数字电子技术基础与技能 作者 李响初 第2章.ppS

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数字电子技术基础与技能-第2章湖南有色金属职业技术学院李响初2第2章组合逻辑电路学习目标学习目标知识目标知识目标：

了解组合逻辑电路的基本概念及特点。

掌握组合逻辑电路的分析方法及步骤。

掌握编码器、译码器逻辑功能和应用特性。

技能目标技能目标：

会用万用表测试集成组合逻辑器件性能好坏。

会组装与调试三人表决器。

会查阅集成电路手册，能按要求选用集成组合逻辑器件。

32.1组合逻辑电路基本知识话题引入话题引入众所周知，目前计算机已普及到各行各业、各个领域，已经无所不在。

但早期的计算机其设计的目的是用于快速计算，着重于军事目的的应用。

而随着计算机技术的发展和应用需求的增加，计算机已从主要用于科学计算和工程计算发展到从事数据处理、辅助设计、过程控制以及人工智能等。

据统计，80以上的计算机主要用于数据处理，这类工作量大面宽，决定了计算机应用的主导方向。

目前，计算机数据处理功能已广泛地应用于办公自动化、情报检索、图书管理、电影电视动画设计、会计电算化等领域。

而实现计算机数据处理功能的关键部件为组合逻辑电路部件。

初学者学习本课程时，一般要将常用组合逻辑部件逻辑功能及应用特性作为主要研究对象。

42.1.1组合逻辑电路的基本特征在任何时刻，电路的输出状态只取决于该时刻的输入，而与该时刻之前电路的状态无关的逻辑电路，称为组合逻辑电路，简称组合电路。

组合逻辑电路的一般模型如图2-1所示。

图2-1组合逻辑电路一般模型基本特征：

（1）输出、输入之间没有反馈网络；

（2）电路中没有记忆元件，由逻辑门电路组成。

X1X2XnY1Y2Ym组合逻辑电路5典型应用如图2-2所示。

a）数码显示b）交通信号灯控制器c）表决器图2-2组合逻辑电路典型应用62.1.2组合逻辑电路的分析方法分析步骤。

（1）根据给定的逻辑电路，写出输出变量的逻辑表达式；

（2）将得到的逻辑表达式化简；（3）由化简的逻辑表达式列出真值表；（4）判断逻辑电路的逻辑功能。

框图：

表2-3组合逻辑电路分析步骤7例2-1分析并说明图2-4所示逻辑电路的逻辑功能。

图2-4例2-1逻辑图解：

（1）根据给定的逻辑电路写出输出变量Y和输入变量A、B、C之间的逻辑表达式并进行转换。

8

（2）根据逻辑表达式列出真值表见表2-1。

表2-1【例2-1】的真值表ABCCABCBABCAY）（CBAABCCBAABC9（3）逻辑功能:

输入一致检测器。

注意：

化简步骤第3步一般根据推导出的逻辑表达式难易程度进行选择。

若逻辑表达式较简单，则可以直接写出对应真值表然后进行逻辑功能判断；若逻辑表达式较复杂，常常先采用公式化简法或卡诺图化简法将逻辑表达式化简成最简形式，从而降低由逻辑表达式转换为真值表的分析难度。

10*2.1.3组合逻辑电路的设计方法设计步骤：

（1）分析设计要求，列出符合要求的真值表。

（2）由真值表写出逻辑表达式，并对其进行化简。

（3）由化简后的逻辑表达式画出逻辑电路图。

框图：

表2-5组合逻辑电路设计步骤11例2-2设计一个监视三台电机工作状态的逻辑电路。

正常工作情况下，任何时刻必有一台电机工作，而且只允许有一台电机工作。

当出现其他工作状态时，电路发生故障，这时要求发出故障信号，以提醒维护人员前去修理。

解：

（1）首先分析设计要求取三台电机的工作状态为输入变量，分别用A、B、C表示，并规定电机工作用1表示，不工作用0表示。

取故障信号为输出变量，用Y表示，并规定电路正常工作时用0表示，发生故障时用1表示。

根据题意，可列出如表2-2所示的逻辑真值表。

12表2-2例2-2真值表

（2）逻辑表达式：

由表2-2可知（3）化简、变换逻辑表达式ABCCABCBABCACBAY13利用公式化简法化简，得到最简与-或式若所用器件种类限制为与非门器件，则可以对上式两次求反，变换为与非-与非表示式（4）画逻辑电路根据最简与-或式可以画出对应的逻辑电路，如图2-6所示。

选择与非门器件时的逻辑电路请读者自己分析。

BCACABCBAYBCACABCBAY14图2-6例2-2与-或结构逻辑电路例2-3试用与非门设计一个供A、B、C三人使用的表决电路，以表决某一提案是否通过。

若多数赞成，则提案通过，输出高电平。

否则，提案不通过，输出低电平。

解：

（1）首先分析设计要求15取输入变量为A、B、C，且规定投赞成票用1表示，投反对票或弃权用0表示；输出变量为Y，且规定提案通过用1表示，不通过用0表示。

根据题意，可列出如表2-3所示的真值表。

表2-3例2-3真值表16

（2）写出逻辑表达式由表2-3可知（3）化简、变换逻辑表达式利用公式化简法化简，得到最简与-或式由于所选器件种类限制为与非门器件，则需对上式两次求反，变换为与非-与非表示式（4）画逻辑电路ABCCABCBABCAYBCACABYBCACABY17根据最简与非-与非式可以画出对应的逻辑电路，如图2-7所示。

图2-7例2-3逻辑电路注意：

对于给定的逻辑功能要求，在设计过程中由于选定器件的不同，逻辑电路可以有多种电路结构形式。

182.2组合逻辑器件话题引入话题引入在工程技术中，考虑到有些种类的组合逻辑电路使用特别频繁，为便于使用，把它们制成了标准化的中规模组合逻辑器件，供用户直接选用。

这些器件包括编码器、译码器、数据选择器、加法器、数值比较器等。

由于中规模组合逻辑器件具有通用性强、体积小、功耗低、可靠性高等一系列优点，使用这些常用组合逻辑器件，可以像搭积木一样构建自己需要的数字电路系统，从而可以加速数字系统的设计速度、提高系统的可靠性，使数字系统向微型化和智能化方向发展。

目前，利用组合逻辑器件设计数字电路系统已成为设计者的优选方案，主要表现在以下几个方面：

（1）精简设计电路所用的器件，简化结构；

（2）节省设计电路所用的时间，缩短设计周期；（3）简化电路调试过程，缩短测试周期；（4）方便电路维护，减少维护成本。

192.2.1编码器【二进制编码器】用n位二进制代码对2n个信号进行编码的电路，称为二进制编码器，也称为普通编码器。

3位二进制编码器的基本电路如图2-8所示。

图2-88线-3线编码器逻辑表达式：

765427632175310AAAAYAAAAYAAAAY20真值表：

21【优先编码器】所谓优先编码器，就是当两个或多个输入信号同时请求编码时，其输出总是与优先权最高的那个输入信号相对应，而与其他输入信号状态无关的编码器。

74LS148外形、引脚排列如图2-9所示。

a）外形b）引脚排列图2-974LS148外形、引脚排列2274LS148芯片各引脚的功能为：

1）：

编码输入端，低电平有效；2）、：

编码输出端，反码输出；3）：

输入使能端，低电平有效。

4）YS：

级联输出使能端，通常连接低位编码器的端；5）：

优先输出（扩展）端，在多片编码时作为所编码输出的扩展位；6）VCC：

电源端；7）GND：

接地端。

【编码器应用】详见教材。

0A7A0Y1Y2YSTEXY23真值表：

24课堂实验：

74LS148的逻辑功能研究【实验材料】集成优先编码器74LS148、数字电路实验箱及相关附件。

【实验原理】实验原理图如图2-12所示。

其中、端接逻辑开关，、YS、端接至逻辑电平显示输入插口。

图2-1274LS148逻辑功能实验电路7A0A2Y0Y25【实验内容】按图2-12所示连接实验电路。

然后按表2-6的要求改变、端状态，观察、YS、端状态变化，并在表2-6相应栏目中记录。

7A0AST2Y0YEXY26【实验结论】集成优先编码器74LS148当=0时，可按照优先级对输入信号进行编码；当=1时，74LS148工作于禁止编码状态。

此外，级联输出使能端YS和优先输出（扩展）端的输出值描述了74LS148的工作状态。

STEXY272.2.2译码器译码器是将具有特定含义的二进制代码“翻译”成相应输出信号的逻辑器件。

【二进制译码器】二进制译码器又称变量译码器，是将二进制代码的各种状态，按其原意“翻译”成对应的输出信号的电路。

2线-4线译码器的基本电路如图2-13所示。

图2-132线-4线译码器28逻辑表达式：

真值表：

STAAY010STAAY011STAAY012STAAY0132974LS138型3线-8线译码器外形和引脚排列如图2-14所示。

a）外形b）引脚排列图2-1474LS138外形、引脚排列3074LS138芯片各引脚的功能为：

1）A2A0：

二进制代码输入端；2）：

译码输出端；3）VCC：

电源端；4）GND：

接地端；5）、：

选通控制端口。

由2-8所示真值表可知，74LS138译码器的译码输出为低电平有效，且只有当=100时，译码器才能实现3线8线译码逻辑功能。

否则译码器处于禁止译码状态，输出均为高电平。

07YY1S2S3S31表2-874LS138型3线-8线译码器真值表32【显示译码器】在数字电路中，经常要把二进制代码翻译成十进制数码、文字、符号等信息，并以译码输出信号驱动数码显示器件进行显示，以便人们读取测量、运算或控制的结果。

能完成这种逻辑功能的电路统称为显示译码器，包括译码和显示驱动两方面逻辑功能。

（1）数码显示器件数码显示器件是用来显示数字、文字、符号等信息的器件。

目前，常用的数码显示器件有LED数码显示器和液晶显示器两类，它们显示的字形为由显示器件各发光段组合成的数字09，我国的字形管标准为七段字形，如图2-15所示。

33a）分段示意图b）发光显示图图2-15七段显示器字形当给某些发光段加上一定的电压或驱动电流时，它就会发光，从而显示出相应的字形。

由于各种数码显示器的驱动要求不同，驱动各种数码显示管的译码器也不同，本节以LED数码显示器为例进行介绍，液晶显示器的相关知识详见本节知识链接。

34数码管常见外形和图形符号如图2-16所示。

a）常见外形b）图形符号图2-16LED数码显示器LED数码显示器各引脚的功能为：

1）a、b、c、d、e、f、g：

字形七段输入端；2）VCC：

电源端；3）GND：

接地端；4）dp：

小数点输入端。

35数码管连接法：

共阴极和共阳极接法，如图2-17所示。

a）共阳极接法b）共阴极接法图2-17LED数码显示器等效电路36LED数码显示器的优点是工作电压较低、体积小、寿命长、工作可靠性高、响应时间短、亮度高。

它的主要缺点是工作电流大。

LED数码显示器的典型应用如图2-18所示。

a）仪表显示b）数码信息历c）LED数码管图2-18LED数码显示器的应用37

（2）显示译码器把输入BCD代码转换成十进制数码各段驱动信号的电路称为显示译码器。

74LS247外形、引脚排列如图2-20所示。

a）外形b）引脚排列图2-2074LS247外形、引脚排列3874LS247芯片各引脚的功能为：

1）A3、A2、A1、A0：

BCD代码输入端；2）：

七位二进制代码输出端；3）VCC：

电源端；4）GND：

接地端；5）、：

附加控制端。

gaLTRBIRBOBI/39真值表：

40利用74LS247可以直接驱动共阳极接法的LED数码显示器。

当输出管导通，输出为低电平时，电流流过字段发光二极管，数码管发光。

图2-21给出了利用74LS247驱动BS204数码管的连接方法。

图2-21利用74LS247驱动BS204的连接方法41课堂实验：

74LS247的逻辑功能研究【实验材料】集成显示译码器74LS247、数字电路实验箱及相关附件。

【实验原理】实验原理图参照图2-21自行设计。

其中BCD代码输入端A3、A2、A1、A0和附加控制端、分别接逻辑开关，74LS247七位二进制代码输出