常用组合逻辑电路及应用

（2）进行化简：
W A AB + ABB AB AB A B X WC +W C ( A B ) C A B C A B C Y XD XD ( A B C ) D A B C D A B C D
功能表
输入使能端——只有其输入有效信号时，该器件才处于 工作状态，器件才具有其逻辑功能。 输出使能端——当其输出有效信号时，指示该器件正处 于工作状态，器件具有其逻辑功能。
• 8线-3线优先编码器74148的应用 @
3.4.1 编码器——集成电路编码器
3.4.2 译码器和数据分配器——定义及功能
B2 B1 B0
＝1
G0
＝1
G1
＝1
（5）、由逻辑代数式画出逻辑图 @
B3
G2
G3
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
小结：
• 逻辑代数是分析和设计逻辑电路的工具 • 组合逻辑电路的输出状态只决定于同一时刻的输入 状态。 • 组合逻辑电路的分析目的是为了确定已知电路的逻 辑功能，步骤：写出各输出端的逻辑表达式、化简 和变换各逻辑表达式、列出真值表、确定功能。 • 应用逻辑门电路设计组合逻辑电路的步骤是：列出 真值表、写出逻辑表达式、化简和变换、画出逻辑 图
Y0 EI AB Y B 1 EI A Y2 EI AB Y B 3 EI A
@
3.4.2 译码器和数据分配器——集成译码器
• 74138集成译码器 功能表 三位输入二进制码，八个输出信号其逻辑表 达式为： Y G G 2 A G 2B C B A
0 1
Y1 G1 G 2 A G 2 B C B A Y2 G1 G 2 A G 2 B C B A Y3 G1 G 2 A G 2 B C B A Y4 G1 G 2 A G 2 B C B A Y5 G1 G 2 A G 2 B C B A Y6 G1 G 2 A G 2 B C B A Y7 G1 G 2 A G 2 B C B A
译码器
码制转换器
远程控制台
新瓶到位计数器清零
MUX
3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险
• 3.3.1 产生竞争冒险的原因 • 3.3.2 消去竞争冒险的方法
3.4 常用组合逻辑电路芯片及 应用
3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 编码器 译码器和数据分配器 数据选择器 数值比较器 算术运算器 常用组合逻辑电路应用实例
• 注意点
组合逻辑电路的设计，通常以电路简单，所用器 件的数目和种类最少为目标
• 实例 @
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
• 例：试设计将十进制的四位二进制码（8421）BCD 转换成典型格雷码
• 解： （1）分析题意，确定输入变量与输出变量的 数目
8421 BC D B 3 B 2 B1 B 0 格 雷 码 G 3 G 2 G 1G 0
小
结
常用的中规模组合逻辑器件包括编码器、 译码器、数据选择器、数据比较器、加法器 等。它们可通过输入、输出使能端扩展为更 复杂的逻辑系统。 应用组合逻辑器件进行组合逻辑电路设 计时，可用第三章的组合逻辑电路设计步骤。 @
3.4.1 编码器——编码器的定义与功能
• 编码器的定义
将某一位有效的输入信息变换为以二进制按一 定的规律编排的代码（多位输出信息），使每组代 码都对应一位有效输入信息，这种功能称为编码。 具有编码功能的逻辑电路称为编码器。 二进制编码位数n与输入信息个数m有如下关系： m 2 n @
EO EI I 0 I1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 GS EI EO A2 EI I 4 EI I 5 EI I 6 EI I 7 A1 EI I 2 I 4 I 5 EI I 3 I 4 I 5 EI I 6 EI I 7 A0 EI I 1 I 2 I 4 I 6 EI I 3 I 4 I 6 EI I 5 I 6 EI I 7
@
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
输入变量 输出变量
（2）列真值表
B3
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
B2
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
B1
0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1
B0
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
引言
每瓶药片的设定数 （BCD编码数）
0
4 8
每瓶的药片数
1
5 9
2
6 -
37 +编 器寄 存 器瓶内实际药片数 （十进制）
译 码 器
每瓶药片的设定 数（十进制）
总装瓶药片数 量显示
设定键盘 瓶内实际药片数 （十进制） 阀门 药片数 传感器
码制转换器
计数器 加 法 器 寄 存 器
比 较 器
比较相等信号
0 0 1 1
1
1 1 1 1 1
0
0 1 1 1 1
1
1 0 0 1 1
0
1 0 1 0 1
0
1 0 1 1 0
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
• 电路设计的目的
组合逻辑电路设计的目的是根据逻辑功能设计出 实现该功能的电路。
• 电路设计的步骤
（1）根据对电路逻辑功能的要求，列出真值表； （2）由其值表写出逻辑表达式； （3）简化和变换逻辑表达式，从而画出逻辑图。
第三章 常用组合逻辑电路芯片 及应用（8）
引言 3.1 组合逻辑电路的基本概念 3.2 组合逻辑电路分析和设计方法 3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险 3.4 常用组合逻辑电路芯片及应用 小结
引言
典型数字控制系统实例 从本章开始，将介绍这些中、大规模集成组合 逻辑电路。常用的中、大规模集成组合逻辑电路有 编码器和译码器、数据选择器和数据分配器、数值 比较器、算术逻辑运算单元。对于这些常用的集成 组合逻辑电路，着重分析它们的功能及基本的应用 方法。在学习这些内容的过程中，要以前面所学习 的真值表、逻辑代数、卡诺图等作为工具，进行逻 辑电路的分析与设计。@
@
3.4.1 编码器——编码器的定义与功能
• 优先编码器
在两个或更多个同时输入时，编码器能够根据规定好 的先后次序，即优先级别，只对优先级别高的输入进行编 码，具有上述功能的逻辑部件称为优先编码器。
• 4线-2线优先编码器
四位输入信息，二位编码输出信息。
输入 I0 1 x x x I1 0 1 x x I2 0 0 1 x I3 0 0 0 1 Y1 0 0 1 1 输出 Y0 0 1 0 1
• 译码器的定义及功能
译码的功能是将具有特定含义的二进制码（多位输入信 号）进行辨别，并转换成一位的有效的输出信号（地址译码） 或转换成另一种二进制编码（代码转换）。具有译码功能的 逻辑电路称为译码器。 n位的二进制码和m个输出信号之间有如下关系：m=2n
• 2线4线译码器
为：
功能表
二位二进制码输入，四个输出控制信号，其逻辑表达式
3.3.1 产生竞争冒险的原因
• 竞争冒险的现象
由于逻辑门输出的延迟，当一个逻辑门的几个输 入端经不同的路径输入信号时，会产生错误的逻辑输 出信号，这种现象称为竞争冒险。
• 产生竞争冒险的原因
当电路中存在由反相器产生的互补信号，且在互 补信号的状态发生变化时，由于反相器的输出延时， 可能出现冒险现象。
• 组合逻辑电路的分类：
按照功能特点可分为：编码器、译码器、数据选择器、 分配器、比较器、加法器等。@
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
• 电路分析的目的
目的是为了确定已知电路的逻辑功能，所以分析的结
论是指出电路所实现的逻辑功能。
• 电路分析的步骤
（1）由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式； （2）化简和变换各逻辑表达式； （3）列出真值表； （4）根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后
﹕ ﹕
Ym-1=Fm-1(A0,A1, …,An-1)
@
3.1 组合逻辑电路的基本概念
• 组合逻辑电路特点：
（1）输出、输入之间没有反馈延迟通路； （2）电路中不含记忆单元。
• 组合电路逻辑功能表示：
组合电路是逻辑函数的电路实现，所以表示逻辑函数 的几种方法—真值表、卡诺图、逻辑表达式及时序图均可 表示组合电路的逻辑功能
G0
G0卡诺图
B1B0
G1 B1B0
G1卡诺图 01 0 1 11 1 0 10 1 0
B3B2
00 0 0
01 1 1
11 0 0
10 1 1
B3B2
00 0 1
00 01
00 01
11
10
X
0
Φ
1
Φ
Φ
Φ
1
11
10
Φ
0
Φ
0
Φ
Φ
Φ
Φ
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
（3）根据真值表，填写输出函数卡诺图
G2卡诺图
G2 B1B0 00 B3B2 G3
G3卡诺图
B1B0
01
11
10
B3B2
00
01
11
10
00
01 11 10
0
1 Φ 1
0
1 Φ 1
0
1 Φ Φ
0
1 Φ Φ
00
01 11 10
0
0 Φ 1
0
0 Φ 1
0
0 Φ Φ
0
0 Φ Φ
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
（4）化简并写出逻辑代数式
G0 B1 B0 B1 B0 B1 B0 G1 B2 B1 B2 B1 B2 B1 G2 B3 B2 B3 B2 B3 B2 B3 B2 G3 B3
确定其功能。
• 实例 @
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
例：试分析如图所示电路的逻辑功能。图中输入信号A、B、 C、D是一组四位二进制代码
W
&
X
& &
Y
&
&
&
&
&
&
&
&
&
A
B
C
D
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
• 解 （1）写出逻辑表达式：
W A AB ABB X W WC WCC Y X XD XDD
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
（3）列真值表：
A 0 0 0 B 0 0 0 C 0 0 1 D 0 1 0 Y 0 1 1
0
0 0
0
1 1 1 1 0 0
1
0 0 1 1 0 0
1
0 1 0 1 0 1
0
1 0 0 1 1 0
（4）功能说明： 由真值表可知， 此电路实现的逻辑功 能是检奇电路。@
G3
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 Φ X X X X X
G2
0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 X X X X X X
G1
0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 X X X X X X
G0
0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 X X X X X X
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
（3）根据真值表，填写输出函数卡诺图
Y1 I 2 I 3 I 3 I 2 I 3 Y0 I 1 I 2 I 3 I 3 I 1 I 2 I 3
• 键盘输入8421BCD码编码器
功能表 @
3.4.1 编码器——集成电路编码器
• 8线-3线优先编码器74148 （CD4532）
逻辑图及化简可得各输出的表达式：
3.1 组合逻辑电路的基本概念
• 组合逻辑电路定义：
在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻 各输入状态的组合，而与先前状态无关的逻辑 电路称为组合逻辑电路。
A 输 入
A0 A1 ： ： An-1
组合逻辑电路
Y0 Y1 ： ： Ym-1
Y 输 出
Y0=F0(A0,A1, …,An-1) Y0=F0(A0,A1, …,An-1)
• 1、译码器的定义及功能 • 2、集成电路译码器 • 3、数据分配器
3.4.3 数据选择器
• 1、数据选择器的定义及功能 • 2、集成电路数据选择器
3.4.4 数值比较器
• 1、数值比较器的定义及功能 • 2、集成数值比较器
3.4.5 算术运算器
• 1、半加器和全加器 • 2、多位数加法器 • 3、集成加法器及应用
3.4.1 编码器——编码器的定义与功能
• 4线-2线编码器
四位输入信息，二位编码输出信息。
输入 I0 1 0 0 0 I1 0 1 0 0 I3 0 0 1 0 I4 0 0 0 1 Y1 0 0 1 1 输出 Y0 0 1 0 1
Y1 I 0 I 1 I 2 I 3 I 0 I 1 I 2 I 3 Y0 I 0 I 1 I 2 I 3 I 0 I 1 I 2 I 3
• 实例 @
3.3.2 消去竞争冒险的方法
• 发现并消掉互补变量
例如
F ( A B )( A C )
在 B C 0时 ， F A A
• 增加乘积项
F AC CB AB
• 输出端并联电容器 @
3.4.1 编码器
• 1、编码器的定义与功能 • 2、集成电路编码器
3.4.2 译码器和数据分配器