1、第6章 组合逻辑电路,本章导读,通过本章的学习，使读者了解： 数字电路可分为两种类型:一类是组合逻辑电路，另一类是时序逻辑电路。本章首先介绍组合逻辑电路的基本特点、组合逻辑电路的分析与设计方法，然后介绍几种常用的中规模集成电路:编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、加法器和比较器的逻辑功能及其应用。,6.1 组合逻辑电路的分析与设计,组合逻辑电路是由基本的逻辑门电路组合而成，其主要特点是:电路在任何时刻的输出状态只与该时刻的输入状态有关，而与先前的输入状态无关。,6.1.1 组合逻辑电路的分析,组合逻辑电路的分析，就是对给定的组合逻辑电路进行逻辑描述，写出它的逻辑关系表达式以确定该电路的功能
2、，或提出改进方案。,组合逻辑电路的分析的概念,6.1.1 组合逻辑电路的分析,（1）根据给定电路的逻辑结构，逐级写出每个门电路的输入、输出关系式，最后得到整个电路的输入、输出关系式;（2）用公式法或卡诺图法化简这个逻辑关系表达式;（3）将各种可能的输入状态组合代入简化的表达式中进行逻辑计算，求出真值表;（4）根据真值表，确定电路的逻辑功能或改进方案。有时逻辑功能难以用简练的语言描述，此时列出真值表即可。,组合逻辑电路分析的一般步骤,6.1.2 组合逻辑电路的设计,（1）分析设计要求，设定输入变量和输出变量，对它们进行状态赋值（即规定输入、输出变量的0、1两种逻辑状态的具体含义）; （2）根据逻
3、辑功能列真值表; （3）根据真值表写出输出函数的最小项表达式，用卡诺图法或公式法进行化简，并转换成命题所要求的逻辑函数表达式形式;（4）画出与所得表达式相对应的逻辑电路图。,组合逻辑电路设计的一般步骤,6.1.2 组合逻辑电路的设计,（1）状态赋值不同，输入、输出之间的逻辑关系也不同，得到的真值表也不同。 （2）应从工程实际出发，尽量减少设计电路所需元件的数量和品种。 （3）提倡尽量采用集成门电路和现有各种通用集成电路进行逻辑设计，用通用集成门电路构成的逻辑电路无论是在可靠性方面，还是在性价比方面都有许多优势。 （4）由于逻辑函数的表达式不是惟一的，因此，实现同一逻辑功能的电路也是多样的。在成
4、本相同的情况下，应尽量采用较少的芯片。,注意,6.2 编码器和译码器,6.2.1 编码器在数字系统中，常将具有特定意义的信息（数字或字符）编成若干位代码，这一过程叫编码。实现编码操作的电路叫编码器。,编码器框图,6.2.1 编码器,1.二进制编码器二进制编码器是将2的m次幂个信号转换成m位二进制代码的电路，8-3线编码器即三位二进制编码器是个普通的编码器，由于m=3，其功能是对八个输入信号进行编码。,8-3线编码器,6.2.1 编码器,2.二-十进制编码器 将十进制数09转换成二进制代码的电路，称为二-十进制编码器。二-十进制代码简称BCD代码，是以二进制代码表示十进制数。,8421BCD码编
5、码电路,6.2.1 编码器,3. 8421BCD码优先编码器 当同时有一个以上的信号输入编码电路时，电路只能对其中一个优先级别最高的信号进行编码，这种编码器称为优先编码器。优先编码器分为二进制优先编码器和8421BCD码（二-十进制）优先编码器。集成编码器多为优先编码器。,6.2.2 译码器,译码是编码的逆过程，把代码的特定含义“翻译”出来的过程叫做译码，实现译码操作的电路称为译码器。译码器是数字系统和计算机中常用的一种逻辑部件。,译码器模型,6.2.2 译码器,1.二进制译码器二进制译码器是把二进制代码的所有组合状态都翻译出来的电路。如果输入信号有n位二进制代码，输出信号为m个，则m=2的n
6、次幂 。二进制译码器的逻辑特点是，若输入为n个，则输出信号有2的n次幂个，对应每一种输入组合，只有一个输出为1，其余全为0。所以也称这种译码器为n-2的n次幂线译码器。,6.2.2 译码器,1.二进制译码器,4LS138译码器的逻辑电路图,6.2.2 译码器,2.二十进制译码器将4位二十进制代码（BCD码）翻译成十进制代码09的逻辑电路就叫二十进制译码器。它有4个地址输入端，10个输出端，故又叫4-10线译码器。在4-10线译码器中，4个地址输入有16个状态组合，其中有6个状态组合译码器无对应输出的代码，称这6个状态组合为伪码。输出能拒绝伪码或输入伪码对输出不起作用的译码器也称全译码器。常用的
7、二十进制集成译码器有74LS42、74HC42、T1042、T4042等,6.2.2 译码器,2.二十进制译码器,4-10线全译码器74LS42的逻辑图和图形符号,6.2.2 译码器,3.七段显示译码器4LS47、74LS48是七段显示译码器，其输入是BCD码，输出是七段显示器的段码。使用74LS47的译码驱动电路如图所示。,LED七段显示译码器驱动电路逻辑图,6.2.2 译码器,4.译码器的应用 （1）地址译码 （2）扩展应用 （3）实现逻辑函数,6.3 数据选择器和数据分配器,6.3.1 数据选择器 能够实现从多路数据中选择一路进行传输的电路叫做数据选择器，简称MUX，亦称多路选择器、多路
8、调制器或多路开关。电路为多输入，单输出形式。,多路数据选择器的一般结构,6.3.1 数据选择器,1.双四选一数据选择器74LS153,6.3.1 数据选择器,2.八选一数据选择器74LS151,74LS151原理,逻辑符号及引脚图,6.3.1 数据选择器,3.数据选择器的应用 （1）扩展数据通道（2）实现逻辑函数,6.3.2 数据分配器,数据传输过程中，有时需要将数据分配到不同的数据通道上，能完这种功能的电路称为数据分配器，亦称多路分配器、多路调节器，简称DEMUX。 它的功能与数据选择器相反，其电路为单输入、多输出形式。其功能如同多位开关一样，将输入I送到选择输入指定的通道上。,数据分配器示
9、意图,6.3.2 数据分配器,74LS138不仅可以用做3-8线译码器，而且还可以用做1-8路数据分配器,1. 1-8路数据分配器74LS138,74LS138用做8路数据分配器,6.3.2 数据分配器,2.数据分配器的应用与数据选择器一起实现多路信号分时传送。在该传输线的两端分别接以数据选择器和数据分配器，利用数据选择器与数据分配器不同的选择转换作用，在相同的地址输入控制下，可以实现在一条传输线路上分时传送多路信号。,多路信号分时传送电路,6.4 加法器与数据比较器,6.4.1 加法器实现多位二进制数加法运算的电路称为加法器。加法器是数字系统中的一种常用逻辑部件，也是计算机运算器的基本单元。
10、它主要由若干位全加器构成。,6.4.1 加法器,1.二进制串行进位加法器,串行进位加法器,6.4.1 加法器,二进制并行加法器74LS283也叫4位超前进位加法器，可完成两个4位二进制数的加法运算，采用超前进位方式，速度快，适用于高速数字计算机、数据处理及控制系统，为了扩充相加数的位数，可将74LS283级联起来。,两片74LS238级联,2.二进制并行加法器74LS283,6.4.1 加法器,3.十进制加法器8421BCD码十进制加法器完成两个1位十进制数相加。可用两块74LS283加上校正电路构成。两个8421码二十进制数，按二进制规律相加时，若和数小于或等于9（即1001），仍是8421
11、码不用校正，若和数等于或大于10（1010），必须做+6（0110）校正，以恢复到8421码。,6.4.2 数据比较器,比较两个数码大小的电路称为数据比较器，简称比较器。参与比较的两个数码可以是二进制数，也可以是BCD码表示的十进制数或其他类数码。,1.一位比较器设A、B是两个一位二进制数，比较结果为E，H，L。E表示A=B，H表示AB，L表示AB，E，H，L三者同时只能有一个为1。即E为1时，H和L为0;H为1时，E和L为0;L为1时，H和E为0。,6.4.2 数据比较器,2.多位比较器多位比较的规则是从高位到低位逐位比较。,4位比较器74LS58逻辑图,6.4.2 数据比较器,3.比较器的应用,串联方式位扩展,并联方式位扩展,本章小结,1.组合逻辑电路的分析，就是对给定的组合逻辑电路进行逻辑描述，写出它的逻辑关系表达式以确定该电路的功能，或提出改进方案。2.组合逻辑电路的设计是由给定的逻辑功能或逻辑要求，求得实现这个功能或要求的逻辑电路。常用的中规模集成电路: （1）编码器 （2）译码器 （3）数据选择器 （4）数据分配器 （5）加法器 （6）数据比较器,
