建筑电工学 教学课件 ppt 作者 王佳 第8章 组合逻辑电路

1、8.1 数字电路概述,8.3 逻辑函数及化简,8.2 逻辑门电路,第 8 章 组合逻辑电路,8.4 组合逻辑电路的分析和设计,8.5 组合逻辑部件,一类称为模拟信号，它是指时间上和数值上的变化都是连续平滑的信号，如图(a)中的正弦信号，处理模拟信号的电路叫做模拟电路。,电子电路中的信号分为两大类：,一类称为数字信号，它 是指时间上和数值上的变化 都是不连续的，如图(b)中 的信号，处理数字信号的电 路称为数字电路。,8.1 数字电路概述,8.1.1 基本概念,门电路：实现各种逻辑关系的电路,分析逻辑电路时只用两种相反的工作状态，并用 1 或 0 表示。如开关接通用 1 表示，开关断开用 0 表示。灯亮可用 1 表示，灯灭可用 0 表示。,正逻辑系统：高电位用 1 表示，低电位用 0 表示。,负逻辑系统：高电位用 0 表示，低电位用 1 表示。,8.2 逻辑门电路,+12 V,A,B,C,DA,DB,DC,设： uA = 0， uB = uC = 3 V 则 DA导通， DB、 DC 截止。,uY = 0.3 V,uY = 0.3 V,Y,R,Y = 0,uA，uB，uC 中任意一个或两

2、个为 0， Y = 0,设：3 V 为高电位 1，0.3 V 为低电位 0，二极管管压降为 0.3 V。,8.2.1 门电路,1.与门电路,+12 V,A,B,C,DA,DB,DC,设： uA = uB = uC = 0,DA、DB、DC 都导通,Y = 0,uY = 0.3V,Y,uY = 0.3 V,R,uY = 3.3 V,设： uA = uB = uC = 3 V,uY = 3.3 V， Y = 1,DA、DB、DC 都导通,由以上分析可知：只有当 A、B、C 全为高电平时，输出端才为高电平。正好符合与门的逻辑关系。,与逻辑关系式：Y = ABC,与门逻辑状态表,与逻辑关系式：Y = ABC,设： uA= 3 V，uB = uC = 0 V 则 DA导通。,uY = 3 0.3 = 2.7 V DB 、DC 截止， Y = 1,DA,12 V,Y,A,B,C,DB,DC,uY = 2.7 V,R,uA， uB， uC 中任意一个或两个为 1， Y = 1,2.或门电路,DA,12 V,Y,A,B,C,DB,DC,设： uA = uB = uC = 3 V,DA 、DB 、DC

3、都导通,uY = 2.7 V,uY = 2.7 V，Y = 1,R,uY= 0.3V,设： uA= uB = uC = 0 V,DA、DB、DC 都导通,uY = 0.3 V， Y = 0,或逻辑关系式：Y = A + B + C,由以上分析可知：只有当 A、B、C 全为低电平时，输出端才为低电平。正好符合或门的逻辑关系。,或逻辑关系式：Y = A + B + C,或门逻辑状态表,设 ：uA = 3 V，T 饱和导通。,+UCC,RC,T,UBB,RB,Rk,A,Y,uY = 0.3V,uY = 0.3 V，Y = 0。,3.晶体管非门电路,设： uA = 0 V， T 截止,RC,T,RB,Rk,A,Y,uY = UCC,uY = UCC ，Y = 1,由以上分析可知： 当 A 为低电平时，输出端为高电平。当 A 为高电平时，输出端为低电平。正好符合非门的逻辑关系。,+UCC,UBB,由以上分析可知： 当输入端 A、B、C 均为高电平时，输出端 Y 为低电平。当输入端 A、B、C 中只要有一个为低电平，输出端 Y 就为高电平，正好符合与非门的逻辑关系。,与非门的逻辑功能：全 1 出

4、0，有 0 出 1。,+5 V,A B C,T1,R1,R2,T2,T3,T4,T5,R3,R5,R4,Y,T1 等效电路,8.2.1 TTL与非门电路,多发射极晶体管,8.2 集成门电路,+5 V,A B C,T1,R1,R2,T2,T3,T4,T5,R3,R5,R4,Y,设: uA= 0.3 V uB= uC= 3.6 V，则 UB1 = 0.3 + 0.7 = 1 V,RL,uY = 5 ube3 ube4 uR2,拉电流,UB1= 1V,uY = 3.6 V,T2 、T5 截止，,T3、 T4 导通，,小,= 5 0.7 0.7 = 3.6 V,Y = 1,1. 输入不全为 1,+5 V,A B C,T1,R1,R2,T2,T3,T4,T5,R3,R5,R4,Y,设 uA= uB= uC= 3.6 V ，输入端全部是高电平，UB1升高，足以使 T2 、T5 导通，uo = 0.3 V,Y = 0。且UB1= 2.1V，T1 发射结全部反偏。,UC2 = UCE2 + UBE5 = 0.3 + 0.7 = 1 V，使 T3 导通，T4 截止。,灌电流,UB1= 2.1V,UC2=

5、 1V,uY = 0.3V,2. 输入全为 1,由以上分析可知： 当输入端 A、B、C 均为高电平时，输出端 Y 为低电平。当输入端 A、B、C 中只要有一个为低电平，输出端 Y 就为高电平，正好符合与非门的逻辑关系。,与非门的逻辑功能：全 1 出 0，有 0 出 1。,TTL 与非门组件就是将若干个与非门电路，经过集成电路工艺制作在同一芯片上。,&,+UC,14 13 12 11 10 9 8,1 2 3 4 5 6 7,地,74LS00,&,&,&,74LS00 组件含有 两个输入端的与 非门四个。,+5 V,A B,T1,R1,R2,T2,T3,T4,T5,R3,R5,R4,Y,D,E,UB1= 1 V,E = 0 时， UB1 = 1 V， T2 、T5 截止；二极管 D 导通，使 UB3 = 1 V。T3、T4 截止，输出端开路(高阻状态)。,UB3= 1 V,8.2.2 三态输出与非门电路,三态门逻辑符号,E 为控制端且高电平有效，即 E = 1 时，同 TTL 与非门，Y = AB；E = 0 时，输出端为高阻状态。,用三态门接成总线结构,8.3 逻辑函数及化简,8.3.

6、1 逻辑代数,逻辑代数：按一定逻辑规律进行运算的代数。,逻辑代数不代表数，而是代表两种相互对立的状态。,逻辑代数中的变量称为逻辑变量。它只能取“0”或“1”。,逻辑代数运算法则,基本运算法则：,交换率：,结合率：,分配率：,证明：,吸收率：,证：,证：,反演率：,8.3.2 逻辑函数的表示方法,(1) 逻辑状态表,(2) 逻辑式,(1) 常采用与或表达式的形式；,(2) 在状态表中选出使函数值为 1,的变量组合；,(3) 变量值为 1 的写成原变量，为 0 的写成反变量，得到其值 为 1 的乘积项组合。,(4) 将这些乘积项加起来(逻辑或) 得到 “与或”逻辑函数式。,(3) 逻辑图,由逻辑式得到逻辑图,8.3.3 逻辑函数的化简,例 1 应用逻辑代数运算法则化简下列逻辑式：,解,已知组合逻辑电路图，确定它们的逻辑功能。,(2) 对逻辑函数表达式化简或变换；,组合逻辑电路：逻辑电路在某一时刻的输出状态仅 由该时刻电路的输入信号所决定。,分析步骤：(1) 根据逻辑图，写出逻辑函数表达式；,(4) 由状态表确定逻辑电路的功能。,(3) 根据最简表达式列出状态表；,8.4.1 组合逻辑电路分

7、析的简述,8.4 组合逻辑电路的分析,例 2 分析下图逻辑电路的功能。,功能：当 A、B 取值不相同时， 输出为 1。是异或门。,Y,异或门符号,8.4.2组合逻辑电路的设计,组合逻辑电路的设计可采用穷举法,设计步骤：,对设计任务的逻辑电路功能描述； 写出真值表； 转化为逻辑表达式（进行化简）； 以最简与或表达式形式； 得到适当的逻辑变换形式； 最终画出逻辑电路图。,8.5.1加法器,只求本位和，不考虑低位的进位。实现半加操作的电路叫做半加器。,C = AB,半加器逻辑图,半加器逻辑符号,A、B 为两个加数；,C 为向高位的进位；,S 为半加和。,8.5组合逻辑部件,1.半法器,被加数、加数以及低位的进位三者相加称为 “全加”，实现全加操作的电路叫做全加器。,Ci-1：来自低位的进位,Ci ：向高位的进位,2 . 全加器,全加器逻辑符号,例 1 用两个全加器组成一个逻辑电路以实现两个二位二进制数的加法运算。,0,1,1,0,1,1,0,1,20.6.1 二十进制编码器,编码：用数字或符号来表示某一对象或信号的过程称 为编码。,在数字电路中，一般用的是二进制编码，n 位二进制代码可以表示

8、 2n 个信号,将十进制的十个数 0，1，2，9 编成二进制代码的电路称二十进制编码器，这种二十进制代码称BCD 码。,8.5.2 编码器,1. 二进制代码的位数,十个数码，取 n 等于4。,2. 列编码表,四位二进制代码共有十六种状态，取任何十种状态都可以表示 0 9 十个数。,8421 编码是在四位二进制代码的十六种状态中，取出前十种状态，表示 0 9 十个数，后六个状态去掉。,8421 编码表,3. 由编码表写出逻辑式,编码器,&,&,&,&,+ 5 V,1 k 10,Y3,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,0,1,1,1,4. 由逻辑式画出逻辑图,Y2,Y1,Y0,S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,优先编码器,根据请求信号的优先级别，按次序进行编码。如CT74LS147 型 10/4 线优先编码器。,8.5.3 译码器,译码是编码的反过程，将二进制代码按编码时的原意翻译成对应的信号或十进制数码(输出)。,1. 二进制译码器,例如：2 线 4 线译码器、 3 线 8 线译码器、 4 线 16 线译码器等。,现以 3 线 8 线译码器 74LS138 为例说明。,输入三位二进制代码：ABC，输出八个信号低电平有效：,现以 3 8 线译码器 74LS138 为例说明。,其余输出为 1， ,ABC = 000 时，,1. 译码器的状态表,2. 译码器逻辑式,1,C,A,A,B,1,1,B,C,. .,3. 译码器逻辑图,3. 译码器逻辑图,都输出高电平。,译码器才正常译码；否则不论 ABC 为何值，,只有当它们分别为,0、0、1，,8.5.4 二十进制显示译码器,1. 半导体数码管,1. 半导体数码管,a,b,f,g,e,c,d,f g,a b,e d,c ,+,a b c d e f g,+,+,+,+,+,将十进制数码管分成七个字段，每段为一个发光二极管。,共阴极接法,共阳极接法,2.

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