20 門電路和組合邏輯電路

1、20 門電路和組合邏輯電路20.1 數(shù)字電路的基本概念一、電子電路的分類 1.模擬電路處理幅度隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)的電路。2.數(shù)字電路處理脈沖信號(hào)的電路二、數(shù)字電路系統(tǒng)舉例以累計(jì)傳送帶物品個(gè)數(shù)為例。三、脈沖參數(shù)A幅度，tp寬度，T周期，f頻率，且有 四、正脈沖和負(fù)脈沖 1.正脈沖 躍變后的值比初始值高。如 2.負(fù)脈沖躍變后的值比初始值低。如3.上升沿和下降沿對(duì)于周期性脈沖，正脈沖后沿也是負(fù)脈沖的前沿。 為了區(qū)分，規(guī)定由低到高為上升沿，由高到低為下降沿。20.2 基本門電路門電路是一種反映“條件”和“結(jié)果”之間的關(guān)系的電路。也稱為邏輯電路。基本邏輯關(guān)系有與、或、非三種。對(duì)應(yīng)的門電路也有與門、或門

2、和非門三種。邏輯符號(hào)有兩個(gè)：0、1。低電平表示0，高電平表示滿1稱為正邏輯；高電平表0，低電平表示1稱為負(fù)邏輯。本書采用正電源正邏輯。一、與門電路全部條件具備，結(jié)果才發(fā)生的因果關(guān)系，稱為與邏輯。實(shí)例:二極管與門: 邏輯符號(hào): 波形圖: 狀態(tài)表: 邏輯式:Y=AB二、或門電路 有一個(gè)條件具備，結(jié)果就發(fā)生的因果關(guān)系,稱為或邏輯。邏輯式:Y=A+B三、非門電路結(jié)果與條件處于相反狀態(tài)的因果關(guān)系為非邏輯。 實(shí)例: 三極管非門電路:邏輯符號(hào):邏輯式:四、基本門電路的組合基本門電路通過不同的組合，可組成各種門電路。1.組成與非門組合:邏輯符號(hào): 邏輯式: 2.組成或非門邏輯式:五、集成門電路集成門電路具有體

3、積小,可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。有TTL和MOS兩種類型。兩者相比較,前者可提供較大的輸出電流,后者的功耗較小。限于課時(shí),僅討論常用的TTL與非門。1、A、B、C不全為1的情況T2、T5截止,T3、T4導(dǎo)通。VY=5R2IB3UBE3UBE45UBE3UBE4 =50.70.7=3.6V即Y=1。帶負(fù)載時(shí),IO流入負(fù)載,稱為拉電流。2、A、B、C全為1的情況T2、T5導(dǎo)通,T3、T4截止。VY=UCE5(sat)0.3V即Y=0。帶負(fù)載時(shí),IO流入T5集電極,稱為灌電流。綜合上述,電路符合與非門的邏輯功能，即20.3 邏輯代數(shù)又稱布爾代數(shù)。是分析和設(shè)計(jì)邏輯電路的數(shù)學(xué)工具。和普通代數(shù)一樣,也用字母表示變量

4、。但變量取值只有0和1兩種,且只有與、或、非三種運(yùn)算。一、基本法則二、換律交三、結(jié)合律四、分配律五、吸收律六、反演律(摩根定律)證: 證:20.4 組合邏輯電路的分析和綜合一、分析步驟:邏輯圖邏輯式化簡(jiǎn)狀態(tài)表分析邏輯功能。例1 分析圖示邏輯圖的邏輯功能。解 (1) 寫邏輯式并化簡(jiǎn)標(biāo)出各與非門的輸出如圖。由圖可得(2) 列狀態(tài)表(3) 分析邏輯功能AB時(shí),Y=1; A=B時(shí),Y=0。 這種電路稱為異或門,邏輯式可寫成Y=AB邏輯圖為例2 邏輯電路如圖，試分析其邏輯功能。解 標(biāo)出各門電路的輸出如圖。(1) 寫邏輯式并化簡(jiǎn)(2) 列狀態(tài)表(3) 分析邏輯功能只有當(dāng)A、B、C全為0或全為1時(shí),輸出Y才

5、1,否則為0。故該電路稱為判一致電路。二、綜合步驟: 邏輯要求列狀態(tài)表寫邏輯式化簡(jiǎn)畫邏輯圖。 例3 試設(shè)計(jì)一邏輯電路供A、B、C三人表決用。每人有一電鍵,贊成者按電鍵,表示1;不贊成者不按電鍵,表示0。若多數(shù)贊成,則Y=1;否則Y=0。解 (1) 列狀態(tài)表(2) 寫邏輯式并化簡(jiǎn) (3) 畫邏輯圖 例4 試用與非門實(shí)現(xiàn)上例的邏輯功能。解 (1) 將與或邏輯式變換為與非邏輯式 (2) 畫邏輯圖 例5 某汽車駕駛員進(jìn)行結(jié)業(yè)考試,有三名評(píng)判員,其中A為主評(píng)判員,B和C為幅評(píng)判員。按少數(shù)服從多數(shù)的原則通過,但主評(píng)判員認(rèn)為合格,也可通過。試用與非門構(gòu)成邏輯電路實(shí)現(xiàn)此評(píng)判規(guī)定。解 (1) 列狀態(tài)表(2) 寫

6、邏輯式并化簡(jiǎn)取Y=0列邏輯式較為簡(jiǎn)便(3) 畫邏輯圖20.5 加法器一、二進(jìn)制1. 基本概念十進(jìn)制數(shù)有09十個(gè)數(shù)碼,以十為底,逢十進(jìn)一。例如36953754可表示為3695=3103+6102+9101+5100二進(jìn)制數(shù)有0、1兩個(gè)數(shù)碼,以二為底,逢二進(jìn)一。例如(10011)2可表示為(10011)2=124+023+022+121+1202. 二進(jìn)制與十進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換二進(jìn)制十進(jìn)制：直接按上式轉(zhuǎn)換。例如(10011)2=124+023+022+121+120=19十進(jìn)制二進(jìn)制：采取用2去除,取余數(shù)的方法。例如把(19)10轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的方法如下(19)10=(d4d3d2d1d0)2=(10

7、011)23. 二進(jìn)制加減運(yùn)算與十進(jìn)制類似。 例如 (1011)2+(1101)21 0 1 1+ 1 1 0 11 1 0 0 0即 (1011)2+(1101)2=(11000)2又如 (1110)2(1001)21 1 1 0 1 0 0 10 1 0 1即 (1110)2(1001)2=(101)2二、半加器求本位之為只和,不考慮低位送來的進(jìn)位。1. 狀態(tài)表2. 邏輯式 3. 邏輯圖和邏輯符號(hào)三、全加器輸出取決于第i位加數(shù)Ai、Bi和i1位的進(jìn)位Ci1。1. 狀態(tài)表2. 邏輯式3. 邏輯圖和邏輯符號(hào) 四、多位加法器 可由全加器組成。以四位加法器為例。其中最低位也可采用半加器。20.6

8、編碼器編碼:用數(shù)碼表示文字、數(shù)據(jù)、或特定的信息。如四角號(hào)碼字典、電報(bào)碼等。二進(jìn)制編碼:用二進(jìn)制數(shù)碼表示文字、數(shù)據(jù)、或特定的信息。如二十進(jìn)制編碼(BCD碼)、ASCII碼(美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼)一、二進(jìn)制編碼器將某組信息編成二進(jìn)制代碼的電路。以把I0I7八個(gè)信號(hào)編成二進(jìn)制代碼為例。1.確定二進(jìn)制代碼的位數(shù)23=8,故需三位。2.列編碼表3.寫邏輯式4.畫邏輯圖5.思考如何用與非門實(shí)現(xiàn)上述編碼功能?二、二-十進(jìn)制編碼器是將十進(jìn)制數(shù)碼09編成二進(jìn)制代碼的電路。這種二進(jìn)制代碼為二-十進(jìn)制代碼,簡(jiǎn)稱BCD碼。1.確定二進(jìn)制代碼的數(shù)位23=8,24=16,故需四位。2.列編碼表四位二進(jìn)制代碼共有十六種狀態(tài),

9、任何一種狀態(tài)都可表示09的任何一個(gè)數(shù)。最常用的是8421編碼方式:即取前十個(gè)數(shù)碼,后六種狀態(tài)不用。這種編碼方式的特點(diǎn)是:由于、4、2、1分別為四位二進(jìn)制碼從高位到低位的“權(quán)”,將二進(jìn)制碼的個(gè)位乘以該位的“權(quán)”,然后相加,即得二進(jìn)制代碼所表示的十進(jìn)制數(shù)。例如“1001”這個(gè)二進(jìn)制代碼表示18+04+02+11=98421編碼表如下 3.寫邏輯式4.邏輯圖以采用十個(gè)按鍵的邏輯圖為例。按下某一個(gè)十進(jìn)制數(shù)碼鍵,即可輸出相應(yīng)的二進(jìn)制代碼。計(jì)算機(jī)鍵盤就是由上述原理組成的。5.課堂練習(xí)試用或門實(shí)現(xiàn)上述功能。20.6 譯碼器和數(shù)字顯示譯碼:與編碼相反,將數(shù)碼還原為對(duì)應(yīng)的文字或特定的信號(hào)。如將電報(bào)碼譯成文字。

10、在數(shù)字電路中,譯碼是將二進(jìn)制碼還原為編碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)或十進(jìn)制數(shù)碼。一、二進(jìn)制譯碼器以目前最常用的3/8線譯碼器(將三位二進(jìn)制代碼譯成對(duì)應(yīng)的八個(gè)輸出信號(hào))為例。1.列狀態(tài)表設(shè)三位二進(jìn)制代碼為A2A1A0,輸出的八個(gè)信號(hào)低電平有效。即:A2A1A0=000時(shí),只有; A2A1A0=001時(shí),;以此類推,當(dāng)A2A1A0=111時(shí),只有。2.寫邏輯式3.畫邏輯圖4.思考題若要使輸出高電平有效,則其狀態(tài)表、邏輯式和邏輯圖分別有何不同?除了上述3/8線譯碼器外,常用的二進(jìn)制還有2/4線和4/16線譯碼器。目前多采用集成二進(jìn)制譯碼器。二、二-十進(jìn)制顯示譯碼器是一種把“8421”二-十進(jìn)制代碼譯成能顯示十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制碼的器件。1.數(shù)碼顯示器件有半導(dǎo)體數(shù)碼管、液晶數(shù)碼管和熒光數(shù)碼管等。僅介紹前者。(1)半導(dǎo)體數(shù)碼管的外型(2) 半導(dǎo)體數(shù)碼管的內(nèi)部電路高電平有效低電平有效2.七段顯示譯碼器以接共陰極數(shù)碼管的七段顯示譯碼器為例。(1)狀態(tài)表 （2）邏輯式(3) CT74LS247七段顯示譯碼器