数电课件第四章组合逻辑电路.ppt
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1、第四章 组合逻辑电路,4.1 组合逻辑电路的分析 4.2 组合逻辑电路的设计 4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险 4.4 若干典型的组合逻辑集成电路 4.5 组合可编程逻辑器件 4.6 用Verilog HDL描述组合逻辑电路,熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法; 掌握编码器、译码器、数据选择器、数值比较器的逻辑功能及其应用; 掌握加法器的功能及其应用; 学会阅读MSI器件的功能表,并能根据设计要求完成电路的正确连接; 正确理解可编程逻辑器件。,教学基本要求,4.1 组合逻辑电路的分析,目的:确定已知电路的逻辑功能。,步骤:,由逻辑图逐级写出各输出端的逻辑表达式,化简和变换各逻辑表达式,列
2、出真值表,根据真值表归纳逻辑电路的功能,例:分析如图所示逻辑电路的功能。,解:(1)写输出表达式,(2)列真值表,(3)归纳逻辑功能,三输入变量有奇数个1时,输出L=1,否则为0,即输入三位二进制码含奇数个1时,输出1为有效信号称奇校验电路。,例:分析以下逻辑电路的功能。,解:(1)写输出表达式,(2)列真值表,(3)分析功能,半加器 :即A、B为加数,S是它们的和,C是向高位的进位 。,一个逻辑函数其真值表(最小项表达式)是唯一的,而其逻辑功能实现电路不是唯一的。,与非门构成的半加器,由异或门及与门(与非门)实现的半加器,例:分析以下逻辑电路的功能,解:(1)写输出表达式:,(2)列真值表,
3、(3)归纳功能,电路具有全加功能,Ai、Bi为加数,Ci-1为低位向本位进位数,Si为和,Ci为本位向高位的进位。,4.2 组合逻辑电路的设计,目的:已知功能,求(设计)电路。,目标:电路简单,所用器件的数目和种类应尽量少(视具体情况而定)。,步骤:,根据功能要求设输入、输出变量,列真值表 (逻辑抽象),根据真值表写输出表达式,化简逻辑函数(根据真值表填卡洛图,化简逻辑函数),根据简化的逻辑表达式画出电路图,例:某车间有3台设备,如有1台出现故障时黄灯亮,两台出现故障时红灯亮,三台都出现故障时红黄灯都亮,设计一个显示车间设备故障情况的电路,并用与非门加以实现。,解:设3台设备分别为A、B、C(
4、输入变量),有故障为1,无故障为0;黄、红灯分别为X、Y(输出变量),亮为1,不亮为0。,列真值表:,0 0 0 0 0,0 0 1 1 0,0 1 0 1 0,0 1 1 0 1,1 0 0 1 0,1 0 1 0 1,1 1 0 0 1,1 1 1 1 1,化简变换逻辑函数表达式,画逻辑电路图,用其他门实现,实际上就是一个全加器,例:设计一个裁决电路,1名主裁,3名副裁,主裁通过记2票,副裁通过记1票,设计一个少数服从多数的裁决电路,用与非门实现。,解:(1)设输入变量为A(主)、B、C、D(副),输出变量为L,通过为1,不通过为0。 列真值表:,(2)填卡洛图,化简, 画逻辑图,1. 设
5、计一个电话机报警信号控制电路。电路有I0(火警)、I1(盗警)和I2(日常业务)三种输入信号,通过排队电路分别从L0、L1、L2输出,在同一时间只能有一个信号通过。如果同时有两个以上信号出现时,应首先接通火警信号,其次为盗警信号,最后是日常业务信号。试按照上述轻重缓急设计该信号控制电路。要求用集成门电路74LS00(每片含4个2输入端与非门)实现。,练习题,2. 设计一个判断输入4位二进制数的数值范围的电路,要求电路能够判断输入数值的范围(05;610;1115)。,4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险,前面在分析和设计组合逻辑辑电路时,都没有考虑门电路延迟时间对电路的影响。实际上,由于延迟时间的
6、存在,当一个输入信号经过多条路径传送后又重新会合到某个门上,由于不同路径上门的级数不同,或者门电路延迟时间的差异,导致到达会合点的时间有先有后,从而产生瞬间的错误输出。这一现象称为竞争冒险。,4.3.1. 产生竞争冒险的原因,不考虑门的延时:,考虑延时:,不考虑门的延时:,考虑延时:,“1”冒险,“0”冒险,竞争,由于逻辑门存在延时时间,信号经由不同的路径达到某一会合点的时间有先有后的现象。,冒险,由于竞争而引起电路输出发生瞬间错误现象称为冒险。冒险表现为输出端出现了原设计中没有的窄脉冲,常称其为毛刺。“0冒险”和“1冒险”统称冒险。,冒险现象的识别,可采用代数法来判断一个组合电路是否存在冒险
7、,方法为: 写出组合逻辑电路的逻辑表达式,当某些逻辑变量取特定值(0或1)时,如果表达式能转换为:,例:判断图示电路是否存在冒险。,4.3.2 竞争冒险的消除方法,1. 增加乘积项以避免互补项相加。,在 电路中,存在冒险现象。如在其逻辑表达式中增加乘积项AB,使其变为 就不会产生冒险 。,2. 发现并消去互补相乘项。,在逻辑式 中存在冒险现象。如将其变换为 则在原来产生冒险的条件AC0时,L=0,不会产生冒险。,3输出并联滤波电容,由于竞争冒险产生的干扰脉冲的宽度一般都很窄,在可能产生冒险的门电路输出端并接一个滤波电容(一般为420pF),利用电容两端的电压不能突变的特性,使输出波形上升沿和下
8、降沿都变的比较缓慢,从而起到消除冒险现象的作用。,4.4 若干典型的组合逻辑集成电路,4.4.1 编码器,4.4.2 译码器/数据分配器,4.4.3 数据选择器,4.4.4 数值比较器,4.4.5 算术运算电路,4.4.1 编码器,1. 编码器(Encoder)的定义与分类,编码:赋予二进制代码特定含义的过程称为编码。,如:8421BCD码中,用1000表示数字8。,ASCII码中,用1000001表示字母A等。,编码器:具有编码功能的逻辑电路。,编码器的逻辑功能:能将每一个编码输入信号变换为不同的二进制的代码输出。,如:BCD编码器将10个编码输入信号分别编成10个4位码输出。,8线-3线编
9、码器将8个输入的信号分别编成8个3位二进制数码输出。,一般而言,N个不同的信号,至少需要n位二进制数编码。N 和 n 之间满足关系: 2nN。,编码器分类:普通编码器和优先编码器,普通编码器:任何时候只允许输入一个有效编码信号,否则输出就会发生混乱。,优先编码器:允许同时输入两个以上的有效编码信号。当同时输入几个有效编码信号时,优先编码器能按预先设定的优先级别,只对其中优先权最高的一个进行编码。,2. 编码器的工作原理,(1)普通编码器(4线2线编码器),输入4个信号,要求有4个状态,输出取n位,使2n4,且n为最小正整数,n=2,2位二进制(输出)代码。,真值 表,逻辑表达式,逻辑电路图,分
10、析, 当I0I3中某一个为1时,输出Y1Y0即为对应的代码;, 当输入中有2个或2个以上的输入同时为1或全部为0,输出出现错误编码。,(2)优先编码器,定义:能够识别请求信号的优先级别并进行编码的逻辑部件。,优先编码器举例(4线2线),真值表,分析,对于I0,只有当I1、I2、I3均为0,且I0为“1”时,输出才为00;,对于I3,无论其他3个入端输入如何,只要I3输入有效电平“1”,输出即为11。,逻辑表达式,包含了无关项,故比前面的非优先编码器简单。,当I0=1,I1I3均为0和I0I3均为0时Y1Y0都是00,这两种情况无法区分。,问 题,左边十个按键代表输入的十个十进制数符号09,输入
11、低有效,即某一按键按下,对应的输入为0。输出(A,B,C,D)对应的4位8421码。,(3) 键盘输入8421BCD码编码器,逻辑图,真值表,功能分析, 输入低电平有效;, 输入信号中有一个为有效电平时,GS=1,代表有信号输入;只有S0 S9均为高电平时GS = 0,代表无信号输入,此时输出0000为无效代码,可区分两种情况下输出都是0的问题。,缺点:同时按下两个或更多键时,将造成输出混乱。,3. 集成电路编码器,(1)CD4532(8线3线优先编码器)(TTL:74148),逻 辑 图,真值表,真值表和功能表的区别与联系?,功能分析, E I: 高有效; GS: 高有效; EO: 高有效,
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- 课件 第四 组合 逻辑电路
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