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数字电路技术基础（四）

分类: 文章 • 2024-09-29 10:05:22

文章目录

第四章 组合逻辑电路

概述

组合逻辑电路的特点

根据逻辑功能的不同特点，将数字电路分为两大类，一类是组合逻辑电路，另一类是时序逻辑电路
组合逻辑电路的特点：
1.从功能上，任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入
2.从电路结构上，不含记忆（存储）元件

逻辑电路的描述

1.组合电路的框图
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2.逻辑函数式
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也可写成
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组合逻辑电路的分析方法和设计方法

组合逻辑电路的分析方法

所谓分析一个给定的逻辑电路，就是要通过分析找出电路的逻辑功能来
分析过程：

  • 从电路的输入到输出逐级写出逻辑函数式，最后得到表示输出和输入的逻辑函数式
  • 用公式化简法或卡诺图化简法，将得到的函数式化简或变换，使逻辑关系简单明了
  • 为了使电路图的逻辑功能更加直观，还可以将逻辑函数式转换为真值表的形式

组合逻辑电路的设计方法

根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成的工作

所谓的最简

  • 电路所用的器件数量最少
  • 器件的种类最少
  • 器件之间的连线最少

设计步骤：
一.逻辑抽象

  • 分析因果关系，确定输入/输出变量
  • 定义逻辑状态的含量（赋值）
  • 列出真值表

二.写出函数式
三.选定器件类型
四.根据所选器件：对逻辑式化简（用门）变换（用中规模集成电路MSI）或进行相应的描述（可编程逻辑器件PLD）
五.画出逻辑电路图，或下载到PLD
六.工艺设计
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若干常用的组合逻辑电路

中规模集成电路

编码器

编码：将输入的每个高,低电平信号编成一个对应的二进制代码
普通编码器
优先编码器

一.普通编码器

特点：任何时刻只允许输入一个编码信号
例：三位二进制普通编码器（8线-3线）
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化简为
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二.优先编码器

特点：允许同时输入两个以上的编码信号，但只对其中优先权最高的一个进行编码
例如：8线-3线优先编码器
优先编码器芯片74HC148
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设I7优先权最高…I0优先权最低
逻辑函数式
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S′S\prime为选通信号，它和每一个与门都连接，如果S′S\prime处于低电平，电路可以正常使用，如果S′S\prime处于高电平，则电路被关掉
Y′SY\prime_S和Y′EXY\prime_{EX}为附加输出信号，Y′SY\prime_S为低电平时，电路无编码输入
Y′EXY\prime_{EX}为高电平时，有编码输入
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附加输出信号的状态及含义
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三.优先编码器的扩展

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四.二-十进制优先编码器

  • 将I′9I\prime_9—I′1I\prime_1编成0110~1110（BCD的反码形式）
  • I′9I\prime_9优先权最高
  • 输入的低电平信号编成对应的十进制的编码

二-十进制优先编码器芯片74LS147
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真值表
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译码器

译码：将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号或另外一个代码
（译码是编码的反操作）
常用的有：二进制译码器，二-十进制译码器，显示译码器等

一.二进制译码器

例：3线-8线译码器
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真值表
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用二极管与门阵列组成的3线-8线译码器
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上述电路缺点：
1.电路的输入电阻较低而输出电阻较高
2.输出的高，低电平信号发生偏移（偏离输入信号的高低电平）

集成电路译码器：74HC138

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真值表
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二.二进制译码器的拓展

1.用74HC138组成4线-16线译码器
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2.二-十进制译码器
将输入BCD码的10个代码译成10个高低电平的输出信号BCD以外的伪码，输出均无低电平信号产生

例如：74HC42

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真值表
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三.显示译码器

1.七段字符显示器
如：
半导体数码管BS201A
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液晶显示器
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2.BCD七段字符显示译码器（代码转换器）7448
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逻辑图
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逻辑关系式
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四.显示译码器的附加控制端

1.LT灯测试输入数字电路技术基础（四）
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驱动接法
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五.用译码器设计组合逻辑电路

1.基本原理
3位二进制译码器给出3变量的全部最小项
。。。
n位二进制译码器给出n变量的全部最小项

任意函数
将n位二进制译码器输出的最小项组合起来，可获得任何形式的输入变量不大于n的组合函数
Y=∑mi\sum{m_i}
2.举例
例：利用74HC138设计出一个多输出的组合逻辑电路，输出的逻辑函数式为
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得到逻辑电路
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数据选择器

一.数据选择器

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一.工作原理
从一组输入数据选出某一个出来

例：“双四选一”
74HC153，分析其中的一个“四选一”
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二.用数据选择器设计组合电路

1.基本原理
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例：
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加法器

一.1位加法器

1.半加器，不考虑来自低位的进位，将两个1位的二进制数相加
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2.全加器：将两个一位二进制数及来自低位的进位相加
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二.多位加法器

1.串行进位加法器
优点：简单
缺点：慢

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2.超前进位加法器
优先：快
缺点：复杂

基本原理：加到第i位的进位输入信号是两个加数第i位以前各位（0~j-1）的函数，可在相加前由A,B两数确定
74LS283
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三.用加法器设计组合电路

基本原理：将函数变换成输入变量和输入变量相加
或能将函数变换成输入变量和常量相加

例：将BCD的8421码转换成余3码
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数值比较器

用来比较两个二进制的数值大小

一.1位数值比较器

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二.多位数值比较器

1.原理：从高位比起，只有高位相等，才比较下一位
例如：
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组合逻辑电路的竞争-冒险现象

一.什么是竞争
两个输入同时向相反的逻辑电平变化，称存在“竞争”
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二.因“竞争”而可能在输出产生尖峰脉冲的现象，称为“竞争-冒险”
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三.如何检查竞争冒险现象
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四.消除竞争-冒险现象
1.接入滤波电容
尖峰脉冲很窄，用很小的电容就可尖峰削弱到VTHV_{TH}以下
2.引入选通脉冲
利用选通脉冲，在电路达到稳定以后，P的高电平期的输出信号不会出现尖峰。
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三.修改逻辑设计
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