第9章-组合逻辑电路课件

第第9 9章章 组合逻辑电路组合逻辑电路9.1 组合逻辑电路的分析与设计方法组合逻辑电路概述1.定义输出信号只是该时刻输入信号的函数，与过去状态无关，这样的数字电路就称为组合逻辑电路。2.特点（1）电路没有记忆功能；（2）电路没有反馈支路。这就决定了组合逻辑电路由各种门电路构成。组合合逻辑电路表达式路表达式组合逻辑电路组合逻辑电路I0I1In-1Y0Y1Ym-1输入输出3.原理框图 9.1.1 组合逻辑电路的分析方法1.组合电路分析的目的通过对给定组合电路的分析，弄清其逻辑功能。2.分析过程【步骤】（1）由逻辑电路图写出各输出端的逻辑表达式；（2）化简和变换各逻辑表达式；（3）列出真值表；（4）根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最 后确定其功能。逻辑图逻辑图逻辑表逻辑表达式达式例：例：最简与或最简与或表达式表达式真值表真值表用与非门实现用与非门实现电路的输出Y只与输入A、B有关，而与输入C无关。Y和A、B的逻辑关系为：A、B中只要一个为0，Y=1；A、B全为1时，Y=0。所以Y和A、B的逻辑关系为与非运算的关系。电路的逻辑功能电路的逻辑功能例9.1例9.29.1.2 组合逻辑电路的设计方法1.何谓“电路设计”所谓“电路设计”，就是根据实际要求设计出电路来完成实际要求所提出的任务。2.设计方法【步骤】（1）根据对电路逻辑功能的要求，列出真值表；（2）由真值表写出逻辑表达式；（3）简化和变换逻辑表达式，从而画出逻辑图。组合逻辑电路的设计，通常以电路简单电路简单，所用器件最少所用器件最少为目标。电路功电路功能描述能描述路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。设楼上开关为A，楼下开关为B，灯泡为Y。并设A、B闭合时为1，断开时为0；灯亮时Y为1，灯灭时Y为0。1 穷举法穷举法例：例：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的解：解：逻辑要求：逻辑要求：在上楼前，用楼下开关(B)打开电灯(1)，上楼后，用楼上开关(A)关灭电灯(0)；或者在下楼前，用楼上开关(A)打开电灯(1)，下楼后，用楼下开关(B)关灭电灯(0)。真值表真值表根据逻辑要求列出真值表:1 1 真值表真值表根据逻辑要求列出真值表:1 1 2 逻辑表达式逻辑表达式或卡诺图或卡诺图化简化简 3 3 已为最简与或表达式用与非门实现最简与或最简与或表达式表达式 4 逻辑变换逻辑变换 4 5 逻辑电路图逻辑电路图用异或用异或门实现门实现用与非门实现例9.3例9.49.2.1 编码器编码的含义：编码的含义：v 编码器：编码器：为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用一特为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用一特定的二进制代码表示，这就是编码的含义。定的二进制代码表示，这就是编码的含义。编码也就是建立起特定的二进制代码与十进制数值、字编码也就是建立起特定的二进制代码与十进制数值、字母、符号等的一一对应关系。母、符号等的一一对应关系。具有编码功能的逻辑电路。具有编码功能的逻辑电路。9.2 常用组合逻辑电路V 其其逻辑功能：功能：编码器可以有若干个输入，但在某一时刻只有一个编码器可以有若干个输入，但在某一时刻只有一个输入信号被转换成二进制码。输入信号被转换成二进制码。把输入的每一个高、低电平信号编成一个对应的二把输入的每一个高、低电平信号编成一个对应的二进制代码。进制代码。注意：注意：（一）8线3线编码器功能表：见功能表：见P153【该编码器为高电平有效该编码器为高电平有效】由功能表可知：当输入由功能表可知：当输入I0有效时，输出为有效时，输出为000，也就是，也就是说，输入说，输入I0就是用就是用000这个特定这个特定3位的二进制代码表示的。位的二进制代码表示的。以下类推。以下类推。I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y01000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111因此可得逻辑表达式：因此可得逻辑表达式：优先编码P1539.2.2 译码器/数据分配器一译码器的定义及功能一译码器的定义及功能译码是编码的逆过程。译码是编码的逆过程。1.译码的功能：译码的功能：是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成对应的输出高、低电平信号。对应的输出高、低电平信号。2.译码器的定义：译码器的定义：具有译码功能的逻辑电路称为译码器。具有译码功能的逻辑电路称为译码器。二二进制译码器的一般原理框图二二进制译码器的一般原理框图输输入入的的是是n位位二二进进制制代代码码EI输入使能端输入使能端输出为输出为2n个个高、低高、低电平信号电平信号变量量译码器器1.74138集成译码器（集成译码器（3线线8线译码器）线译码器）STBSTCSTAA0A1A2Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774138（1）74138的逻辑简图的逻辑简图使能端使能端输入端输入端8个输出端个输出端其中：其中：控制端控制端STC、STB为低电平有效；为低电平有效；所有所有8个输出端也个输出端也都是低电平有效。都是低电平有效。74LS138的的引脚引脚图和和逻辑简图的不同之的不同之处：输输 入入输输 出出STASTBSTCA2 A1 A0 Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71111111111111111110111111111000000111111110000110111111100010110111111000111110111110010011110111100101111110111001101111110110011111111110（2）74138集成译码器功能表：集成译码器功能表：【已知已知】若满足若满足STA=1,STB=STC=0，则：，则：输输 入入输输 出出STASTBSTCA2 A1 A0 Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71111111111111111110111111111000000111111110000110111111100010110111111000111110111110010011110111100101111110111001101111110110011111111110（2）74138集成译码器功能表：集成译码器功能表：【已知已知】显然：显然：一个一个3线线8线译码器能线译码器能产生产生3变量函数的全部最小项变量函数的全部最小项,所以也把这种译码器叫做所以也把这种译码器叫做最小项译码器最小项译码器。（3）集成）集成译码器器74138的的应用用作作为逻辑函数函数产生器生器例：用一个例：用一个3线线8线译码器线译码器74138实现如下函数：实现如下函数：解：解：先令译码器的使能端有效，先令译码器的使能端有效，即：即：G G1 1接接5V5V，G G2A2A和和G G2B2B均接地。均接地。则相应的则相应的74138各输出端的表达式如下：各输出端的表达式如下：令令X=A，Y=B，Z=C。并将给定函数进行变换：。并将给定函数进行变换：画逻辑图：画逻辑图：【见下页见下页】由由得如下逻辑图：得如下逻辑图：G1G2AG2BABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7741385VZYX&F例9.5例9.6七段显示译码器七段显示译码器用用来来驱驱动动各各种种显显示示器器件件，从从而而将将用用二二进进制制代代码码表表示示的的数数字字、文文字字、符符号号翻翻译译成成人人们们习习惯惯的的形形式式直直观观地地显显示示出出来来的电路，称为的电路，称为显示译码器显示译码器。（1）显示译码器的定义：）显示译码器的定义：（2）数字显示电路的组成：）数字显示电路的组成：译码器译码器驱动器驱动器显示器显示器输入信号输入信号（3）半导体数码管：）半导体数码管：是用条形发光二极管（简称是用条形发光二极管（简称LED：Light Emitting Diode）组）组成的字形来显示数字。成的字形来显示数字。【LED数码管数码管或或LED七段显示器七段显示器】共阴极数码管显示共阴极数码管显示b=c=f=g=1，a=d=e=0时时c=d=e=f=g=1，a=b=0时时共阴极数码管显示共阴极数码管显示BCDA（4）集成）集成BCD七段显示译码七段显示译码CD4511：其主要功能：将其主要功能：将BCD代码译成数码管所需要的驱动信号，以代码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数码管用十进制数字显示出便使数码管用十进制数字显示出BCD代码所表示的值。代码所表示的值。十进制十进制或功能或功能输入输入输出输出DCBAabcdefg000001111110100010110000200101101101300111111001401000110011501011011011601100011111701111110000810001111111910011111011101101010001101 151111110000000灭灯灭灯00000000灭零灭零10000000000000灯测试灯测试 0111111114511【输出高电平有效，以驱动共阴极显示器输出高电平有效，以驱动共阴极显示器】功能表：功能表：输入为输入为8421BCD码（码（4位）位）输出是另输出是另一个一个7位代码位代码严格的讲，这种电路称为严格的讲，这种电路称为代码变换器代码变换器更确切些。更确切些。十进制十进制或功能或功能输入输入BI/RBO输出输出LT RBI DCBAabcdefg011000011111110110001101100002100101110110131001111111001410100101100115101011101101161011010011111710111111100008110001111111191100111111011101101010001101 151111110000000灭灯灭灯00000000灭零灭零10000000000000灯测试灯测试 011111111辅助功能：辅助功能：灯测试输入灯测试输入LTLT功能：用于检测数码管各段是否能正常发光。功能：用于检测数码管各段是否能正常发光。测试：当测试：当LT=0时，无论时，无论DCBA为何种状态，输出都为高为何种状态，输出都为高电平，正常时应显示电平，正常时应显示“8”测试状态；测试状态；当当LT1时，译码器正常译码。时，译码器正常译码。9.2.3 9.2.3 多路选择器多路选择器数据选择器的功能是从一组数据中选则某个数据输出抽取理想数输出表达式输出表达式A1 A0YY=A1A0D0+A1A0D1+A1A0D2+A1A0D3输入输入输出输出使能使能地址地址GBAY10000X0011X01010D0 D1 D2 D3 4选选1数据选择器功能表数据选择器功能表八选一数据选择器有三位地址码A2A1A0 可在八位数据D7 D0选择某一位。（图略）数据选择器功能的扩展数据选择器功能的扩展例：试用一片双四选一数据选择器74LS153 组成一个八选一数据选择器。解：连接线路如图解：连接线路如图1A21Y常用集成四选一数据选择器有74LS153，内含双四选一电路。当A2=0时，(1)部分电路工作，可在D D0 0 D D3 3 种选择某个数据；（1）（2）A1A0D7D6D5D4D3D2D1D074LS153D22D20D12D10D23D21S2D13D11S1Y2Y1A1A0可在D D4 4 D D7 7中选择某个数据。当A2=1时，(2)部分电路工作，例 9.79.2.4 数据分配器数据分配器（1）数据分配）数据分配:是将一路数据根据需要送到多个不同的通道上去。是将一路数据根据需要送到多个不同的通道上去。（2）数据分配器：）数据分配器：实现数据分配功能的逻辑电路。实现数据分配功能的逻辑电路。（3）一般原理框图：）一般原理框图：SDA1A0地址输入地址输入数据输入数据输入图图a：1线线4线分配框图线分配框图SDAn-1A0Y0Y1Y2n-1图图b：一般原理框图：一般原理框图地址输入：地址输入：n个变量个变量数据输入数据输入G1G2AG2BA B CY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7741381数据输入数据输入DD数据输出数据输出地址输入地址输入（4）二进制译码器作数据分配器使用）二进制译码器作数据分配器使用【以以74138为例为例】：例如：例如：G1=1，G2B=0，CBA=010时：时：G1G2AG2BA B CY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7741381数据输入数据输入DD数据输出数据输出地址输入地址输入第4章（4）二进制译码器作数据分配器使用）二进制译码器作数据分配器使用【以以74138为例为例】：总结：把二进制译码器的把二进制译码器的使能端作为数据输入端，使能端作为数据输入端，二进制代码输入端作为地二进制代码输入端作为地址码输入端，则带使能端址码输入端，则带使能端的二进制译码器就是数据的二进制译码器就是数据分配器。分配器。9.2.3 数据选择器一定义及功能一定义及功能其逻辑功能：其逻辑功能：又叫多路开关，简称又叫多路开关，简称MUX（Multiplexer）是在地址选择信号的控制下，从多路数据中选择一是在地址选择信号的控制下，从多路数据中选择一路数据作为输出信号。路数据作为输出信号。实际应用时经常用数据分配器和数据选择器一起构成实际应用时经常用数据分配器和数据选择器一起构成数据传送系统。数据传送系统。地址输入：地址输入：n个变量个变量2n个数据输入个数据输入SAn-1A0D0D1D2n-1三数据选择器的一般原理框图三数据选择器的一般原理框图惟一的数据通道惟一的数据通道9.3 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险2.产生原因返回 在组合电路中，当输入信号的状态改变时，输出端可能会出现不正常的干扰信号，使电路产生错误的输出，这种现象称为竞争冒险竞争冒险。主要是门电路的延迟时间门电路的延迟时间产生的。1.什么是竞争冒险现象？前面分析组合逻辑电路的功能时，都假定输入信号处于稳定状态（静态）；若输入信号处于跳变状态（动态），且门电路的传输延迟时间 tpd 不能忽略时，组合逻辑电路就有可能产生竞争冒险现象。结果，在t1t2 时间内，电路输出端产生了Y=1的尖峰脉冲，Y=A AY 0tpdt1 t2 t3 t4AYA它不符合静态下Y=AA恒为 0 的逻辑关系。例设静态时，动态，且 tpd 0 时,Y=？tpdAAtpd&1Y9.3.2 竞争竞争冒险现象的判断冒险现象的判断一、代数法（对于简单的逻辑函数）一、代数法（对于简单的逻辑函数）例例9.9二、卡诺图二、卡诺图最小项圈相邻但不相交,可能只要逻辑函数在一定的条件下能化成Y=AA 或 Y=A+A 的形式，则可判定其电路有竞争冒险的可能。9.3.3 消除竞争冒险的方法有圈相切，则有竞争冒险 ABC000111100000110111Y1ABC12314&例如：例如：1)冗余 ABC000111100000110111增加冗余项，消除竞争冒险Y Y选通脉冲使得静态时电路工作，动态时电路封锁。在电路的输入端引入选通脉冲&1AY2)选通法&1AYP在电路的输出端接入滤波电容。3)滤波法第3章内容总结（1）首先介绍了逻辑代数的一些基本公式（共19个）和常用公式（共6组），以及三个基本规则：代入规则、反演规则和对偶规则，其中根据后两种规则要求会求L的反函数 及L的对偶式 第3章v然后介绍了逻辑函数的两种化简方法：公式法和卡诺图化简法。公式法对运用公式和基本规则的熟练程度和技巧等方面要求较高。卡诺图化简法简单直观，容易掌握，但不适用于变量个数5的情况。卡诺图化简法是本章重点内容，也是本门课的重点内容之一，要求学生必须熟练准确地掌握这两种化简方法。第3章内容总结（2）分析分析 分析组合逻辑电路的目的是确定已知电路的逻辑功能，其步骤是：根据给定电路写出逻辑函数，并按要求化简列出真值表分析电路功能v接下来介绍了组合逻辑电路的分析和设计过程，它们是两个相反的过程：设计设计 应用逻辑门电路设计组合逻辑电路的步骤是：实际要求列出真值表根据所选择的器件进行化简组成逻辑电路，并画逻辑图检验功能，如不符合要求，重新设计在许多情况下，如果用中、大规模集成电路来实现组合函数，可以取得事半功倍的效果。第3章p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后Thank You在别人的演说中思考，在自己的故事里成长Thinking In Other PeopleS Speeches，Growing Up In Your Own Story讲师：XXXXXX XX年XX月XX日