电工电子技术简明教程第10章

项目 10 集成组合逻辑电路及其应用
项目 10 集成组合逻辑电路及其应用 例 10－1 试分析如图 10－1 所示电路的逻辑功能。
图 10 － 1 例 10 － 1 电路图
项目 10 集成组合逻辑电路及其应用 解 ( 1 )分步写出各个输出端的逻辑函数表达式:
项目 10 集成组合逻辑电路及其应用 (2 )列出该逻辑函数的真值表,如表 10－1 所示。
LED 数码显示器有两种电路形式,即共阴极接法和共阳 极接法,如图 10－9 所示。采用共阴极的 LED 数码显示器时, 应将高电平经过外接的限流电阻接到显示器各段的阳极,才 能使显示器发光;而采用共阳极的 LED 数码显示器时,则应将 LED 数码显示器的各个阴极接在低电平,才能使显示器发光。
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图 10－6 集成 3 线 8 线译码器 74LS138
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2.BCD 码译码器 BCD 码译码器是能将 BCD 代码转换成一位十进制数的 电路,常见的有 BCD8421 码译码器、余 3 码译码器等。图 10－7 是 BCD8421 码译码器 74LS42 的外引线图和符号图。
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2. 半导体存储器的种类 半导体存储器的种类很多,按元件的类型来分,有双极型 和 MOS 型两大类;按存取信息的方式来分,可分为只读存储 器( ROM )和随机存取存储器(RAM )。 1 )只读存储器 ROM ROM 主要由地址译码器、存储矩阵及输出缓冲器组成, 如图 10－11 所示。存储矩阵是存放信息的主体,它由许多存 储元排列而成,每个存储元存放一位二进制数。 A 0 ~An -1是 地址译码器的输入端,地址译码器共有 W 0 ~W 2 n -1 个输出端。 输出缓冲器是 ROM 的数据读出电路,通常用三态门构成,它 可以实现对输出端的控制,而且还可以提高存储器的带负载 能力。
译码器三种。
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1. 二进制代码译码器 二进制译码器又称为变量译码器,是用于把二进制代码 转换成相应输出信号的译码器。常见的有二输入 四输出译 码器(简称 2 线 4 线译码器)、 3 线 8 线译码器、 4 线 16 线 译码器等。 74LS138 是集成 3 线 8 线二进制译码器,其逻辑图如图 10－6 所示,左边的图是管脚排列图,右边的是逻辑符号图。
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图 10－11 只读存储器 ROM 的结构
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2 )可编程只读存储器 PROM 可编程只读存储器 PROM 是一种通用器件,用户可以根 据自己的需要,借助一定的编程工具,通过编程的方法将数据 写入芯片。 PROM 只可以进行一次编程,并且经过编程后的 芯片仍然是只能读出,不能写入。 3 )可擦除可编程的只读存储器 EPROM EPROM 是一种可以将数据多次擦除和改写的存储器。 早些年生产 EPROM 采用紫外线照射来擦除芯片中已存的内 容。在 EPROM 集成电路封装的顶部中央有一个石英窗,平 时石英窗应用黑色胶带粘贴,以防数据丢失。
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图 10－7 译码器 74LS42
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3. 数码显示译码器 在数字系统中常常需要把处理或测量的结果直接用十进 制数的形式显示出来,因此数字显示电路是许多电子设备不 可缺少的组成部分。 数字显示电路由译码器、驱动器和显示器组成,将输入 代码直接译成数字、文字和符号,并加以显示。数字显示器 件常用的有荧光显示器、辉光显示器、 LED (半导体发光二 极管)显示器。近十年来,液晶显示器和等离子显示器已经得 到广泛的使用。
项目 10 集成组合逻辑电路及其应用 (3 )根据真值表,写出与或表达式,并转换为与非表达式:
项目 10 集成组合逻辑电路及其应用 (4 )画出逻辑电路图如图 10 －2 所示。
图 10－2 三人表决电路的逻辑电路图
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例 10－3 试用与非门设计一个一位十进制数判别器,当 输入的 8421BCD 码表示的十进制数 ≥4 时,输出 Y=1 ;反之, Y=0 。
项目 10 集成组合逻辑电路及其应用 1 ) LED 数码显示器 LED 数码显示器是一种七段显示器,它由七个发光二极
管封装而成,如图 10－8 ( a )所示。七段的不同组合能显示出 10 个阿拉伯数字,如图 10－8 ( b )所示。
图 10－8 七段 LED 数码显示器显示的数字
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解 ( 1 )分析设计要求,确定变量。 将三个人的表决作为输入变量,分别用 A 、 B 、 C 来表 示,规定变量取“ 1 ”表示同意,变量取“0 ”表示不同意。将 表决结果作为输出变量,用 Y 来表示,规定 Y 取“ 1 ”表示提 案通过, Y 取“0 ”表示提案不通过。
项目 10 集成组合逻辑电路及其应用 (2 )根据上述逻辑功能列出真值表,如表 10－2 所示。
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图 10－ 5 BCD8421 优先编码器 74LS147
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10. 2. 2 译码器 译码是编码的逆过程,也就是将二进制代码翻译成原来
信号的过程,能完成这一任务的电路称为译码器。 译码器可分为二进制译码器、 BCD 译码器和数码显示
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10. 2. 3 存储器 1. 存储器的两个重要指标 1 )存储容量 存储容量是指存储器所能容纳的二进制信息量。存储器
的存储容量等于存储单元的地址数 N 与所存储的二进制信 息的位数 M 之积。如果存储器地址的二进制数有 n 位,则存 储器地址数是 N =2n 。
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(3 )根据真值表写出相应的逻辑函数表达式,并用公式法 或卡诺图法进行化简,最后转换成命题所要求的逻辑函数表 达形式。
(4 )根据最简逻辑函数表达式,画出相应的逻辑电路图。
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例 10－2 试用与非门设计一个三人表决电路。当表决 提案时,多数人同意,提案才能通过。
项目 10 集成组合逻辑电路及其应用 (2 )列出真值表如表 10－3 所示。
项目 10 集成组合逻辑电路及其应用 (3 )根据真值表,写出最简的与或表达式,并转换为与非表
达式: (4 )画出逻辑电路图,如图 10－3 所示。
图 10－ 3 一位十进制数判别器的逻辑电路图
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由编码器的输出逻辑表达式可以得到三位二进制编码器 的真值表,如表 10－4 所示。
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2. 优先编码器 二进制编码器要求输入信号必须是互相排斥的,即同时 只能对一个输入信号进行编码。而在实际问题中,经常会遇 到同时有多个输入信号的情况。 3.BCD 编码器 BCD 编码器是对输入的十进制数 0~9 进行二进制编码。 如图 10－5 所示,是集成BCD8421 码编码器 74LS147 的外引 线排列图和符号图。
输出变量之间的逻辑关系,写出逻辑表达式,分析电路所具有 的逻辑功能。
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组合逻辑电路的分析步骤: (1 )根据已知的逻辑图写出逻辑表达式。一般从输入端 开始,逐级写出各个逻辑门所对应的逻辑表达式,最后写出该 电路的逻辑表达式。 (2 )对写出的逻辑表达式进行化简。一般用公式法或卡 诺图法进行化简。 (3 )列出真值表,根据真值表就可以分析出电路的逻辑功 能。
求设计出逻辑电路,要在满足逻辑功能的基础上,使设计出的 电路达到最简,最后画出逻辑电路图。
设计一个组合逻辑电路,可以按照下列步骤进行: (1 )认真分析实际问题对电路逻辑功能的要求,确定变量, 进行逻辑赋值。 (2 )根据分析得到的逻辑功能列出真值表。需要指出,各 变量状态的赋值不同,得到的真值表将不同。
存储器的容量越大,存放的数据越多,系统的功能就越强。
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2 )存储时间 存储器的存储时间用存储器存取时间和存储周期来表示, 存储周期越短,存储器的工作速度就越快。 在计算机中通常所说的内存速度就是指它的存储器的存 取速度。存储器访问时间,是指从启动一次存储器操作到完 成该操作所经历的时间。存储周期指连续启动两次独立的存 储器操作所需间隔的最小时间。 通常存储周期略大于存取时间,其差别与主存器的物理 实现细节有关。
图 10－9 七段发光二极管的两种电路形式
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2 )集成 BCD8421 译码器 集成译码器 74LS48 能将输入的 BCD8421 码直接译成 七段 LED 数码显示器所需要的七位输入代码,图 10－10 所 示为 74LS48 的外引线排列图和逻辑符号图。
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10. 2 集成组合逻辑电路
10. 2. 1 编码器 1. 二进制编码器 二进制编码器是将 2n 个信号转换成 n 位二进制代码的
电路。 图 10－4 是由与非门和非门组成的三位二进制编码器。
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图 10－4 三位二进制编码器
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I 0 ~I 7 是 8 个需要编码的输入信号, Y 2 、 Y 1 、 Y 0 为 输出的三位二进制代码。由图 10－4可写出该编码器的输出 逻辑表达式:
图 10－10 集成七段显示译码器
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可以看出, 74LS48 译码器正常工作时,输入和输出均是 高电平有效。表 10－6 是集成译码器 74LS48 的真值表。
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由真值表可知, 74LS48 具有的逻辑功能如下: (1 )七段译码功能( LT=1 , RBI=1 )。 (2 )消隐功能( BI=0 )。 (3 )灯测试功能( LT=0 )。 (4 )动态灭零功能( LT=1 , RBI=1 )。
解 ( 1 )分析设计要求,确定变量。 将 8421BCD 码的四位数作为输入变量,用 A 、 B 、 C 、 D 表示,将电路的判别结果作为输出变量,用 Y 来表示。规定 当 8421BCD 码所代表的十进制数 ≥4 时, Y=1 ;反之, Y= 0 。并且要考虑到输入变量有如下约束条件:
∑ d(10 , 11 , 12 , 13 , 14 , 15 ) =0 可以利用这些约束条件简化电路。
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(3 )分析该逻辑电路功能。 从真值表中可以看出,该电路是一个奇耦校验电路。即 当输入奇数个 1 时,整个电路的输出为 1 ;当输入偶数个 1 时, 整个电路的输出为 0 。
Hale Waihona Puke Baidu
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10. 1. 2 组合逻辑电路的设计 组合逻辑电路的设计就是根据实际工程对逻辑功能的要
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10. 1 组合逻辑电路 10. 2 集成组合逻辑电路 实训任务 四裁判表决电路的设计与制作 练习题
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知识目标 (1 )了解组合逻辑电路的概念。 (2 )了解集成编码器、译码器的型号和特点。 (3 )掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。 (4 )了解七段 LED 数码显示器件的基本结构和类型。
技能目标 (1 )会识别集成编码器和集成译码器的引脚,并掌握其功
能。 (2 )会根据真值表设计一个四裁判表决电路。 (3 )会使用七段 LED 数码显示器件进行编码显示。
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10. 1 组合逻辑电路
10. 1. 1 组合逻辑电路的分析 分析逻辑电路的目的,就是找出给定的逻辑电路的输入、