第14章《电工电子技术》课件.ppt
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第第14章章组合逻辑电路组合逻辑电路本章学习要点本章学习要点n组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计n常用组合逻辑器件常用组合逻辑器件n本章小结本章小结14.1组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计14.1.1组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法组组合合逻逻辑辑电电路路是是数数字字电电路路中中最最简简单单的的一一类类逻逻辑辑电电路路。
其其特特点点是是:
任任何何时时刻刻的的输输出出只只与与该该时时刻刻的的输输入入状状态态有有关关,而而与与先先前前的的输输入入状状态态无无关关,也也就就是是说说组组合合逻逻辑辑电电路路不不具具备备记记忆忆功功能能,结构上无反馈。
结构上无反馈。
1组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的特点所谓组合逻辑电路的分析,是对给定组合逻辑电路进行所谓组合逻辑电路的分析,是对给定组合逻辑电路进行逻辑分析,求出其相应的输入、输出逻辑关系表达式,确定逻辑分析,求出其相应的输入、输出逻辑关系表达式,确定其逻辑功能。
其逻辑功能。
通常采用的分析方法是从电路的输入到输出逐级写出逻通常采用的分析方法是从电路的输入到输出逐级写出逻辑函数式,最终得到表示输出与输入关系的逻辑函数式;然辑函数式,最终得到表示输出与输入关系的逻辑函数式;然后使用公式化简法或卡诺图化简法将得到的函数式化简或变后使用公式化简法或卡诺图化简法将得到的函数式化简或变换,从而写出最简与或表达式;如要分析电路的逻辑功能,换,从而写出最简与或表达式;如要分析电路的逻辑功能,就要将函数式转换为真值表,再根据真值表分析电路的逻辑就要将函数式转换为真值表,再根据真值表分析电路的逻辑功能。
下面结合例题进行具体分析。
功能。
下面结合例题进行具体分析。
2组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法【例例14-1】分析如图分析如图14-1所示组合逻辑电路的逻辑功能。
所示组合逻辑电路的逻辑功能。
【解解】
(1)从输入到输出逐级写出逻辑函数式。
设)从输入到输出逐级写出逻辑函数式。
设P为为中间变量。
中间变量。
(2)化简与变换逻辑函数,写出最简与或表达式。
)化简与变换逻辑函数,写出最简与或表达式。
(3)由表达式列出真值表。
)由表达式列出真值表。
(4)分析逻辑功能)分析逻辑功能由真值表可知,当由真值表可知,当A、B、C三个变量不一致时,输出为三个变量不一致时,输出为1,所以这个电路称为,所以这个电路称为“不一致电路不一致电路”。
14.1.2组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的设计是组合逻辑电路分析的逆过程,即组合逻辑电路的设计是组合逻辑电路分析的逆过程,即已知逻辑功能要求,设计出具体的实现该功能的组合逻辑电已知逻辑功能要求,设计出具体的实现该功能的组合逻辑电路。
其设计步骤如下。
路。
其设计步骤如下。
(1)分析逻辑问题,明确输入量与输出量;)分析逻辑问题,明确输入量与输出量;
(2)根据逻辑要求列出相应的真值表;)根据逻辑要求列出相应的真值表;(3)根据真值表写出逻辑函数的最小项表达式;)根据真值表写出逻辑函数的最小项表达式;(4)化简逻辑函数,并根据可能提供的逻辑电路类型写)化简逻辑函数,并根据可能提供的逻辑电路类型写出所需的表达式形式;出所需的表达式形式;(5)画出与表达式相应的逻辑图。
)画出与表达式相应的逻辑图。
组合逻辑电路的设计一般应以电路简单、所用器件最少组合逻辑电路的设计一般应以电路简单、所用器件最少为目标,并尽量减少所用集成器件的种类。
为目标,并尽量减少所用集成器件的种类。
【例例14-2】设计一个三人表决电路,表决结果按设计一个三人表决电路,表决结果按“少数少数服从多数服从多数”的原则决定。
的原则决定。
【解解】
(1)分析具体问题,确定输入量与输出量。
设三)分析具体问题,确定输入量与输出量。
设三人的意见为变量人的意见为变量A、B、C,表决结果为函数,表决结果为函数Y,并设同意为逻,并设同意为逻辑辑1,不同意为逻辑,不同意为逻辑0,事情通过为逻辑,事情通过为逻辑1,没通过为逻辑,没通过为逻辑0。
(2)根据逻辑要求列出真值表。
)根据逻辑要求列出真值表。
(3)由真值表写出逻辑表达式。
)由真值表写出逻辑表达式。
(4)化简逻辑函数。
画该逻辑函数的卡诺图,并合并最)化简逻辑函数。
画该逻辑函数的卡诺图,并合并最小项,如左图所示,得最简与或表达式:
小项,如左图所示,得最简与或表达式:
Y=AB+BC+AC。
(5)画出逻辑图,如右图所示。
)画出逻辑图,如右图所示。
14.2常用组合逻辑器件常用组合逻辑器件14.2.1编码器编码器编编码码就就是是将将具具有有特特定定含含义义的的信信息息(如如数数字字、文文字字、符符号号等等)用用二二进进制制代代码码来来表表示示的的过过程程。
能能实实现现编编码码功功能能的的电电路路称称为为编编码器,编码器的输入为被编信号,输出为二进制代码。
码器,编码器的输入为被编信号,输出为二进制代码。
按按编编码码方方式式不不同同,编编码码器器可可分分为为普普通通编编码码器器和和优优先先编编码码器器;按按编编码码形形式式可可分分为为二二进进制制编编码码器器与与BCD编编码码器器;按按输输出出位位数数可可分分为为4线线2线线编编码码器器、8线线3线线编编码码器器与与16线线4线线编编码码器器等。
等。
1二进制编码器二进制编码器将信号编为二进制代码的电路称为二进制编码电路。
用将信号编为二进制代码的电路称为二进制编码电路。
用n位二进制代码可对位二进制代码可对2n个信号进行编码。
个信号进行编码。
3位二进制编码器有位二进制编码器有8个输入端个输入端I0、I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7,3个输出端个输出端A2、A1、A0,所以常称为所以常称为8线线3线编码器,其线编码器,其功能真值表见下表,输入为高电平有效。
功能真值表见下表,输入为高电平有效。
用门电路实现逻辑功能,如下图所示。
用门电路实现逻辑功能,如下图所示。
2优先编码器优先编码器优先编码器给所有的输入信号规定了优先顺序,当多个优先编码器给所有的输入信号规定了优先顺序,当多个输入信号同时出现时,只对其中优先级最高的一个进行编码。
输入信号同时出现时,只对其中优先级最高的一个进行编码。
常用的优先编码器有常用的优先编码器有74LS148、74LS147等。
等。
74LS148是一种常用的是一种常用的8线线3线优先编码器,其功能如线优先编码器,其功能如下表所示下表所示I0I7为编码输入端,低电平有效。
为编码输入端,低电平有效。
A0A2为编码输出端,为编码输出端,也为低电平有效,即反码输出。
其他功能端子的功能如下:
也为低电平有效,即反码输出。
其他功能端子的功能如下:
EI为使能输入端,低电平有效。
为使能输入端,低电平有效。
优先顺序为优先顺序为I7I0,即,即I7的优先级最高。
的优先级最高。
GS为编码器的工作标志,低电平有效。
为编码器的工作标志,低电平有效。
EO为使能输出端,高电平有效。
为使能输出端,高电平有效。
74LS148的逻辑图如下图所示。
的逻辑图如下图所示。
14.2.2译码器译码器在编码时,每一种使用了的二进制代码状态,都被赋在编码时,每一种使用了的二进制代码状态,都被赋予了特定的含意,即表示一个确定的信号或者对象。
把二予了特定的含意,即表示一个确定的信号或者对象。
把二进制代码的特定含意进制代码的特定含意“翻译翻译”出来的过程叫做译码,而实出来的过程叫做译码,而实现译码操作的电路称为译码器。
或者说译码器可以将输入现译码操作的电路称为译码器。
或者说译码器可以将输入代码的状态翻译成相应的输出信号,以表示其原意。
根据代码的状态翻译成相应的输出信号,以表示其原意。
根据需要,输出信号可以是脉冲,也可以是高、低电平信号。
需要,输出信号可以是脉冲,也可以是高、低电平信号。
假设译码器有假设译码器有n个输入信号和个输入信号和N个输出信号,如果个输出信号,如果N=2n,就称为全译码器,常见的全译码器有,就称为全译码器,常见的全译码器有2线线4线译码线译码器、器、3线线8线译码器、线译码器、4线线16线译码器等。
如果线译码器等。
如果N2n,称为部分译码器,如二称为部分译码器,如二十进制译码器(也称作十进制译码器(也称作4线线10线线译码器)等。
译码器)等。
把二进制代码的各种状态,按照其原意翻译成对把二进制代码的各种状态,按照其原意翻译成对应输出信号的电路,叫做二进制译码器。
二进制译码应输出信号的电路,叫做二进制译码器。
二进制译码器的逻辑特点是,若输入为器的逻辑特点是,若输入为n个,则输出信号为个,则输出信号为2n个,个,对应每一个输入组合,只有对应每一个输入组合,只有1个输出为个输出为1,其余全为,其余全为0。
下面以下面以2线线4线译码器和译码器芯片线译码器和译码器芯片74LS138为例说为例说明二进制译码器的工作原理和电路结构。
明二进制译码器的工作原理和电路结构。
1二进制译码器二进制译码器
(1)2线线4线译码器线译码器用门电路实现用门电路实现2线线4线译码器的逻辑电路如下图线译码器的逻辑电路如下图所示。
所示。
2线线4线译码器的功能如下表所示。
线译码器的功能如下表所示。
由上表可写出各输出函数表达式:
由上表可写出各输出函数表达式:
(2)译码器芯片)译码器芯片74LS13874LS138是一种典型的二进制译码器,其逻辑图和引脚图是一种典型的二进制译码器,其逻辑图和引脚图如下图所示。
它有如下图所示。
它有3个输入端个输入端A2、A1、A0,8个输出端个输出端Y0Y7,所以常称为所以常称为3线线8线译码器,属于全译码器。
输出为低电平有线译码器,属于全译码器。
输出为低电平有效,效,G1、G2A和和G2B为使能输入端。
为使能输入端。
由译码器的逻辑图可写出各输入端的逻辑表达式:
由译码器的逻辑图可写出各输入端的逻辑表达式:
74LS138译码器的真值表如下表。
译码器的真值表如下表。
由真值表可以看出,当三个控制端由真值表可以看出,当三个控制端G1=1且且G2A=G2B=0时,芯片才会译码,反码输出,相应时,芯片才会译码,反码输出,相应输出端低电平有效。
这三个控制端只要有一个无输出端低电平有效。
这三个控制端只要有一个无效,芯片禁止译码,输出全为效,芯片禁止译码,输出全为1。
【例例14-3】某组合逻辑电路的真值表如下表所示,试用某组合逻辑电路的真值表如下表所示,试用译码器和门电路设计该逻辑电路。
译码器和门电路设计该逻辑电路。
【解解】
(1)写出各输出的最小项表达式,再转换成)写出各输出的最小项表达式,再转换成与非与非与非形式。
与非形式。
(2)选用)选用3线线8线译码器线译码器74LS138。
设。
设A=A2、B=A1、C=A0。
将。
将L、F、G的逻辑表达式与的逻辑表达式与74LS138的输出表达式相的输出表达式相比较,得比较,得用一片用一片74LS138加三个与非门就可实现该组合逻辑电路,加三个与非门就可实现该组合逻辑电路,逻辑图如下图所示。
可见,用译码器实现多输出逻辑函数时,逻辑图如下图所示。
可见,用译码器实现多输出逻辑函数时,优点更明显。
优点更明显。
2显示译码器显示译码器在数字电路中,数字量都是以一定的代码形式出现的,在数字电路中,数字量都是以一定的代码形式出现的,所以这些数字量要先经过译码,才能送到数字显示器去显示。
所以这些数字量要先经过译码,才能送到数字显示器去显示。
这种能把数字量翻译成数字显示器所能识别的信号的译码器这种能把数字量翻译成数字显示器所能识别的信号的译码器称为数字显示译码器。
称为数字显示译码器。
常用的数字显示器有多种类型。
按显示方式可分为字型常用的数字显示器有多种类型。
按显示方式可分为字型重叠式、点阵式、分段式等;按发光物质可分为半导体显示重叠式、点阵式、分段式等;按发光物质可分为半导体显示器(又称发光二极管显示器,即器(又称发光二极管显示器,即LED显示器)、荧光显示器、显示器)、荧光显示器、液晶显示器、气体放电管显示器等。
目前应用最广泛的是由液晶显示器、气体放电管显示器等。
目前应用最广泛的是由发光二极管构成的七段数字显示器。
发光二极管构成的七段数字显示器。
(1)LED数码管数
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