第14章《电工电子技术》课件

EI为使能输入端，低电平有效。
优先顺序为I7→I0，即I7的优先级最高。 GS为编码器的工作标志，低电平有效。 EO为使能输出端，高电平有效。
74LS148的逻辑图如下图所示。
14.2.2 译码器
在编码时，每一种使用了的二进制代码状态，都被赋 予了特定的含意，即表示一个确定的信号或者对象。把二 进制代码的特定含意“翻译”出来的过程叫做译码，而实 现译码操作的电路称为译码器。或者说译码器可以将输入 代码的状态翻译成相应的输出信号，以表示其原意。根据 需要，输出信号可以是脉冲，也可以是高、低电平信号。
14.2.4 数据选择器
数据选择器就是从多路输入数字信号中选出一个，将其 送到输出端。其原理与下图所示的单刀多掷开关相似，通过 开关切换，将输入信号中的一个传送到输出端。
具有2n个输入和1个输出的多路选择器，通常有n个选择 控制端（也称控制字和地址）用来进行信号的选择，并将选 择到的输入信号送到输出端。常用的数据选择器有4选1、8选 1、16选1等多种类型。
由译码器的逻辑图可写出各输入端的逻辑表达式：
74LS138译码器的真值表如下表。
由真值表可以看出，当三个控制端G1=1且 G2A=G2B=0时，芯片才会译码，反码输出，相应 输出端低电平有效。这三个控制端只要有一个无 效，芯片禁止译码，输出全为1。
【例14-3】某组合逻辑电路的真值表如下表所示，试用 译码器和门电路设计该逻辑电路。
常用的数字显示器有多种类型。按显示方式可分为字型 重叠式、点阵式、分段式等；按发光物质可分为半导体显示 器（又称发光二极管显示器，即LED显示器）、荧光显示器、 液晶显示器、气体放电管显示器等。目前应用最广泛的是由 发光二极管构成的七段数字显示器。
（1） LED数码管
LED数码管由发光二极管LED（Light Emitting Diode） 分段组成，因其工作电压低、体积小、可靠性高、寿命长、 响应快等优点而得到广泛使用。 七段数字显示器就是将七个发光二极管（加小数点为八 个）按一定的方式排列起来，七段a、b、c、d、e、f、g（以 及小数点DP）各对应一个发光二极管，利用不同发光段的组 合，显示不同的阿拉伯数字。下图所示为LED数码管的外形 和管脚图。
下表为74LS47译码器的逻辑功能表。
74LS47的译码驱动电路如下图所示。
二进制代码从输入端A0、A1、A2、A3输入后，经74LS47 译码产生7个低电平输出，经限流电阻分别接至显示器对应的 a～g七段，当这7段有一个或几个为低电平时，该低电平对应 的段亮。DP为小数点控制端，低电平时亮。LT为试灯输入端， 可以检测显示器七个发光段的好坏。RBI为消隐输入端，用 来控制发光显示器的亮度或禁止译码器输出。BI/RBO为消隐 输入或消隐输出端，可以实现多位数显示时的“无效0消隐” 功能（在多位十进制数码显示时，整数前和小数后的0是无意 义的，称为“无效0”），在试灯时BI/RBO应为高电平。
Y ABC ABC ABC ABC
（4）化简逻辑函数。画该逻辑函数的卡诺图，并合并最 小项，如左图所示，得最简与或表达式：Y=AB+BC+AC。
（5）画出逻辑图，如右图所示。
14.2 常用组合逻辑器件
14.2.1 编码器
编码就是将具有特定含义的信息（如数字、文字、符号等） 用二进制代码来表示的过程。能实现编码功能的电路称为编 码器，编码器的输入为被编信号，输出为二进制代码。 按编码方式不同，编码器可分为普通编码器和优先编码器； 按编码形式可分为二进制编码器与 BCD编码器；按输出位数 可分为4线―2线编码器、8线―3线编码器与 16线―4线编码器 等。
2．全加器
在多位数加法运算时，除最低位外，其他各位都需要考 虑低位送来的进位。全加器就能实现这种功能。全加器的真 值表如下表所示。表中的Ai和Bi分别表示被加数和加数输入， Ci－1表示来自相邻低位的进位输入。Si为和输出，Ci为向相邻 高位的进位输出。
由真值表可写出Si和Ci的输出逻辑函数表达式，经代 数法化简和转换得
【解】（1）写出各输出的最小项表达式，再转换成 与非―与非形式。
L ABC ABC ABC ABC
m1 m2 m4 m7 m1 m2 m4 m7
F ABC ABC ABC
m3 m5 m6 m3 m5 m6
G ABC ABC ABC ABC
假设译码器有n个输入信号和N个输出信号，如果 N=2n ，就称为全译码器，常见的全译码器有2线―4线译码 器、3线―8线译码器、4线―16线译码器等。如果N＜2n， 称为部分译码器，如二―十进制译码器（也称作4线―10线 译码器）等。
1．二进制译码器
把二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对 应输出信号的电路，叫做二进制译码器。二进制译码 器的逻辑特点是，若输入为n个，则输出信号为2n个， 对应每一个输入组合，只有1个输出为1，其余全为0。 下面以2线―4线译码器和译码器芯片74LS138为例说 明二进制译码器的工作原理和电路结构。
【例14-2】设计一个三人表决电路，表决结果按“少数 服从多数”的原则决定。 【解】（1）分析具体问题，确定输入量与输出量。设三 人的意见为变量A、B、C，表决结果为函数Y，并设同意为逻 辑1，不同意为逻辑0，事情通过为逻辑1，没通过为逻辑0。 （2）根据逻辑要求列出真值表。
（3）由真值表写出逻辑表达式。
1．4选1数据选择器
下图所示为由与或门组成的4选1多路数据选择器。
4选1多路数据选择器的功能如下表所示。
根据功能表，可写出输出逻辑表达式为：
Y A1 A0 D0 A1 A0 D1 A1 A0 D2 A1 A0 D3 G
要进行多位数相加，最简单的方法是将多个全加器进行 级联，构成串行进位加法器。下图所示是4位串行进位加法 器，从图中可见，两个4位相加数A3A2A1A0和B3B2B1B0的各 位同时送到相应全加器的输入端，进位数串行传送。全加器 的个数等于相加数的位数。最低位全加器的Ci-1端应接0。
串行进位加法器的电路比较简单，但是其速度较慢。为 了提供速度，人们又设计了一种多位数快速进位（又称超前 进位）的加法器。所谓快速进位，是指加法运算过程中，各 级进位信号同时送到各位全加器的进位输入端。现在的集成 加法器，大多采用这种方法。74LS283就是一种典型的快速 进位的集成加法器，其逻辑图、引脚图如下图所示。
【例14-1】分析如图14-1所示组合逻辑电路的逻辑功能。
【解】（1）从输入到输出逐级写出逻辑函数式。设P为 中间变量。
பைடு நூலகம்Y ABC
Y AP BP CP A ABC B ABC C ABC
（2）化简与变换逻辑函数，写出最简与或表达式。
Y ABC A B C ABC A B C ABC ABC
2．组合逻辑电路的分析方法
所谓组合逻辑电路的分析，是对给定组合逻辑电路进行 逻辑分析，求出其相应的输入、输出逻辑关系表达式，确定 其逻辑功能。 通常采用的分析方法是从电路的输入到输出逐级写出逻 辑函数式，最终得到表示输出与输入关系的逻辑函数式；然 后使用公式化简法或卡诺图化简法将得到的函数式化简或变 换，从而写出最简与或表达式；如要分析电路的逻辑功能， 就要将函数式转换为真值表，再根据真值表分析电路的逻辑 功能。下面结合例题进行具体分析。
2．优先编码器
优先编码器给所有的输入信号规定了优先顺序，当多个 输入信号同时出现时，只对其中优先级最高的一个进行编码。 常用的优先编码器有74LS148、74LS147等。 74LS148是一种常用的8线―3线优先编码器，其功能如 下表所示
I0～I7为编码输入端，低电平有效。A0～A2为编码输出端， 也为低电平有效，即反码输出。其他功能端子的功能如下：
（3）由表达式列出真值表。
（4）分析逻辑功能 由真值表可知，当A、B、C三个变量不一致时，输出 为1，所以这个电路称为“不一致电路”。
14.1.2 组合逻辑电路的分析方法
组合逻辑电路的设计是组合逻辑电路分析的逆过程， 即已知逻辑功能要求，设计出具体的实现该功能的组合逻 辑电路。其设计步骤如下。 （1）分析逻辑问题，明确输入量与输出量； （2）根据逻辑要求列出相应的真值表； （3）根据真值表写出逻辑函数的最小项表达式； （4）化简逻辑函数，并根据可能提供的逻辑电路类型写 出所需的表达式形式； （5）画出与表达式相应的逻辑图。 组合逻辑电路的设计一般应以电路简单、所用器件最 少为目标，并尽量减少所用集成器件的种类。
（1） 2线―4线译码器
用门电路实现2线―4线译码器的逻辑电路如下图 所示。
2线―4线译码器的功能如下表所示。
由上表可写出各输出函数表达式：
Y0 EI AB Y1 EI AB
Y2 EI AB
Y3 EI AB
（2）译码器芯片74LS138
74LS138是一种典型的二进制译码器，其逻辑图和引脚图 如下图所示。它有3个输入端A2、A1、A0，8个输出端Y0～Y7， 所以常称为3线―8线译码器，属于全译码器。输出为低电平 有效，G1、G2A和G2B为使能输入端。
14.2.3 加法器
1．半加器
半加器的真值表如下表所示。表中的A和B分别表示 被加数和加数输入，S为和数输出，C为向相邻高位的进 位输出。由真值表可直接写出输出逻辑函数表达式： S AB AB A B C AB
可用一个异或门和一个与门组成半加器，如下图所示。
下图所示为半加器的逻辑图形符号。
1．二进制编码器
将信号编为二进制代码的电路称为二进制编码电路。用 n位二进制代码可对2n个信号进行编码。 3位二进制编码器有8个输入端I0、I1、I2、I3、I4、I5、I6、 I7，3个输出端A2、A1、A0，所以常称为8线―3线编码器，其 功能真值表见下表，输入为高电平有效。
用门电路实现逻辑功能，如下图所示。