模塊二 組合邏輯電路

模塊二組合邏輯電路

項目一組合邏輯電路的分析與設計

項目二編碼器

項目三譯碼器

項目四加法器

項目五數(shù)值比較器

項目六數(shù)值選擇器

項目一組合邏輯電路的分析與設計

（一）組合邏輯電路的分析【例題2-1】分析圖示組合邏輯電路的邏輯功能。表2-1 例題2-1真值表輸入信號輸出信號ABCL00010010010001101000101011001111

觀察真值表會發(fā)現(xiàn)：當A、B、C三個變量一致時，輸出為“1”，不一致時則為“0”，該組合邏輯電路具有判斷輸入變量是否一致的邏輯功能，所以圖示邏輯電路稱為“輸入一致判別器”。（二）組合邏輯電路的設計

【例題2-2】若十進制數(shù)用8421BCD碼表示，試設計對一位十進制數(shù)“四舍五入”進位信號的邏輯電路。十進制數(shù)輸入信號輸出信號ABCDL000000100010200100300110401000501011601101701111810001910011—1010×—1011×—1100×—1101×—1110×—1111×函數(shù)的表達式為化簡后得到邏輯函數(shù)式為

L=A+BC+BD（一）仿真實驗1對給定的組合邏輯電路進行分析圖2-3待分析的組合邏輯電路圖

圖2-4分析組合邏輯電路的仿真界圖圖2-5邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表表2-3 組合邏輯電路的真值表輸入信號輸出信號ABCL00000011010101111001101111011110當3個輸入信號完全相同時輸出為0，若3個輸入信號中至少有一個不相同時輸出即為1。由于三變量不一致時輸出為1，因此這是一個三變量不一致判別電路。

（二）仿真實驗2設計一個兩地控制邏輯電路設計一個兩地控制邏輯電路，要求在A、B兩地的開關都能獨立控制負載的通電或斷電。兩個輸入變量中“1”的個數(shù)為奇數(shù)時，邏輯輸出為1，否則為0，其真值表如表2-4所示。表2-4 兩地控制邏輯電路的真值表開關A開關B負載L000011101110

可以看出，由仿真軟件設計的組合邏輯電路由2個非門、2個與門和1個或門組合而成。

圖2-6真值表轉(zhuǎn)換為邏輯函數(shù)式圖2-7函數(shù)式轉(zhuǎn)換為邏輯電路項目二編碼器

（一）二—十進制普通編碼器表2-5 編碼器輸入端與8421BCD碼的真值表十進制數(shù)輸入端輸出端Y3Y2Y1Y00I000001I100012I200103I300114I401005I501016I601107I701118I810009I91001由真值表寫出邏輯函數(shù)式

由邏輯函數(shù)式可知，二—十進制普通編碼器的邏輯電路由一個2輸入端的或門、兩個4輸入端的或門和一個5輸入端的或門構(gòu)成，其邏輯電路如圖2-11所示。圖2-11二—十進制普通編碼器邏輯電路

（二）二—十進制優(yōu)先編碼器圖2-12二—十進制優(yōu)先編碼器74LS147

表2-6 二—十進制優(yōu)先編碼器74LS147的真值表（一）仿真實驗測試10線—4線優(yōu)先編碼器74LS147的邏輯功能圖2-1310線—4線優(yōu)先編碼器74LS147的仿真測試電路

操作步驟如下。（1）從TTL集成電路庫中拖出74LS147。（2）從電源庫中拖出電源VCC和接地。（3）從基本元器件庫中拖出9個1kΩ電阻，3個開關，將開關的操作鍵定義為A、B、C。（4）從指示元器件庫中拖出4個邏輯指示燈。（5）按圖2-13所示連接電路，檢查電路無誤后按下仿真開關進行測試。（6）當信號輸入端開關全部打開，即輸入信號全部為高電平時，4個邏輯指示燈亮，表示邏輯輸出為1111。（7）操作開關鍵，使某個輸入端通過開關接地，即輸入有效信號，4個邏輯指示燈顯示相應輸出的8421BCD碼的反碼。（8）操作開關鍵，同時使兩個以上的輸入端接地，可以看出譯碼顯示為優(yōu)先級別最高的數(shù)碼，即只對優(yōu)先級別最高的輸入信號進行編碼。（9）改變輸入信號狀態(tài)，重新做第（7）項和第（8）項。（10）檢查仿真結(jié)果，驗證74LS147對十進制數(shù)按優(yōu)先級別編出8421BCD碼反碼的邏輯功能。（二）實驗測試10線—4線優(yōu)先編碼器74LS147的邏輯功能圖2-1410線—4線優(yōu)先編碼器74LS147的實驗電路

4．操作步驟（1）關閉直流穩(wěn)壓電源開關，將集成電路塊74LS147插入集成電路16P插座上。（2）將

+

5V電壓接到IC的管腳16，將電源負極接到IC的管腳8。（3）將編碼器的9個輸入端用跳線接實驗板的高電位端。（4）將編碼器的4個輸出端Y3～Y0管腳用跳線接到LED指示器上。檢查無誤后接通電源，4個LED燈應全亮。（5）用跳線將編碼器的9個輸入端逐個接入實驗板的低電位，輸出顯示應為8421BCD碼的反碼，將測試結(jié)果記入表2-7中。（6）用跳線將兩個以上輸入端接入低電平，輸出顯示應為優(yōu)先級別高的8421BCD碼的反碼，即只對優(yōu)先級別高的輸入信號進行編碼。（一）8線—3線二進制優(yōu)先編碼器74LS148圖2-158線—3線優(yōu)先編碼器74LS148

表2-8 8線－3線優(yōu)先編碼器74LS148的真值表74LS148的邏輯功能如下。（二）8線—3線編碼器74LS148功能擴展圖2-1674LS148的功能擴展項目三譯碼器

（一）集成二進制譯碼器74LS13874LS138邏輯符號及管腳排列如圖2-17所示。圖2-173線—8線譯碼器74LS138表2-9 74LS138的真值表兩片74LS138擴展成4線—16線譯碼器邏輯電路

（二）七段字形譯碼器74LS481．數(shù)碼管圖2-20半導體數(shù)碼管

2．七段字形譯碼器74LS48圖2-21七段字形譯碼器74LS48

74LS48的邏輯功能如下。表2-10 74LS48真值表74LS48與共陰極數(shù)碼管BS202的連接如圖2-22所示。

圖2-2274LS48驅(qū)動共陰極數(shù)碼管BS202（一）仿真實驗1測試譯碼器74LS138的邏輯功能圖2-2374LS138邏輯功能仿真測試電路

操作步驟如下。

（1）從TTL集成電路庫中拖出74LS138。（2）從電源庫中拖出電源VCC和接地。（3）從基本元器件庫中拖出4個1kΩ電阻。（4）從基本元器件庫中拖出3個開關，將開關的操作鍵定義為A、B、C（高位）。（5）從顯示器材庫中拖出8個邏輯指示燈。（6）按圖2-23所示連接電路，檢查電路無誤后按下仿真開關進行測試。（7）按照表2-11中所示數(shù)據(jù)操作按鍵A、B、C，不亮的燈即為有效輸出信號，并將對應編碼的有效輸出信號填入表2-11中。（8）檢查測試結(jié)果是否符合74LS138的邏輯功能。（二）仿真實驗2用譯碼器實現(xiàn)邏輯函數(shù)圖2-24最小項譯碼器的仿真測試電路

操作步驟如下。

（1）從TTL集成電路庫中拖出74LS138和74LS20。（2）從電源庫中拖出電源VCC和接地。（3）從基本元器件庫中拖出4個1kΩ電阻。（4）從基本元器件庫中拖出3個開關，將開關的操作鍵定義為A、B、C（低位）。（5）從指示元器件庫中拖出一個邏輯指示燈。（6）按圖2-24所示連接電路，檢查電路無誤后按下仿真開關進行測試。（7）按邏輯函數(shù)的各個最小項分別進行接線測試，此時邏輯指示燈應亮，否則邏輯指示燈應滅。例如，當譯碼輸入端A、B、C全部接高電平時，邏輯指示燈應亮。注：在邏輯函數(shù)最小項中A表示最高位，C表示最低位，所以邏輯開關A對應測試電路輸入端的最高位C。（三）仿真實驗3測試七段譯碼器74LS48圖2-2574LS48邏輯功能測試電路操作步驟如下。

（五）實驗2用譯碼器實現(xiàn)邏輯函數(shù)

圖2-26最小項譯碼器實驗電路

（1）關閉直流穩(wěn)壓電源開關，將集成電路塊74LS138、74LS20分別插入集成電路16P和14P插座上，參考圖2-26接線。（2）將

+

5V電源接到74LS138的管腳16和74LS20的管腳14。（3）將電源負極接到74LS138的管腳8和74LS20的管腳7。（5）用跳線將74LS20的輸出端接到LED指示器上。（6）用跳線將74LS138的輸入端接到邏輯電位上。（7）按照最小項表達式逐個改變譯碼輸入端的電位，LED指示器應點亮，非最小項時LED指示器應熄滅。4．操作步驟（六）實驗3測試譯碼器74LS48的邏輯功能圖2-27七段譯碼器74LS48的實驗電路（1）關閉直流穩(wěn)壓電源開關，將集成電路塊74LS138插入集成電路16P插座上。（2）將

+

5V電源接到IC的管腳16，將電源負極接到IC的管腳8。（4）用跳線將74LS48的輸出端接到LED數(shù)碼管的對應端子。（5）用跳線將LED數(shù)碼管的公共端接地。（6）用跳線輸入不同的二進制代碼，觀察數(shù)碼管的輸出顯示情況。4．操作步驟四、知識擴展

74LS42是二—十進制譯碼器，因它有4個輸入端，10個輸出端，所以又稱為4線—10線譯碼器，其邏輯符號和管腳排列如圖2-28所示。圖2-28集成二—十進制譯碼器74LS42當輸入端輸入8421BCD碼時，相應的一個輸出端為低電平（有效電平）。當輸入端輸入非8421BCD碼（偽碼）時，全部輸出端均為高電平（無效電平）。表2-13 74LS42真值表項目四加法器

（一）半加器

兩個一位二進制數(shù)相加，只考慮兩個加數(shù)本身，不考慮來自低位的進位數(shù)，這樣的邏輯稱為半加。表2-14 半加器運算真值表輸入輸出加數(shù)A加數(shù)B和S進位數(shù)C0000011010101101從真值表中可以看出，和S在加數(shù)A、B邏輯相異時為1，所以可用異或門電路實現(xiàn)。由真值表可以寫出半加器的邏輯表達式為半加器的邏輯電路和邏輯符號如圖2-30所示。圖2-30半加器

（二）全加器設兩個一位二進制數(shù)Ai、Bi相加，Ci?1表示相鄰低位來的進位，和為Si，向高位的進位數(shù)為Ci，全加器運算的真值表如表2-15所示。表2-15 全加器運算真值表輸入輸出AiBiCi?1SiCi0000000110010100110110010101011100111111（三）集成加法器1．集成加法器CC4008圖2-324位二進制加法器CC4008

2．4位串行進位加法器邏輯電路串行進位二進制并行加法器的特點是：被加數(shù)和加數(shù)的各位能同時并行到達各位的輸入端，而各位全加器的進位輸入則是按照由低位向高位逐級串行傳遞的，各進位形成一個進位鏈。由于每一位相加的和都與本位進位輸入有關，所以，最高位必須等到各低位全部相加完成并送來進位信號之后才能產(chǎn)生運算結(jié)果。顯然，這種加法器運算速度較慢，而且位數(shù)越多，速度就越低。圖2-334位串行進位加法器邏輯電路

3．超前進位加法器邏輯電路圖2-34超前進位加法器邏輯電路

【例題2-4】試用4位加法器實現(xiàn)8421BCD碼至余3BCD碼的轉(zhuǎn)換，并列出余3碼。圖2-35例題2-4邏輯電路

余三碼是由8421BCD碼加上0011形成的一種無權(quán)碼，由于它的每個字符編碼比相應的8421BCD碼多3，故稱為余三碼，是BCD碼的一種。余三碼是一種對9的自補代碼，因而可給運算帶來方便。其次，在將兩個余三碼表示的十進制數(shù)相加時，能正確產(chǎn)生進位信號，但對“和”必須修正。修正的方法是：如果有進位，則結(jié)果加3；如果無進位，則結(jié)果減3。（一）仿真實驗1測試半加器邏輯功能圖2-36半加器邏輯測試電路

操作步驟如下。

（1）從混合元器件庫中拖出異或門邏輯符號U1和與門邏輯符號U2。（2）從電源庫中拖出電源VCC和接地。（3）從基本元器件庫中拖出兩個開關，將開關的操作鍵定義為A、B。（4）從顯示器材庫中拖出兩個指示燈S、C。（5）完成電路連接后按下仿真開關進行測試。（6）按照表2-17中所示數(shù)據(jù)操作按鍵A或B，并將輸出結(jié)果填入表2-17中。（7）檢查測試結(jié)果是否符合半加器邏輯功能。（二）仿真實驗2用集成加法器實現(xiàn)8421碼至余3碼的轉(zhuǎn)換圖2-378421碼至余3碼轉(zhuǎn)換電路

操作步驟如下。（1）關閉直流穩(wěn)壓電源開關，將CC4008插入集成電路16P插座上。（2）將

+

5V電源接到IC的管腳16，將電源負極接到IC的管腳8。（3）將IC的一個加數(shù)輸入端用跳線接為邏輯電位“0011”。（4）將IC的另一個加數(shù)輸入端用跳線接到邏輯電位上。（5）將IC的輸出端用跳線接到LED指示器上。（6）逐個輸入8421BCD碼，并將測試結(jié)果余3碼記入表2-19中。（8）檢查測試結(jié)果是否完成8421BCD碼至余3BCD碼的轉(zhuǎn)換。（三）實驗用集成加法器實現(xiàn)8421碼至余3碼的轉(zhuǎn)換圖2-388421碼至余3碼轉(zhuǎn)換電路

4．操作步驟（1）關閉直流穩(wěn)壓電源開關，將CC4008插入集成電路16P插座上。（2）將

+

5V電源接到IC的管腳16，將電源負極接到IC的管腳8。（3）將IC的一個加數(shù)輸入端用跳線接為邏輯電位“0011”。（4）將IC的另一個加數(shù)輸入端用跳線接到邏輯電位上。（5）將IC的輸出端用跳線接到LED指示器上。（6）逐個輸入8421BCD碼，并將測試結(jié)果余3碼記入表2-19中。四、知識擴展項目五數(shù)值比較器

（一）一位數(shù)值比較器表2-20 一位數(shù)值比較器真值表輸入比較輸出ABA

>

BA

=

BA

<

B00010010011010011010圖2-40一位數(shù)值比較器邏輯電路圖

由真值表寫出一位數(shù)值比較器的邏輯函數(shù)式

（二）集成數(shù)值比較器圖2-414位集成數(shù)值比較器74LS851．集成數(shù)值比較器74LS85表2-21 74LS85比較器真值表輸入信號比較結(jié)果A3、B3A2、B2A1、B1A0、B0A

>

BA

<

BA

=

B10××××××10001××××××010A3

=

B310××××100A3

=

B301××××010A3

=

B3A2

=

B210××100A3

=

B3A2

=

B201××010A3

=

B3A2

=

B2A1

=

B110100A3

=

B3A2

=

B2A1

=

B101010A3

=

B3A2

=

B2A1

=

B1A0

=

B00012．74LS85的級聯(lián)圖2-42兩片74LS85串聯(lián)構(gòu)成8位數(shù)值比較邏輯電路

（一）仿真實驗測試集成數(shù)值比較器74LS85的邏輯功能圖2-4374LS85邏輯功能仿真測試電路

操作步驟如下。

（1）從TTL集成電路庫中拖出74LS85。（2）從電源庫中拖出電源VCC和接地。（3）從基本元器件庫中拖出4個1kΩ電阻。（4）從基本元器件庫中拖出4個開關，將開關的操作鍵定義為3、2、1、0。（5）從顯示器材庫中拖出3個邏輯指示燈。（6）按圖2-43所示連接電路，將A的數(shù)值設置為“1100”。（7）操作按鍵，輸入4位二進制數(shù)值B。（8）觀察、比較輸出結(jié)果是否符合74LS85的邏輯功能。（二）實驗測試集成數(shù)值比較器74LS85的邏輯功能圖2-4474LS85邏輯功能測試電路

4．操作步驟

（1）關閉直流穩(wěn)壓電源開關，將集成電路芯片74LS85插入集成電路16P插座上。（2）將

+

5V電壓接到IC的管腳16，將電源負極接到IC的管腳8。（3）將74LS85的級聯(lián)輸入端“a

<

b”、“a

>

b”端子接低電平，“a

=

b”端子接高電平。（4）按表2-22中的數(shù)據(jù)用跳線將A3～A0、B3～B0連接不同的高低電平。輸出端A

>

B、A

<

B、A=B用跳線接LED電平顯示端。檢查無誤后接通電源。（5）將輸出端A>B、A<B、A=B比較后的狀態(tài)填入表2-22中。（6）改變A3～A0、B3～B0的電平，重復做第4項和第5項。（7）判斷表中數(shù)據(jù)是否符合數(shù)值比較運算的規(guī)則。項目六數(shù)值選擇器

（一）四選一數(shù)據(jù)選擇器原理表2-23 四選一數(shù)據(jù)選擇器真值表從真值表中可以看出