第13章-門電路和組合電路 11

1、第13章 門電路和組合邏輯電路 13.1 基本門電路及其組合 13.2 TTL門電路 (13.3 CMOS 門電路) 13.4 組合邏輯電路的分析和設計 13.5 加法器 13.6 編碼器 13.7 譯碼器和數字顯示 (13.8 半導體存儲器和可編程邏輯器件) (13.9 應用舉例),1. 電子電路中的信號分為兩大類：,13.1基本門電路及其組合 13.1.1邏輯電路的基本概念,

2、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,tr,tf,Um,0.9Um,0.5Um,0.1Um,脈寬 tw,周期 T,,,實際的矩形波,,數字電路所研究的問題和模擬電路相比有以下幾個主要不同點： （1）數字電路中的信號在時間上是離散的脈沖信號，而模擬電路中的信號是隨時間連續(xù)變化的信號。 （2）數字電路所研究的是電路的輸入¸輸出之間的邏輯關系，而模擬電路則是研究電路的輸入輸出之間的大 小

3、、相位等問題。,（3）在兩種電路中，晶體管的工作狀態(tài)不同。數字電路中晶體管工作在開關狀態(tài)，也就是交替地工作在飽和與截止兩種狀態(tài)，而在模擬電路中晶體管多工作在放大狀態(tài)。,飽和區(qū),放大區(qū),截止區(qū),2 、三種基本邏輯關系及門電路,當決定事件的各個條件全部具備之后，事件 才會發(fā)生。,開關A，B串聯控制燈泡Y：,功能表,1)與邏輯關系 ：,二極管與門,Y=AB,真值表,當決定事件的各個條件中有一個或一個以上具備之后，事件就會發(fā)生。,功

4、能表,2 )或邏輯關系：,二極管或門,Y=A+B,真值表,,決定事件的條件只有一個，當條件具備時，事件不會發(fā)生，條件不存在時，事件發(fā)生。,功能表,真值表,3 ) 非邏輯關系：,三極管非門,真值表,1. 與非門,13.1.3基本邏輯門電路的組合,2. 或非門,3. 與或非門,5.同或運算：邏輯表達式為：,4. 異或運算：邏輯表達式為：,,每行相與，各行相或,13.2.1 TTL與非門電路,13.2 TTL門電路,,,,,,,,,,,,,,

5、,,,,,,,,,,,,,,,,,+5V,ABC,T1,R1,R2,T2,T3,T4,T5,R3,R5,R4,,Y,,,,,,,,,TTL與非門電路,0.3V,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,+5V,ABC,T1,R1,R2,T2,T3,T4,T5,R3,R5,R4,,Y,,,,,,,,,TTL與非門電路,3.6V,,,用三態(tài)門接成總線結構,13.2.2 TTL三態(tài)門電路,功能表,每一時刻，只有一個E

6、N有效（EN=1）,13. 2. 3 TTL與非門組件,TTL與非門組件就是將若干個與非門電路，經過集成電路工藝制作在同一芯片上。,74LS00組件含有兩個輸入端的與非門四個。,1.基本運算規(guī)則,與：0? 0=0 ? 1=1 ? 0 1 ? 1=1或：0+1=1+0=1+1 0+0=0 非：0=1 1=0,13.4.1邏輯代數,13.4 組合邏輯電路的分析和設計,2.邏

7、輯代數的基本定律,交換律：A+B=B+A A ? B=B ? A結合律：A+(B+C)=(A+B)+C A ? (B ? C)=(A ? B) ? C分配律：A(B+C)=A ? B+A ? C A+B ? C=(A+B) ? (A+C)反演定理：A ? B=A+B,A+B=A ? B,,,,,,,吸收規(guī)則：A+AB=A+B,,邏輯函數表達式：,,,與或式,與非式,與或非式,,？,3.

8、利用邏輯代數公式化簡,=BA+B+CD,=B(A+1)+CD,=B+CD,例 ：證明AB+AC+BC=AB+AC,,,解：AB+AC+BC=AB+AC+(A+A)BC,,,,加項法Y=ABC+ABC+ABC =ABC+ABC+ABC+ABC =BC(A+A)+AC(B+B)=BC+AC,,,,,,,(1) 邏輯代數式,(2) 邏輯圖,5. 邏輯函數的表示方法,(3) 真值表,將邏輯電路輸入變量不同組合狀

9、態(tài)下所對應的輸出變量的取值一一對應列入一個表中，此表稱為邏輯函數的真值表。,*(4)卡諾圖,已知組合邏輯電路圖，確定它們的邏輯功能。,分析步驟：（1）根據邏輯圖，寫出邏輯函數表達式 （2）對邏輯函數表達式化簡 （3）列出真值表 （4）由真值表確定邏輯電路的功能

10、,組合邏輯電路：邏輯電路在某一時刻的輸出狀態(tài)僅 由該時刻電路的輸入信號所決定。,13.4.2 組合邏輯電路的分析,例: 分析下圖邏輯電路的功能。,,,,,,,,,,,,,,,,A,B,Y,功能:當A、B取值相同時， 輸出為1, 是同或電路。,例:分析下圖邏輯電路的功能。,功能: 當 A>B 時, Y1=1;,當 A<B 時, Y3=1

11、;,當 A=B 時, Y2=1;,是一位數字比較器,根據給定的邏輯要求，設計出邏輯電路圖。,設計步驟：（1）根據邏輯要求，定義輸入輸出邏輯變量并定義狀態(tài)含義，列出真值表 ； （2）由真值表寫出邏輯函數表達式；（3）化簡邏輯函數表達式；（4）畫出邏輯圖。,13.4.3 組合邏輯電路的設計,三人表決電路,例：用兩輸入設計三人表決電路,,,,,,,,,,,,1,0

12、,,,,A,,+5V,,,,,,,,,B,,,,C,R,,,,,,Y,,,,,每行相與，各行相或,,三人表決電路,,,,,,,,,,,,1,0,,,,A,,+5V,,,,,,,,,B,,,,C,R,,,,,,Y,,Y=AB+AC+BC,例：設計一個數據分配器，通過控制端 E 來選擇輸入 A送至輸出端 F1還是F2。E=0時，A送至F1, E=1時，A送至F2。,,,,,,電路,,,E,A,,,F1F2,數據分配器電路圖,13.5 加

13、 法 器,兩個二進制數相加，稱為“半加”，實 現半加操作的電路叫做半加器。,C=AB,1.半加器,C=AB,半加器邏輯圖,2.全加器,輸入信號：加數 被加數從低位來的進位,輸出信號：本位的和向高位的進位數,邏輯表達式,F=真值為1各行的乘積項的邏輯和,,,,,例：求兩個四位二進制數的和：全加器邏輯圖為：,0 0 0 1 1 1 0 1,0,例

14、：試用74LS248構成一個四位二進制數相加的電路,S0,S1,S2,C3,A2 B2,A1 B1,,,,,,,2Ci 2S 1Ci 1S,2A 2B 2Ci-1 1A 1B 1Ci -1,74LS183,,,,,,,,,,,,,2Ci 2S 1Ci 1S,2A 2B 2

15、Ci-1 1A 1B 1Ci -1,74LS183,,,,,,,,,,,,,S3,,,A0 B0,A3 B3,74LS183是加法器集成電路組件，含有兩個獨立的全加器。,全加器、編碼器、譯碼器、數據選擇器等——常用數字集成組合邏輯電路,13.6 編 碼 器,編碼：用數字或符號來表示某一對象或信號的過程。,n位二進制代碼可以表示2n個信號,自然二進制碼：按權值計算所對應十進制數的二進制的代碼,8421編碼：將十進制的十

16、個數0、1、2…9編成4位二進制的8421代碼,編碼器,,,,,,,,,,?,?,?,?,?,,,,,?,?,?,?,,,,,,,?,?,?,?,?,?,,,,,+5V,R?10,Y3,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,0,1,1,1,Y2,Y1,Y0,8421碼編碼表,13.6 編 碼 器,數字集成優(yōu)先編碼器74LS147,譯碼是編碼的反過程，將二進制代碼按編碼時的原意翻譯成有特定

17、意義的輸出量。,13.7 譯碼器和數字顯示,1. 變量譯碼器,若輸入變量的數目為n，則輸出端的數目N=2n,例如：2線—4線譯碼器、 3線—8線譯碼器、 4線—16線譯碼器等。,現以3線—8線譯碼器74LS138為例說明,74LS138管腳圖,,,,,,,,,1,,,,,A0,A2,,A2,A1,,,,,A1,,,,,A0,…...,,,,,,任何一個三輸入變量的邏輯函數都可以用74LS138和一個與非門來實現。,例：用74L

18、S138實現Y=AB+BC,2. 顯示譯碼器,,,,,,,,,a,b,f,g,e,c,d,,?,,,,,,,,,,,,,f g,a b,e d,c ?,,,,,,+,,,,a b c d e f g,+,+,+,+,+,,,,,,,,,?,(1)數碼顯示器：用來顯示數字、文字或符號。,共陰極接法,共陽極接法,,,,,,,,,,,,A3A2A1A0,YaYbYcYdYeYf Yg,ab

19、cdefg,,,,,,,,R,,+5V,,,數碼管,A3A2A1A0,七段顯示譯碼器與數碼管的連接,顯示譯碼器,七段字形顯示譯碼器的真值表,,,A3 A2 A1 A0,,Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg,,顯示字形,0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 0,0 0 0 1,0 1

20、1 0 0 0 0,…..,1 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1,,1 0 0 1,1 1 1 0 1 1 1,74LS248,,,,,,,,,,,,,,,,,,16 15 14 13 12 11 10 9,1

21、 2 3 4 5 6 7 8,A1 A2 LT YBR IBR A3 A0 地,VCC Yf Yg Ya Yb Yc Yd Ye,,,,Ya~Yg: 譯碼器輸出端，與共陰極半導

22、體數碼管中對應字段a?g的管腳相連。,(2)74LS248七段字形顯示譯碼器,,,,,,,,,,0000,,,,,,,,0010,,,,,1,1,,1,0000,0000,0111,0011,0,,2,,0,,7 .,,0,,3,A3 A2 A1 A0,IBR：滅零輸入端YBR：滅零輸出端,滅零控制示意圖,8421碼207.03,應用舉例,工作正常時，輸入均為1，電機轉動，蜂鳴器不響，指示燈亮。,異常時，某個（幾個）輸入為0，電