第四章常用组合逻辑
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《数字电子技术基础》第五版：第四章 组合逻辑电路
74HC42
二－十进制译码器74LS42的真值表
序号 输入
输出
A3 A2 A2 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9
0 0 000 0 111111111
1 0 001 1 011111111
2 0 010 1 101111111
3 0 011 1 110111111
4 0 100 1 111011111
A6 A4 A2
A0
A15 A13 A11 A9
A7 A5 A3
A1
I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I00
S
74LS 148(1)
YS
YEE Y2 Y1
Y0
XX
I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0
S
74LS 148(2)
YS
YE Y2 Y1
Y0
X
&
G3
&
G2
&
G3
Z3
Z2
Z1
&
G3
0时1部分电路工作在d0a1a0d7d6d5d4d3d2d1d074ls153d22d20d12d10d23d21s2d13d11s1y2y1a1a0在d4a0a1a2集成电路数据选择器集成电路数据选择器74ls15174ls151路数据输入端个地址输入端输入端2个互补输出端74ls151的逻辑图a2a1a02274ls15174ls151的功能表的功能表a2a1a0a将函数变换成最小项表达式b将使能端s接低电平c地址a2a1a0作为函数的输入变量d数据输入d作为控制信号?实现逻辑函数的一般步骤cpcp000001010011100101110111八选一数据选择器三位二进制计数器33数据选择器数据选择器74ls15174ls151的应用的应用加法器是cpu中算术运算部件的基本单元
数字电子技术基础 第4章
在将两个多位二进制数相加时，除了最低位以外，每一 位都应该考虑来自低位的进位，即将两个对应位的加数 和来自低位的进位3个数相加。这种运算称为全加，所用 的电路称为全加器。
图4.3.26
全加器的卡诺图
图4.3.27 双全加器74LS183 （a）1/2逻辑图 （b）图形符号
二、多位加法器
1、串行进位加法器（速度慢）
数字电子技术基础 第四章 组合逻辑电路
Pan Hongbing VLSI Design Institute of Nanjing University
4.1 概述
数字电路分两类：一类为组合逻辑电路，另一类 为时序逻辑电路。 一、组合逻辑电路的特点
任何时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原 来的状态无关。 电路中不能包含存储单元。
例4.2.1 P162
图4.2.1
例3.2.1的电路
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
最简单逻辑电路：器件数最少，器件种类最少， 器件之间的连线最少。 步骤：
1、进行逻辑抽象 2、写出逻辑函数式 3、选定器件的类型 4、将逻辑函数化简或变换成适当的形式 5、根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路 的连接图 6、工艺设计
通常仅在大规模集成电 路内部采用这种结构。 图4.3.7 用二极管与门阵列组成的3线－8线译码器
最小项译码器。
图4.3.8
用与非门组成的3线－8线译码器74LS138
例4.3.2 P177
图4.3.10
用两片74LS138接成的4线－16线译码器
二、二-十进制译码器
拒绝伪码功能。
图4.3.11
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
第4章组合逻辑函数.ppt
Y4 ( A2 A1A0 ) m4
Y1 ( A2 A1A0 ) m1
Y5 ( A2 A1A0 ) m5
Y2 ( A2 A1A0 ) m2
Y6 ( A2 A1A0 ) m6
Y3 ( A2 A1A0 ) m3
Z13’输出低电平
43
4. 二进制译码器的主要特点 功能特点： 输出端提供全部最小项 电路特点： 与门(原变量输出)
与非门(反变量输出)
44
二、二－十进制译码器 输入端：4 输出端：10
二-十进制译码器的输入是十进制数的4位二进制
编码（BCD码），分别用A3、A2、A1、A0表示；输
出的是与10个十进制数字相对应的10个信号，用
① 确定输入变量不同取值时功能是否满足要求； ② 变换电路的结构形式(如：与或 与非-与非)； ③ 得到输出函数的标准与或表达式，以便用 MSI、
LSI 实现； ④ 得到其功能的逻辑描述，以便用于包括该电路的系
统分析。
8
逻辑图
出从 逐输 1 级入 写到 出输
逻辑表
达式
化 简
2
最简与或
表达式
Y1 ( AB) Y2 (BC)
Y
Y3 (CA)
1
Y (Y1Y2Y3) (( AB)(BC)(CA))
2
Y AB BC CA9来自最简与或 表达式3
真值表
4
电路的逻 辑功能
Y AB BC CA
3
当输入A、B、
0
C中有2个或3
0
个为1时，输 出Y为1，否则
0 1
4
输出Y为0。所 以这个电路实
Y0 ((DB)(DC)) DB DC
第4章 组合逻辑电路
25
4.3 编码器
主要内容：
编码器的概念 由门电路构成的三位二进制编码器 由门电路构成的二-十进制编码器 优先编码器的概念 典型的编码器集成电路74LS148及74LS147
26
4.3.1 编码器的概念
在数字电路中，通常将具有特定含义的信息（ 数字或符号）编成相应的若干位二进制代码的过程 ，称为编码。实现编码功能的电路称为编码器。 编码器功能框图如下图所示。
A B C D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
F 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1
30
根据上述各表达式可直接画出3位二进制编码 器的逻辑电路图如图所示。
31
2．优先编码器
优先编码器事先对输入端进行优先级别排序，在任何时 刻仅对优先级别高的输入端信号响应，优先级别低的输入端 信号则不响应。如图所示是8-3线优先编码器74LS148的逻辑 符号和引脚图。功能表见表4－10（P86）。
13
4.2.2组合逻辑电路的设计举例
1．用与非门设计组合逻辑电路 例4-4 用与非门设计一个三变量“多数表决电路”。 解：（1）进行逻辑抽象，建立真值表： 用A、B、C表示参加表决的输入变量，“1”代表 赞成，“0”代表反对，用F表示表决结果，“1”代表 多数赞成，“0”代表多数反对。根据题意，列真值表。
15
16
2．用或非门设计组合逻辑电路
例4-6 用或非门设计例4-5(见课本)的逻辑电路。 F(A,B,C,D)=∑m(3,7,11,13,15)
(完整版)组合逻辑电路
（第4章-15）
3. 选用小规模SSI器件 4. 化简 Z R' A'G'RA RG AG
5. 画出逻辑图
Z RAG.RA.RG.AG
用与或门实现
用与非门实现
（第4章-16）
多输出组合逻辑电路的设计
多输出组合逻辑电路是指具有两个或两个以上的输出逻 辑变量的组合逻辑电路。
例2： 设计一个故障指示电路，具体要求为： （1）两台电动机同时工作时，绿灯亮； （2）一台电动机发生故障时，黄灯亮； （3）两台电动机同时发生故障时，红灯亮。
（第4章-17）
解：1. 设定A、B分别表示两台电动机这两个逻辑变量，F绿、 F黄、F红分别表示绿灯、黄灯、红灯；且用0表示电动机正常
工作，1表示电动机发生故障；1表灯亮，0表示灯灭 2.建立真值表: 按设计要求可得下表所列的真值表
A
B
F绿
F黄
F红
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
F绿 A B
第四章 组合逻辑电路
§ 4.1 概述 § 4.2 组合逻辑电路的分析方法和设计方法 § 4.3 若干常用的组合逻辑电路 § 4.4 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象
（第4章-1）
第四章 组合逻辑电路
本章要求： 1.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法； 2.掌握标准化的中规模集成器件的逻辑功能、使
F黄 AB AB A B
逻辑电路图
F绿 A B
F红 AB
（第4章-20）
4.3 若干常用组合逻辑电路 4.3.1 编码器 • 编码：将输入的每个高/低电平信号变成一
3. 选用小规模SSI器件 4. 化简 Z R' A'G'RA RG AG
5. 画出逻辑图
Z RAG.RA.RG.AG
用与或门实现
用与非门实现
（第4章-16）
多输出组合逻辑电路的设计
多输出组合逻辑电路是指具有两个或两个以上的输出逻 辑变量的组合逻辑电路。
例2： 设计一个故障指示电路，具体要求为： （1）两台电动机同时工作时，绿灯亮； （2）一台电动机发生故障时，黄灯亮； （3）两台电动机同时发生故障时，红灯亮。
（第4章-17）
解：1. 设定A、B分别表示两台电动机这两个逻辑变量，F绿、 F黄、F红分别表示绿灯、黄灯、红灯；且用0表示电动机正常
工作，1表示电动机发生故障；1表灯亮，0表示灯灭 2.建立真值表: 按设计要求可得下表所列的真值表
A
B
F绿
F黄
F红
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
F绿 A B
第四章 组合逻辑电路
§ 4.1 概述 § 4.2 组合逻辑电路的分析方法和设计方法 § 4.3 若干常用的组合逻辑电路 § 4.4 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象
（第4章-1）
第四章 组合逻辑电路
本章要求： 1.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法； 2.掌握标准化的中规模集成器件的逻辑功能、使
F黄 AB AB A B
逻辑电路图
F绿 A B
F红 AB
（第4章-20）
4.3 若干常用组合逻辑电路 4.3.1 编码器 • 编码：将输入的每个高/低电平信号变成一
第4章_组合逻辑电路习题解答
习题写出图所示电路的逻辑表达式，并说明电路实现哪种逻辑门的功能。
习题图解：B A B A B A B A B A F ⊕=+=+= 该电路实现异或门的功能分析图所示电路，写出输出函数F 。
习题图 解：[]B A B BB A F ⊕=⊕⊕⊕=)(已知图示电路及输入A 、B 的波形，试画出相应的输出波形F ，不计门的延迟．?解：B A B A B A AB B AB A AB B AB A F ⊕=•=•••=•••=由与非门构成的某表决电路如图所示。
其中A 、B 、C 、D 表示4个人，L=1时表示决议通过。
（1） 试分析电路，说明决议通过的情况有几种。
（2） 【 （3） 分析A 、B 、C 、D 四个人中，谁的权利最大。
习题图解：（1）ABD BC CD ABD BC CD L ++=••=C & && & D $ L B A " =1=1 =1FFA B[FB A（2）(3)根据真值表可知，四个人当中C 的权利最大。
分析图所示逻辑电路，已知S 1﹑S 0为功能控制输入，A ﹑B 为输入信号，L 为输出，求电路所具有的功能。
&习题图解：（1）011011)(S S B S A S S B S A L ⊕⊕+⊕=⊕⊕•⊕= (2)(3)当S 1S 0=00和S 1S 0=11时，该电路实现两输入或门，当S 1S 0=01时，该电路实现两输入或非门，当S 1S 0=10时，该电路实现两输入与非门。
(2)1￥电路逻辑功能为：“判输入ABC 是否相同”电路。
已知某组合电路的输入A 、B 、C 和输出F 的波形如下图所示，试写出F 的最简与或表达式。
习题图:解：（1）根据波形图得到真值表：，(2)由真值表得到逻辑表达式为C AB BC A C B A F ++=、设∑=)14,12,10,9,8,4,2(),,,(m D C B A F ，要求用最简单的方法，实现的电路最简单。
《数字电子技术基础》复习指导（第四章）
《数字电⼦技术基础》复习指导（第四章）第四章组合逻辑电路⼀、本章知识点(⼀)概念1.组合电路：电路在任⼀时刻输出仅取决于该时刻的输⼊，⽽与电路原来的状态⽆关。
电路结构特点：只有门电路，不含存储（记忆）单元。
2.编码器的逻辑功能：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。
优先编码器：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。
3.译码器的逻辑功能：输⼊⼆进制代码，输出⾼、低电平信号。
显⽰译码器：半导体数码管(LED数码管)、液晶显⽰器(LCD)4.数据选择器：从⼀组输⼊数据中选出某⼀个输出的电路，也称为多路开关。
5.加法器半加器：不考虑来⾃低位的进位的两个1位⼆进制数相加的电路。
全加器：带低位进位的两个 1 位⼆进制数相加的电路。
超前进位加法器与串⾏进位加法器相⽐虽然电路⽐较复杂，但其速度快。
6.数值⽐较器：⽐较两个数字⼤⼩的各种逻辑电路。
7.组合逻辑电路中的竞争⼀冒险现象竞争：门电路两个输⼊信号同时向相反跳变(⼀个从1变0，另⼀个从0变1)的现象。
竞争-冒险：由于竞争⽽在电路输出端可能产⽣尖峰脉冲的现象。
消除竞争⼀冒险现象的⽅法：接⼊滤波电容、引⼊选通脉冲、修改逻辑设计(⼆)组合逻辑电路的分析⽅法分析步骤：1.由图写出逻辑函数式，并作适当化简；注意：写逻辑函数式时从输⼊到输出逐级写出。
2.由函数式列出真值表；3.根据真值表说明电路功能。
(三)组合逻辑电路的设计⽅法设计步骤：1.逻辑抽象：设计要求----⽂字描述的具有⼀定因果关系的事件。
逻辑要求---真值表(1) 设定变量--根据因果关系确定输⼊、输出变量；(2)状态赋值：定义逻辑状态的含意输⼊、输出变量的两种不同状态分别⽤0、1代表。
(3)列出真值表2.由真值表写出逻辑函数式真值表→函数式，有时可省略。
3.选定器件的类型可选⽤⼩规模门电路，中规模常⽤组合逻辑器件或可编程逻辑器件。
4.函数化简或变换式(1)⽤门电路进⾏设计：从真值表----卡诺图/公式法化简。
数字电路第四章组合逻辑电路
(3)逻辑表达式：
Y A B C A B C A B C ABC A B CB C A B CB C ABC R AB BC AC AB BC AC
（4）画出电路（见仿真）
2、下图所示是具有两个输入X、Y和三个输出Z1、Z2、 Z3的组合电路。写出当X>Y时Z1 ＝1；X=Y时 Z2 ＝1；当X<Y时Z3 ＝1，写出电路的真值表， 求出输出方程。 解：A、列真值表： B、写出函数表达式：
可在K图中直接圈1化简得最简与或式。再对最简与或式 两次求反进行变换。 A C A B C B C
n 1 n n n n n n
B n Cn A n Cn A n B n B n C n A n Cn A n B n
C、 画出逻辑电路：
4、设计一组合电路，当接收的4位二进制数能被4整除 时，使输出为1。 A 、列真值表：数N＝8A+4B+2C+D 注：0可被任何数整除 B、写逻辑函数式：画出F的K图
3、优先编码器
优先编码器常用于优先中断系统和键盘编码。与普 通编码器不同，优先编码器允许多个输入信号同时有效， 但它只按其中优先级别最高的有效输入信号编码，对级 别较低的输入信号不予理睬。
常用的MSI优先编码器有10线—4线(如74LS147)、
8线—3线(如74LS148)。
Cn 1 Cn 1 Bn Cn A n Cn A n Bn
2)、用异或门实现Dn：
An Bn C n An Bn C n An Bn C n
3)、用与非门实现 Cn+1：
Dn An Bn C n An Bn C n An BnC n An BnC n
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【例题】某医院有一、二、三、四号4间病房， 每间设有呼叫按钮，同时在护士值班室内对应地装 有一号、二号、三号、四号4个指示灯。
现要求当一号病室的按钮按下时，无论其他病室 的按钮是否按下，只有一号灯亮。，当一号病室的 按钮没有按下而二号病室的按钮按下时，无论三、 四号病室的按钮是否按下，只有二号灯亮。当一、 二号病室的按钮都未按下而三号病室的按钮按下时， 无论四号病室的按钮是否按下，只有三号灯亮。只 有在一、二、三号病室的按钮均未按下而按下四号 病室的按钮时，四号灯才亮。试用优先编码器 74LSI48和门电路设计满足上述控制要求的逻辑电 路，给出控制四个指示灯状态的高、低电平信号。
• 四、优先编码器：
• 识别请求信号的优先级别并进行编码的逻辑部件。
• 功能分析
– I0只有当I1~I3输入为0，且I0=1时，输出才为00； – I1只有当I2，I3输入为0，且I1=1时，输出才为01，
不管I0输入何种电平； – I2只有当I3输入为0，且I2=1时，输出才为10，不管
I0 I1输入何种电平； – I3=1时，输出才为11，不管I0 ~I2输入何种电平； – 因此，他们的优先级从高到低分别为I3I2I1I0
第4章
常用组合逻辑 功能器件
编码器
• 编码
– 把二进制编码按照一定的规律编排，如8421码、格 雷码等，使每组代码具有一定的含义（代表某个数 或者控制符），称为编码。
• 编码器
– 能实现编码功能的逻辑电路称为编码器。 – 常用的有8线-3线编码器、10线-4线编码器、4线-2
线编码器。
4线-2线编码器
集成电路编码器：
1）功能：实现对多个输入信号中优先级 别最高的进行编码。
2 ） 典 型 芯 片 ： 8—3 线 优 先 编 码 器 74148 ， 该芯片共有16条引线；其中输入线条9条， 输出线5条，电源（VCC）和地（GND ） 各一条，输入（0~7）接收八个输入信号， 数字越大的优先级别越高，输入信号低 电平有效。输出信号低电平有效，EI输 入使能端，输出使能端EO和优先编码工 作状态标志GS。利用这三个信号可进行 功能扩充。
解：以 A1、 A2、 A3、 A4 分别表示按下一、二、三、
四号病房按下按钮给出的低电平信号，以Y1、Y2、 Y3、Y4表示一、二、三、四号灯亮的信号。
画逻辑电路图
VCC
A1 A2 A3 A4
I7 I6 I5
GS
A2 A1
I4
1O
74LS148
I3 I2
A0
1O
I1
I0
EO
EI
& Y1 & Y2 & Y3 & Y4
3）应用：广泛用于中断优先排队等，以 实现优先权管理。
5. 扩展应用
用2片“8~3”优先编码器组成“16~4”优先编码器
1. 当s’=1，不工作 2. 当s’=0，I15~I0=1时，不编码 3. 当s’=0， I15~I8=1， I7~I0至少有一端不为1，
低位片编码，高位片不编码；
4. 当s’=0， I15~I8=0 , I7~I0为任意电平，高位片 编码，低位片不编码。
• 实现的电路功能
– 在编码器若干个输入中，任何时刻只有一个输入信号 转换为对应的二进制码；
– 输入高电平有效，即当I0~I3位中的某一个输入为1， 输出Y1Y0即为相对应的代码。
• 弊端
– 当输入为0000和1000时，输出都是00，但是这两种 情况在实际生活中是需要区分的。
– 实际输入时有可能同时多个输入端输入1；
【例题1】用74138译码器产生逻辑函数
FAB C A BCAB
解：用与非门配合实现
因为 FABCABCABCABC m3 m5 m6 m7 m3 m5 m6 m7
m3m5m6m7
将 AB分 C别A接 2A1A0在 ,Y0Y7分别表示 m0m 最 7，小
FY3Y5Y6Y7
F
A BC 1
5. 译码器功能扩展
使能信号G1：高电平有效； G2A、 G2B ：为低电平有效
表达式：Yi G1(G2AG2B)mi 使能信号有效时：Yi mi
4. 译码器应用—产生逻辑函 数
3-8译码器表达式： YiG 1(G 2AG 2B)m im i
任何逻辑函数都可表示成最小项之和形式：
F m i m i Yi
所以可以用译码器和与非门实现逻辑函数。一般，n个 输入端的译码器可实现n变量的逻辑函数。
• 1）该芯片共有16条引线，其中6条输入线，8条 输线输（出A入即、线端最B（ ， 小、Y输 项C0出 之~接Y线非收7））Y输，0对~入Y1应代条7与，码电输输，源入出S线代1低、和码电S1构条’平2和成地有S的线效’3最。3。个大输使项入能
• 2）应用：二进制译码器除了用于实现地址译码， 指令译码等功能外，还可用于实现各种逻辑函数 的功能。
• 3）原理分析：1）由图得逻辑函数；2）化简；3） 功能图；
• 4）例。
3. 集成3—8译码器74138功能表
G1 G2A+G2B A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
1
0
0 0 0 0 1 1 1 1 1 11
1
0
0 0 1 1 0 1 1 1 1 11
1
0
0 1 0 1 1 0 1 1 1 11
译码器/数据分配器
• 一、译码器的定义及功能
• 1、译码：（它是编码的逆过程）将具有特定含义的二进制 码进行辨别，并转换成控制信号。
• 2、译码器：具有译码功能的逻辑电路称为译码器。 • 3、功能：将n个输入变量变换成2n个输出 函数，每个输出
函数对应于n个输入变量的一个最小项或者最大项。
74138集成译码器（3-8线译码器）
1
0
0 1 1 1 1 1 0 1 1 11
1
0
1 0 0 1 1 1 1 0 1 11
1
0
1 0 1 1 1 1 1 1 0 11
1
0
1 1 0 1 1 1 1 1 1 01
1
0
1 1 1 1 1 1 1 1 1 10
×1
××× 1 1 1 1 1 1 1 1
0
× ××× 1 1 1 1 1 1 1 1
2片3—8译码器扩展为4—16译码器
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
Y 8 Y 9 Y 10 Y 11 Y 12 Y 13 Y 14 Y 15
方案一：
7 41 3 8(1 ) A 0 A 1 A 2 G 1 G 2A G 2B