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数字电路第5章组合逻辑电路 (1).ppt

数字电路第5章组合逻辑电路 (1)

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2018-12-04 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《数字电路第5章组合逻辑电路 (1)ppt》,可适用于高等教育领域

第章组合逻辑电路组合逻辑电路的分析和设计 P编码器和译码器数据选择器和数据分配器器全加器和数值比较器组合逻辑电路中的竞争冒险现象概述数字电路按其完成逻辑功能的不同特点可划分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。向量函数形式:Y=F(A)组合逻辑电路:①从逻辑上讲组合电路在任一时刻的输出状态仅由该时刻的输入状态决定而与过去的输入状态无关。②从结构上讲组合电路都是单纯由逻辑门组成且输出不存在反馈路径。--电路无记忆功能所谓逻辑电路的分析就是找出给定逻辑电路输出和输入之间的逻辑关系并确定电路的逻辑功能。分析过程一般按下列步骤进行:组合逻辑电路的分析方法一、组合逻辑电路的分析方法①根据给定的逻辑电路图从输入端开始逐级推导出输出端的逻辑函数表达式。②根据输出函数表达式列出真值表。③用文字概括出电路的逻辑功能。解:()逐级写逻辑表达式:()化简P:()真值表()逻辑功能分析。由P、P的逻辑表达式或真值表可知电路的逻辑功能为:P:为A、B、C的异或逻辑函数P:A、B、C三变量中只要有任意两变量同时为P即等于。 从上例可知当化简后的逻辑表达式很简单可以直接分析出电路的逻辑功能时可以被省略真值表P是全加器进位P是全加器和全加器在PABC=AB解()逐级写逻辑表达式:输入AB输出SC一、组合逻辑电路的设计的含义及步骤组合逻辑电路的设计方法工程上的最佳设计通常需要用多个指标去衡量主要以下几个方面:①所用的逻辑器件数目最少、种类最少且器件之间的连线最少。这样的电路称“最小化”电路。②满足速度要求应使级数最少以减少门电路的延迟。③功耗小工作稳定可靠。所谓组合逻辑电路设计根据给出的实际逻辑问题求出实现这其功能的最佳逻辑电路。①仔细分析设计要求作出输入、输出变量的逻辑规定根据给出的条件列出满足逻辑要求的真值表。②根据真值表写出相应的逻辑函数表达式。③将逻辑函数表达式用公式或卡诺图化简,为最简与或表达式。④根据化简的逻辑函数表达式画出逻辑电路图。⑤工艺设计。包括设计机箱、面板、电源、显示电路、控制开关等等。最后还必须完成组装、测试。组合逻辑电路的设计一般可按以下步骤进行:实际逻辑问题例:用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有个裁判一个主裁判和两个副裁判。只有当两个或两个以上裁判判明成功并且其中有一个为主裁判时表明举重成功。解:①根据要求设定输入、输出量输入变量:主裁判为A副裁判为B、C。判明成功为失败为输出变量:举重成功与否用变量Y表示成功为失败为逻辑真值表②逻辑表达式Sheet输入输出ABCY③逻辑电路图YABAC组合逻辑电路的设计方法例:某工厂有三条生产线耗电分别为号线kW号线kW号线kW生产线由两台发电机提供其中号机kW号机kW。试设计一个供电控制电路根据生产线的开工情况启动发电机使电力负荷达到最佳配置。解:①根据要求设定输入、输出量输入变量:~号生产线以A、B、C表示生产线开工为停工为输出变量:~号发电机以Y、Y表示发电机启动为关机为②逻辑函数式③卡诺图化简④逻辑电路图ABC≥YY≥ABCYY图A、B、C三个开关分别代表三人当主持人宣布抢答开始(接V)当A、B、C三人抢答时开关接V为抢答开关接地为不抢答抢答成功对应灯亮一人抢答成功其他人再抢答不起作用。组合电路中的竞争冒险、产生竞争冒险的原因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。产生竞争冒险的原因:主要是门电路的延迟时间产生的。干扰信号YAAAY(a)(b)(b)(a)AAYAY≥、消除竞争冒险的方法有圈相切则有竞争冒险增加冗余项消除竞争冒险≥ABC������������������ABCY≥ABCY增加冗余项消除竞争冒险中规模数字集成电路的特点P加法器和数值比较器①半加器:不考虑低位进位将两个一位二进制数A和B相加。一位加法器半加器真值表SheetABSCO全加器:需考虑低位进位将两个一位二进制数A和B相加。全加器真值表SheetCIABSCO全加器逻辑电路图P多位加法器:两个多位二进制数相加。①串行进位加法器(模仿手工计算方式)首先求最低位的和并将进位向高位传递由低向高逐次求各位的全加和并依次将进位向高位传递直至最高位。每一位的相加结果都必须等到低一位进位产生以后才能建立传输延迟时间长(最差需要经过个全加器的延迟时间)。位串行进位加法器位超前进位加法器LS的逻辑图只需经过三级门电路的延迟时间等价于位全加器的时间延迟。例:试用两片位超前进位加法器LS构成一个位加法器。解:低位芯片的高位进位输出端接高位芯片的低位进位输入端。高位低位用来将两个同样位数的二进制数A、B进行比较并能判别其大小关系的逻辑器件叫做数值比较器。数据比较器(Comparator)P一位数值比较器①A>B(A=,B=)则②A=B(A=B=,A=B=则③A<B(A=,B=)则输出函数式真值表输入AB输出LLLAB逻辑图符号A>BA>BA<BA<BA>BA>BA>BA>BA<BA<BA=BA=BA<BA<B多位数值比较器比较两个多位数A和B需从高向低逐位比较。如两个位二进制数AAAA和BBBB进行比较:A<BA<BA>BA>BA=BA=BA=B位数值比较器真值表比较输入级联输入输出ABABABABA'>B'A'<B'A'=B'A>BA<BA=BA>BA<BA=BA=BA=BA=BA=BA=BA=BA=BA=B××A>BA<BA=BA=BA=BA=BA=BA=BA=B××××A>BA<BA=BA=BA=BA=BA=B××××××A>BA<BA=BA=BA=B×  ×  ××  ×  ××  ×  ××  ×  ××  ×  ××  ×  ××  ×  ××  ×  ×    …        …        …        …    TTL电路(LS)串联扩展A>BA'>B'A<B最高位A'<B'A=BA'=B'AB…ABAB…ABAB…ABA>BA'>B'A<BA'<B'A=BA'=B'A>BA'>B'A<B最低位A'<B'A=BA'=B'比较输出实验书P译码器(Decoder)译码是编码的逆过程即将具有特定含义的一组代码“翻译”出它的原意的过程叫译码。实现译码功能的逻辑电路称为译码器。数字电路中常用的译码器有二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器。一、译码器概念二进制译码器设二进制译码器的输入端为n个则输出端为n个且对应于输入代码的每一种状态n个输出中只有一个有效(为或为)其余全无效(为或为)。线-线译码器:线-线译码器YYYYB�线-线译码器真值表输入输出ABYYYY线-线译码器LS输出信号控制门EN=时输出逻辑表达式:每个输出对应一个最小项线-线译码器LS的功能表解:①输出信号②输入信号和级联问题AAAGGBYYYYYYYGAYLS()ZZZZZZZZYZZZAAAGGBYYZZLS()YGAYZZZYYYLS扩展的线-线译码器AAAGGBYYYYYYYGAYLS()ZZZZZZZZYZZZAAAGGBYYZZLS()YGAYZZZYYYvDDDD()实现逻辑函数①写出函数的标准与或表达式(最小项之和)并变换为与非与非形式②画出用二进制译码器和与非门实现这些函数的接线图。n线n线译码器有n个代码组合包含了n变量函数的全部最小项。当译码器的使能端有效时每个输出(一般为低电平输出)对应相应的最小项,即。因此只要将函数的输入变量加至译码器的地址输入端并在输出端辅以少量的门电路便可以实现逻辑函数。一般步骤:、译器的应用例:试利用线-线译码器LS设计一个多输出的组合逻辑电路。输出的逻辑函数式为:解:①最小项之和形式②化为与非-与非式③画逻辑电路YYYYYYYYLSBAAASSSCAZZZ例、用构成全加器和进位显示译码器驱动各种显示器件从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号等翻译成人们习惯的形式并直观地显示出来的电路称为显示译码器。①显示器件()发光二极管数码管(LED数码管)优点:亮度高响应时间短缺点:工作电流大。共阴极LED()液晶显示器(LCD):液晶是一种既具有液体的流动性又具有晶体光学特性的有机化合物。外加电场能控制它的透明度和显示的颜色由此制成LCD。液晶显示器两个电极上加HZ~HZ的交变电压。玻璃盖板透明电极(正面电极)反射电极(公共电极)液晶加电场未加电场符号暗灰色优点:功耗极低缺点:亮度很低响应速度慢。透明色②BCD-七段显示译码器在数字系统中常将测量和处理的结果直接显示成十进制数字因此将二进制译码驱动显示器CD芯片实验书P一、编码器的概念用文字、符号或数码表示特定对象的过程称为编码。在数字电路中用二进制代码表示有关的信号称为二进制编码。实现编码操作的电路就是编码器。按照被编码信号的不同特点和要求有普通编码器、优先编码器、二十进制编码器之分。编码器是译码器相反功能。编码器输入:I~I个高电平信号输出:位二进制代码YYY。故也称为线-线编码器。普通编码器用n位二进制代码可对N≤n个输入信号进行编码输出相应的n位二进制代码。特点:输入I~I当中只允许一个输入变量有效即取值为(高电平有效)。三位二进制普通编码器位二进制编码器的真值表逻辑表达式:(利用无关项化简)Sheet输入输出IIIIIIIIYYY电路图≥≥≥YYYIIIIIII二进制优先编码器优先编码器:允许同时在n个输入端有多个输入信号有效编码器按输入线编号的大小来排列优先级只对同时输入的多个信号中优先权最高的一个进行编码。设I的优先级别最高I次之依此类推I最低。位二进制优先编码器的真值表Sheet输入输出IIIIIIIIYYY××××××××××××××××××××××××××××逻辑表达式:如果要求输出、输入均为反变量则只要在图中的每一个输出端和输入端都加上反相器就可以了。线线优先编码器逻辑图输入:逻辑(高电平)有效输出:原码输出≥≥≥YYYIIIIIIII把I~I的十个状态分别编码成十个BCD码。其中I的优先权最高I的优先权最低。二-十进制(BCD)优先编码器LS二-十进制(BCD)优先编码器LSIIIIIIIIYYYYLSII数据选择器数据选择器又称多路选择器(Multiplexer,简称MUX)。每次在地址输入的控制下从多路输入数据中选择一路输出其功能类似于一个单刀多掷开关。一、数据选择器的功能和电路分析功能数据选择器示意图选数据选择器的逻辑表达式:功能真值表逻辑图P使能端S选择输入AAA输出YYXXXDDDDDDDDDDDDDDDD选数据选择器LS输出端为互补形式地址变量输入数据使能端二、数据选择器的应用、函数发生器式中A、B、C与A,AA对应D=D=D=D=D=D=,D=D=例、四变量、数据传送--并行输入串行输出由地址码切换控制将各种输入数据分时地传递给不同的输出端实现多路数据分配。多路数据分配器例:利用线线译码器构成路输出的多路分配器。

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