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1、第四章组合逻辑电路集成器件第一页，本课件共有70页4.4.1 编码器编码器编码器的基本概念及工作原理编码器的基本概念及工作原理编码编码将特定含义的输入信号（文字将特定含义的输入信号（文字、数字数字、符号）符号）转换成二进制代码的过程转换成二进制代码的过程.能够实现编码功能的数字能够实现编码功能的数字电路称为编码器。电路称为编码器。一般而言，一般而言，N个不同的信号，至少需要个不同的信号，至少需要n位二进制数位二进制数编码。编码。N和和n之间满足下列关系之间满足下列关系:2nN 第二页，本课件共有70页常见的编码器有常见的编码器有8线线-3线（有线（有8个输入端，个输入端，3个输出端），个输出端
2、），16线线4线（线（16个输入端，个输入端，4个输出端）等等。个输出端）等等。例例1：设计一个：设计一个8线线-3线的编码器线的编码器解：解：（1）确定输入输出变量个数）确定输入输出变量个数:由题意知输入为由题意知输入为I0I78个，输个，输出为出为A1、A2、A3。（2）编码表见下表：（输入为高电平有效）编码表见下表：（输入为高电平有效）一、二进制编码器：一、二进制编码器：第三页，本课件共有70页第四页，本课件共有70页(3)由真值表写出各输出的逻辑表达式为：由真值表写出各输出的逻辑表达式为：用门电路实现逻辑电路：用门电路实现逻辑电路：第五页，本课件共有70页第六页，本课件共有70页二、非
3、二进制编码器（以二十进制编码器为例）二、非二进制编码器（以二十进制编码器为例）二二-十进制编码器是指用四位二进制代码表示一位十进制十进制编码器是指用四位二进制代码表示一位十进制数的编码电路（输入数的编码电路（输入10个互斥的数码，输出个互斥的数码，输出4位二进制位二进制代码）代码）1、BCD码：常用的几种码：常用的几种BCD码码8421码、码、5421码、码、2421码、余三码码、余三码.2、10线线4线编码器线编码器第七页，本课件共有70页例例2：设计一个：设计一个8421 BCD码编码器码编码器解解：输入信号输入信号I0I9代表代表09共共10个十进制信号，输出个十进制信号，输出信号为信号
4、为Y0Y3相应二进制代码相应二进制代码.列编码表列编码表第八页，本课件共有70页该编码器为该编码器为8421BCD码的编码器，当码的编码器，当I8和和I9为为1时，时，Y3为为1，前页所示真值表并非完全的真值表。，前页所示真值表并非完全的真值表。如果要化简，可以列出所有最小项的值，后面的全如果要化简，可以列出所有最小项的值，后面的全为无关项。为无关项。第九页，本课件共有70页第十页，本课件共有70页第十一页，本课件共有70页三、三、优先编码器：优先编码器：是指当多个输入同时有信号时，电路只是指当多个输入同时有信号时，电路只对其中优先级别最高的信号进行编码。对其中优先级别最高的信号进行编码。例例
5、 3 电话室有三种电话，电话室有三种电话，按由高到低优先级排序依次是按由高到低优先级排序依次是火警电话，急救电话，工作电话，要求电话编码依次为火警电话，急救电话，工作电话，要求电话编码依次为00、01、10。试设计电话编码控制电路。试设计电话编码控制电路。解解：（）根据题意知，同一时间电话室只能处理一部电话，（）根据题意知，同一时间电话室只能处理一部电话，假如用假如用A、B、C分别代表火警、分别代表火警、急救、工作三种电话，设急救、工作三种电话，设电话铃响用电话铃响用1表示，铃没响用表示，铃没响用0表示。当优先级别高的信号表示。当优先级别高的信号有效时，低级别的则不起作用，这时用有效时，低级别
6、的则不起作用，这时用表示；表示；用用Y1,Y2表示输出编码。表示输出编码。第十二页，本课件共有70页（）（）列真值表列真值表:真值表如表所示。真值表如表所示。表表3 例例3的真值表的真值表 输 入输 出A B CY1 Y2 1 0 1 0 0 10 00 11 0第十三页，本课件共有70页（）写逻辑表达式写逻辑表达式（）（）画优先编码器逻辑图如图画优先编码器逻辑图如图3所示。所示。图3 例3的优先编码逻辑图第十四页，本课件共有70页在优先编码器中优先级别高的信号排斥级别低的，即具有单方面排在优先编码器中优先级别高的信号排斥级别低的，即具有单方面排斥的特性斥的特性。74LS148的符号图和管脚图
7、的符号图和管脚图第十五页，本课件共有70页输入使能端输 入输 出扩展使能输出1111110111111111111000000010100010101100100101110011010111101000101111101010101111110110010111111101110174LS148 功功 能能 表表第十六页，本课件共有70页优先编码器优先编码器74LS148的应用的应用 74LS148编码器的应用是非常广泛的。编码器的应用是非常广泛的。例如，例如，常用计算机键盘，其内部就是一个字符编码器。它将常用计算机键盘，其内部就是一个字符编码器。它将键盘上的大、小写英文字母和数字及符号还包
8、括一些键盘上的大、小写英文字母和数字及符号还包括一些功能键（回车、空格）等编成一系列的七位二进制数功能键（回车、空格）等编成一系列的七位二进制数码，送到计算机的中央处理单元码，送到计算机的中央处理单元CPU，然后再进行处，然后再进行处理、存储、输出到显示器或打印机上。理、存储、输出到显示器或打印机上。还可以用还可以用74LS148编码器监控炉罐的温度，若其中任编码器监控炉罐的温度，若其中任何一个炉温超过标准温度或低于标准温度，何一个炉温超过标准温度或低于标准温度，则检测传则检测传感器输出一个感器输出一个0电平到电平到74LS148编码器的输入端，编码器的输入端，编码器编码后输出三位二进制代码到
9、微处理器进行控编码器编码后输出三位二进制代码到微处理器进行控制。制。第十七页，本课件共有70页4.4.2 译码器/数据分配器1 译码器的基本概念及工作原理译码器的基本概念及工作原理译码：编码的逆过程，即将输入代码“翻译”成特定的输出信号。译码器：实现译码功能的数字电路。分类:唯一地址译码器和代码变换器。唯一地址译码器：代码与有效信号一一对应代码变换器：代码间的相互转换第十八页，本课件共有70页2 集成电路译码器集成电路译码器1、二进制译码器：输入端为n个，则输出端为2n个，且对应于输入代码的每一种状态，2n个输出中只有一个为1（或为0），其余全为0（或为1）2线线4线译码器线译码器3线线8线译
10、码器线译码器4线线16线译码器线译码器第十九页，本课件共有70页例：用与非门设计例：用与非门设计3线线8线译码器线译码器解：（1）列出译码表：第二十页，本课件共有70页（2）写出各输出函数表达式：）写出各输出函数表达式：第二十一页，本课件共有70页（3）画出逻辑电路图：）画出逻辑电路图：第二十二页，本课件共有70页集成二进制译码器集成二进制译码器74LS138（3线线-8线译码器）线译码器）第二十三页，本课件共有70页功能表如下：其中第二十四页，本课件共有70页 使能端的作用译码功能功能表_电平第二十五页，本课件共有70页 74LS138最小项译码器的电路结构最小项译码器的电路结构 D7 D6
11、 D5 D4 D3 D2 D1 D0 B2 B1 B 0输入缓冲门3线/8线译码器8个译码门G13个使能端第二十六页，本课件共有70页译码器的扩展译码器的扩展G1G2AG2B74LS138(2)0A1A2A1G2AG2BG74LS138(1)A1A2A0+5v2AA01A3A_0162YYYY4Y5YY3Y791410YYYY12Y13Y11Y152Y7YYYYY543016YY5Y7YYYYY543016YYY8用两片用两片74LS138扩展为扩展为4线线16线译码器线译码器 第二十七页，本课件共有70页当A3=0时，低位片74LS138(1)工作，对输入A2、A1、A0进行译码，还原出Y0
12、Y7，则高位禁止工作；当A3=1时，高位片74LS138(2)工作，还原出YY5，而低位片禁止工作。第二十八页，本课件共有70页2、二、二-十进制译码器十进制译码器集成集成8421 BCD码译码器码译码器74LS42第二十九页，本课件共有70页第三十页，本课件共有70页译码器的应用译码器的应用（1）实现逻辑函数）实现逻辑函数由于译码器的每个输出端分别与一个最小项相对应，因此辅以适当的门电路，便可实现任何组合逻辑函数。例1 试用译码器和门电路实现逻辑函数 第三十一页，本课件共有70页解：（1）将逻辑函数转换成最小项表达式，再转换成与非与非形式。=m3+m5+m6+m7=（2）该函数有三个变量，所
13、以选用3线8线译码器74LS138。用一片74LS138加一个与非门就可实现逻辑函数Y，逻辑图如图1所示。第三十二页，本课件共有70页1G0A74LS138G2A2B12AGAY1YYY2YYY73Y4560ABC100Y图1 例1逻辑图第三十三页，本课件共有70页例题用一个3线-8线译码器实现函数F=XYZ+XYZ+XYZ+XYZF=XYZ+XYZ+XYZ第三十四页，本课件共有70页3、显示译码器、显示译码器:按显示方式分按显示方式分:有字有字型重叠式、点阵式、型重叠式、点阵式、分段式等。分段式等。按发光物质分按发光物质分:有半有半导体显示器（又称发导体显示器（又称发光二极管光二极管(LED
14、)显示显示器）、荧光显示器、器）、荧光显示器、液晶显示器、气体放液晶显示器、气体放电管显示器等电管显示器等 它通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成它通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成 第三十五页，本课件共有70页1七段数字显示器原理七段数字显示器原理按内部连接方式不同，七段数字显示器分为共阴极和共阳按内部连接方式不同，七段数字显示器分为共阴极和共阳极两种极两种图 2半导体显示器（a）管脚排列图;(b)共阴极接线图;(c)共阳级接线图第三十六页，本课件共有70页图图 3 七段数字显示器发光段组合图七段数字显示器发光段组合图第三十七页，本课件共有70页2七段显示译码器七段显示译码器74LS4
15、8图 4 74LS48的管脚排列图第三十八页，本课件共有70页74LS48显示译码器的功能表第三十九页，本课件共有70页3 数据分配器数据分配将一个数据源来的数据根据需要送到多个不同的通道上数据分配器实现数据分配功能的逻辑电路可以用唯一地址译码器实现3-8译码器实现数据分配参考教材第四十页，本课件共有70页4.4.3 数据选择器一、一、数据选择器的基本概念及工作原理数据选择器的基本概念及工作原理 数据选择器根据地址选择码从多路输入数据中选择一路，送到输出。第四十一页，本课件共有70页例：例：四选一数据选择器四选一数据选择器根据功能表，可写出输出逻辑表达式：第四十二页，本课件共有70页由逻辑表达
16、式画出逻辑图：由逻辑表达式画出逻辑图：第四十三页，本课件共有70页二、集成数据选择器集成数据选择器集成数据选择器74151（8选选1数据选择器）数据选择器）第四十四页，本课件共有70页第四十五页，本课件共有70页三、数据选择器的应用三、数据选择器的应用1数据选择器的通道扩展数据选择器的通道扩展用两片用两片74151组成组成“16选选1”数据选择器数据选择器第四十六页，本课件共有70页2实现组合逻辑函数（1）当逻辑函数的变量个数和数据选择器的地址输入变量个数相同时，可直接用数据选择器来实现逻辑函数。例4.3.1 试用8选1数据选择器74151实现逻辑函数：L=AB+BC+AC解：将逻辑函数转换成
17、 最小项表达式：=m3+m5+m6+m7 画出连线图。第四十七页，本课件共有70页（2）当逻辑函数的变量个数大于数据选择器的地址输）当逻辑函数的变量个数大于数据选择器的地址输入变量个数时。入变量个数时。例例 试用试用4选选1数据选择器实现逻辑函数：数据选择器实现逻辑函数：解：将A、B接到地址输入端，C加到适当的数据输入端。作出逻辑函数L的真值表，根据真值表画出连线图。第四十八页，本课件共有70页4.4.4 4.4 数值比较器数值比较器一、一、1位数值比较器位数值比较器1、真值表、真值表2、输出逻辑表达式、输出逻辑表达式二、多位数值比较器二、多位数值比较器常用多位数值比较器有74LS85，它能进
18、行两个4位二进制数的比较。电路结构不同，扩展端的用法就可能不同，使用时应加以注意。YAB=AB3、逻辑图、逻辑图YA=B=AB+AB不进行片接时，其扩展端接100100100100=YAB=AB+ABY(A=B)(A=B)11A BY(AB)0 00 11 01 1&11&Y(AB)Y(AB)74LS85Y(AB)I(AB)B3B2B1B0A3A2A1A0I(AB)=010AB第四十九页，本课件共有70页4.4.5 算术运算电路算术运算电路1 加法器的基本概念及工作原理加法器的基本概念及工作原理加法器加法器实现两个二进制数的加法运算实现两个二进制数的加法运算（1）半加器半加器只能进行本位加数、
19、被加只能进行本位加数、被加数的加法运算而不考虑低位进位。数的加法运算而不考虑低位进位。第五十页，本课件共有70页列出半加器的列出半加器的真值表：真值表：由真值表直接写由真值表直接写出表达式出表达式:第五十一页，本课件共有70页画出逻辑电路图。画出逻辑电路图。第五十二页，本课件共有70页如果想用与非门组成半加器，则将上式用代数法变换成如果想用与非门组成半加器，则将上式用代数法变换成与非形式：与非形式：由此画出用与非门组成的半加器和逻辑符号由此画出用与非门组成的半加器和逻辑符号第五十三页，本课件共有70页（2）全加器）全加器能同时进行本位数和相邻低能同时进行本位数和相邻低位的进位信号的加法运算位的
20、进位信号的加法运算和分别是被加数和加数，为相邻低位的进位，为本位的和，为本位的进位。第五十四页，本课件共有70页第五十五页，本课件共有70页由真值表直接写出逻辑表达式，再经代数法化简由真值表直接写出逻辑表达式，再经代数法化简和转换得：和转换得：第五十六页，本课件共有70页根据逻辑表达式画出全加器的逻辑电路图：根据逻辑表达式画出全加器的逻辑电路图：第五十七页，本课件共有70页2 多位数加法器多位数加法器（1）4位串行进位加法器位串行进位加法器第五十八页，本课件共有70页由图可以看出多位加法器是将低位全加器的进由图可以看出多位加法器是将低位全加器的进位输出位输出CO接到高位的进位输入接到高位的进位
21、输入CI.因此，任一因此，任一位的加法运算必须在低一位的运算完成之后才位的加法运算必须在低一位的运算完成之后才能进行，这种方式称为串行进位。这种加法器能进行，这种方式称为串行进位。这种加法器的逻辑电路比较简单，但它的运算速度不高。的逻辑电路比较简单，但它的运算速度不高。为此，可采用超前进位的加法器，使每位的进为此，可采用超前进位的加法器，使每位的进位只由加数和被加数决定，而与低位的进位无位只由加数和被加数决定，而与低位的进位无关。关。第五十九页，本课件共有70页（2）超前进位集成4位加法器74LS283由于串行进位加法器的速度受到进位信号的限制，设计了一种多位数超前进位加法逻辑电路，该逻辑电路
22、每位的进位只由加数和被加数决定，即与低位的进位无关。第六十页，本课件共有70页分分 析析由上述公式，设Gi=AiBi，Pi=Ai=Bi=1时，Gi（产生变量）=1产生进位。Pi（传输变量）=1时，AiBi=0，Ci=Ci-1，低位进位会传送到高位进位端。参看教材，最后推导出所有进位的值与Ci无关第六十一页，本课件共有70页3、超前进位产生器74182当位数增加时，超进位逻辑电路就会越复杂，为此设计了专门的超前进位产生器，用于多个超前进位加法器连接，由此扩充位数且简化逻辑电路。第六十二页，本课件共有70页3 减法运算同加法电路，由减法器实现减法运算。半减器和全减器设计方法与步骤如加法器为了减化系
23、统结构，一般不设计减法器，而用加法器将加法运算变为减法运算反码和补码原码反码补码第六十三页，本课件共有70页由加补码完成减法运算第六十四页，本课件共有70页4.5.4 集成算术/逻辑单元 ALUALU能完成一系列的算术运算和逻辑运算74LS181 4位16位全超前进位进位ALU4片4位的ALU74LS181级联而成第六十五页，本课件共有70页常用组合逻辑电路的应用常用组合逻辑电路的应用一、译码器的应用一、译码器的应用1、用译码器作数据分配器、用译码器作数据分配器例如用2线4线译码器作数据分配器：A1A0端：地址码输入端端：地址码输入端S 端：端：数据数据D的输入端的输入端Y3 Y0：数据输出端
24、数据输出端把数据D=1010依次加在 S 端，1 01 1 1 11 0 1 11 0 1 11 1 1 10 00 11 01 1A1 A0地址码 输出Y2=DY0=DY1 10 01 10 0例如：令地址码A1A0=10 结果只有 Y2=1010功能表功能表DY3Y2Y1Y0A0A1SY1=DY3=D第六十六页，本课件共有70页2、用译码器产生任意逻辑函数、用译码器产生任意逻辑函数n线2n线的译码器，可产生不多于n个变量的任意逻辑函数。1）方法步骤）方法步骤2）注意）注意 控制端的条件要满足。函数变量的权位应与所用译码器输入代码的权位相对应；所用译码器输出1有效时，输出端应附加或门或门；把
25、原函数化为最小项之和形式；根据函数的变量数 n，确定用n线2n线译码器；所用译码器输出0有效时，输出端应附加与非门与非门。第六十七页，本课件共有70页假设用图示输出1有效的 3线8线译码器产生此函数，则应将Z式变为如下形式：如果用输出0有效的3线8线译码器74LS138产生此函数，例例1：用译码器产生：用译码器产生 Z=ABC+AB解：解：1ZA AB BC C1 1译码器输出端附加或门即可。则应将Z式变为如下形式：译码器输出端附加与非门即可。Z=ABC+ABC+ABC=m0+m6+m7 Y0+Y6+Y7Z=m0+m6+m7Z=m0+m6+m7=m0 m6 m7Y0 Y6 Y7Y7Y6Y5Y4
26、Y3Y2Y1Y0SA2A1A074LS138Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0S2S3S1A2A1A0ZA AB BC C1 1&第六十八页，本课件共有70页例例2：用一片用一片74LS138实现实现1位全加器的逻辑功能位全加器的逻辑功能连接线路如图：已知1位全加器的逻辑表达式为74LS138Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0S2S3S1A2A1A0&1 1ABCISCOSCO第六十九页，本课件共有70页本章介绍了具有特定功能常用的一些本章介绍了具有特定功能常用的一些组合逻辑功能，如编码器，译码器，组合逻辑功能，如编码器，译码器，比较器比较器，全加器等的逻辑功能，集成芯全加器等的逻辑功能，集成芯片及集成电路的扩展和应用。其中，编片及集成电路的扩展和应用。其中，编码器和译码器功能相反，都设有使能控码器和译码器功能相反，都设有使能控制端，便于多片连接扩展制端，便于多片连接扩展;数字比较器数字比较器用来比较数的大小；加法器用来实现算用来比较数的大小；加法器用来实现算术运算术运算。第七十页，本课件共有70页