，对应的输出二进制代码依次为000、001、…、111。注意：优先编码器允许几个输入信号同时要求编码，但是，只对优先级别最高的输入信号进行编码。例如，当I7=I6=…=I0=0时，输出只是I7的代码000c)代码重复：当EN=0时，对应于代码111有2种输入组合，即输入仅I0要求编码和输入全部都不要求编码。因此，引入编码标志输出信号YF加以区别。d)信号EN、YF和YEX共同实现编码器的扩展。YF用于编码标志输出信号的扩展，YEX用于代码的扩展。YFYEX加此线逻辑符号ENI6Y2I7I5I4I3I2I1I0Y1Y0YFYEX（74LS148）A0~A15编为：1111~0000图3.2.516线-4线优先编码器优先权由高到低Z2&&&Z1Z0解：U174LS148低位片U274LS148高位片ZF工作原理：此时，高位Y2、Y1、Y0=111，使Z2、Z1、Z0门都打开。输出取决于低位输入。而L3总是等于1。输出在1111(A0)~1000(A7)之间变化。ZF=1。Z3=YEX2=0。输出在0111(A8)~0000(A15)之间变化。可见高位片优先于低位片。EN1Y0I1Y1Y2YF1YEX1I7I6I5I4I3I2I0A7A6A4A3A2A1A0A5Y0I1Y1Y2YF2I7I6I5I4I3I2I0EN2YEX2Z3A15A14A12A11A10A8A13A9例5.1试用74148组成16线-4线优先编码器。(a)EI=1时，U2的输出全为1。U2的YF=1又使U1的输出全为1。因此，Z3=Z2=Z1=Z0=ZF=1,编码器不能编码。EI如果A15…A8、A7…A0全为1，则Z3Z2Z1Z0的值为1111，但ZF=0。(b)当EI=0时，编码器进行16线-4线优先编码。如果A15…A8中有0，则U2优先编码。且U2的YF2=1，导致U1的输出全为1。即禁止低位编码。如果A15~A8全为1，则U2的Y2=Y1=Y0=1，Z3=YEX2=1，YF2=0，使U1对A7~A0进行编码。P95.2译码器译码把二进制码的含义“翻译”出来的过程。译码器完成译码操作的电路。分三类二进制译码器、二-十进制译码器、显示译码器。5.2.1二进制译码器1、二进制译码器(2n=N)n--输入二进制码的位数(输入变量组合数);N--输出变量个数;有2/4线、3/8线、4/16线等。n/N线译码器：译码器A0A1A2An-1Y0Y1Y2YN-12n≥N输入n位二进制代码输出N个信号2n≥N输出信号个数输入二进制代码的位数74LS138---3/8线译码器二进制译码器（低电平有效）选通输入74LS138逻辑符号即当S1=1、S2=S3=0时，译码。例输入为A2、A1、A0为001时，Y1应0（低电平有效），其余均为1。010011100111图3.3.13/8线译码器（74LS138）A2&&&&&&&&111111S3&S1S2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7S0选通输入1==321SSSS译码0==321SSSS关闭每一个输出对应一个输入变量的最小项取反,代表一个二进制码。3线-8线译码器可产生3变量函数的全部最小项。74138---3/8线译码器二进制译码器iimY当S=1时，第i个输出的表达式可写成：输入输出SA2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70×××11111111100001111111100110111111101011011111101111101111110011110111110111111011111011111101111111111110表3.3.174LS138译码器真值表例5.2.1试用74138构成4/16线译码器•1、A3=0时，S2=S3=0，S1=1，F1译码，F2关断。•2、A3=1时，S2=S3=1，F2译码，F1关断。图3.3.22片74LS138构成的4/16线译码器5VS1S3S2A2A1A0F2S1S3S2A2A1A0A0A1A2A3F1Y1Y6Y3Y2Y0Y7Y4Y5Y10Y9Y1574138741380011F1译码F2关断F1关断F2译码当控制输入有效时，74138译码器产生3变量的全部最小项。ACZABZ21、31313126262621YYmmmmBACABCACZYYmmmmACBABCABZ例5.2.2试用74138译码器实现函数：解:令函数变量C、B、A作为74138的输入变量，并将函数变换为最小项表达式画逻辑图：Z1&&Z2ABC+5VU1:74138ABCS1S2S3Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7本例推广到一般情况：由，n线-2n线译码器可以实现变量数不超过n的任意逻辑函数。1.根据函数自变量数n选择n线-2n线的译码器；方法是：2.确定函数的自变量与译码器输入变量的一一对应关系；3.将函数变换为关于译码器输入变量的最小项表达式，进一步将函数转换为译码器输出变量的逻辑表达式；4.画逻辑图（令译码器的控制变量有效）。。隐含了译码器的控制变量有效ABLBLCBL=,=,=321例3-4用74LS138产生一组多输出逻辑函数3223231=•=+=+=)+(=YYmmABCBACAACBLmm763276322=+++=+++=)+)(+(=YYYYmmmmABCBACACBCBACCAABL解：因74LS138为3线/8线，当S=1时，51513=+=+=)+(=YYmmABCABCCCABL)7~0i(mYiiL3&&&L1L2S1S3S2A2A1A074LS138地址码数据输入Y1Y6Y3Y2Y0Y7Y4Y5二-十进制译码器的功能是将输入的BCD码还原为十进制数码。5.2.2.二-十进制译码器(7442)n=4，N=10Y0&&&&&&&&&&11111111BACDY1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y977mCBADYiimYi=0~900==mABCDY11mABCDY22mABCDY33mBACDY44==mABCDY66mACBDY99mABCDY88mABCDY图5.2.5二-十进制译码器7442的电路原理•输入为8421BCD码，输出低电平有效。•电路有拒伪码的功能，输入为1010~1111时，无译码输出，所有输出为1。数码DCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y900000011111111110001101111111120010110111111130011111011111140100111101111