数字电路课件第四章 组合逻辑电

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《数字电子技术基础》第五版:第四章 组合逻辑电路

《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

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

数字电路与逻辑设计第四章组合逻辑电路

数字电路与逻辑设计第四章组合逻辑电路
述问题的逻辑表达式。
第四章 组合逻辑电路
设计的一般过程:
●建立给定问题的逻辑描述 ●求出逻辑函数的最简表达式 ●选择器件并对表达式变换 ● 画出逻辑电路图
弄清楚变量及函数,得 到描述给定问题的逻辑 表达式。求逻辑表达式 有两种常用方法,即真
值表法和分析法。
求出描述设计问题的 最简表达式,使逻辑电路 中包含的逻辑门最少且连 线最少。
令: 逻辑变量A、B、C --- 分别代表参加表决的3个成员, 并约定逻辑变量取值为0表示反对,取值为1表示赞成;
逻辑函数 F---- 表示表决结果。F取值为0表示被否定,F 取值为1表示通过。
按照少数服从多数的原则可知,函数和变量的关系是:当3 个变量A、B、C中有2个或2个以上取值为1时,函数F的值为1, 其他情况下函数F的值为0。
注意:在化简这类逻辑函数时,利无关项用随意性往往 可以使逻辑函数得到更好地简化,从而使设计的电路达到更 简!
第四章 组合逻辑电路
例 设计一个组合逻辑电路,用于判别以余3码表示的1 位 十进制数是否为合数。
解 设输入变量为ABCD,输出函数为 F,当ABCD表示 的十进制数为合数(4、6、8、9)时,输出F为1,否则F为0。
目的:了解给定逻辑电路的功能,评价设计方案的优劣, 吸取优秀的设计思想、改进和完善不合理方案等。
一般步骤:
第四章 组合逻辑电路
1.写出输出函数表达式 ;
2.输出函数表达式化简;
3.列出输出函数真值表 ;
4.功能评述 。
第四章 组合逻辑电路
1. 写出输出函数表达式
根据逻辑电路图写输出函数表达式时,一般从输入端开始 往输出端逐级推导,直至得到所有与输入变量相关的输出函数 表达式为止。

门电路及组合逻辑电路ppt课件.ppt

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二-十进制代码:用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进 制数中的 0 ~ 9 十个数码。简称BCD码。
用四位自然二进制码中的前十个码字来表示十进制数码, 因各位的权值依次为8、4、2、1,故称8421码。
2421码的权值依次为2、4、2、1;余3码由8421码加0011 得到;格雷码是一种循环码,其特点是任何相邻的两个码字, 仅有一位代码不同,其它位相同。
即:(5555)10=5×103 +5×102+5×101+5×100 又如:(209.04)10= 2×102 +0×101+9×100+0×10-1+4 ×10-2
(1)数制:二进制
数码为:0、1;基数是2。 运算规律:逢二进一,即:1+1=10。 二进制数的权展开式: 如:(101.01)2= 1×22 +0×21+1×20+0×2-1+1 ×2-2
A
&
B
≥1 &
C
&
D
(a) 与或非门的构成
A
FB C
& ≥1 F
D
(b) 与或非门的符号
F AB CD
4、异或
异或是一种二变量逻辑运算,当两个变量取值相同时, 逻辑函数值为0;当两个变量取值不同时,逻辑函数值为1。
异或的逻辑表达式为: L A B
“异或”真值
表 输入
输出
A
B
L
A
=1
0
0
0
0
常用 BCD 码
十进制数 8421 码 余 3 码 格雷码 2421 码
0
0000 0011 0000 0000
1
0001 0100 0001 0001
2
0010 0101 0011 0010

第4章 组合逻辑电路

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)

数字电路第4章(6竞争与冒险现象)_2综述

数字电路第4章(6竞争与冒险现象)_2综述
G1 G2 L=A'A A G1 G2 L=A'+A
A
A A'
A A' L
L
★ 分析:2—4译
码器中的竞争冒险现象
★ 当AB从10->01
时,动态过程 中出现00和11 状态,在Y3和 Y0输出端可能 产生冒险。
*2、检查竞争与冒险现象的方法(1)
一、代数法: (1) 检查是否存在某个变量A,它同时以原变量和 反变量的形式出现在函数表达式中。
★编码器、译码器、数据选择器、数据分配 器、数值比较器和加法器是常用的MSI组合逻 辑部件,学习时重点掌握其逻辑功能及应用。
★数据选择器的作用是根据地址码的要求,从 多路输入信号中选择其中一路输出。 ★数据分配器的作用是根据地址码的要求,将 一路数据分配到指定输出通道上去。
★编码器的作用是将具有特定含义的信息编成 相应二进制代码输出;常用的有二进制编码
关的电路。它在逻辑功能上的特点是:没有存储
和记忆作用;在电路结构上的特点是:由各种门 电路组成,不含记忆单元,只存在从输入到输出
的通路,没有反馈回路。
组合逻辑电路的基本分析方法是:根据给定电 路逐级写出输出函数式,并进行必要的化简和 变换,然后列出真值表,确定电路的逻辑功能。 组合逻辑电路的基本设计方法是:根据给定设 计任务进行逻辑抽象,列出真值表,然后写出输 出函数式并进行适当化简和变换,求出最简表达 式,从而画出最简(或称最佳)逻辑电路。
再加选通脉冲选取输出结果, 即可消除现象。
该方法简单易行,但对选通信号的作用时间和 脉冲宽度有严格的要求。
3、消除竞争与冒险现象的方法
(3) 修改逻辑设计 采用增加冗余项的方法。 在表达式中“加”上多余的“与项”或者“乘” 上多余的“或项”,使原函数不可能在某种条件 下再出现A+A‘和AA’的形式。

脉冲与数字电路第四章 组合电路设计

脉冲与数字电路第四章 组合电路设计

组合电路的逻辑竞争和冒险
<4>静态险象: 输出本不应变化 产生了毛刺; 动态险象: 输出本应变化 另有毛刺
2、险象的判断:
1〉逻辑险象:当P个(1≤P ≤N)输入变量发生变化, 但函数输出最简与或式中不包含由N-P个不变变量组 成的乘积项,就可能发生逻辑冒险。 2〉功能险象:当P个(P>1)输入变量发生变化时, 若变化前后稳定时,输出在变化前后一致,在卡诺图 中由其余不变的N-P个变量组成的乘积项包含的最小 项既有1又有0,就可能发生功能冒险。
(将3位二进制数译8路输出。)
3、译码器
*〉3-8译码器扩展:(将2片3-8扩展为4-16译码器。)
3、译码器
3〉4-16译码器(74LS154):
(将4位二进制数译10路输出。)
3、译码器
3〉BCD-10译码器(74LS154):
(将4位二进制数译10路输出。)
3、译码器
4〉其他码变换电路: <1> BCD/7SEG译码器:
F=A+BC
F=A(B+C)F=A⊕B ⊕C第四章 组合逻辑电路
例2:多重关联的组合电路
F=AC+B
F1=(AB+C) ⊕D
F2=AB +C
X: 表示受影响的 两端短接 A=1, B和C短接 A=0, B和C短接
更多的例子:P123
2、编码器
功能:将十进制输入变成二进制或BCD码输出。
1〉4-2线编码器:(将0-3编码为2位二进制数)
<1> 逻辑险象:由于不同门
电路传输延迟不同,使得同一 信号的变化到达输出时间不一 致而引起的输出尖峰。 功能险象:多个输入信 号变化快慢不一致,引起的输 出尖峰。

(完整版)数字电路基础-阎石第五版-第4章

(完整版)数字电路基础-阎石第五版-第4章

用与或非门实现
AG R 00 01 11 10
01 0 1 0
Z (RAG RAG RAG)
10 1 1 1
4.3 若干常用的组合逻辑电路
§4.3.1 编码器
编码:用二进制代码来表示某一信息(文 字、数字、符号)的过程。
实现编码操作的电路称为编码器。

高?低?
码 器
码?
一、二进制编码器 输入端:2n
(A B)CI
AB
S A B CI CO (A B)CI AB
S A B CI CO (A B)CI AB
这是一个全 加器电路
§4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
根据实际逻辑问题
步骤:
确定输入、输出 列出真值表
最简单逻辑电路
设计
选择所需
门电路
写出表达式
并简化
画逻辑电路图
根据设
计要求
分析题意,将设计 要求转化为逻辑关
形式变换
系,这一步为设计
组合逻辑电路的根关据键设计所用
芯片要求
例1:设计三人表决电路(A、B、C)。每人 一个按键,如果同意则按下,不同意则不按。 结果用指示灯表示,多数同意时指示灯亮, 否则不亮。用与非门实现.
解:
1.首先指明逻辑符号取“0”、“1”的含义。三 个按键A、B、C按下时为“1”,不按时为“0”。 输出量为 L,多数赞成时是“1”,否则是“0”。
(( DC A) (DCB) (DCB))
解: Y2 ((DBA)(DC)) DBA DC
Y1 ((DCA)(DCB)(DCB)) DCA DCB DCB
Y0 ((DB)(DC)) DB DC
由真值表知:该电路可用来判别输入的4位二 进制数数值的范围。
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高、低电平信号。

常用的有:二进制译码器,二-十进制译码器, 显示译码器等
一、二进制译码器
例:3线—8线译码器 输
A
2
3位二进制译码器的真值表

A
1

Y
6

Y
3
A Y
0 7
Y
5
Y
4
Y
2
Y
1
Y
0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0
' ' ' ' ' ' ' 7 6 5 4 3 2 1 0
' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' ' I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I1' I 0 I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I1' I 0
利用无关项化简,得:
Y2 I 4 I 5 I 6 I 7 Y1 I 2 I 3 I 6 I 7 Y0 I1 I 3 I 5 I 7
解 :(1)逻辑抽象:
输入变量:A、B、C分别表示三个班学生是否上自习; 1表示上自习, 0表示不上自习 。 输出变量:Y、 F分别表示大教室、小教室的灯是否亮; 1表示亮, 0表示灭。
(2)列真值表:
利用卡诺图化简:
BC
AC
Y AB BC AC
AB
(3)函数表达式:
Y ABC ABC ABC ABC
选通信号 S’=0 工作 S’=1 封锁
附加输出信号
为0时,电路工 作无编码输入
' ' ' ' ' ' ' YS' ( I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I1' I 0 S )' ' ' ' ' ' ' ' ' YEX [( I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I1' I 0 S )' S ]'
Y A B A A B B A B A A B B
A B A A B B ( ) ( ) AB AB
特点:输入相同为“0”; 输入不同为“1”。
异或门
A
B
=1
Y
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
一、逻辑抽象 分析因果关系,确定输入/输出变量 定义逻辑状态的含意(赋值) 列出真值表 二、写出函数式 三、选定器件类型 四、根据所选器件:对逻辑式化简(用门) 变换(用MSI) 或进行相应的描述(PLD) 五、画出逻辑电路图,或下载到PLD 六、工艺设计

将十进制的十个数码0~9编成二进制代码, 也称8421BCD码编码器。编码功能与 74HC148类似。
二-十进制优先编码器(74LS147)
1001
74LS147优先编码器功能符号图
图中没有 I 0 输入端,这因为当 I 0 ~ I 9 全为1,就相当于对十进制数0编码, 所以输入端 I 0 在电路中被省略了。
74LSl47与按键连接的电路如图所示。由于编码器的输
人信号是低电平有效,所以将按键的一端接地,另一端通 过上拉电阻接至编码的输入端。 该编码器以反码形式输出,将编码输出再分别经反相器 输出,以完成将十进制数转换成相应的二进制数。
键盘编码应用电路
4.3.2 译码器

功能:将每个输入的二进制代码译成对应的输出
(2)列真值表:
(3)函数表达式:
Y ABC ABC ABC
Y ABC ABC ABC
ABC ABC ABC
利用卡诺图化简:
(4) 画逻辑图:
4.3 若干常用组合逻辑电路
4.3.1 编码器

功能:将输入的每个高/低电平信号变成一个对应
的二进制代码 普通编码器
优先编码器
F ABC ABC ABC ABC
A B C (A B)C A B C
(4) 画逻辑图:
Y AB BC AC
F A BC
例3、用与非门设计一个三变量判偶电路。当输入 变量中有偶数个1时,输出1;否则输出为0。 解:(1)逻辑抽象: 设A、B、C表示三个输入变量;Y为输出变量。
低电平有效
Y2' ( I 7 I 6 I5 I 4 )'
选 通 信 号
Y2' [(I7 I 6 I5 I 4 ) S ]'
Y2' [( I 7 I 6 I 5 I 4 ) S ]'
' ' ' ' Y1' [( I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I 4 I 5 ) S ]' ' ' ' ' ' Y0' [( I 7 I 6 I 5 I 3 I 4 I 6 I1 I 2 I 4 I 6 ) S ]'
二、优先编码器

特点:允许同时输入两个以上的编码信号,但只对 其中优先权最高的一个进行编码。 例:8线-3线优先编码器
设I7优先权最高 … I0优先权最低


I0 I1
输 入 输 出 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y Y Y
2 1 0
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X 0 X X X 0 1 X X 0 1 1
例1:分析下图组合逻辑电路的功能。
AB
列真值表:
BC AC
Y AB BC AC =AB+BC+AC
特点:若输入两个或者两个以上的1,输出Y为1。
功能:实际可作为多数表决电路 。
练习:分析下图的逻辑功能。
A B A
真值表
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
Y
0 1 1 0
AB
A B B
X 1
X 1
X 1
X 1
X 1
X 1
X 1
1 1
1 1
0
0 0 0 0
X
X X X X
X
X X X X
X
X X X X
X
X X X 0
X
X X 0 1
X
X 0 1 1
X
0 1 1 1
0
1 1 1 1
0
0 0 0 1
0
0 1 1 0
0
1 0 1 0
1
1 1 1 1
0
0 0 0 0
0
0 0
X
X 0
X
0 1
[( I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I1 I 0 ) S ]'
为0时,电路工 作有编码输入

S
1 0
' I0 ' I1 ' I2 ' I3

' I4 ' I5 ' I6 ' ' I 7 Y2
输 出
Y1'
1 1 1 1
Y0' YS
1 0
'
' YEX
X 1

第一片为高优先权 只有(1)无编码输入时,(2)才允许工作 ' ' ' YEX 0 时表示对 A15 ~ A8的编码 第(1)片 低3位输出应是两片的输出的“或”
三、二-十进制优先编码器

' 将 I 9 ~ I1'
编成0110 ~ 1110

' ' I9 的优先权最高, I0 最低

Y F ( A)
yn=Fn(x1,x2,…,xm)
4.2组合逻辑电路的分析
给定逻辑 电路图
分析
得到电路 逻辑功能
分析步骤:
1. 由给定的逻辑图,从输入到输出逐级写出逻辑式。 2. 用公式法或卡诺图对逻辑式进行化简(最简 与-或式)。 3. 列真值表。 4. 分析真值表特点,得到电路的逻辑功能。
0
1 1
1
1 1
1
1 1
1
1 1
1
1 1
1
1 1
1
1 1
0
1 1
1
0 1
1
1 1
0
0 0
附加输出信号的状态及含意
' YS ' YEX
1 0 1 0
1 1 0 0
状态 不工作 工作,但无输入 工作,且有输入 不可能出现
控制端扩展功能举例:

例:
用两片8线-3线优先编码器
16线-4线优先编码器
' A15的优先权最高··· 其中,
输 出 Z 1 0 0 1 0 1 1 1
设计举例:
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
设计举例2、有三个班学生上自习,大教室能容纳两 个班学生,小教室能容纳一个班学生。 设计两个教室是否开灯的逻辑控制电路,用SSI 门电路实现。要求如下: (1)一个班学生上自习, 开小教室的灯。 (2)两个班上自习, 开大教室的灯。 (3)三个班上自习, 两教室均开灯。
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