1、第三章 组合电路,第一节 小规模集成电路组成的组合逻辑电路的分析和设计 第二节 组合逻辑中规模集成电路一、编码器二、译码器三、数据选择器四、加法器五、数值比较器 本章小结,数字电路应用教学课件,授课计划,1、掌握组合电路的分析方法；2、掌握小规模集成电路设计组合电路的方法；3、了解典型中规模逻辑部件（编码器、译码器、数据选择器、加法器等）内部结构和工作原理；4、掌握典型中规模逻辑部件的使用方法；5、掌握中规模集成电路设计组合电路的方法。,1、小规模组合电路的分析和设计方法；2、中规模集成电路的设计方法。,教学目标,重点,1、中规模逻辑部件的灵活应用（如译码器、加法器、数据选择器等）；2、集成芯
2、片的查阅。,第一节：4学时第二节：10学时,学时分配,难点,逻辑电路,组合逻辑电路,时序逻辑电路,由门电路组成，当前的输出仅取决于当前的输入。,由触发器与门电路组成，当前的输出不仅与当前输入有关，与原状态也有关。,第一节 小规模集成电路组成的组合逻辑电路的分析和设计,一、组合电路分析方法,分析步骤：,【例1】组合电路如图所示，分析该电路的逻辑功能。,组合逻辑,电路,逻辑表达式,最简表达式,真值表,逻辑功能,化简,变换,注,以下步骤可视情况省略,解：第一步：由逻辑图逐级写出表达式,第二步：化简与变换,第三步：由表达式列出真值表,第四步：分析逻辑功能 当A、B、C三个变量不一致时，输出为“1”，所
3、以这个电路称为“不一致电路”。,【练习】组合电路如图所示，分析该电路的逻辑功能。,解：第一步：写出函数表达式,第二步：化简,第三步：逻辑功能描述电路的输出Y只与输入A、B有关，而与输入C无关。所以Y和A、B的逻辑关系为与非运算的关系。,二、 组合逻辑电路的设计,设计步骤：,【例2】用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有 3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的裁决由 每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。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，表明成 功的灯才亮。,实际逻辑,问题,最简（或最,逻辑图,化简,变换,真值表,逻辑表达式,合理）表达式,解：第一步
4、：分析要求,设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示成功与 否的灯为Y，根据逻辑要求列出真值表。,第二步：列真值表,第三步：写出逻辑表达式并化简。,第四步：画逻辑图,注,将化简后的与或逻辑表达式 转换为与非形式,第二节 组合逻辑中规模集成电路,中规模集成电路通常能完成部分相对独立的逻辑功能， 所以又称为逻辑部件或功能模块。,使用小规模集成电路进行逻辑设计，常常通过函数化简，使电路使用的门的数目最少为佳；使用中规模器件构成电路时，重要的是正确使用这些器件，充分发挥其逻辑功能，使整体电路合理、紧凑。,一、编码器,编码将某一特定的逻辑信号变换为二进制代码。,编码器能够实现编码功能的电路。,生活中常
5、用十进制数及文字、符号等表示事物。,数字电路只能以二进制信号工作。,编码器,按编码方式,按输出代码,普通编码器,优先编码器,二进制编码器,非二进制编码器,1、普通编码器,普通 编码器,二进制编码器,非二进制编码器,输入信号的个数N与输出 变量的位数n满足N2n 。,输入信号的个数N与输出 变量的位数n满足N 2n 。,普通编码器特点：,普通编码器任何时刻只能对其中一个输入信息进行编码,即输入的N个信号是互相排斥的。,【例3】设计一个4线-2线的编码器 。,解：第一步：由题意知输入为I0、I1 、I2、I3四个信息，输出为Y0、Y1，当对Ii编码时为1，不编码为0，并依此按Ii下角标的值与Y0、
6、Y1二进制代码的值相对应进行编码。 ,第二步：列编码表,第三步：写表达式,第四步：画编码器电路,2、优先编码器,优先编码器特点：,在优先编码器中，允许同时输入两个以上的有效编码请求信号。当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。优先级别的高低由设计者根据输入信号的轻重缓急情况而定。如根据病情而设定优先权。,【例4】电话室友三种电话，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00、01、10。试设计电话编码控制电路，要求用集成门电路实现。,解：（1）根据题意知，同一时间电话室只能处理一部电 话，用A、B、C分别代表火警、急救、工作三种电话，电 话
7、铃响用1表示，铃没响用0表示。当优先级别高的信号有 效时，低级别的则不起作用，这时用表示；用Y1、Y2表 示输出编码。,（2）列真值表,（3）写逻辑表达式,（4）画出逻辑电路图,3、集成编码器,（1）优先编码器74LS148（8线3线）,引脚图,74LS148功能表,低电平有效,74LS148的逻辑功能描述：,（2）优先编码器74LS148的扩展,【例5】用两片74LS48 接成16线-4线优先编码器 。解：,二、译码器,译码是编码的逆过程，即将某个二进制翻译成电路的某种状态。,将n种输入的组合译成2n种电路状态。也叫n-2n线译码器。,译码器的输入：,一组二进制代码,译码器的输出：,一组高低
8、电平信号,1、集成译码器,（1）二进制译码器74LS138（3线8线）,74LS138表达式,74LS138引脚图,74LS138功能表,（2）二进制译码器应用, 译码器的扩展,【例6】用两片74LS138扩展为4线16线译码器。,解：, 实现组合逻辑电路,【例7】试用译码器和门电路实现逻辑函数：,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,（3）用一片74138加一个与非门就可实现该逻辑函数。,（3）显示译码器,在数字系统，常常需要将运算结果用人们习惯的十进制显示出来，这就要用到显示译码器。, 显示器件按显示方式分，有字型重叠式、点阵式、分段式
9、等。按发光物质分，有发光二极管(LED)式、荧光式、液晶 显示等。,七段LED显示器：,LED显示器连接方式：,共阳极：,共阴极：, 显示译码,74LS48是一种与共阴极数字显示器配合使用的集 成译码器。,引脚图：,显示 字形,七段显示译码器7448的功能表,7448的功能描述,正常译码显示。LT=1，BI/RBO=1时，对输入为十进制 数l15的二进制码（00011111）进行译码，产生对应的 七段显示码。,灭零。当LT=1，而输入为0的二进制码0000时，只有当 RBI =1时，才产生0的七段显示码,如果此时输入RBI =0 ， 则译码器的ag输出全0，使显示器全灭；所以RBI称为灭 零输
10、入端。,试灯。当LT=0时，无论输入怎样，ag输出全1，数码管 七段全亮。由此可以检测显示器七个发光段的好坏。 LT称 为试灯输入端。,特殊控制端BI/RBO。BI/RBO可以作输入端，也可以作 输出端。作输入使用时，如果BI=0时，不管其他输入端为何值， ag均输出0，显示器全灭。因此BI称为灭灯输入端。作输出端使用时，受控于RBI。当RBI=0，输入为0的二 进制码0000时，RBO=0，用以指示该片正处于灭零状态。所 以，RBO 又称为灭零输出端。,将RBO和RBI配合使用，可以实现多位数显示时的“无效0消隐”功能。,注,七段显示译码器74LS48与数码管的连接,此三控制端不用时，通过电
11、阻接高电平。,三、数据选择器和数据分配器,数据选择器从多个数据中选择出一个数据，也叫多路转换器。,其功能类似一个多投开关，是一个多输入、单输出的组合逻辑电路。,1、数据选择器,【例8】设计四选一数据选择器,2）根据功能表，写出输出逻辑表达式,解：1）列出真值表,3）由逻辑表达式画出逻辑图：,（1）集成数据选择器,74LS153（国产T1153-T4153) TTL集成电路是一双4选1数据选择器。,引脚图,功能表,（2）数据选择器应用, 数据选择器通道扩展,【例9】将四选一数据选择器扩展为八选一,解：, 数据选择器实现组合逻辑函数,【例10】用数据选择器实现逻辑函数,方法：由于任何逻辑函数都可以
12、表示成最小项之和的形式，因此应用对照比较法，当使能端有效时，将地址输入、数据输入代替逻辑函数中的变量实现逻辑函数。一般情况下，如果逻辑函数变量为N，就应选用选择控制变量数为N-1的数据选择器。,解：1）由于函数变量为三个，选择控制变量为两个，确定74LS153选择器由于函数变量为三个，选择控制变量为两个，确定74LS153选择器 。,2）把上式写成最小项表达式的形式：,写数据选择器的输出函数式,3）进行公式法变换，用对照法确定输入常量，比较得：,4）画接线图,3,D,2,D,1,0,2、数据分配器,数据分配器将一路输入数据根据地址选择码分配给多路数据输出中的某一路输出。,2,数据分配器实际上是
13、译码器的特殊应用。带有使能 端的译码器都具有数据分配器的功能。一般2-4线译码器可作为四路分配器，3-8线译码器作为8路分配器，4-16线译码器作为16路分配器。,在实际使用时，数据选择器和分配器的配合使用，可以构成一个典型的串行数据传送总线系统 。,四、加法器,加法器实现两个二进制数的加法运算电路。,1、半加器,半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。半加器实现半加运算的电路。,【例11】设计一位二进制半加器。,解：1）输入变量有两个，分别为加数A和被 加数B；输出也有两个，分别为和数S和进位C。,2）列真值表,3）写表达式,4）画出逻辑电路图,逻辑符号,2、全加器,全加器能
14、同时进行本位数和相邻低位的进位信号的 加法运算的电路。,【例12】设计一位二进制全加器。,解：1）列真值表,2）写表达式,3）画出电路图,逻辑 符号,3、多位加法器,4位串行进位加法器,【例13】设计一设计一个代码转换电路，将BCD代码的8421码转成余3码。,解：1）列真值表,由真值表不难发现如下规律：Y3Y2Y1Y0=DCBA+0011,2）用一片4位加法器74LS283即可接成要求的代码转换电路,引脚图,电路图,五、数值比较器,数值比较器能够比较数字大小的电路。两个数A和B相比较，其结果有AB，AB，A = B三种可能。,【例14】设计比较两个一位二进制数A 和B 大小的数字电路,解：1
15、）列真值表,2）写表达式,3）画出逻辑电路图,1、集成数值比较器,如何比较两个多位二进制数A和B的大小？,必须从高向低逐位进行比较。,级联 输入,便于功能 扩展,引 脚 图,A1 B1,IAB IAB IA=B,2位数值比较器的真值表,2、数值比较器扩展,（1）串联方式用2片7485组成8位二进制数比较器。,（2）并联方式,并联方式比串联方式的速度快。,用5片7485组成16位二进制数比较器,注,1、组合逻辑电路的特点是，电路任一时刻的输出状态只决定于该时刻各输入状态的组合，而与电路的原状态无关。组合电路就是由门电路组合而成，电路中没有记忆单元，没有反馈通路。 2、组合逻辑电路的分析步骤为：写
16、出各输出端的逻辑表达式化简和变换逻辑表达式列出真值表确定功能。 3、用SSI芯片设计组合逻辑电路步骤为：根据设计求列出真值表写出逻辑表达式(或填写卡诺图) 逻辑化简和变换画出逻辑图。 4、常用的中规模组合逻辑器件包括编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法器等。,本章小结,5、上述组合逻辑器件除了具有其基本功能外，还可用来设计组合逻辑电路。应用中规模组合逻辑器件进行组合逻辑电路设计的一般原则是：使用MSI芯片的个数和品种型号最少，芯片之间的连线最少。 6、用MSI芯片设计组合逻辑电路最简单和最常用的方法是，用数据选择器设计多输入、单输出的逻辑函数；用二进制译码器设计多输入、多输出的逻辑函数。,
