数字电路经典课件 (13)

一般LED的工作电流选在5~10mA，但不允许 超过最大值（通常为50mA）。
LED可以直接由门电路驱动。
低电平驱动: 图（a）是输出为低电平时，LED发光。 高电平驱动：图（b）是输出为高电平时，LED发光。
门电路驱动LED (a) 低电平驱动 (b) 高电平驱动
LED数码管 LED数码管又称为半导体数码管，它是由多个
余3码减去3得到8421码，减3用加-3实现，-3的补 码为1101。
§3-3 常用组合逻辑模块
一、并行加法器 二、数值比较器 三、译码器 四、数据选择器 五、常用组合逻辑器件
二、数值比较器
数值比较器：比较数值的大小。 4位数值比较器7485
定性符 逻辑符号
级联输入
3、4位数值比较器功能表
4、4位数值比较器扩展成8位比较器
Y(An1, An2,, A0 ) miDi i0
而n个输入变量的组合函数的最小项表达式为：
2n 1
F(x n1 , x n2 ,, x 0 ) mi a i
i0
例1：试用8选l MUX实现函数F(U,V,W)＝Σm(3,5,6,7)。 解：D0＝D1＝D2＝D4＝0，D3＝D5＝D6＝D7＝1
1
0
0 1
P
0
3
0
< P<Q
0
= P=Q
1
> P>Q
F
A0
0
A1 A2
Q
A3
3
A0
COMP 0
A1 A2
P
A3
3
0
< P<Q F
1
= P=Q
0
> P>Q
0
0
1 1
Q
0
3
问题：如何用四位数值比较器构成修正信号产生电路
F(CO3,F3, F2, F1)= CO3+ CF＞9 = CO3+ F3F2+F3Fl ＝∑m(5~15)
例3：分析以下电路的逻辑功能。
3
F miDi m0D0 m1D1 m2D2 m3D3 i0
A B(C D) A BC D
A BC D A B(C D)
(A B AB)(C D) (A B A B)C D
A B(C D) (A B)C D ABCD
一、并行加法器
完成二进制数加法运算。 一位半加器：
逻辑图
一位全加器：
逻辑图
级联组成四位加法器
最高位进位经过四级电路延迟，导致工作速度低
4位并行加法器
（超前进位加法器）
定性符
框图
进位输出
进位输入
逻辑符号
加法器的级联
四位加法器级联构成八位加法器：
加法器的应用
用4位加法器构成余3码到8421码的转换器。
2选1数据选择器 4选1数据选择器 8选1数据选择器 数据选择器的扩展 用MUX实现逻辑函数
四、数据选择器
从多个输入中选择1个输出，又称为多路开关(MUX)。 1. 2选1数据选择器
D0 D1
FD
0
A
D1
&
1
1
F
&
F= AD0 + AD1
A
四、数据选择器
2选1数据选择器 4选1数据选择器 8选1数据选择器 数据选择器的扩展 用MUX实现逻辑函数
8选1MUX
ST
三个地址输入端A2、A1、A0， 八个数据输入端D0~D7， 两个互补输出的数据输出端Y和 W ，
一个控制输入端 ST 。
（2）8选1MUX功能表
当使能端使能时(ST 0)：
Y A2 A1A0D0 A2 A1A0D1 A2A1A0D2 A2A1A0D3 A2 A1A0D4 A2 A1A0D5 A2A1A0D6 A2A1A0D7
7
miDi i0
使能端不使能时(ST 1)：Y 0
AA2 1A000 01 11 10 0 D0 D1 D3 D2 1 D4 D5 D7 D6 Y
四、数据选择器
2选1数据选择器 4选1数据选择器 8选1数据选择器 数据选择器的扩展 用MUX实现逻辑函数
4、数据选择器的扩展（1）
数据选择器的扩展（3）
问题：74LS153如何构成十六选一数据选择器？
四、数据选择器
2选1数据选择器 4选1数据选择器 8选1数据选择器 数据选择器的扩展 用MUX实现逻辑函数
5、用MUX实现逻辑函数
对于有n个地址变量的2n选1的MUX来说，当使能端 有效时，其输出表达式为：
2n 1
LED按分段式封装制成的。LED数码管有两种形式： 共阴型和共阳型。
(a) 外形图
图 七段显示LED数码管
(b) 共阴型
(c) 共阳型
七段式LED显示器 管脚排列图
显示译码器
功能表
§3-3 常用组合逻辑模块
一、并行加法器 二、数值比较器 三、译码器 四、数据选择器 五、常用组合逻辑器件
四、数据选择器
§3-1 二极管和三极管的开关特性 §3-2 数字集成器件简介 §3-3 常用组合逻辑模块 §3-4 组合电路分析 §3-5 组合电路设计 §3-6 险象与竞争 §3-7 小结
§3-3 常用组合逻辑模块
一个模块完成某个常用的特定的功能，如加 法器、数值比较器、编码器、译码器、数据选择 器等。
一、并行加法器 二、数值比较器 三、译码器 四、数据选择器 五、常用组合逻辑器件
例4：电路分析（译码器外加与非门）
z(x, y, Ci ) Y1 Y2 Y4 Y7 m1 m2 m4 m7 m1 m2 m4 m7 m(1,2,4,7)
CO (x, y, Ci ) Y1 Y2 Y3 Y7 m1 m2 m3 m7 m1 m2 m3 m7 m(1,2,3,7)
逻辑功能：奇判别电路
例3（续） 逻辑功能：奇判别电路。
逻辑功能： 一位全加器
例7：译码器实现1位8421BCD码加法器
2. 显示译码器
在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要 将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读 取测量和运算的结果，另一方面用于监视数字系 统的工作情况。
数字显示电路是数字设备不可缺少的部分。 数字显示电路包括显示译码器、驱动器和显示器 等，如图所示。
例2：试用4选l MUX实现函数F(U,V,W)＝Σm(3,5,6,7)。
代数法求解
F(U, V, W) m(3,5,6,7) UVW UVW UVW UVW UV 0 UV W UV W UV(W W) m0 0 m1 W m2 W m3 1
求得：D0＝0、D1＝D2＝W、D3＝1 卡诺图法求解
2. 4选1数据选择器
DDDD1230
Y
A1 A
0
A1 A0 Y 0 0 D0 0 1 D1 1 0 D2 1 1 D3
Y=A1A0D0 + A1A0D1 + A1A0D2 + A1A0D3
Y=A1A0D0 + A1A0D1 + A1A0D2
+ A1A0D3
Y
A1
A0
1
1
1
&
&
&
&
D
D1
D2
D3
2线—4线译码器：输入是二位二进制代码、有四种 输出，四个输出端分别对应一种输入状态。
双2-4译码器
3-8译码器
74138：地址输入端：A2、 A1、 A0
译码输出端： Y0 Y7
使能端：
STA、STB、STC
EN STA STB STC STA (STB STC )
3-8译码器功能表
74LS138输出端为低电平有效
Yi EN mi (i 0,1,2,7)
变量译码器的扩展（1） 例2：用两片3-8译码器组成4-16译码器
变量译码器的扩展（2） 例3：用5片2-4译码器组成4-16译码器（树型扩展）
用变量译码器实现组合逻辑函数
当使能端使能时，译码器输出了所有最小项 的反，一般逻辑函数可以写成最小项表达式，因 此，用译码器实现一般逻辑函数很方便。
三、译码器
译码器：把输入的二进制代码转换成对应的输出信 号，常用的译码器有变量译码器和显示译码器等。
1. 变量译码器 变量译码器有二进制译码器和二-十进制译码器 。
二进制译码器： 输入： N位二进制代码，又称地址输入端； 输出：2N个，每个输出与一个最小项相对应。
例1：2-4线译码器
Y3 b1b0 m 3 Y2 b1 b0 m 2 Y1 b1b0 m1 Y0 b1 b0 m0
各知识单元的分数分配
第0章 引论 第一章 数制与编码 第二章 逻辑函数及其化简 第三章 组合逻辑电路 第四章 时序电路分析 第五章 同步时序电路设计 第六章 集成数/模和模/数转换器 第七章 可编程逻辑器件及其应用
7% 15% 20% 30% 15%
5% 8%
第三章 组合逻辑电路
组合电路： 当前输出仅和当前的输入有关
O
4选1数据选择器74153、74253的逻辑符号
74153
74253
四、数据选择器
2选1数据选择器 4选1数据选择器 8选1数据选择器 数据选择器的扩展 用MUX实现逻辑函数
3. 8选1数据选择器
（1）8选1数据选择器74151的逻辑符号
MUX
EN
0 2
G
0 7
0
Y
1
2
w
3
4
5
6
7
F2F1 CO3F3
00
01
11
10
00 0 0 0 0
01 0 1 1 1
11 1 1 1 1
10 1 1 1 1
F1
COMP 0
F2 F3
P
CO3 3
0 < P<Q
1 = P=Q
0 > P>Q
F
00
0 1
Q
03
§3-3 常用组合逻辑模块
一、并行加法器 二、数值比较器 三、译码器 四、数据选择器 五、常用组合逻辑器件
4、数值比较器的应用
例1：电路分析。
A0
COMP 0
AAA123
P 3
00
< P<Q
0 1 = P=Q
1 0 > P>Q
F
10 0
00
11 00
Q 3
F(A3,A2,A1,A0)＝∑m(5~15)
例2：用四位数值比较器实现 F(A3,A2,A1,A0) ＝ ∑m(0,1,2,3,4,5)。
COMP
EN STA STB STC STA (STB STC )
Y0 EN A2 A1 A0 EN A2A1A0 EN m0
使能情况下，在A2A1A0的任何一种输入组合下: 只有与该输入组合对应的一个输出端为0（有效）; 其余各输出端为1（无效）
当译码器处于工作状态时，每输入一个二进制 代码将使对应的一个输出端为低电平（输出端 为低电平有效时)，而其它输出端均为高电平。
例1：用两片八选一数据选择器74LS151构成十六选
一数据选择器。
MUX
A3 EN
A0 A1 A2
0 2
G
0 7
D0
0
Y
D1
1
D2
2
w
D3
3
D4
4
D5
5
D6
6
D7
7
MUX
A3
EN
0 2
G
0 7
D8
0
Y
D9
1
wenku.baidu.com
D10
2
D11
3
w
D12
4
D13
5
D14
6
D15
7
1Y
4、数据选择器的扩展（2）
四选一数据选择器74LS253构成十六选一数据选择器。
图 数字显示电路的组成方框图
(1) 数字显示器件 数字显示器件是用来显示数字、文字或者符
号的器件，常见的有辉光数码管、荧光数码管、 液晶显示器、发光二极管数码管、场致发光数字 板、等离子体显示板等等。本书主要讨论发光二 极管数码管。
（2）发光二极管（LED）及其驱动方式
LED具有许多优点，它不仅有工作电压低 (1.5～3V)、体积小、寿命长、可靠性高等优点，而 且响应速度快(≤100ns)、亮度比较高。
实现组合逻辑函数F（A，B，C）
F(A,B,C) mi (i 0,1,2,...7)
Yi mi (i 0,1,2,7)
比较以上两式可知，把3线—8线译码器 74LS138地址输入端（A2A1A0）作为逻辑函数的输 入变量（ABC），译码器的每个输出端Yi都与某一 个最小项mi相对应，加上适当的门电路，就可以利 用译码器实现组合逻辑函数。
逻辑功能： 全减器
例5：用3-8译码器外加与门组成一位全减器
z(x, y, Ci ) M (0,3,5,6) M 0M3M5M 6 m0 m3 m5 m6 CO (x, y, Ci ) M (0,4,5,6) M 0M 4M 5M 6 m0 m4 m5 m6
例6：分析以下电路的逻辑功能。