數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)-ch03-4

1、3.4 常用組合邏輯電路,3.4.1 編碼器,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,3.4.4 數(shù)值比較器,3.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,3.4.5 加法器,編碼器 (Encoder)的定義與分類,編碼：賦予二進(jìn)制代碼特定含義的過程稱為編碼。,如：8421BCD碼中，用1000表示數(shù)字8,如：ASCII碼中，用1000001表示字母A等。,編碼器：具有編碼功能的邏輯電路。,3.4.1 編碼器,能將每一個(gè)編碼輸入信號(hào)變換為不同的二進(jìn)制的代碼輸

2、出。,如8線—3線編碼器：將8個(gè)輸入的信號(hào)分別編成 8個(gè)3位二進(jìn)制數(shù)碼輸出。,如BCD編碼器：將10個(gè)編碼輸入信號(hào)分別編成10個(gè)4位碼輸出。,編碼器的邏輯功能：,◆ 編碼器 (Encoder)的定義與分類,3.4.1 編碼器,編碼器的分類：,普通編碼器：任何時(shí)候只允許輸入一個(gè)有效編碼信號(hào)，否則輸出就會(huì)發(fā)生混亂。,優(yōu)先編碼器：允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上的有效編碼信號(hào)。當(dāng)同時(shí)輸入幾個(gè)有效編碼信號(hào)時(shí)，優(yōu)先編碼器能按預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先級(jí)別，只對(duì)其中優(yōu)

3、先權(quán)最高的一個(gè)進(jìn)行編碼。,◆ 編碼器 (Encoder)的定義與分類,3.4.1 編碼器,普通編碼器優(yōu)先編碼器,,二進(jìn)制編碼器的結(jié)構(gòu)框圖,普通二進(jìn)制編碼器,1.普通編碼器,,,3.4.1 編碼器,(1) 4線—2線普通二進(jìn)制編碼器 (設(shè)計(jì)),,,,,編碼器的輸入為高電平有效。,,1.普通編碼器,3.4.1 編碼器,,,1.普通編碼器,3.4.1 編碼器,2. 優(yōu)先編碼器,優(yōu)先編碼器的提出：,實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常有兩個(gè)或更多輸入編碼信號(hào)同

4、時(shí)有效。,必須根據(jù)輕重緩急，規(guī)定好這些外設(shè)允許操作的先后次 序，即優(yōu)先級(jí)別。,識(shí)別多個(gè)編碼請(qǐng)求信號(hào)的優(yōu)先級(jí)別，并進(jìn)行相應(yīng)編碼的邏輯部件稱為優(yōu)先編碼器。,3.4.1 編碼器,(1)優(yōu)先編碼器線(4—2 線優(yōu)先編碼器)（設(shè)計(jì)）,（1）列出功能表,,高,低,（2）寫出邏輯表達(dá)式,（3）畫出邏輯電路（略）,輸入編碼信號(hào)高電平有效，輸出為二進(jìn)制代碼,輸入為編碼信號(hào)I3 ? I0 輸出為Y1 Y0,優(yōu)先編碼器CD4532的示意框圖,3

5、. 集成電路編碼器,,,3.4.1 編碼器,優(yōu)先編碼器CD4532功能表,為什么要設(shè)計(jì)GS、EO輸出信號(hào)？,,例3.4.1 用二片CD4532 構(gòu)成16線-4線優(yōu)先編碼器,其邏輯圖如下圖所示，試分析其工作原理。,。,0,0,0 0 0 0 0,當(dāng)使能端EI=0時(shí)，無(wú)編碼輸出。,0,。,1,1,0

6、 0 0 0,0,0 1 1 1,哪塊芯片的優(yōu)先級(jí)高？,1,。,1,0,1 0 0 0,0,1 1

7、 1 1,譯碼器的分類：,譯碼：譯碼是編碼的逆過程，它能將二進(jìn)制碼翻譯成代表某一特定含義的信號(hào)(即電路的某種狀態(tài))。,◆ 譯碼器的定義與分類,譯碼器：具有譯碼功能的邏輯電路稱為譯碼器。,唯一地址譯碼器,代碼變換器,將一系列代碼轉(zhuǎn)換成與之一一對(duì)應(yīng)的有效信號(hào)。,將一種代碼轉(zhuǎn)換成另一種代碼。,二進(jìn)制譯碼器 二—十進(jìn)制譯碼器顯示譯碼器,常見的唯一地址譯碼器：,,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,,,,

8、1. 二進(jìn)制譯碼器,n 個(gè)輸入端,使能輸入端,2n個(gè)輸出端,設(shè)輸入端的個(gè)數(shù)為n，輸出端的個(gè)數(shù)為M=2n,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,（1）2線 —4線譯碼器的邏輯電路(分析）,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,-邏輯符號(hào)說明,,(2) 集成二進(jìn)制譯碼器（74HC139）,(b) 3線—8線譯碼器（74HC138）,,,邏輯符號(hào),,,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,74HC138功能表,,,,,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,

9、①3線—8線譯碼器邏輯功能,,基于這一點(diǎn)用該器件能夠方便地實(shí)現(xiàn)三變量邏輯函數(shù)。,◆用譯碼器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。,...,當(dāng)E3 =1 ，E2 = E1 = 0時(shí),3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,②譯碼器的應(yīng)用,例3.4.2 用3線-8線譯碼器74HC138和必要的邏輯門實(shí)現(xiàn)函數(shù),解：（1）首先將邏輯函數(shù)L變換為最小項(xiàng)表達(dá)式：,=,=,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,（2）將上式兩次求反，并用摩根定律變換可得,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)

10、分配器,（3）畫出邏輯電路,首先要使3線—8線譯碼器處于工作狀態(tài):使E3=1，且,=,= 0,在譯碼器的輸出端加一個(gè)與非門，即可實(shí)現(xiàn)給定的組合邏輯函數(shù).,總結(jié)：利用3線—8線譯碼器組成函數(shù)產(chǎn)生器的一般步驟：,◆將函數(shù)變換成最小項(xiàng)表達(dá)式；,◆將函數(shù)的輸入變量作為譯碼器輸入信號(hào)A2、 A1 、 A0 ；,◆凡是邏輯表達(dá)式中有的最小項(xiàng)（mi ）,則將譯碼器相應(yīng)輸出（Yi ）接入與非門的輸入端,與非門的輸出即為輸出函數(shù)。,=,= 0；,◆使器件

11、處于使能狀態(tài), 即使E3= 1，且,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,,該電路實(shí)現(xiàn)了4線—16線譯碼器的邏輯功能。,用兩片3線—8線譯碼器74HC138 擴(kuò)展為4線—16線譯碼器,◆譯碼器的擴(kuò)展,工作。對(duì)應(yīng)輸入代碼，輸出相應(yīng)低電平。,芯片被禁止，其輸出全為高電平,ABCD=0000~0111時(shí),ABCD=1000~1111時(shí)，,芯片被禁止，其輸出全為高電平,工作。對(duì)應(yīng)輸入代碼，輸出相應(yīng)低電平。,,,,,,,,,,,,,,,,,2. 二—

12、十進(jìn)制譯碼器,真值表,,,,,,,,,,,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,2、二—十進(jìn)制譯碼器,功能：將8421BCD碼譯成為10個(gè)狀態(tài)輸出。,,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,,,,3.七段顯示譯碼器,,,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,3. 七段顯示譯碼器,（1）最常用的顯示器有：半導(dǎo)體發(fā)光二極管和液晶顯示器。,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,,常用的集成七段顯示譯碼器,—CMOS七段顯示譯碼器74HC4511,,顯示譯碼器

13、與顯示器的連接方式,CMOS七段顯示譯碼器74HC4511功能表,CMOS七段顯示譯碼器74HC4511功能表(續(xù)),十進(jìn)制或功能,例3.4.3 由譯碼器、顯示譯碼及4個(gè)七段顯示器構(gòu)成的4位動(dòng)態(tài)顯示電路如圖所示，試分析工作原理。,,,位選擇信號(hào)A1、A0控制 依次產(chǎn)生低電平 ，使4個(gè)顯示器輪流顯示。要顯示的數(shù)據(jù)組依次送到D3D2D1D0 分別在4個(gè)顯示器上顯示。利用人眼的視覺暫留時(shí)間，可以看到穩(wěn)定的數(shù)字。,,數(shù)

14、據(jù)分配器：相當(dāng)于多輸出的單刀多擲開關(guān)，是將公共數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)按需要送到不同的通道上去的邏輯電路。,數(shù)據(jù)分配器示意圖,4.數(shù)據(jù)分配器,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,,010,110,100,3.4.2 譯碼器/數(shù)據(jù)分配器,4. 數(shù)據(jù)分配器,,74HC138譯碼器作為數(shù)據(jù)分配器時(shí)的功能表,,,,,,,,,,,,3.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,1. 數(shù)據(jù)選擇器的功能與工作原理,數(shù)據(jù)選擇的功能：在通道選擇信號(hào)的作用下，將多個(gè)通道的數(shù)

15、據(jù)分時(shí)傳送到公共的數(shù)據(jù)通道上去的。,數(shù)據(jù)選擇器：能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)選擇功能的邏輯電路。它的作用相當(dāng)于多個(gè)輸入的單刀多擲開關(guān)，又稱“多路開關(guān)” 。,,,,,⑴2選1數(shù)據(jù)選擇器,1位地址碼輸入端,邏輯符號(hào),1路數(shù)據(jù)輸出端,數(shù)據(jù)輸入端,3.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,（2）4選1數(shù)據(jù)選擇器,邏輯符號(hào),由3個(gè)2選1數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成4選1數(shù)據(jù)選擇器。,3.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,（2）4選1數(shù)據(jù)選擇器,3.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,,,,當(dāng)EI=1, Y總是等

16、于0,當(dāng)EI=0，S1S0 =00時(shí)，Y= D0；S1S0=01時(shí) ，Y= D1；S1S0=10時(shí)，Y= D2； S1S0 =11時(shí)，Y= D3。,,74HC151邏輯符號(hào),,,,D7,Y,Y,E,74HC151,,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,,,,,,,,,,,,,S2,,,,S1,S0,3.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,,（3）8選1數(shù)據(jù)選擇器,,,,,,,,,,74LS151的功能表,,,8選1數(shù)據(jù)選擇器74HC151,,3

17、.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,例3.4.4 試用8選1數(shù)據(jù)選擇器74HC151產(chǎn)生邏輯函數(shù),解：將函數(shù)式變換成最小項(xiàng)表達(dá)式,= m1+ m7+ m4+ m2,比較L與Y兩邏輯函數(shù)表達(dá)式可知，當(dāng)D1=D2=D4=D7=1, D0=D3=D5=D6=0，則Y= L，,用74HC151可以實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。,數(shù)據(jù)選擇器處于使能狀態(tài),且S2=A，S1=B，S0= C，于是有,數(shù)據(jù)選擇器處于使能狀態(tài),且S2=A，S1=B，S0= C，于是有,當(dāng)D1=D

18、2=D4=D7=1, D0=D3=D5=D6=0，則Y= L，,,利用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)函數(shù)的一般步驟:（變量數(shù)=選通端數(shù)）,a.將函數(shù)變換成最小項(xiàng)表達(dá)式,b.地址信號(hào)S2、 S1 、 S0 作為函數(shù)的輸入變量,c.處理數(shù)據(jù)輸入D0~D7信號(hào)電平。邏輯表達(dá)式中有mi ,則相應(yīng)Di =1，其他的數(shù)據(jù)輸入端均為0。,總結(jié):,3.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,例3.4.4 由8選1數(shù)據(jù)選擇器74HC151構(gòu)成的電路如圖3.4.21所示，分析電路，寫出

19、輸出L的最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式。,3.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,。,=0，電路工作。,D2=D7=0，D1=D3=D5=1，D0=D4=D，D6=,,通過此例題，你對(duì)用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)有什么啟示？當(dāng)變量數(shù)?選通端數(shù)，考慮如何將某些變量接入數(shù)據(jù)端。,解：,用卡諾圖化簡(jiǎn)，得到最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式為：,將兩片74LS151連接成一個(gè)16選1的數(shù)據(jù)選擇器.,3.4.3 數(shù)據(jù)選擇器,（6）數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)分配器與總線的連接,這種信息傳輸?shù)幕驹碓谕ㄐ畔?/p>

20、統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)內(nèi)部各功能部件之間的信息轉(zhuǎn)送等都有廣泛的應(yīng)用。,（1） 1位數(shù)值比較器(設(shè)計(jì)),數(shù)值比較器：對(duì)兩個(gè)1位數(shù)字進(jìn)行比較（A、B），以判斷其大小的邏輯電路。,輸入：兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù) A、B。,輸出：,3.4.4 數(shù)值比較器,1. 數(shù)值比較器定義及功能,1位數(shù)值比較器,3.4.4 數(shù)值比較器,（2）2 位數(shù)值比較器：,輸入：兩個(gè)2位二進(jìn)制數(shù) A=A1 A0 、B=B1 B0,能否用1位數(shù)值比較器設(shè)計(jì)

21、兩位數(shù)值比較器?,比較兩個(gè)2 位二進(jìn)制數(shù)的大小的電路,當(dāng)高位（A1、B1）不相等時(shí)，無(wú)需比較低位（A0、B0），高位比較的結(jié)果就是兩個(gè)數(shù)的比較結(jié)果。,當(dāng)高位相等時(shí)，兩數(shù)的比較結(jié)果由低位比較的結(jié)果決定。,用1位數(shù)值比較器設(shè)計(jì)多位數(shù)值比較器的原則,3.4.4 數(shù)值比較器,真值表,,FA>B = (A1>B1) + ( A1=B1)(A0>B0),FA=B=(A1=B1)(A0=B0),FA<B = (A1<B

22、1) + ( A1=B1)(A0<B0),,注意：上述不是真正的邏輯函數(shù)表達(dá)式，只示意邏輯關(guān)系。,3.4.4 數(shù)值比較器,FA>B = (A1>B1) + ( A1=B1)(A0>B0),FA=B=(A1=B1)(A0=B0),FA<B = (A1<B1) + ( A1=B1)(A0<B0),2位數(shù)值比較器邏輯圖,2. 集成數(shù)值比較器,(1 ) 集成數(shù)值比較器74HC85的功能,74HC85是

23、4位數(shù)值比較器 ，其工作原理和2位數(shù)值比較器相同。,74HC85的示意框圖,3.4.4 數(shù)值比較器,,,,,,,,,4位數(shù)值比較器74HC85的功能表,用兩片74HC85組成8位數(shù)值比較器（串聯(lián)擴(kuò)展方式）。,（2） 集成數(shù)值比較器的位數(shù)擴(kuò)展,輸入: A=A7 A6A5A4A3 A2A1A0 B=B7B6B5B4B3 B2B1B0,用4片74HC85組成16位數(shù)值比較器（串聯(lián)擴(kuò)展方式）。,問題：如果每一片延遲時(shí)間

24、為10ns，16位串行比較器延遲時(shí)間？,（2） 集成數(shù)值比較器的位數(shù)擴(kuò)展,用74HC85組成16位數(shù)值比較器的并聯(lián)擴(kuò)展方式。,問題：如果每一片延遲時(shí)間為10ns，16位并行比較器延遲時(shí)間？,3.4.5 加法器,,,兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)相加時(shí)，不考慮低位來(lái)的進(jìn)位的加法——半加在兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)相加時(shí)，考慮低位進(jìn)位的加法——全加加法器分為半加器和全加器兩種。,半加器,全加器,半加器和全加器,（1） 1位半加器（Half Adder）,不

25、考慮低位進(jìn)位，將兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)A、B相加的器件。,半加器的真值表,邏輯表達(dá)式,如用與非門實(shí)現(xiàn)最少要幾個(gè)門?,C = AB,邏輯圖,1. 1位加法器,（2）1位全加器（Full Adder）,全加器真值表,全加器能進(jìn)行加數(shù)、被加數(shù)和低位來(lái)的進(jìn)位信號(hào)相加，并根據(jù)求和結(jié)果給出該位的進(jìn)位信號(hào)。,,1. 1位加法器,,,,,于是可得1位全加器的邏輯表達(dá)式為,你能用74151/74138設(shè)計(jì)全加器嗎? 用這兩種器件組成邏輯函數(shù)產(chǎn)生電路,有什

26、么不同?,1. 1位加法器,加法器的應(yīng)用,全加器真值表,ABC有奇數(shù)個(gè)1時(shí)S為1；ABC有偶數(shù)個(gè)1和全為0時(shí)S為0?！萌悠鹘M成3位二進(jìn)制代碼奇偶校驗(yàn)器,用全加器組成8位二進(jìn)制代碼奇偶校驗(yàn)器，電路應(yīng)如何連接？,3.4.5 加法器,（1）串行進(jìn)位加法器,如何用1位全加器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)相加？ A3 A2 A1 A0 + B3 B2 B1 B0 =?,低位的進(jìn)位信號(hào)送給鄰近高位作為輸入信號(hào)，采用

27、串行進(jìn)位加法器運(yùn)算速度不高。,2.多位數(shù)加法器,3.4.5 加法器,定義兩個(gè)中間變量Gi和Pi ：,Gi= AiBi,（2）超前進(jìn)位加法器,提高運(yùn)算速度的基本思想：設(shè)計(jì)進(jìn)位信號(hào)產(chǎn)生電路，在輸入每位的加數(shù)和被加數(shù)時(shí)，同時(shí)獲得該位全加的進(jìn)位信號(hào)，而無(wú)需等待相鄰低位的進(jìn)位信號(hào)。,定義第i 位的進(jìn)位信號(hào)（Ci ）：,,Ci= Gi＋Pi Ci-1,,4位全加器進(jìn)位信號(hào)的產(chǎn)生：,C0= G0+P0 C-1,C1= G1+P1 C0C1 =

28、 G1+P1 G0+ P1P0 C-1,C2= G2+P2 C1 C2 = G2+P2 G1+ P2 P1 G0+ P2 P1 P0C-1,C3= G3+P3 C2 = G3+P3 （G2+ P2 C1 )=G3+P3 G2+P3P2 C1 =G3+P3 G2+P3P2 (G1+ P1C0 ) C3 =G3+P3 G2+P3P2 G1+ P3P2 P1 (G0+ P0C-1),[Gi= AiBi,由于Ci= G

29、i＋Pi Ci-1,,,,,進(jìn)位信號(hào)只由被加數(shù)、加數(shù)和C-1決定，而與其他低位的進(jìn)位無(wú)關(guān)。提高了速度，但位數(shù)增加時(shí)，進(jìn)位電路復(fù)雜度增加。,,,超前進(jìn)位產(chǎn)生電路,,集成4位超前進(jìn)位加法器74HC283,74HC283邏輯框圖,超前進(jìn)位加法器74LS283的應(yīng)用,例3.4.5 用兩片74LS283構(gòu)成一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)加法器。,在片內(nèi)是超前進(jìn)位，而片與片之間是串行進(jìn)位。,,余3碼輸出,1,1,0,0,例3.4.6 用74283構(gòu)成將842