電路電子技術(shù)-常用組合邏輯電路介紹演示文檔

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.,8.2 常用組合邏輯電路介紹,常用組合邏輯電路：編碼器、譯碼器、加法器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、數(shù)據(jù)分配器、函數(shù)發(fā)生器等電路是常用的組合邏輯電路，它們經(jīng)常、大量地出現(xiàn)在各種數(shù)字系統(tǒng)中。為了使用方便，已經(jīng)將這些邏輯電路制成了中、小規(guī)模集成電路產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)大規(guī)模集成電路時(shí)，也經(jīng)常調(diào)用這些模塊，作為所設(shè)計(jì)電路的組成部分。下面就分別介紹這些電路的工作原理及使用方法。 8.2.1 編碼器 1. 什么是編碼 一般地說，用文字、符號(hào)或者數(shù)字表示特定事物的過程都可以叫做編碼。例如，人一出生就要起名字，入學(xué)后被編上學(xué)號(hào)，運(yùn)動(dòng)員身上帶的號(hào)碼布等等，都屬于編碼。而數(shù)字電路中的編碼，是指用二進(jìn)制代碼表示不同的事物。能夠?qū)崿F(xiàn)編碼功能的電路稱做編碼器。,.,生活中常用十進(jìn)制數(shù)及文字、符號(hào)等表示事物。,數(shù)字電路只能處理二進(jìn)制信號(hào),編碼原則：n位二進(jìn)制代碼可以組成2n種不同的狀態(tài)，也就可以表示2n個(gè)不同的信息。若要對(duì)N個(gè)輸入信息進(jìn)行編碼，則滿足 N ≤ 2n （8-2） n為二進(jìn)制代碼的位數(shù)，也即輸入變量的個(gè)數(shù)。當(dāng)N = 2n時(shí)，是利用了n個(gè)輸入變量的全部組合進(jìn)行的編碼，稱為全編碼，實(shí)現(xiàn)全編碼的電路叫做全編碼器（或稱二進(jìn)制編碼器）；當(dāng)N ＜2n時(shí)，是利用了n個(gè)輸入變量的部分狀態(tài)進(jìn)行的編碼，稱為部分編碼。,.,2. 二進(jìn)制編碼器 二進(jìn)制編碼器也叫全編碼器，其框圖如圖所示。 框圖中，輸入信號(hào)I1、I2…I2n為2n個(gè)有待于編碼的信息，輸出信號(hào)Yn、Yn-1…Y1為n位二進(jìn)制代碼，其中Yn為代碼的最高位，Y1為最低位。例如，當(dāng)n = 3時(shí)，稱為3位二進(jìn)制編碼器；當(dāng)n = 4時(shí)，稱為4位二進(jìn)制編碼器。,圖8-9,編碼器種類,優(yōu)先編碼器,二-十進(jìn)制編碼器,.,用n位二進(jìn)制代碼對(duì)N=2n個(gè)一般信號(hào)進(jìn)行編碼的電路，叫做二進(jìn)制編碼器。例如n=3，可以對(duì)8個(gè)一般信號(hào)進(jìn)行編碼。,在編碼過程中，一次只能有一個(gè)輸入信號(hào)被編碼，被編碼的信號(hào)必須是有效電平，有效電平可能是高電平，也有可能是低電平，這與電路設(shè)計(jì)有關(guān)，不同編碼器有效電平可能不同。例如，某個(gè)編碼器的輸入有效電平是高電平，表明只有當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)才能被編碼，而輸入為低電平時(shí)不能被編碼。對(duì)于輸出的二進(jìn)制代碼來說，可能是原碼，也有可能是反碼，這也取決于電路設(shè)計(jì)中所選取的門電路的種類。 二進(jìn)制編碼器又分為普通編碼器和優(yōu)先編碼器,.,左圖的輸入是I0~I78個(gè)低電平信號(hào)（I上面帶有反號(hào)），輸出是三位二進(jìn)制原碼代碼Y2、Y1、Y0。 為此，又把它叫做8線—3線編碼器。輸出與輸入 的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示。,二進(jìn)制編碼器的結(jié)構(gòu)框圖,（1）普通編碼器,輸入信號(hào)之間互相排斥，即不允許有兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入信號(hào)同時(shí)為有效電平，因此，這種普通編碼器又稱作互斥編碼器。,.,根據(jù)真值表可以寫出輸出變量Y2、Y1、Y0的表達(dá)式為：,,,,.,由表達(dá)式畫出邏輯電路圖如圖8-10（a）所示，圖（b）是該3/8線互斥編碼器的邏輯符號(hào)。,圖8-10,.,特點(diǎn)：允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上的編碼信號(hào)，但只對(duì)其中優(yōu)先權(quán)最高的一個(gè)進(jìn)行編碼。,優(yōu)先編碼器常用于優(yōu)先中斷系統(tǒng)和鍵盤編碼。與普通編碼器不同，優(yōu)先編碼器允許多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)有效，但它只按其中優(yōu)先級(jí)別最高的有效輸入信號(hào)編碼，對(duì)級(jí)別較低的輸入信號(hào)不予理睬。,（2）優(yōu)先編碼器8線—3線,常用的MSI優(yōu)先編碼器有10線—4線(如74LS147)、 8線—3線(如74LS148)。,.,特點(diǎn)：允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上的編碼信號(hào)，但只對(duì)其中優(yōu)先權(quán)最高的一個(gè)進(jìn)行編碼。,,,為增加功能在輸入與輸出端增加擴(kuò)展端，出現(xiàn)74LS148,例：8線-3線優(yōu)先編碼器 （設(shè)I7優(yōu)先權(quán)最高…I0優(yōu)先權(quán)最低），輸入高電平有效，原碼輸出。,.,同理可得Y1、Y0的表達(dá)式如下：,,,,,若用與或非門實(shí)現(xiàn)且反碼輸出，即輸出為 、 、 ，則上面的式子可寫成：,,,,,.,如果輸入為低電平有效，即 反變量輸入，則根據(jù) 、 、 的表 達(dá)式可畫出8/3線優(yōu)先編碼器的邏輯圖， 如圖8-11所示。特別地，當(dāng)輸入低電平 有效時(shí)，常將反相器的“o”畫在輸入端， 如圖中G1～G7。另外注意，圖中為隱 含碼，即當(dāng)輸入信號(hào) 均無輸入時(shí) （即 均為1），此時(shí)， 、 、 均為1，此即的編碼。,圖8-11,,,,,,.,（3）集成8/3線優(yōu)先編碼器,,圖（a）是集成TTL 8/3線優(yōu)先編碼器74LS148的引腳排列圖，圖（b）是其邏輯符號(hào)，,為增加芯片的功能，列真值表如下。74LS148除了具備表所示的8/3線優(yōu)先編碼器的功能外，還增加了一些功能端 、 和 。,.,74LS148二進(jìn)制優(yōu)先編碼器的功能表如表所示,.,1,禁止?fàn)顟B(tài),工作狀態(tài),,74LS148的邏輯功能描述：,輸入低電平有效，輸出是反碼。,.,,附加輸出信號(hào)的狀態(tài)及含義,輸入信號(hào)，低電平有效,優(yōu)先級(jí)最高,優(yōu)先級(jí)最低,反碼輸出,輸入使能端,輸出使能端，用于電路擴(kuò)展,端之外各輸入端、輸出端都是低電平有效。,.,例8-7 試用兩片8/3線優(yōu)先編碼器74LS148級(jí)聯(lián)，構(gòu)成16/4線編碼器。 解 連線圖如圖8-13所示。,圖8-13,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,YEX,,優(yōu)先編碼器的擴(kuò)展:把8-3優(yōu)先編碼器擴(kuò)展成16-4編碼器,8-3優(yōu)先編碼器擴(kuò)展成16-4,.,用74LS148接成的16線—4線優(yōu)先編碼器,當(dāng)編碼器(1)有輸入時(shí)，輸出使能無效，編碼器(2)不工作。編碼器(1)沒有輸入時(shí)，輸出使能有效，編碼器(2)工作。,是編碼輸入信號(hào)，低電平有效， 優(yōu)先級(jí)別最高， 優(yōu)先級(jí)別最低； 組成4位二進(jìn)制反碼作輸出信號(hào)。,.,是編碼輸入信號(hào)，低電平有效， 優(yōu)先級(jí)別最高， 優(yōu)先級(jí)別最低； 組成4位二進(jìn)制反碼作輸出信號(hào)。當(dāng)高位片無輸入而低位片有輸入時(shí)（即 全為1， 中至少有一個(gè)為0時(shí)），高位片的 = 0，低位片工作， = 1，輸出為 的編碼1000～1111（反碼）。當(dāng)高位片有輸入時(shí),（即 中至少有一個(gè)為低電平時(shí)），高位片的 = 1，低位片停止工作， = 0，輸出為 的編碼0000～0111（反碼）。,.,,鍵盤輸入8421BCD碼編碼器功能表,十進(jìn)制數(shù)0～9的輸入鍵，低電平有效,GS為高電平時(shí)，表明有信號(hào)輸入，編碼器工作,4位8421BCD碼，反碼輸出,3． 十進(jìn)制編碼器,將10個(gè)輸入信號(hào) ～ 分別編成對(duì)應(yīng)的8421BCD碼的電路稱為十進(jìn)制編碼器，也稱為二 - 十進(jìn)制編碼器或8421BCD碼編碼器。,.,計(jì)算機(jī)的鍵盤輸入邏輯電路就是由編碼器組成。如圖所示是用十個(gè)按鍵和門電路組成的8421BCD碼編碼器，其中 代表10個(gè)按鍵，即對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)0～9的輸入鍵，低電平有效；A、B、C、D為輸出代碼，組成4位421BCD碼，且為原碼，A為代碼的最高位，D為最低位。GS為控制使能標(biāo)志，高電平有效，GS為高電平時(shí)，表明有信號(hào)輸入，編碼器工作，否則，GS為低電平時(shí)，無信號(hào)輸入，編碼器不工作。,圖8-14,.,集成十進(jìn)制編碼器中，常見的是10線-4線優(yōu)先編碼器74LS147，圖（a）所示為74LS147的引腳排列圖，圖（b）是它的邏輯符號(hào)。74LS147的輸入端為 ，低電平有效，優(yōu)先權(quán)從 到 依次降低；輸出為 、 、 、 ，組成4位421BCD碼， 為最高位， 為最低位，且輸出為反碼。,.,例8-8 某醫(yī)院有一、二、三、四號(hào)病室，每室設(shè)有呼叫按鈕，同時(shí)在護(hù)士值班室內(nèi)對(duì)應(yīng)地裝有一、二、三、四號(hào)指示燈?，F(xiàn)在的情況是，四個(gè)病室的按鈕可以同時(shí)按下，但值班室一次只有一盞燈亮，一號(hào)病室的優(yōu)先權(quán)最高，四號(hào)病室的優(yōu)先權(quán)最低。試用優(yōu)先編碼器74LS148和門電路設(shè)計(jì)滿足上述要求的控制電路。 解 選取輸入變量B1、B2、B3、B4分別表示一、二、三、四號(hào)病室的按鈕，按下時(shí)變量為0，否則為1。用輸出變量L1、L2、L3、L4分別表示一、二、三、四號(hào)指示燈，變量為0表示燈亮，否則表示燈滅。因?yàn)橹灰刂?盞燈，故用二位輸出即可。選用74LS148的低4位輸入端 和低二位輸出端 、 即可。控制電路的功能可用表8-10來描述。,,,.,由功能表可得L1～L4的表達(dá)式為：,由表達(dá)式畫出邏輯圖如圖8-16所示。,.,譯碼 ： 將具有特定含義的二進(jìn)制代碼變換(翻譯)成一定的輸出信號(hào),以表示二進(jìn)制代碼的原意,這一過程稱為譯碼.譯碼是編碼的逆過程，即將某個(gè)二進(jìn)制代碼翻譯成電路的某種狀態(tài)。,實(shí)現(xiàn)譯碼功能的組合電路稱為譯碼器.,8.2.2 譯碼器,,1 什么是譯碼,2. 二進(jìn)制譯碼器 圖8-17是二進(jìn)制譯碼器的框圖。圖中A1～An是n個(gè)輸入信號(hào)，組成n位二進(jìn)制代碼，An是代碼的最高位，A1是代碼的最低位，代碼可能是原碼，也可能是反碼，若為反碼，則“A”字母上面要帶反號(hào)；Y1～Y2n是輸出信號(hào)，可能是高電平有效，也可能是低電平有效，若為低電平有效，則“Y ”字母上要帶反號(hào)。,圖8-17,.,邏輯表達(dá)式：,常用譯碼器類型:,3 線— 8線譯碼器 型號(hào): 74LS138,4 線— 16線譯碼器 型號(hào): 74LS154,譯碼器的輸入：,一組二進(jìn)制代碼,譯碼器的輸出：,一組高低電平信號(hào),.,圖8-18是集成3/8線譯碼器74LS138的邏輯圖和引腳排列圖，其中S1、 、 是使能端，只有當(dāng)S1= 1且 = = 0時(shí)，譯碼器才工作，否則，譯碼器處于非工作狀態(tài)。,,、,,圖8-18,.,表8-11示出了74LS138的真值表。由74LS138的真值表可以看出，其輸入信號(hào)為原碼，A2是最高位；輸出為低電平有效，譯碼過程中，根據(jù)A2A1A0的取值組合， 中的某一個(gè)輸出為低電平，且 （i =0，1，2，…7），mi為最小項(xiàng)。這一特點(diǎn)是全譯碼器所共有的。據(jù)此，我們可以用集成譯碼器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)。,,.,例8-9 用集成譯碼器并輔以適當(dāng)門電路實(shí)現(xiàn)下列組合邏輯函數(shù),,解 要實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)3變量的邏輯函數(shù)，因此應(yīng)選用3/8線譯碼器，用74LS138。 （1）將所給表達(dá)式化成最小項(xiàng)之和形式。,,,（2）確定譯碼器輸入邏輯變量。 令 A2A1A0 = ABC （3）寫出譯碼器輸出邏輯表達(dá)式。,,（4）把邏輯函數(shù)Y與譯碼器輸出邏輯表達(dá)式相比較得：,,,.,（5）由表達(dá)式可知，需外接與非門實(shí)現(xiàn)，畫出邏輯圖如圖8-19所示。,圖8-19,.,例8-10 設(shè)X、Z均為3位二進(jìn)制數(shù)，X為輸入，Z為輸出，要求二者之間有下述關(guān)系：當(dāng)3≤X≤6時(shí)，Z = X+1；X＜3時(shí)，Z = 0；X＞6時(shí)，Z = 3。 試用一片3/8線譯碼器構(gòu)成實(shí)現(xiàn)上述要求的邏輯電路。 解 （1）按題意列出真值表，如表8-12所示。 （2）由真值表寫出輸出Z的表達(dá)式。,,,,,,,,,.,（3）確定譯碼器輸入邏輯變量。 令 A2A1A0 = X2X1X0 （4）寫出譯碼器輸出邏輯表達(dá)式（略）。 （5）把Z2、Z1、Z0與譯碼器輸出邏輯表達(dá)式相比較得：,,.,（6）畫出邏輯圖如圖8-20所示。,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3）3-8譯碼器的擴(kuò)展:把一個(gè)3-8譯碼器擴(kuò)展成4-16譯碼器,8-3優(yōu)先編碼器擴(kuò)展成16-4,S1=0,S1=1,.,用兩片74LS138譯碼器構(gòu)成4線—16線譯碼器,A3 =0時(shí)，片Ⅰ工作，片Ⅱ禁止,A3 =1時(shí)，片Ⅰ禁止，片Ⅱ工作,.,例：試用 74LS138和與非門構(gòu)成一位全加器。,解:全加器的最小項(xiàng)表達(dá)式應(yīng)為,試用74LS138實(shí)現(xiàn)全加器的功能,電路圖如下所示,.,全減器的功能,全加器的電路如圖所示,.,3、二—十進(jìn)制譯碼器,把二-十進(jìn)制代碼翻譯成10個(gè)十進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的電路，稱為二-十進(jìn)制譯碼器。,.,二—十進(jìn)制譯碼器,對(duì) 取反函數(shù): 取0的輸入組合,b) 寫出邏輯式,再取反,同理：,.,4、數(shù)字顯示譯碼器(7段顯示譯碼器),數(shù)字顯示譯碼器,7段顯示器,7段數(shù)碼管,液晶數(shù)碼管,共陽極,在數(shù)字系統(tǒng)中，廣泛使用七段字符顯示器，或稱七段數(shù)碼管顯示器。常用的七段顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示器（LED）和液晶顯示器（LCD），這里僅介紹半導(dǎo)體七段顯示器。,.,優(yōu)點(diǎn):工作電壓低?體積小?壽命長?可靠性高。,缺點(diǎn)：工作電流比較大，每一段的工作電流在10mA左右。,LED數(shù)碼管根據(jù)二極管的連接不同分為共陰?共陽兩種。如下圖所示：,發(fā)光二極管(LED)由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、 磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，可做成分段式顯示器(LED數(shù)碼管)由7條線段圍成各種字型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光，有紅、黃、綠等色。,.,（1）顯示器,圖（a）是七段顯示器的示意圖，它由a ～g七個(gè)光段組成，每個(gè)光段都是一個(gè)發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED）。根據(jù)需要，可讓其中的某些段發(fā)光，即可顯示出數(shù)字0～15，如圖所示。,.,（2）集成4線-7段譯碼器,為燈測(cè)試輸入端，低電平有效。當(dāng) = 0時(shí)，無論A3～A0為何種輸入組合， 的狀態(tài)均為0， 七段數(shù)碼管全部發(fā)光，用以檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光。,4線-7段集成譯碼器74LS247的輸入是8421BCD碼A3A2A1A0，并且是原碼；輸出是 、 、 、 、 、 、 ，低電平有效，它要與共陽極接法的顯示器配合使用。表和圖分別是74LS247的功能表（真值表）和引腳排列圖。,下面對(duì)其中的幾個(gè)功能端作一下介紹：,.,.,.,圖 用7448驅(qū)動(dòng)BS201A(共陰)的連接方法,1KΩ×7,