组合逻辑电路的分析方法

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3.1 组合逻辑电路的分析方法
一.组合逻辑电路的特点 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。
每一个输出变量是全部或部分输入变量的函数: L1 = f1(A1、A2、…、Ai) L2 = f2(A1、A2、…、Ai)
Y 和 A、B 的逻辑关系为:A、B 中只要一个为 0,Y=1;A、B 全为 1 时,Y=0。
所以 Y 和 A、B 的逻辑关系为与非运算的关系。
ABC
Y
000
1
001
1
010
1
011
1
100
1
101
1
110
0
111
0
三. 组合逻辑电路的设计方法 设计过程的基本步骤:
【例 1】在举重比赛中,有两名副裁判,一名主裁判。当两名以上裁判(必须包 括主裁判在内)认为运动员上举杠铃合格,按动电钮,裁决合格信号灯亮,试用 与非门设计该电路。
C
A
1
& Y1
B
1
& Y2
图3 例3的优先编码逻辑图
10 I0
Y0
9
11 I1
Y1
7
12 I2
Y2
6
13 I3 74LS148
1 I4
YEX 14
2 I5
3 I6
4 I7
5S
Ys 15
(a)
I4 1 I5 2
16 VCC 15 YS
I6 3
14 YEX
I7 4 74LS148 13 I3
S(E) 5
解:设主裁判为变量 A,副裁判分别为 B 和 C;按电钮为 1,不按为 0。表示 成功与否的灯为 Y,合格为 1,否则为 0。 (1)根据逻辑要求列出真值表。
3
ABC Y
ABC
Y
000 0
100
0
001 0
101
1
010 0
110
1
011 0
111
1
(2)由真值表写出表达式:
3)化简:
Y = m5 + m6 + m7 = ABC + ABC + ABC
表 4 优先编码器 74LS148 的功能表
输入使能端
输入
输出
扩展 使能输出
S
I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I1 I 0 Y2 Y1 Y0 YEX
YS
1
××××××××111 1
1
0
11111111111 1
0
0
0×××××××000 0
1
0
1 0××××××001 0
1
0
1 1 0×××××010 0
≥1 Y3 1
Y
1
≥1 Y2
2
解:(1) 由逻辑图写出逻辑表达式
Y1 Y2
= =
A+ B +C A+ B
⎫ ⎪⎪⎬Y
=Y3
=Y1
+Y2
+
B
=
A+
B+C+
A+
B+B

Y3 =Y1 +Y2 +B⎪⎭
(2)变换与化简:
Y =ABC+AB+B=AB+B=A+B
(3)列真值表
(4)电路的逻辑功能:电路的输出 Y 只与输入 A、B 有关,而与输入 C 无关。
4
(2)由真值表写逻辑表达式:
Y = AB + AB
(3)变换:
用与非门实现 Y = AB ⋅ AB
用异或门实现 Y = A ⊕ B
图(a) 图 (b)
AB
Y
00
0
01
1
10
1
11
0
A
&
A
&
&
Y
=1
Y
&
B
B
【例 3】:设计一个能比较两个一位数字大小的逻辑电路。 解:(1)设两个一位数分别为 A,B.当 A>B 时,Y1=1, 当 A=B 时,Y2=1, 当 A<B 时,Y3=1, (2)根据题目要求,列出真值表:
≥1
≥1
≥1
I9 I8 Y3
I7I6I5I4
I3I2
(a) 由或门构成
Y2
Y1
I1 I0 Y0
&
&
&
&
I9 I8
I7I6I5I4
I3I2
(b) 由与非门构成
I1 I0
三.优先编码器: 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。 【例 3】电话室有三种电话, 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。 解:(1)根据题意知,同一时间电话室只能处理一部电话,假如用 A、B、C 分 别代表火警、 急救、工作三种电话,设电话铃响用 1 表示,铃没响用 0 表示。
逻辑表达式
Y3 = I8 + I9 = I8I9
Y2 = I4 + I5 + I6 + I7 = I4I5I6I7
Y1 = I 2 + I 3 + I 6 + I 7 = I2I3I6I7
Y0 = I1 + I3 + I5 + I 7 + I9 = I1I 3I 5I 7 I 9
Y3
Y2
Y1
Y0
≥1
【例 2】:组合电路如图,试分析其逻辑功能。 解:(1)由逻辑图写出逻辑表达式
(2)变换。 (3)列真值表:
(4)分析逻辑可能:由表可知,若输入两个或两个以上的 1(或 0),输出 Y 为 1(或 0),此电路在实际应用中可作为三人表决电路。 【例 3】:组合电路如图,试分析其逻辑功能。
A B C
≥1 Y1
(输入 10 个互斥的数码,输出 4 位二进制代码) 1.BCD 码: 常用的几种 BCD 码:8421 码、5421 码、2421 码、余三码。
2.10 线-4 线编码器
【例 2】:设计一个 8421 BCD 码编码器
解:输入信号 I0~I9 代表 0~9 共 10 个十进制信号,输出信号为 Y0~Y3 相应二
12 I2
Y2 6
11 I1
Y1 7
10 I0
GND 8
9 Y0
(b)
图 4 74LS148 优先编码器 (a) 符号图; (b) 管脚图
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。 常见的集成 3 位二进制优先编码器 74LS148 的符号和管脚图如图 4: 图中,I o ~ I 7 为输入信号端,S 是使能输入端,Yo ~Y2 是三个输出端,YEX 和 YS 是用于扩展功能的输出端。74LS148 的功能如表 4 所示。
Y
5
=
A 2 A1 A0
⎪ ⎪
Y
6
⎩Y 7
= =
A 2 A1 A0 A2 A1 A0
1
Y7 Y6
Y5 Y4
Y3 Y2
Y1 Y0
&&&&&&&&
1
1
1
A2
A1
A0
2、集成译码器 (1).集成二进制译码器 74LS138
VCC Y0 Y1
Y
Y2 Y3 Y4 Y5
16 15 14 13 12 11 10 9 74LS138
…… Lj=fj(A1、A2、…、Ai) 二、组合逻辑电路的分析方法 分析过程一般包含 4 个步骤:
【例 1】:组合电路如图所示,分析该电路的逻辑功能。
解:(1)由逻辑图逐级写出逻辑表达式。为了写表达式方便,借助中间变量 P。
(2)化简与变换:
1
(3)由表达式列出真值表。 (4)分析逻辑功能 :
当 A、B、C 三个变量不一致时,电路输出为“1”,所以这个电路 称为“不一致电路”。
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: 真值表如表3所示。
表 3 例 3 的真值表
输入


ABC
1×× 01 × 00 1
Y1
Y2
0
0
0
1
1
0
(3) 写逻辑表达式
Y1 = ABC Y2 = AB
(4) 画优先编码器逻辑图如图 3 所示。
进制代码. 列编码表
输入
输出
I
Y3 Y2 Y1 Y0
0(I0) 0 0 0 0
1(I1) 0 0 0 1
2(I2) 0 0 1 0
3(I3) 0 0 1 1
4(I4) 0 1 0 0
5(I5) 0 1 0 1
6(I6) 0 1 1 0
7(I7) 0 1 1 1
8(I8) 1 0 0 0
9(I9) 1 0 0 1
BC
A
00 01
0
11 10
1
11
1
Y=AB+AC
= AB ⋅ AC
(4)画出逻辑电路图:
A
&
B
&
Y
A
&
C
【例 2】:设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的路灯,使之 在上楼前,用楼下开关打开电灯,上楼后,用楼上开关关灭电灯;或者在下楼前, 用楼上开关打开电灯,下楼后,用楼下开关关灭电灯。 解:设楼上开关为 A,楼下开关为 B,灯泡为 Y。并设 A、B 闭合时为 1,断开 时为 0;灯亮时 Y 为 1,灯灭时 Y 为 0。 (1)根据逻辑要求列出真值表。
3.3 译码器
一.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:变量译码器和显示译码器。
二.变量译码器-译出输入变量的状态, 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)。
过程. 能够实现编码功能的数字电路称为编码器。 一般而言,N 个不同的信号,至少需要 n 位二进制数编码。 N 和 n 之间满足下列关系:
2n≥N
一.二进制编码器:
常见的编码器有 8 线-3 线(有 8 个输入端,3 个输出端),16 线—4 线(16 个输入端,4 个输出端)等等。 【例 1】:设计一个 8 线-3 线的编码器 解:(1)确定输入输出变量个数:由题意知输入为 I0~.I88 个,输出为 A1、A2 、 A3。
12345678
Y0
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
Y
Y0
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
(3)由真值表写出各输出的逻辑表达式为: A2 = I 4 I5 I 6 I 7
A1 = I 2 I 3 I 6 I 7
A0 = I1 I 3 I 5 I 7
用门电路实现逻辑电路:
A2
A1
A0
&
&
&
1
1
1
1
1
1
1
1
I7
I6
I5
I4
I3
I2
I1
I0
二.非二进制编码器(以二-十进制编码器为例) 二-十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
(2)编码表见下表:(输入为高电平有效)
编码器真值表


I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
10000000
01000000 00100000
00010000
00001000
00000100
00000010
00000001
输出 A2 A1 A0 000 001 010 011
100 101 110 111
输入
输出
A
B
Y1 Y2 Y3
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
(3)逻辑表达式为:Y1 = AB (4)由逻辑表达式画出逻辑图。
A
1
B
1
Y2 = AB + AB
& ≥1
&
Y3 = AB
Y3 Y2 Y1
1 位数值比较器的逻辑图
5
3.2 编码器
编码器的基本概念及工作原理: 编码——将特定含义的输入信号(文字、数字、符号)转换成二进制代码的
优先编码器 74LS148 的应用: 74LS148 编码器的应用是非常广泛的。 例如,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括一些功 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 CPU,然后再进行处理、存储、输出到显示器或打印机上。 还可以用 74LS148 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,则 检测传感器输出一个 0 电平到 74LS148 编码器的输入端, 编码器编码后输出三 位二进制代码到微处理器进行控制。
0
0
001
000
0
0
000
100
0
0
000
010
0
0
000
001
0
0
000
000
1
0
000
000
0
1
(2)写出各输出函数表达式: 画出逻辑电路图:
⎧ ⎪
Y
0
⎪Y1
= =
A 2 A1 A0 A2 A1 A0
⎪ ⎪
Y
2
=
A 2 A1 A0
⎪ ⎨
Y
3
=
A 2 A1 A0
⎪Y 4 = A 2 A1 A0
⎪ ⎪
1
0
1 1 1 0××××011 0
1
0
1 1 1 1 0×××100 0
1
0
1 1 1 110××101 0
1
0
1111110×110 0
wenku.baidu.com
1
0
11111110111 0
1
在表 4 中,输入 I0~I7 低电平有效,I7 为最高优先级,I0 为最低优先级。即 只要 I 7 =0,不管其他输入端是 0 还是 1, 输出只对 I7 编码,且对应的输出为 反码有效,Y2 Y1 Y0 =000。 S 为使能输入端, 只有 S =0 时编码器工作, S =1 时编码器不工作。Ys 为使能输出端。 当 S 0 =0 允许工作时,如果 I o ~ I 7 端有信号输入, Ys =1;若 I o ~ I 7 端无信号输入时,Ys =0。YEX 扩展输出端, 当 S =0 时,只要有编码信号, YEX 就是低电平。
常见的二进制译码器有:2 线—4 线译码器、3 线—8 线译码器、4 线—16 线译码器 【例】:用与非门设计 3 线—8 线译码器
解:(1)列出译码表:
A2 A1 A0 000 001 010 011 100 101 110 111
Y0 Y1
Y2
Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
100
000
0
0
010
000
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