电工电子学_门电路和组合逻辑电路（PPT86页)

电工电子学B第12章逻辑门和组合逻辑电路12.1逻辑门电路12.3组合逻辑电路的分析和设计12.4常用中规模组合逻辑功能器件电工电子学B由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围。门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与前面所讲过的基本逻辑关系相对应。门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。12.1.1基本逻辑门电路12.1基本门电路电工电子学B电平的高低一般用“1”和“0”两种状态区别，若规定高电平为“1”，低电平为“0”则称为正逻辑。反之则称为负逻辑。若无特殊说明，均采用正逻辑。100VUCC高电平低电平电工电子学B1.与门电路(1)电路(2)工作原理输入A、B、C全为高电平“1”，输出Y为“1”。输入A、B、C不全为“1”，输出Y为“0”。0V0V0V0V0V3V+U12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC“与”门逻辑状态表0V3V电工电子学B1.与门电路(3)逻辑关系：“与”逻辑即：有“0”出“0”，全“1”出“1”Y=ABC逻辑表达式：逻辑符号：&ABYC00000010101011001000011001001111ABYC“与”门逻辑状态表电工电子学B2.或门电路(1)电路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或”门逻辑状态表3V3V-U12VRDADCABYDBC(2)工作原理输入A、B、C全为低电平“0”，输出Y为“0”。输入A、B、C有一个为“1”，输出Y为“1”。电工电子学B2.或门电路(3)逻辑关系：“或”逻辑即：有“1”出“1”，全“0”出“0”Y=A+B+C逻辑表达式：逻辑符号：ABYC100000011101111011001011101011111ABYC“或”门逻辑状态表电工电子学B3.非门电路+UCC-UBBARKRBRCYT10截止饱和(2)逻辑表达式：Y=A“0”10“1”(1)电路“0”“1”AY“非”门逻辑状态表逻辑符号1AY电工电子学B1.与非门有“0”出“1”，全“1”出“0”“与”门&ABCY&ABC“与非”门00010011101111011001011101011110ABYC“与非”门逻辑状态表Y=ABC逻辑表达式：1Y“非”门12.1.2复合门电工电子学B2.或非门Y≥1ABC“或非”门1Y12.1.2复合门“或”门ABC1有“1”出“0”，全“0”出“1”00010010101011001000011001001110ABYC“或非”门逻辑状态表Y=A+B+C逻辑表达式：电工电子学B例：根据输入波形画出输出波形ABY1有“0”出“0”，全“1”出“1”有“1”出“1”，全“0”出“0”&ABY11ABY2Y2电工电子学BABC&1&D1Y3.与或非门电路12.1.2复合门Y=A·B+C·D逻辑表达式：1&&YABCD逻辑符号电工电子学B例：用“与非”门构成基本门电路(2)应用“与非”门构成“或”门电路(1)应用“与非”门构成“与”门电路AY&B&BAY&&&由逻辑代数运算法则：ABABY由逻辑代数运算法则：BABABAY电工电子学B&YA(3)应用“与非”门构成“非”门电路(4)用“与非”门构成“或非”门YBA&&&&AY由逻辑代数运算法则：BABABAY电工电子学BTTL门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，具有速度快、可靠性高和微型化等优点，目前分立元件电路已被集成电路替代。12.1.3集成逻辑门电工电子学B有“0”出“1”全“1”出“0”“与非”逻辑关系00010011101111011001011101011110ABYC“与非”门逻辑状态表Y=ABC逻辑表达式：Y&ABC“与非”门12.1.3集成逻辑门电工电子学B74LS00、74LS20管脚排列示意图&&1211109814133456712&&UCC4B4A4Y3B3A3Y1B1A1Y2B2A2YGND(a)74LS001211109814133456712&&UCC2D3C2BNC2A2Y1B1ANC1D1C1YGND74LS20(b)电工电子学B12.6组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路：任何时刻电路的输出状态只取决于该时刻的输入状态，而与该时刻以前的电路状态无关。组合逻辑电路框图X1XnX2Y2Y1Yn...组合逻辑电路输入输出电工电子学B12.2.1组合逻辑电路的分析(1)由逻辑图写出输出端的逻辑表达式(2)运用逻辑代数化简或变换(3)列逻辑状态表(4)分析逻辑功能已知逻辑电路确定逻辑功能分析步骤：电工电子学B例1：分析下图的逻辑功能(1)写出逻辑表达式Y=Y2Y3=AABBAB...AB..AB.A..ABBY1AB&&&&YY3Y2电工电子学B(2)应用逻辑代数化简Y=AABBAB...=AAB+BAB..=AB+AB反演律=A(A+B)+B(A+B)..反演律=AAB+BAB..电工电子学B(3)列逻辑状态表Y=AB+AB=AB逻辑式(4)分析逻辑功能输入相同输出为“0”，输入相异输出为“1”，称为“异或”逻辑关系。这种电路称“异或”门。=1ABY逻辑符号ABY001100111001电工电子学B(1)写出逻辑式例2：分析下图的逻辑功能AB.Y=ABAB.A•B化简AB=AB+AB&&11BAY&电工电子学B(2)列逻辑状态表Y=AB+AB(3)分析逻辑功能输入相同输出为“1”,输入相异输出为“0”,称为“判一致电路”(“同或门”),可用于判断各输入端的状态是否相同。=AB逻辑式=1ABY逻辑符号=ABABY001100100111电工电子学B例3：分析下图的逻辑功能Y&&1BA&C101AA写出逻辑式：=AC+BCY=AC•BC设：C=1封锁打开选通A信号电工电子学BBY&&1BA&C001设：C=0封锁选通B信号打开例3：分析下图的逻辑功能B写出逻辑式：=AC+BCY=AC•BC电工电子学B12.2.2组合逻辑电路的设计根据逻辑功能要求逻辑电路设计(1)由逻辑要求，列出逻辑状态表(2)由逻辑状态表写出逻辑表达式(3)简化和变换逻辑表达式(4)画出逻辑图设计步骤如下：电工电子学B例1：设计一个三人(A、B、C)表决电路。每人有一按键，如果赞同，按键，表示“1”；如不赞同，不按键，表示“0”。表决结果用指示灯表示，多数赞同，灯亮为“1”，反之灯不亮为“0”。(1)列逻辑状态表(2)写出逻辑表达式取Y=“1”(或Y=“0”)列逻辑式取Y=“1”对应于Y=1，若输入变量为“1”，则取输入变量本身(如A)；若输入变量为“0”则取其反变量(如A)。0000ABCY0010010001111000101111011111电工电子学BCBACBABABCAYC(3)用“与非”门构成逻辑电路在一种组合中，各输入变量之间是“与”关系各组合之间是“或”关系0000ABCY0010010001111000101111011111ACBCBAYACBCBAYCBCBAA)(BACBAABC00011110011111电工电子学B三人表决电路CBCBYAA&&ABCY&&&&ABCC)(BACBAY电工电子学B例2：设计一个三变量奇偶检验器。要求:当输入变量A、B、C中有奇数个同时为“1”时，输出为“1”，否则为“0”。用“与非”门实现。(1)列逻辑状态表(2)写出逻辑表达式0000ABCY0011010101101001101011001111ABCCBACBACBAYBCACBACBACBA(3)用“与非”门构成逻辑电路ABCCBACBACBAYABC00100111101111解：电工电子学B(4)逻辑图YCBA01100111110&&&&&&&&1010电工电子学B例3:某工厂有A、B、C三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机G1和G2。G1的容量是G2的两倍。如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需G1运行，如果三个车间同时开工，则G1和G2均需运行。试画出控制G1和G2运行的逻辑图。设：A、B、C分别表示三个车间的开工状态：开工为“1”，不开工为“0”；G1和G2运行为“1”，不运行为“0”。(1)根据逻辑要求列状态表首先假设逻辑变量、逻辑函数取“0”、“1”的含义。电工电子学B逻辑要求：如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需G1运行，如果三个车间同时开工，则G1和G2均需运行。开工“1”不开工“0”运行“1”不运行“0”(1)根据逻辑要求列状态表0111001010001101101001010011100110111000ABCG1G2电工电子学B(2)由状态表写出逻辑式ABCCABCBABCAG1ABCCBACBACBAG2ABC00100111101111或由卡图诺可得相同结果ACBCABG1(3)化简逻辑式可得：10100101001110011011100001110010ABCG1G210001101电工电子学B(4)用“与非”门构成逻辑电路ACBCABG1ACBCABABCCBACBACBAG2ABCCBACBACBAG2由逻辑表达式画出卡诺图，由卡图诺可知，该函数不可化简。ABC00100111101111电工电子学B(5)画出逻辑图ABCABC&&&&&&&&&G1G2电工电子学B在数字电路中，常用的组合电路有加法器、编码器、译码器、数据分配器和多路选择器等。下面几节分别介绍这几种典型组合逻辑电路的使用方法。12.3常用中规模组合逻辑功能器件电工电子学B12.3.1加法器二进制十进制：0~9十个数码，“逢十进一”。在数字电路中，为了把电路的两个状态(“1”态和“0”态)与数码对应起来，采用二进制。二进制：0，1两个数码，“逢二进一”。电工电子学B12.3.1加法器加法器:实现二进制加法运算的电路进位如：000011+10101010不考虑低位来的进位半加器实现要考虑低位来的进位全加器实现电工电子学B1.半加器半加：实现两个一位二进制数相加，不考虑来自低位的进位。AB两个输入表示两个同位相加的数两个输出SC表示半加和表示向高位的进位逻辑符号：半加器：COABSC电工电子学B半加器逻辑状态表逻辑表达式BABABAS逻辑图&=1ABSCABCABSC0000011010101101电工电子学B2.全加器输入Ai表示两个同位相加的数BiCi-1表示低位来的进位输出表示本位和表示向高位的进位CiSi全加：实现两个一位二进制数相加，且考虑来自低位的进位。逻辑符号：全加器：AiBiCi-1SiCiCOCI电工电子学B(1)列逻辑状态表(2)写出逻辑式1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAS1iii1iii1iii1iiiiCBACBACBACBAC1ii1iiiiCACBBA1iiiCBAAiBiCi-1SiCi0000000110010100110110010101011100111111电工电子学B1ii1iiiiiCACBBAC1iiiiCBAS半加器构成的全加器1BiAiCi-1SiCiCOCO逻辑图&=11AiCiSiCi-1Bi&&电工电子学B12.3.2编码器把二进制码按一定规律编排，使每组代码具有一特定的含义，称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。n位二进制代码有2n种组合，可以表示2n个信息。要表示N个信息所需的二进制代码应满足2nN电工电子学B1.二进制编码器将输入信号编成二进制代码的电路。2n个n位编码器高低电平信号二进制代码电工电子学B(1)分析要求：输入有8个信号