数字电路课件_第四章

nullnull4、组合逻辑电路4.1 组合逻辑电路的分析4.2 组合逻辑电路的设计4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险4.4 若干典型的组合逻辑集成电路4.5 组合可编程逻辑器件null教学基本要求1. 熟练掌握组合逻辑电路的分析和设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ； 2. 掌握编码器、译码器、数据选择器、数值比较器和加法器的逻辑功能及其应用； 3. 了解竞争冒险的判断、消除； 4. 了解可编程逻辑器件的表示方法。null组合逻辑电路的一般框图Li = f (A1, A2 , …, An ) (i=1, 2, …, m)工作特征:任何时刻，电路的输出状态只取决于同一时刻的输入状态，而与电路原来的状态无关。关于组合逻辑电路结构特征: 1、输出、输入之间没有反馈延迟通路 2、不含记忆单元null二、组合逻辑电路的分析步骤 4.1 组合逻辑电路分析1、 由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；2、 化简和变换逻辑表达式；3、 列出真值表；4、 根据真值表或逻辑表达式，分析确定功能。根据已知逻辑电路，分析确定电路的逻辑功能。一、组合逻辑电路分析null 三、举例 例 分析右图逻辑电路的功能。1、写出输出函数的逻辑表达式2. 列写真值表 3. 确定逻辑功能 解：输入变量的取值中有奇数 个1时，L为1，否则L为0, 电路具有为奇校验功能。如要实现偶校验，电路应做何改变？null例 试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。解：1、根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式。X = Anull2、化简逻辑表达式，列写真值表X = A真值表null这个电路逻辑功能是对输入的二进制码求反码。最高位为符号位，0表示正数，1表示负数，正数的反码与原码相同；负数的数值部分是在原码的基础上逐位求反。3、确定电路逻辑功能真值表null1、逻辑抽象：根据实际逻辑问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的因果关系确定输入、输出变量，并定义逻辑状态的含义；2、根据逻辑描述列出真值表；3、由真值表写出逻辑表达式;4、简化和变换逻辑表达式，画出逻辑图。二、组合逻辑电路的设计步骤 一、组合逻辑电路的设计 根据实际逻辑问题，求所要求逻辑功能的最简单逻辑电路。4.2 组合逻辑电路的设计null例 某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试用两输入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路，3个指示灯一、二、三号分别对应特快、直快和慢车。列车的优先级别依次为特快、直快和慢车，要求当特快列车请求进站时，无论其它两种列车是否请求进站，一号灯亮。当特快没有请求，直快请求进站时，无论慢车是否请求，二号灯亮。当特快和直快均没有请求，而慢车有请求时，三号灯亮。null解：1、逻辑抽象输入信号: I0、I1、I2分别为特快、直快和慢车的进站请求信号， 且有进站请求时为1，没有请求时为0。输出信号: L0、L1、L2分别为3个指示灯的状态，且灯亮为1， 灯灭为0。2、根据题意列出真值表3、 写出各输出逻辑表达式 L0 = I0 null4、 根据要求将上式变换为与非形式，并画出逻辑图 null例 试设计一个码转换电路，将4位格雷码转换为 自然二进制码。可以采用任何逻辑门电路来实现。解：1、明确逻辑抽象 设输入变量为G3、G2、G1、G0为格雷码， 输出变量B3、B2、B1和B0为自然二进制码。 2、列出真值表 当输入格雷码按照从0到15递增排序时，列出逻辑电路真值表null逻辑电路真值表null3、由真值表写逻辑表达式 画出各输出函数的卡诺图，并化简和变换。nullnull4、 根据逻辑表达式，画出逻辑图null4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险4.3.1 产生的竞争冒险的原因4.3.2 消去竞争冒险的方法null　当A=1，B=0时，Y=0； 　当A=0，B=1时，Y=0；当A由1变0，B由0变1时，若B变得快，则Y出现不应有的毛刺1。　当A=1，B=0时，Y=1； 　当A=0，B=1时，Y=1；当A由1变0，B由0变1时，若A变得快，则Y出现不应有的毛刺0。4.3.1 产生的竞争冒险的原因null竞争: 当一个逻辑门的两个输入端的信号同时向相反方向变化，而变化的时间有差异的现象。冒险: 由竞争而可能产生输出干扰脉冲的现象。毛刺（干扰脉冲）的危害：毛刺虽然很窄，但是会使后面的电路产生错误输出，故应避免。原因：由于实际逻辑门有延迟时间，如果从输入到输出的过程中，不同通路上门的级数不同，或者门电路平均延迟时间的差异，可能会使逻辑电路产生竞争冒险。null4.3.2 消去竞争冒险的方法1. 发现并消除互补变量 B = C = 0时2. 增加乘积项,避免互补项相加 当A=B=1时当A=B=1时null3. 输出端并联电容器 若逻辑电路在较慢速度下工作，为消去竞争冒险，可在输出端并联一电容器，致使输出波形上升沿和下降沿变化比较缓慢，可对于很窄的负跳变脉冲起到平波的作用。4~20pF L=ABnull4.4 若干典型的组合逻辑集成电路4.4.1 编码器4.4.2 译码器/数据分配器4.4.3 数据选择器4.4.4 数值比较器4.4.5 算术运算电路null1、编码器 (Encoder)的概念与分类编码：赋予二进制代码特定含义的过程称为编码。如：8421BCD码中，用1000表示数字8如：ASCII码中，用1000001表示字母A等编码器：具有编码功能的逻辑电路。4.4.1 编码器4.4 若干典型的组合逻辑集成电路null编码器的分类：普通编码器和优先编码器。普通编码器：任何时候只允许输入一个有效编码信号，否则输出就会发生混乱。优先编码器：允许同时输入两个以上的有效编码信号。当同时输入几个有效编码信号时，优先编码器能按预先设定的优先级别，只对其中优先权最高的一个进行编码。null(1) 4线─2线普通二进制编码器编码器的输入为高电平有效。2、编码器的工作原理null(2) 键盘输入8421BCD码编码器代码输出 使能标志 编码输入 null 该编码器为输入低电平有效键盘输入8421BCD码编码器功能表 null(3) 优先编码器 (4─2 线优先编码器) a 列出功能表高低b 写出逻辑表达式c 画出逻辑电路（略）输入编码信号高电平有效，输出为二进制代码输入为编码信号I3  I0 输出为Y1 Y0null优先编码器CD4532的示意框图、引脚图3、集成电路编码器null 优先编码器CD4532功能表为什么要设计GS、EO输出信号？null 用二片CD4532构成16线-4线优先编码器,其逻辑图如下图所示，试分析其工作原理。 。00 0 0 0 0 0无编码输出0null。11 0 0 0 00 0 1 1 1哪块芯片的优先级高？10000null。10 1 0 0 00 1 1 1 10000null译码器的分类： 译码：译码是编码的逆过程，它能将二进制码翻译成代表某一特定含义的信号。1、译码器的概念与分类译码器：具有译码功能的逻辑电路称为译码器。唯一地址译码器代码变换器将一系列代码转换成与之一一对应的有效信号。 将一种代码转换成另一种代码。 二进制译码器 二-十进制译码器 显示译码器常见的唯一地址译码器： 4.4.2 译码器/数据分配器null2线 - 4线译码器的逻辑电路null2、2线-4线译码器─ 74HC139集成译码器 逻辑符号框外部的符号，表示外部输入或输出信号名称，字母上面的“—”号说明该输入或输出是低电平有效。 推导表达式时，如果低有效的输入或输出变量上面的“—”号参与运算，则在画逻辑图或验证真值表时，注意将其还原为低有效符号。 逻辑符号说明null3、 3线-8线译码器─ 74HC138集成译码器 null74HC138集成译码器功能表null(1)已知下图所示电路的输入信号的波形试画出译码器输出的波形。74HC138的应用null基于这一点用该器件能够方便地实现三变量逻辑函数。(2) 用译码器实现逻辑函数。当E3 =1 ，E2 = E1 = 0时null例：用一片74HC138实现函数解：首先将函数式变换为最小项之和的形式 在译码器的输出端加一个与非门，即可实现给定的组合逻辑函数.null数据分配器：相当于多输出的单刀多掷开关，是一种能将从数据分时送到多个不同的通道上去的逻辑电路。数据分配器示意图(3) 用74HC138组成数据分配器null用译码器实现数据分配器 0 1 0C B Anull对于BCD代码以外的伪码（1010～1111这6个代码）Y0 ～Y9 均为高电平。 4、 二–十进制译码器--- 74HC42集成译码器 null5、七段显示译码器nullnullCMOS七段显示译码器74HC4511功能表nullCMOS七段显示译码器74HC4511功能表(续)null例 由74HC4511构成24小时及分钟的译码电路如图 所示，试分析小时高位是否具有零熄灭功能。解：具有零熄灭功能null4.3.3 数据选择器1、数据选择器的定义与功能 数据选择的功能：相当于多个输入的单刀多掷开关。数据选择器：将多个通道的数据分时传送到公共的数据通道上去的。实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。null4选1数据选择器2 位地址码输入端使能信号1路数据输出端数 据 输 入 端null74HC151功能框图2、集成电路数据选择器8选1数据选择器74HC1511个使能端 8路数据输入端 3个地址输入端 2个互补输出端null74HC151的功能表null比较两式，知 D3=D5=D6=D7= 1 D0=D1=D2=D4=0 例 试用8选1数据选择器 74HC151产生逻辑函数 解:①数据选择器组成逻辑函数产生器3、数据选择器74HC151的应用null用两片74HC151组成二位八选一的数据选择器② 数据选择器的扩展 位的扩展null字的扩展 将两片74HC151连接成一个16选1的数据选择器null③ 实现并行数据到串行数据的转换null1、 1位数值比较器 数值比较器：对两个1位数字进行比较（A、B），以判断其大小的逻辑电路。输入：两个一位二进制数 A、B。 输出： 4.4.4 数值比较器nullnull2、2 位数值比较器输入：两个2位二进制数 A=A1 A0 、B=B1 B0能否用1位数值比较器设计两位数值比较器? 当高位（A1、B1）不相等时，无需比较低位（A0、B0），高位比较的结果就是两个数的比较结果。当高位相等时，两数的比较结果由低位比较的结果决定。用一位数值比较器设计多位数值比较器的原则null 真值表FA>B = (A1>B1) + ( A1=B1)(A0>B0)FA=B=(A1=B1)(A0=B0)FAB = (A1>B1) + ( A1=B1)(A0>B0)FA=B=(A1=B1)(A0=B0)FA