第三章-组合逻辑电路

第三章组合逻辑电路Chapter3CombinationalLogicCircuit3.1概述3.3若干常用中规模组合逻辑电路3.4组合逻辑电路中的竞争-冒险现象第三章组合逻辑电路《数字电子技术》3.2组合逻辑电路的分析和设计方法§3.1概述3.1概述《数字电子技术》根据逻辑功能的不同，可把数字电路分为组合逻辑电路（CombinationalLogicCircuit）和时序逻辑电路（SequentialLogicCircuit）两大类。一、组合逻辑电路的特点功能上：任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，而与电路原来的状态无关，即无记忆功能。电路结构上：只由逻辑门组成，不包含记忆元件，输出和输入之间无反馈。二、逻辑功能的描述方式①逻辑函数表达式3.1概述《数字电子技术》由框图可知，输入与输出之间的逻辑关系可用一组逻辑函数表示：)(),,,(),,,(212111AFYaaafyaaafynmmn即图3.1.1组合逻辑电路的框图组合逻辑电路a1a2an......y1y2ym3.1概述《数字电子技术》②逻辑电路图③真值表④卡诺图⑤波形图⑥语言描述组合逻辑电路的其它描述方式——§3.2组合逻辑电路的分析和设计方法3.2组合逻辑电路的分析和设计方法《数字电子技术》分析和设计是一对逆过程。§3.2.1组合逻辑电路的分析方法所谓“分析”，即根据逻辑电路找出电路的逻辑功能。分析的目的：求出逻辑功能或证明给定的逻辑功能正确与否。3.2组合逻辑电路的分析和设计方法《数字电子技术》一、分析步骤：（1）分别用符号标注各级门的输出端。（2）从输入端到输出端逐级写出输出变量对输入变量的逻辑表达式，最后得到输入变量表示的输出函数表达式。需要时用卡诺图或公式化简法化简逻辑函数成最简形式。（3）列真值表。（4）根据真值表或函数表达式确定电路的逻辑功能。有时功能难以用简练的语言描述，此时列真值表即可。3.2组合逻辑电路的分析和设计方法《数字电子技术》二、分析举例【例1】分析图3.2.1所示电路的逻辑功能。图3.2.1【例1】逻辑电路图表3－2－1【例1】真值表&&&&111&1ABCABCAABBCCT1F1F2T2T33.2组合逻辑电路的分析和设计方法《数字电子技术》§3.2.2组合逻辑电路的设计方法所谓“设计”：即根据给出的实际逻辑问题，求出实现这个逻辑功能的最简逻辑电路。所谓“最简”：是指所用器件最少，器件种类最少，而且器件之间的连线也最少。（1）进行逻辑抽象①分析事件的因果关系，确定输入和输出变量；②定义逻辑状态的含意；③根据因果关系列出真值表；一、设计步骤3.2组合逻辑电路的分析和设计方法《数字电子技术》【例2】三人裁判举重比赛，一个主裁判，两个副裁判。认为杠铃举上时，各裁判按自己前面的电键（为1），否则不按（为0）；裁判结果用红绿灯表示，红绿灯均亮（为1）表示“完全举上”，只红灯亮表示“需研究录像决定”，其余为未举上。（1）三个裁判均按下自己的电键，红绿灯全亮；（2）两个裁判（其中一个为主裁判）按下自己的电键，红绿灯全亮；（3）两个副裁判或一个主裁判按下自己的电键，只红灯亮；（4）其余情况红绿灯全灭。试用两级与或电路实现满足上述四种要求的逻辑控制电路。3.2组合逻辑电路的分析和设计方法《数字电子技术》（2）根据真值表求出最简逻辑表达式；（3）选定器件的类型：SSI、MSI或PLD等；（4）根据器件类型将逻辑函数化简或变换成适当的形式。（5）根据(4)得出的函数式画出逻辑电路图。图3.2.2【例2】举重裁判电路逻辑图3.2组合逻辑电路的分析和设计方法《数字电子技术》二、完整设计举例【例3】试用与非门设计一个将8421-BCD码转换为余3码的码制转换电路（99级国教考题）。Y3B1B0B3B20001111000011110B1B00001111000011110B1B00001111000011110B1B00001111000011110B3B2B3B2B3B211111111111111111111Y2Y1Y0§3.3若干常用中规模组合逻辑电路3.3若干常用中规模组合逻辑电路《数字电子技术》§3.3.1编码器（Encoder）“编码”：即为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用一个二值代码表示。编码器的逻辑功能：把输入的每一个高、低电平信号变成一个对应的二进制代码。目前，一些常用的逻辑电路已经制成了中、小规模集成化电路产品。《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路一、普通编码器（CommonEncoder）特点：任何时刻只允许输入一个编码信号，否则将发生混乱。3位二进制普通编码器示例：图3.3.13位二进制普通编码器框图《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路表3-3-13位二进制普通编码器真值表《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路由于普通编码器在任何时刻当中仅有一个取值为1，即只有真值表中所列的8种状态，而且它的（）种状态均为约束项。因此，由真值表可得到逻辑式：70~II828753107632176542IIIIYIIIIYIIIIY思考1：如何用与非门实现8421-BCD码普通编码器？753107632176542IIIIYIIIIYIIIIY或门实现与非门实现《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路二、优先编码器（PriorityEncoder）特点：允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器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，只对其中优先权最高的一个进行编码。下面以8线-3线优先编码器74LS148为例分析优先编码器的工作原理。74LS148框图（俯视图）如下：图3.3.274LS148的俯视图《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路图3.3.374LS148的逻辑图《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路国产半导体集成电路型号命名法CT74LS148ED符合中国标准器件系列及品种代号工作温度范围封装形式器件类型T:TTLH:HTLE:ECLC:CMOSM:MemoryE:-40~85ºCC:0~70ºCR:-55~85ºCM:-55~125ºCD:陶瓷直插P:塑料直插W:陶瓷扁平B:塑料扁平T:金属圆形《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路表3-3-274LS148功能表《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路由逻辑图和功能表可知：S（1）为选通输入端，只有在（即S=1时）编码器才能正常工作；而在（即S=0时）所有的输出端均被封锁在高电平。且此时，输出0S1SSIIIIIIIIIIYSIIIIIIIIYSIIIIY)()()(7656436421076543542176542（由功能表第一行体现）。《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路（2）为选通输出端，其表达式为：SYSIIIIIIIIYS76543210此式表明：只有当所有的编码输入端均为高电平（即没有编码输入），且S=1（）时，才为低电平。为低电平表示“电路工作，但无编码输入”。（功能表第二行所示）。0SSYSY《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路（3）为扩展端，用于扩展编码功能，其表达式为：此式表明：只要任何一个编码输入端有低电平信号输入（即有编码信号），且S=1（即），即为低电平。所以，低电平输出信号表示“电路工作，且有编码输入”。（功能表第3——10行所示）。0SSIIIIIIIIYEX)(76543210EXYEXYEXY《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路（4）在，且有编码输入的工作状态下，允许当中同时有几个输入端低电平，且其中优先权最高，优先权最低。0S70~II7I0I【例1】试用两片74LS148接成16线-4线优先编码器，将16个低电平输入信号编为‘0000－1111’16个4位二进制代码，其中的优先权最高，的优先权最低。150~AA15A0A接成的电路图如图3.3.4所示：《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路思考2：如何用一片74LS148实现8421-BCD码优先编码器？图3.3.4用两片74LS148接成的16线－4线优先编码器逻辑图《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路§3.3.2译码器（Decoder）逻辑功能：将每个输入的二进制代码对应的输出为高、低电平信号。译码是编码的反操作。常用的译码器有二进制译码器（binarydecoder）、二—十进制译码器（binary-codeddecimaldecoder）、显示译码器（displaydecoder）等。一、二进制译码器（最小项译码器）输入：一组二进制代码输出：一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路例：3位二进制（3线－8线）译码器框图如下所示：二进制译码器可采用二极管与门阵列或三极管集成门电路等构成。图3.3.53线－8线译码器框图《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路（1）二极管与门阵列译码器电路图3.3.6二极管与门阵列构成的3位二进制译码器电路图1(3V)1(3V)0(0V)+5V《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路用二极管与门阵列构成的译码器：（2）三极管集成门译码器电路中规模（MSI）集成电路通常采用三极管集成门（如TTL）电路。下面以74LS1383线－8线译码器为例来分析译码器的工作原理：优点：结构简单缺点：1、电路的输入电阻较低而输出电阻较高；2、输出的高、低电平信号发生偏移（0.7V）。因此，二极管门阵列译码器通常用于大规模（LSI）集成电路中。《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路图3.3.774LS138框图及实物图《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路表3-3-374LS138功能表&S1S2S3S1&&&&&&&&1111111&61G42GA52GB01A12A23A015Y114Y213Y411Y510Y69Y77Y312Y3-8译码器74xx138内部逻辑图《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路74LS138框图及其各输出函数表达式如下：最小项译码器《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路二、二－十进制译码器逻辑功能：将输入的BCD码的10个代码译成10个高、低电平输出信号。它属于码制变换译码器中的一种。4线－10线译码器74LS42是二－十进制译码器的一个典型例子，它将所输入的8421－BCD码二进制代码译成十进制代码0～9。74LS42的功能表（真值表）如下所示：《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路表3-3-474LS42功能表《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路图3.3.874LS42逻辑电路图01239012380123701236012350123401233012320123101230AAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAY74LS42逻辑电路图及各输出表达式如下所示：思考：如何实现5421、2421、余3码等BCD码的译码转换？《数字电子技术》3.3若干常用中规模组合逻辑电路三、显示译码器逻辑功能：将数字（0～9）、文字、符号（A~F)等的二进制代码翻译并显示出来的电路叫显示译码器。它包括译码驱动电路和数码显示器两部分。按发光物质分，数码显示器可以分为以下四种类型：1）半导体显示器，亦称发光二极管（LED）显示器；2）荧光数字显示器，如荧光数码管、场效发光数字板等；3）液晶数字显示器，如液晶显示器（LCD)、电泳显示器等；4）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子显示板等。《数字电子技术