門電路和組合電路1

第20章門電路和組合邏輯電路20.1脈沖信號(hào)20.2基本門電路及其組合20.5邏輯代數(shù)20.4CMOS門電路20.3TTL門電路20.6組合邏輯電路的分析與綜合20.7加法器20.8編碼器20.9譯碼器和數(shù)字顯示20.10數(shù)據(jù)分配器和數(shù)據(jù)選擇器20.11應(yīng)用舉例1.掌握基本門電路的邏輯功能、邏輯符號(hào)、真值表和邏輯表達(dá)式。了解TTL門電路、CMOS門電路的特點(diǎn)。3.會(huì)分析和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的組合邏輯電路。理解加法器、編碼器、譯碼器等常用組合邏輯電路的工作原理和功能。5.學(xué)會(huì)數(shù)字集成電路的使用方法。本章要求：2.會(huì)用邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算法則化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)。第20章門電路和組合邏輯電路模擬信號(hào)：隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)20.1

脈沖信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)電子電路中的信號(hào)1.模擬信號(hào)正弦波信號(hào)t三角波信號(hào)t

處理模擬信號(hào)的電路稱為模擬電路。如整流電路、放大電路等，注重研究的是輸入和輸出信號(hào)間的大小及相位關(guān)系。

在模擬電路中，晶體管三極管通常工作在放大區(qū)。

2.脈沖信號(hào)

是一種躍變信號(hào)，并且持續(xù)時(shí)間短暫。尖頂波t矩形波t

處理數(shù)字信號(hào)的電路稱為數(shù)字電路，它注重研究的是輸入、輸出信號(hào)之間的邏輯關(guān)系。

在數(shù)字電路中，晶體管一般工作在截止區(qū)和飽和區(qū)，起開關(guān)的作用。脈沖信號(hào)正脈沖：脈沖躍變后的值比初始值高負(fù)脈沖：脈沖躍變后的值比初始值低如：0+3V0-3V正脈沖0+3V0-3V負(fù)脈沖脈沖幅度A脈沖上升沿tr

脈沖周期T脈沖下降沿tf

脈沖寬度tp

脈沖信號(hào)的部分參數(shù)：A0.9A0.5A0.1AtptrtfT實(shí)際的矩形波R20.2.1

晶體管的開關(guān)作用1.二極管的開關(guān)特性導(dǎo)通截止相當(dāng)于開關(guān)斷開相當(dāng)于開關(guān)閉合S3V0VSRRD3V0V20.2

基本門電路及其組合2.三極管的開關(guān)特性飽和截止3V0VuO0相當(dāng)于開關(guān)斷開相當(dāng)于開關(guān)閉合uOUCC+UCCuiRBRCuOTuO+UCCRCECuO+UCCRCEC3V0V

邏輯門電路是數(shù)字電路中最基本的邏輯元件。

所謂門就是一種開關(guān)，它能按照一定的條件去控制信號(hào)的通過或不通過。門電路的輸入和輸出之間存在一定的邏輯關(guān)系(因果關(guān)系)，所以門電路又稱為邏輯門電路。20.2.2邏輯門電路的基本概念

基本邏輯關(guān)系為“與”、“或”、“非”三種。

下面通過例子說明邏輯電路的概念及“與”、“或”、“非”的意義。220V+-

設(shè)：開關(guān)斷開、燈不亮用邏輯“0”表示，開關(guān)閉合、燈亮用邏輯“1”表示。邏輯表達(dá)式：

Y=A?B1.“與”邏輯關(guān)系“與”邏輯關(guān)系是指當(dāng)決定某事件的條件全部具備時(shí)，該事件才發(fā)生。000101110100ABYBYA狀態(tài)表BY220VA+-2.“或”邏輯關(guān)系

“或”邏輯關(guān)系是指當(dāng)決定某事件的條件之一具備時(shí)，該事件就發(fā)生。邏輯表達(dá)式：

Y=A+B真值表000111110110ABY3.“非”邏輯關(guān)系

“非”邏輯關(guān)系是否定或相反的意思。邏輯表達(dá)式：Y=A狀態(tài)表101AY0Y220VA+-R

由電子電路實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算時(shí)，它的輸入和輸出信號(hào)都是用電位（或稱電平）的高低表示的。高電平和低電平都不是一個(gè)固定的數(shù)值，而是有一定的變化范圍。20.3.3分立元件邏輯門電路

門電路是用以實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系的電子電路，與前面所講過的基本邏輯關(guān)系相對(duì)應(yīng)。

門電路主要有：與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門等。1.

門電路的概念

電平的高低一般用“1”和“0”兩種狀態(tài)區(qū)別，若規(guī)定高電平為“1”，低電平為“0”則稱為正邏輯。反之則稱為負(fù)邏輯。若無特殊說明，均采用正邏輯。100VUCC高電平低電平2.二極管“與”門電路1.電路2.工作原理輸入A、B、C全為高電平“1”，輸出Y為“1”。輸入A、B、C不全為“1”，輸出Y

為“0”。0V0V0V0V0V3V+U12VRDADCABYDBC3V3V3V0V00000010101011001000011001001111ABYC“與”門邏輯狀態(tài)表0V3V2.二極管“與”門電路3.邏輯關(guān)系：“與”邏輯即：有“0”出“0”，

全“1”出“1”Y=ABC邏輯表達(dá)式：

邏輯符號(hào)：&ABYC00000010101011001000011001001111ABYC“與”門邏輯狀態(tài)表3.二極管“或”門電路1.電路0V0V0V0V0V3V3V3V3V0V00000011101111011001011101011111ABYC“或”門邏輯狀態(tài)表3V3V-U12VRDADCABYDBC2.工作原理輸入A、B、C全為低電平“0”，輸出Y為“0”。輸入A、B、C有一個(gè)為“1”，輸出Y

為“1”。3.二極管“或”門電路3.邏輯關(guān)系：“或”邏輯即：有“1”出“1”，

全“0”出“0”Y=A+B+C邏輯表達(dá)式：邏輯符號(hào)：ABYC>100000011101111011001011101011111ABYC“或”門邏輯狀態(tài)表4.三極管“非”門電路+UCC-UBBARKRBRCYT10截止飽和邏輯表達(dá)式：Y=A“0”10“1”1.電路“0”“1”AY“非”門邏輯狀態(tài)表邏輯符號(hào)1AY1.“與非”門電路有“0”出“1”，全“1”出“0”“與”門&ABCY&ABC“與非”門00010011101111011001011101011110ABYC“與非”門邏輯狀態(tài)表Y=ABC邏輯表達(dá)式：1Y“非”門20.3.4基本邏輯門電路的組合2.“或非”門電路有“1”出“0”，全“0”出“1”1Y“非”門00010010101011001000011001001110ABYC“或非”門邏輯狀態(tài)表“或”門ABC>1“或非”門YABC>1Y=A+B+C邏輯表達(dá)式：例：根據(jù)輸入波形畫出輸出波形ABY1有“0”出“0”，全“1”出“1”有“1”出“1”，全“0”出“0”&ABY1>1ABY2Y220.3TTL門電路(三極管—三極管邏輯門電路)

TTL門電路是雙極型集成電路，與分立元件相比，具有速度快、可靠性高和微型化等優(yōu)點(diǎn)，目前分立元件電路已被集成電路替代。下面介紹集成“與非”門電路的工作原理、特性和參數(shù)。輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)20.3.1TTL“與非”門電路1.電路R3AB

CR4R2R1T2+5VT1T3T4Y

D320.3.3三態(tài)輸出“與非”門當(dāng)控制端為高電平“1”時(shí)，實(shí)現(xiàn)正常的“與非”邏輯關(guān)系

Y=A?B“1”控制端DE1.電路截止T4Y

R3D3AB

R4R2R1T3T2+5VT120.3.3三態(tài)輸出“與非”門“0”DE1.電路導(dǎo)通1V1V截止截止當(dāng)控制端為低電平“0”時(shí)，輸出Y處于開路狀態(tài)，也稱為高阻狀態(tài)。T4Y

R3D3AB

R4R2R1T3T2+5VT1&YEBA邏輯符號(hào)0

高阻0

0

1

1

0

1

11

1

0

111

1

10表示任意態(tài)20.3.3三態(tài)輸出“與非”門三態(tài)輸出“與非”狀態(tài)表ABEY輸出高阻功能表三態(tài)門應(yīng)用：可實(shí)現(xiàn)用一條總線分時(shí)傳送幾個(gè)不同的數(shù)據(jù)或控制信號(hào)?！?”“0”“0”如圖所示：總線&A1B1E1&A2B2E2&A3B3E3A1

B1三態(tài)門應(yīng)用：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸如圖所示：G11AB1111EG4G2G3G5ENEN

當(dāng)E=0時(shí)，信號(hào)由A傳至B；

當(dāng)E=1時(shí)，信號(hào)由B傳至A；雙向總線數(shù)據(jù)傳輸如圖所示：

當(dāng)E=1時(shí)，信號(hào)由A從G1輸入，經(jīng)總線到G2輸出；

當(dāng)E=0時(shí)，信號(hào)由B從G3輸入，經(jīng)總線到G4輸出；AB1EG2A1G3EN1ENG111G4ENENB20.5邏輯代數(shù)

邏輯代數(shù)（又稱布爾代數(shù)），它是分析設(shè)計(jì)邏輯電路的數(shù)學(xué)工具。雖然它和普通代數(shù)一樣也用字母表示變量，但變量的取值只有“0”，“1”兩種，分別稱為邏輯“0”和邏輯“1”。這里“0”和“1”并不表示數(shù)量的大小，而是表示兩種相互對(duì)立的邏輯狀態(tài)。

邏輯代數(shù)所表示的是邏輯關(guān)系，而不是數(shù)量關(guān)系。這是它與普通代數(shù)的本質(zhì)區(qū)別。1.常量與變量的關(guān)系20.5.1邏輯代數(shù)運(yùn)算法則2.邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算法則自等律0-1律重疊律還原律互補(bǔ)律交換律2.邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算法則普通代數(shù)不適用！證:結(jié)合律分配律A+1=1

AA=A.110011111100反演律列狀態(tài)表證明：AB00011011111001000000吸收律(1)A+AB=A(2)A(A+B)=A對(duì)偶式對(duì)偶關(guān)系：

將某邏輯表達(dá)式中的與(?)換成或

(+)，或(+)換成與(?)，得到一個(gè)新的邏輯表達(dá)式，即為原邏輯式的對(duì)偶式。若原邏輯恒等式成立，則其對(duì)偶式也成立。證明：A+AB=A（3）（4）對(duì)偶式（5）（6）對(duì)偶式20.5.2邏輯函數(shù)的表示方法表示方法邏輯式邏輯狀態(tài)表邏輯圖卡諾圖下面舉例說明這四種表示方法。例：有一T形走廊，在相會(huì)處有一路燈，在進(jìn)入走廊的A、B、C三地各有控制開關(guān)，都能獨(dú)立進(jìn)行控制。任意閉合一個(gè)開關(guān)，燈亮；任意閉合兩個(gè)開關(guān)，燈滅；三個(gè)開關(guān)同時(shí)閉合，燈亮。設(shè)A、B、C代表三個(gè)開關(guān)（輸入變量）；Y代表燈（輸出變量）。

1.列邏輯狀態(tài)表設(shè)：開關(guān)閉合其狀態(tài)為“1”，斷開為“0”燈亮狀態(tài)為“1”，燈滅為“0”用輸入、輸出變量的邏輯狀態(tài)（“1”或“0”）以表格形式來表示邏輯函數(shù)。三輸入變量有八種組合狀態(tài)n輸入變量有2n種組合狀態(tài)

0000

A

B

C

Y00110101011010011010110011112.邏輯式取Y=“1”(或Y=“0”)列邏輯式取Y=“1”

用“與”“或”“非”等運(yùn)算來表達(dá)邏輯函數(shù)的表達(dá)式。(1)由邏輯狀態(tài)表寫出邏輯式對(duì)應(yīng)于Y=1，若輸入變量為“1”，則取輸入變量本身(如A)；若輸入變量為“0”則取其反變量(如A)。一種組合中，輸入變量之間是“與”關(guān)系，

0000

A

B

C

Y0011010101101001101011001111各組合之間是“或”關(guān)系2.邏輯式反之，也可由邏輯式列出狀態(tài)表。

0000

A

B

C

Y00110101011010011010110011113.邏輯圖YCBA&&&&&&&>1CBA20.5.3邏輯函數(shù)的化簡(jiǎn)

由邏輯狀態(tài)表直接寫出的邏輯式及由此畫出的邏輯圖，一般比較復(fù)雜；若經(jīng)過簡(jiǎn)化，則可使用較少的邏輯門實(shí)現(xiàn)同樣的邏輯功能。從而可節(jié)省器件，降低成本，提高電路工作的可靠性。

利用邏輯代數(shù)變換，可用不同的門電路實(shí)現(xiàn)相同的邏輯功能?；?jiǎn)方法公式法卡諾圖法1.用“與非”門構(gòu)成基本門電路(2)應(yīng)用“與非”門構(gòu)成“或”門電路(1)應(yīng)用“與非”門構(gòu)成“與”門電路AY&B&BAY&&&由邏輯代數(shù)運(yùn)算法則：由邏輯代數(shù)運(yùn)算法則：&YA(3)應(yīng)用“與非”門構(gòu)成“非”門電路(4)用“與非”門構(gòu)成“或非”門YBA&&&&由邏輯代數(shù)運(yùn)算法則：例1：化簡(jiǎn)2.應(yīng)用邏輯代數(shù)運(yùn)算法則化簡(jiǎn)（1）并項(xiàng)法例2：化簡(jiǎn)（2）配項(xiàng)法例3：化簡(jiǎn)（3）加項(xiàng)法（4）吸收法吸收例4：化簡(jiǎn)例5：化簡(jiǎn)吸收吸收吸收3.應(yīng)用卡諾圖化簡(jiǎn)卡諾圖:是與變量的最小項(xiàng)對(duì)應(yīng)的按一定規(guī)則排列的方格圖，每一小方格填入一個(gè)最小項(xiàng)。（1）最小項(xiàng)：對(duì)于n輸入變量有2n種組合,其相應(yīng)的乘積項(xiàng)也有2n個(gè)，則每一個(gè)乘積項(xiàng)就稱為一個(gè)最小項(xiàng)。其特點(diǎn)是每個(gè)輸入變量均在其中以原變量和反變量形式出現(xiàn)一次，且僅一次。如：三個(gè)變量，有8種組合，最小項(xiàng)就是8個(gè)，卡諾圖也相應(yīng)有8個(gè)小方格。在卡諾圖的行和列分別標(biāo)出變量及其狀態(tài)。(2)卡諾圖BA0101二變量BCA0010011110三變量二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)編號(hào)AB00011110CD00011110四變量任意兩個(gè)相鄰最小項(xiàng)之間只有一個(gè)變量改變(2)卡諾圖（a)根據(jù)狀態(tài)表畫出卡諾圖如:ABC00100111101111將輸出變量為“1”的填入對(duì)應(yīng)的小方格,為“0”的可不填。

0000

A

B

C

Y0011010101101001101011001111(2)卡諾圖（b)根據(jù)邏輯式畫出卡諾圖ABC00100111101111將邏輯式中的最小項(xiàng)分別用“1”填入對(duì)應(yīng)的小方格。如果邏輯式中最小項(xiàng)不全，可不填。如:注意：如果邏輯式不是由最小項(xiàng)構(gòu)成，一般應(yīng)先化為最小項(xiàng)，或按例7方法填寫。(3)應(yīng)用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)ABC00100111101111例6.用卡諾圖表示并化簡(jiǎn)。解：(a)將取值為“1”的相鄰小方格圈成圈，步驟1.卡諾圖2.合并最小項(xiàng)3.寫出最簡(jiǎn)“與或”邏輯式(b)所圈取值為“1”的相鄰小方格的個(gè)數(shù)應(yīng)為2n，(n=0,1,2…)(3)應(yīng)用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)ABC00100111101111解：三個(gè)圈最小項(xiàng)分別為：合并最小項(xiàng)寫出簡(jiǎn)化邏輯式卡諾圖化簡(jiǎn)法：保留一個(gè)圈內(nèi)最小項(xiàng)的相同變量，而消去相反變量。00ABC100111101111解：寫出簡(jiǎn)化邏輯式多余AB00011110CD000111101111相鄰例6.應(yīng)用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)(1)(2)解：寫出簡(jiǎn)化邏輯式AB00011110CD000111101例7.應(yīng)用卡諾圖化簡(jiǎn)邏輯函數(shù)111111111

含A均填“1”注意：1.圈的個(gè)數(shù)應(yīng)最少2.每個(gè)“圈”要最大3.每個(gè)“圈”至少要包含一個(gè)未被圈過的最小項(xiàng)。20.6

組合邏輯電路的分析與綜合

組合邏輯電路：任何時(shí)刻電路的輸出狀態(tài)只取決于該時(shí)刻的輸入狀態(tài)，而與該時(shí)刻以前的電路狀態(tài)無關(guān)。組合邏輯電路框圖X1XnX2Y2Y1Yn......組合邏輯電路輸入輸出20.6.1組合邏輯電路的分析(1)由邏輯圖寫出輸出端的邏輯表達(dá)式(2)運(yùn)用邏輯代數(shù)化簡(jiǎn)或變換(3)列邏輯狀態(tài)表(4)分析邏輯功能已知邏輯電路確定邏輯功能分析步驟：例1：分析下圖的邏輯功能(1)寫出邏輯表達(dá)式Y(jié)=Y2Y3=AABBAB...AB..AB.A..ABBY1.AB&&&&YY3Y2..(2)應(yīng)用邏輯代數(shù)化簡(jiǎn)Y=AABBAB...=AAB+BAB..=AB+AB反演律=A(A+B)+B(A+B)..反演律=AAB+BAB..(3)列邏輯狀態(tài)表ABY001100111001Y=AB+AB=AB邏輯式(4)分析邏輯功能輸入相同輸出為“0”，輸入相異輸出為“1”，稱為“異或”邏輯關(guān)系。這種電路稱“異或”門。

=1ABY邏輯符號(hào)(1)寫出邏輯式例2：分析下圖的邏輯功能.A

B.Y=ABAB

.A?B化簡(jiǎn)&&11.BAY&A

B

=AB+AB(2)列邏輯狀態(tài)表Y=AB+AB(3)分析邏輯功能

輸入相同輸出為“1”,輸入相異輸出為“0”,稱為“判一致電路”(“同或門”)

,可用于判斷各輸入端的狀態(tài)是否相同。=AB邏輯式

=1ABY邏輯符號(hào)=ABABY001100100111例3：分析下圖的邏輯功能Y&&1.BA&C101AA寫出邏輯式：=AC+BCY=AC?BC設(shè)：C=1封鎖打開選通A信號(hào)BY&&1.BA&C001設(shè)：C=0封鎖選通B信號(hào)打開例3：分析下圖的邏輯功能B寫出邏輯式：=AC+BCY=AC?BC20.6.2組合邏輯電路的綜合根據(jù)邏輯功能要求邏輯電路設(shè)計(jì)(1)由邏輯要求，列出邏輯狀態(tài)表(2)由邏輯狀態(tài)表寫出邏輯表達(dá)式(3)簡(jiǎn)化和變換邏輯表達(dá)式(4)畫出邏輯圖設(shè)計(jì)步驟如下：例1：設(shè)計(jì)一個(gè)三變量奇偶檢驗(yàn)器。

要求:

當(dāng)輸入變量A、B、C中有奇數(shù)個(gè)同時(shí)為“1”時(shí)，輸出為“1”，否則為“0”。用“與非”門實(shí)現(xiàn)。(1)列邏輯狀態(tài)表(2)寫出邏輯表達(dá)式取Y=“1”(或Y=“0”)列邏輯式取Y=“1”對(duì)應(yīng)于Y=1，若輸入變量為“1”，則取輸入變量本身(如A)；若輸入變量為“0”則取其反變量(如A)。0000

A

B

C

Y0011010101101001101011001111(3)用“與非”門構(gòu)成邏輯電路在一種組合中，各輸入變量之間是“與”關(guān)系各組合之間是“或”關(guān)系A(chǔ)BC00100111101111由卡圖諾可知，該函數(shù)不可化簡(jiǎn)。0000

A

B

C

Y0011010101101001101011001111(4)邏輯圖YCBA01100111110&&&&&&&&1010例2:

某工廠有A、B、C三個(gè)車間和一個(gè)自備電站，站內(nèi)有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)G1和G2。G1的容量是G2的兩倍。如果一個(gè)車間開工，只需G2運(yùn)行即可滿足要求；如果兩個(gè)車間開工，只需G1運(yùn)行，如果三個(gè)車間同時(shí)開工，則G1和G2均需運(yùn)行。試畫出控制G1和G2運(yùn)行的邏輯圖。

設(shè)：A、B、C分別表示三個(gè)車間的開工狀態(tài)：

開工為“1”，不開工為“0”；

G1和

G2運(yùn)行為“1”，不運(yùn)行為“0”。(1)根據(jù)邏輯要求列狀態(tài)表

首先假設(shè)邏輯變量、邏輯函數(shù)取“0”、“1”的含義。

邏輯要求：如果一個(gè)車間開工，只需G2運(yùn)行即可滿足要求；如果兩個(gè)車間開工，只需G1運(yùn)行，如果三個(gè)車間同時(shí)開工，則G1和G2均需運(yùn)行。開工“1”不開工“0”運(yùn)行“1”不運(yùn)行“0”(1)根據(jù)邏輯要求列狀態(tài)表0111001010001101101001010011100110111000ABC

G1G2(2)由狀態(tài)表寫出邏輯式ABC00100111101111或由卡圖諾可得相同結(jié)果(3)化簡(jiǎn)邏輯式可得：10100101001110011011100001110010ABC

G1

G210001101(4)用“與非”門構(gòu)成邏輯電路

由邏輯表達(dá)式畫出卡諾圖，由卡圖諾可知，該函數(shù)不可化簡(jiǎn)。ABC00100111101111(5)畫出邏輯圖ABCABC&&&&&&&&&G1G220.7

加法器20.7.1二進(jìn)制十進(jìn)制：0~9十個(gè)數(shù)碼，“逢十進(jìn)一”。

在數(shù)字電路中，常用的組合電路有加法器、編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)分配器和多路選擇器等。下面幾節(jié)分別介紹這幾種典型組合邏輯電路的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法。

在數(shù)字電路中，為了把電路的兩個(gè)狀態(tài)(“1”態(tài)和“0”態(tài))與數(shù)碼對(duì)應(yīng)起來，采用二進(jìn)制。二進(jìn)制：0，1兩個(gè)數(shù)碼，“逢二進(jìn)一”。20.7

加法器加法器:

實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制加法運(yùn)算的電路進(jìn)位如：0

0

0

0

11+10101010不考慮低位來的進(jìn)位半加器實(shí)現(xiàn)要考慮低位來的進(jìn)位全加器實(shí)現(xiàn)20.7.1半加器

半加：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加，不考慮來自低位的進(jìn)位。AB兩個(gè)輸入表示兩個(gè)同位相加的數(shù)兩個(gè)輸出SC表示半加和表示向高位的進(jìn)位邏輯符號(hào)：半加器：COABSC半加器邏輯狀態(tài)表A

B

S

C0000011010101101邏輯表達(dá)式邏輯圖&=1..ABSC20.7.2全加器輸入Ai表示兩個(gè)同位相加的數(shù)BiCi-1表示低位來的進(jìn)位輸出表示本位和表示向高位的進(jìn)位CiSi

全加：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加，且考慮來自低位的進(jìn)位。邏輯符號(hào)：

全加器：AiBiCi-1SiCiCOCI(1)列邏輯狀態(tài)表(2)寫出邏輯式Ai

Bi

Ci-1

Si

Ci

0000000110010100110110010101011100111111邏輯圖&=1>1AiCiSiCi-1Bi&&半加器構(gòu)成的全加器>1BiAiCi-1SiCiCOCO20.8

編碼器

把二進(jìn)制碼按一定規(guī)律編排，使每組代碼具有一特定的含義，稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。

n

位二進(jìn)制代碼有2n

種組合，可以表示2n

個(gè)信息。

要表示N個(gè)信息所需的二進(jìn)制代碼應(yīng)滿足

2nN20.8.1二進(jìn)制編碼器將輸入信號(hào)編成二進(jìn)制代碼的電路。2n個(gè)n位編碼器高低電平信號(hào)二進(jìn)制代碼(1)分析要求：

輸入有8個(gè)信號(hào)，即N=8，根據(jù)2n

N的關(guān)系，即n=3，即輸出為三位二進(jìn)制代碼。例：設(shè)計(jì)一個(gè)編碼器，滿足以下要求：(1)將I0、I1、…I78個(gè)信號(hào)編成二進(jìn)制代碼。(2)編碼器每次只能對(duì)一個(gè)信號(hào)進(jìn)行編碼，不允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)同時(shí)有效。(3)

設(shè)輸入信號(hào)高電平有效。001011101000010100110111I0I1I2I3I4I5I6I7(2)列編碼表：輸入輸出Y2

Y1

Y0(3)寫出邏輯式并轉(zhuǎn)換成“與非”式Y(jié)2=I4+I5+I6+I7=I4I5I6I7...=I4+I5+I6+I7Y1=I2+I3+I6+I7=I2I3I6I7...=I2+I3+I6+I7Y0=I1+I3+I5+I7=I1I3I5I7...=I1+I3+I5+I7(4)畫出邏輯圖10000000111I7I6I5I4I3I1I2&&&1111111Y2Y1Y0將十進(jìn)制數(shù)0~9編成二進(jìn)制代碼的電路20.8.2二–

十進(jìn)制編碼器表示十進(jìn)制數(shù)4位10個(gè)編碼器高低電平信號(hào)二進(jìn)制代碼

列編碼表：四位二進(jìn)制代碼可以表示十六種不同的狀態(tài)，其中任何十種狀態(tài)都可以表示0~9十個(gè)數(shù)碼，最常用的是8421碼。000輸出輸入Y1Y2Y00(I0)1(I1)2(I2)3(I3)4(I4)5(I5)6(I6)7(I7)8(I8)9(I9)Y300011101000011110001101100000000001118421BCD碼編碼表

寫出邏輯式并化成“或非”門和“與非”門Y3=I8+I9.

=I4+

I6I5+I7Y2=I4+I5+I6+I7Y0=I1+I3+I5+I7+I9.=I1+I9I3+I7

I5+I7..

=I2+

I6I3+I7Y1=I2+I3+I6+I7畫出邏輯圖10000000011101101001&&&>1>1>1>1>1>1I1I2I3I4I5I6I7I8I9Y3Y2Y1Y0

法二：十鍵8421碼編碼器的邏輯圖+5V&Y3&Y2&Y1&Y0I0I1I2I3I4I5I6I7I8I91K×10S001S12S23S34S45S56S67S78S89S9

當(dāng)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)同時(shí)輸入編碼電路，電路只能對(duì)其中一個(gè)優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)進(jìn)行編碼。

即允許幾個(gè)信號(hào)同時(shí)有效，但電路只對(duì)其中優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)進(jìn)行編碼，而對(duì)其它優(yōu)先級(jí)別低的信號(hào)不予理睬。20.8.3優(yōu)先編碼器CT74LS4147編碼器功能表I9Y0I8I7I6I5I4I3I2I1Y1Y2Y31111111111111輸入(低電平有效)輸出(8421反碼)0

011010

0111110

10001110

100111110

1010111110

10111111110

110011111110

11011111111101110例:CT74LS147集成優(yōu)先編碼器(10線-4線)T4147引腳圖低電平有效16151413121110912345678CT74LS414720.9

譯碼器和數(shù)字顯示

譯碼是編碼的反過程，它是將代碼的組合譯成一個(gè)特定的輸出信號(hào)。21.10.1二進(jìn)制譯碼器8個(gè)3位譯碼器二進(jìn)制代碼高低電平信號(hào)狀態(tài)表

例：三位二進(jìn)制譯碼器（輸出高電平有效）輸入ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70001000000000101000000010001000000110001000010000001000101000001001100000001011100000001輸出寫出邏輯表達(dá)式Y(jié)0=ABCY1=ABCY2=ABCY3=ABCY7=ABCY4=ABCY6=ABCY5=ABC邏輯圖CBA111&&&&&&&&Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y701110010000000AABBCC例：利用譯碼器分時(shí)將采樣數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)總線2-4線譯碼器ABCD三態(tài)門三態(tài)門三態(tài)門三態(tài)門譯碼器工作總線譯碼器工作工作原理：(以A0A1=00為例)000總線2-4線譯碼器ABCD三態(tài)門三態(tài)門三態(tài)門三態(tài)門脫離總線數(shù)據(jù)全為“1”總線2-4線譯碼器ABCD三態(tài)門三態(tài)門三態(tài)門三態(tài)門譯碼器工作工作原理：(以A0A1=00為例)000脫離總線數(shù)據(jù)全為“1”CT74LS139型譯碼器(a)外引線排列圖；(b)邏輯圖(a)GND1Y31Y21Y11Y01A11A01S876543212Y22Y32Y11Y02A12A02S+UCC109161514131211CT74LS139(b)11111&Y0&Y1&Y2&Y3SA0A1雙2/4線譯碼器A0、A1是輸入端Y0~Y3是輸出端

S

是使能端

輸入

輸出SA0A1Y0110000011001101110139功能表Y1Y2Y3111011101110111CT74LS139型譯碼器雙2/4線譯碼器A0、A1是輸入端Y0~Y3是輸出端

S

是使能端S=0時(shí)譯碼器工作輸出低電平有效集成3/8線譯碼器1615141312111091234567874LS138三位二進(jìn)制代碼輸入端8個(gè)輸出端3個(gè)輸入使能端譯碼器才能處于譯碼狀態(tài)，否則譯碼器禁止譯碼。用二片138接成4線-16線譯碼器174LS138（2）74LS138（1）20.9.2

二-十進(jìn)制顯示譯碼器

在數(shù)字電路中，常常需要把運(yùn)算結(jié)果用十進(jìn)制數(shù)顯示出來，這就要用顯示譯碼器。二十進(jìn)制代碼譯碼器驅(qū)動(dòng)器顯示器gfedcba

1.半導(dǎo)體數(shù)碼管

由七段發(fā)光二極管構(gòu)成例：共陰極接法a

b

c

d

e

f

g

01100001101101低電平時(shí)發(fā)光高電平時(shí)發(fā)光共陽極接法abcgdef+dgfecbagfedcba共陰極接法abcdefg2.七段譯碼顯示器Q3Q2Q1Q0agfedcb譯碼器二十進(jìn)制代碼(共陰極)100101111117個(gè)4位七段顯示譯碼器狀態(tài)表gfedcbaQ3Q2Q1Q0a

b

c

d

efg000011111100000101100001001011011012001111110013010001100114010110110115011010111116011111100007100011111118100111110119輸入輸出顯示數(shù)碼BS204A0A1A2A3CT74LS247+5V來自計(jì)數(shù)器七段譯碼器和數(shù)碼管的連接圖510Ω×7abcdefgRBIBILTA11A22LT3BI4RBI5A36A07GND8911101213141516+UCCCT74LS247CT74LS247型譯碼器的外引線排列圖abcdefg動(dòng)畫A11A22LT3BI4RBI5A36A07GND8911101213141516+UCCCT74LS47CT74LS247型譯碼器的外引線排列圖abcdefgRBI—滅燈輸入信號(hào)，將不希望顯示的零熄滅。LT—試燈信號(hào)，檢查七段是否正常工作。BI—熄滅輸入信號(hào)，在不需要顯示時(shí)，熄滅顯示器。20.10

數(shù)據(jù)分配器和數(shù)據(jù)選擇器

在數(shù)字電路中，當(dāng)需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離多路數(shù)字傳輸時(shí)，為了減少傳輸線的數(shù)目，發(fā)送端常通過一條公共傳輸線，用多路選擇器分時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到接收端，接收端利用多路分配器分時(shí)將數(shù)據(jù)分配給各路接收端，其原理如圖所示。使能端多路選擇器多路分配器發(fā)送端接收端IYD0D1D2D3SA1A0傳輸線A0A1D0D1D2D3S數(shù)據(jù)選擇控制數(shù)據(jù)分配控制20.10.1數(shù)據(jù)選擇器從多路數(shù)據(jù)中選擇其中所需要的一路數(shù)據(jù)輸出。例：四選一數(shù)據(jù)選擇器輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)使能端D0D1D2D3WSA1A0控制信號(hào)11&111&&&>1YD0D1D2D3A0A1S1000000“與”門被封鎖，選擇器不工作。CT74LS153型4選1數(shù)據(jù)選擇器11&111&&&>1YD0D1D2D3A0A1S01D0000“與”門打開，選擇器工作。由控制端決定選擇哪一路數(shù)據(jù)輸出。選中D0001100CT74LS153型4選1數(shù)據(jù)選擇器動(dòng)畫由邏輯圖寫出邏輯表達(dá)式CT74LS153功能表使能選通輸出SA0A1Y10000001100110D3D2D1D01SA11D31D21D11D01W地CT74LS153(雙4選1)2D32D22D12D02WA02SUCC15141312111091613245678