電路電子技術(shù)-常用組合邏輯電路介紹演示文檔
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.,8.2 常用組合邏輯電路介紹,常用組合邏輯電路:編碼器、譯碼器、加法器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)值比較器、數(shù)據(jù)分配器、函數(shù)發(fā)生器等電路是常用的組合邏輯電路,它們經(jīng)常、大量地出現(xiàn)在各種數(shù)字系統(tǒng)中。為了使用方便,已經(jīng)將這些邏輯電路制成了中、小規(guī)模集成電路產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)大規(guī)模集成電路時(shí),也經(jīng)常調(diào)用這些模塊,作為所設(shè)計(jì)電路的組成部分。下面就分別介紹這些電路的工作原理及使用方法。 8.2.1 編碼器 1. 什么是編碼 一般地說,用文字、符號或者數(shù)字表示特定事物的過程都可以叫做編碼。例如,人一出生就要起名字,入學(xué)后被編上學(xué)號,運(yùn)動員身上帶的號碼布等等,都屬于編碼。而數(shù)字電路中的編碼,是指用二進(jìn)制代碼表示不同的事物。能夠?qū)崿F(xiàn)編碼功能的電路稱做編碼器。,.,生活中常用十進(jìn)制數(shù)及文字、符號等表示事物。,數(shù)字電路只能處理二進(jìn)制信號,編碼原則:n位二進(jìn)制代碼可以組成2n種不同的狀態(tài),也就可以表示2n個不同的信息。若要對N個輸入信息進(jìn)行編碼,則滿足 N ≤ 2n (8-2) n為二進(jìn)制代碼的位數(shù),也即輸入變量的個數(shù)。當(dāng)N = 2n時(shí),是利用了n個輸入變量的全部組合進(jìn)行的編碼,稱為全編碼,實(shí)現(xiàn)全編碼的電路叫做全編碼器(或稱二進(jìn)制編碼器);當(dāng)N <2n時(shí),是利用了n個輸入變量的部分狀態(tài)進(jìn)行的編碼,稱為部分編碼。,.,2. 二進(jìn)制編碼器 二進(jìn)制編碼器也叫全編碼器,其框圖如圖所示。 框圖中,輸入信號I1、I2…I2n為2n個有待于編碼的信息,輸出信號Yn、Yn-1…Y1為n位二進(jìn)制代碼,其中Yn為代碼的最高位,Y1為最低位。例如,當(dāng)n = 3時(shí),稱為3位二進(jìn)制編碼器;當(dāng)n = 4時(shí),稱為4位二進(jìn)制編碼器。,圖8-9,編碼器種類,優(yōu)先編碼器,二-十進(jìn)制編碼器,.,用n位二進(jìn)制代碼對N=2n個一般信號進(jìn)行編碼的電路,叫做二進(jìn)制編碼器。例如n=3,可以對8個一般信號進(jìn)行編碼。,在編碼過程中,一次只能有一個輸入信號被編碼,被編碼的信號必須是有效電平,有效電平可能是高電平,也有可能是低電平,這與電路設(shè)計(jì)有關(guān),不同編碼器有效電平可能不同。例如,某個編碼器的輸入有效電平是高電平,表明只有當(dāng)輸入信號為高電平時(shí)才能被編碼,而輸入為低電平時(shí)不能被編碼。對于輸出的二進(jìn)制代碼來說,可能是原碼,也有可能是反碼,這也取決于電路設(shè)計(jì)中所選取的門電路的種類。 二進(jìn)制編碼器又分為普通編碼器和優(yōu)先編碼器,.,左圖的輸入是I0~I78個低電平信號(I上面帶有反號),輸出是三位二進(jìn)制原碼代碼Y2、Y1、Y0。 為此,又把它叫做8線—3線編碼器。輸出與輸入 的對應(yīng)關(guān)系如下表所示。,二進(jìn)制編碼器的結(jié)構(gòu)框圖,(1)普通編碼器,輸入信號之間互相排斥,即不允許有兩個或兩個以上輸入信號同時(shí)為有效電平,因此,這種普通編碼器又稱作互斥編碼器。,.,根據(jù)真值表可以寫出輸出變量Y2、Y1、Y0的表達(dá)式為:,,,,.,由表達(dá)式畫出邏輯電路圖如圖8-10(a)所示,圖(b)是該3/8線互斥編碼器的邏輯符號。,圖8-10,.,特點(diǎn):允許同時(shí)輸入兩個以上的編碼信號,但只對其中優(yōu)先權(quán)最高的一個進(jìn)行編碼。,優(yōu)先編碼器常用于優(yōu)先中斷系統(tǒng)和鍵盤編碼。與普通編碼器不同,優(yōu)先編碼器允許多個輸入信號同時(shí)有效,但它只按其中優(yōu)先級別最高的有效輸入信號編碼,對級別較低的輸入信號不予理睬。,(2)優(yōu)先編碼器8線—3線,常用的MSI優(yōu)先編碼器有10線—4線(如74LS147)、 8線—3線(如74LS148)。,.,特點(diǎn):允許同時(shí)輸入兩個以上的編碼信號,但只對其中優(yōu)先權(quán)最高的一個進(jìn)行編碼。,,,為增加功能在輸入與輸出端增加擴(kuò)展端,出現(xiàn)74LS148,例:8線-3線優(yōu)先編碼器 (設(shè)I7優(yōu)先權(quán)最高…I0優(yōu)先權(quán)最低),輸入高電平有效,原碼輸出。,.,同理可得Y1、Y0的表達(dá)式如下:,,,,,若用與或非門實(shí)現(xiàn)且反碼輸出,即輸出為 、 、 ,則上面的式子可寫成:,,,,,.,如果輸入為低電平有效,即 反變量輸入,則根據(jù) 、 、 的表 達(dá)式可畫出8/3線優(yōu)先編碼器的邏輯圖, 如圖8-11所示。特別地,當(dāng)輸入低電平 有效時(shí),常將反相器的“o”畫在輸入端, 如圖中G1~G7。另外注意,圖中為隱 含碼,即當(dāng)輸入信號 均無輸入時(shí) (即 均為1),此時(shí), 、 、 均為1,此即的編碼。,圖8-11,,,,,,.,(3)集成8/3線優(yōu)先編碼器,,圖(a)是集成TTL 8/3線優(yōu)先編碼器74LS148的引腳排列圖,圖(b)是其邏輯符號,,為增加芯片的功能,列真值表如下。74LS148除了具備表所示的8/3線優(yōu)先編碼器的功能外,還增加了一些功能端 、 和 。,.,74LS148二進(jìn)制優(yōu)先編碼器的功能表如表所示,.,1,禁止?fàn)顟B(tài),工作狀態(tài),,74LS148的邏輯功能描述:,輸入低電平有效,輸出是反碼。,.,,附加輸出信號的狀態(tài)及含義,輸入信號,低電平有效,優(yōu)先級最高,優(yōu)先級最低,反碼輸出,輸入使能端,輸出使能端,用于電路擴(kuò)展,端之外各輸入端、輸出端都是低電平有效。,.,例8-7 試用兩片8/3線優(yōu)先編碼器74LS148級聯(lián),構(gòu)成16/4線編碼器。 解 連線圖如圖8-13所示。,圖8-13,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,YEX,,優(yōu)先編碼器的擴(kuò)展:把8-3優(yōu)先編碼器擴(kuò)展成16-4編碼器,8-3優(yōu)先編碼器擴(kuò)展成16-4,.,用74LS148接成的16線—4線優(yōu)先編碼器,當(dāng)編碼器(1)有輸入時(shí),輸出使能無效,編碼器(2)不工作。編碼器(1)沒有輸入時(shí),輸出使能有效,編碼器(2)工作。,是編碼輸入信號,低電平有效, 優(yōu)先級別最高, 優(yōu)先級別最低; 組成4位二進(jìn)制反碼作輸出信號。,.,是編碼輸入信號,低電平有效, 優(yōu)先級別最高, 優(yōu)先級別最低; 組成4位二進(jìn)制反碼作輸出信號。當(dāng)高位片無輸入而低位片有輸入時(shí)(即 全為1, 中至少有一個為0時(shí)),高位片的 = 0,低位片工作, = 1,輸出為 的編碼1000~1111(反碼)。當(dāng)高位片有輸入時(shí),(即 中至少有一個為低電平時(shí)),高位片的 = 1,低位片停止工作, = 0,輸出為 的編碼0000~0111(反碼)。,.,,鍵盤輸入8421BCD碼編碼器功能表,十進(jìn)制數(shù)0~9的輸入鍵,低電平有效,GS為高電平時(shí),表明有信號輸入,編碼器工作,4位8421BCD碼,反碼輸出,3. 十進(jìn)制編碼器,將10個輸入信號 ~ 分別編成對應(yīng)的8421BCD碼的電路稱為十進(jìn)制編碼器,也稱為二 - 十進(jìn)制編碼器或8421BCD碼編碼器。,.,計(jì)算機(jī)的鍵盤輸入邏輯電路就是由編碼器組成。如圖所示是用十個按鍵和門電路組成的8421BCD碼編碼器,其中 代表10個按鍵,即對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)0~9的輸入鍵,低電平有效;A、B、C、D為輸出代碼,組成4位421BCD碼,且為原碼,A為代碼的最高位,D為最低位。GS為控制使能標(biāo)志,高電平有效,GS為高電平時(shí),表明有信號輸入,編碼器工作,否則,GS為低電平時(shí),無信號輸入,編碼器不工作。,圖8-14,.,集成十進(jìn)制編碼器中,常見的是10線-4線優(yōu)先編碼器74LS147,圖(a)所示為74LS147的引腳排列圖,圖(b)是它的邏輯符號。74LS147的輸入端為 ,低電平有效,優(yōu)先權(quán)從 到 依次降低;輸出為 、 、 、 ,組成4位421BCD碼, 為最高位, 為最低位,且輸出為反碼。,.,例8-8 某醫(yī)院有一、二、三、四號病室,每室設(shè)有呼叫按鈕,同時(shí)在護(hù)士值班室內(nèi)對應(yīng)地裝有一、二、三、四號指示燈?,F(xiàn)在的情況是,四個病室的按鈕可以同時(shí)按下,但值班室一次只有一盞燈亮,一號病室的優(yōu)先權(quán)最高,四號病室的優(yōu)先權(quán)最低。試用優(yōu)先編碼器74LS148和門電路設(shè)計(jì)滿足上述要求的控制電路。 解 選取輸入變量B1、B2、B3、B4分別表示一、二、三、四號病室的按鈕,按下時(shí)變量為0,否則為1。用輸出變量L1、L2、L3、L4分別表示一、二、三、四號指示燈,變量為0表示燈亮,否則表示燈滅。因?yàn)橹灰刂?盞燈,故用二位輸出即可。選用74LS148的低4位輸入端 和低二位輸出端 、 即可。控制電路的功能可用表8-10來描述。,,,.,由功能表可得L1~L4的表達(dá)式為:,由表達(dá)式畫出邏輯圖如圖8-16所示。,.,譯碼 : 將具有特定含義的二進(jìn)制代碼變換(翻譯)成一定的輸出信號,以表示二進(jìn)制代碼的原意,這一過程稱為譯碼.譯碼是編碼的逆過程,即將某個二進(jìn)制代碼翻譯成電路的某種狀態(tài)。,實(shí)現(xiàn)譯碼功能的組合電路稱為譯碼器.,8.2.2 譯碼器,,1 什么是譯碼,2. 二進(jìn)制譯碼器 圖8-17是二進(jìn)制譯碼器的框圖。圖中A1~An是n個輸入信號,組成n位二進(jìn)制代碼,An是代碼的最高位,A1是代碼的最低位,代碼可能是原碼,也可能是反碼,若為反碼,則“A”字母上面要帶反號;Y1~Y2n是輸出信號,可能是高電平有效,也可能是低電平有效,若為低電平有效,則“Y ”字母上要帶反號。,圖8-17,.,邏輯表達(dá)式:,常用譯碼器類型:,3 線— 8線譯碼器 型號: 74LS138,4 線— 16線譯碼器 型號: 74LS154,譯碼器的輸入:,一組二進(jìn)制代碼,譯碼器的輸出:,一組高低電平信號,.,圖8-18是集成3/8線譯碼器74LS138的邏輯圖和引腳排列圖,其中S1、 、 是使能端,只有當(dāng)S1= 1且 = = 0時(shí),譯碼器才工作,否則,譯碼器處于非工作狀態(tài)。,,、,,圖8-18,.,表8-11示出了74LS138的真值表。由74LS138的真值表可以看出,其輸入信號為原碼,A2是最高位;輸出為低電平有效,譯碼過程中,根據(jù)A2A1A0的取值組合, 中的某一個輸出為低電平,且 (i =0,1,2,…7),mi為最小項(xiàng)。這一特點(diǎn)是全譯碼器所共有的。據(jù)此,我們可以用集成譯碼器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)。,,.,例8-9 用集成譯碼器并輔以適當(dāng)門電路實(shí)現(xiàn)下列組合邏輯函數(shù),,解 要實(shí)現(xiàn)的是一個3變量的邏輯函數(shù),因此應(yīng)選用3/8線譯碼器,用74LS138。 (1)將所給表達(dá)式化成最小項(xiàng)之和形式。,,,(2)確定譯碼器輸入邏輯變量。 令 A2A1A0 = ABC (3)寫出譯碼器輸出邏輯表達(dá)式。,,(4)把邏輯函數(shù)Y與譯碼器輸出邏輯表達(dá)式相比較得:,,,.,(5)由表達(dá)式可知,需外接與非門實(shí)現(xiàn),畫出邏輯圖如圖8-19所示。,圖8-19,.,例8-10 設(shè)X、Z均為3位二進(jìn)制數(shù),X為輸入,Z為輸出,要求二者之間有下述關(guān)系:當(dāng)3≤X≤6時(shí),Z = X+1;X<3時(shí),Z = 0;X>6時(shí),Z = 3。 試用一片3/8線譯碼器構(gòu)成實(shí)現(xiàn)上述要求的邏輯電路。 解 (1)按題意列出真值表,如表8-12所示。 (2)由真值表寫出輸出Z的表達(dá)式。,,,,,,,,,.,(3)確定譯碼器輸入邏輯變量。 令 A2A1A0 = X2X1X0 (4)寫出譯碼器輸出邏輯表達(dá)式(略)。 (5)把Z2、Z1、Z0與譯碼器輸出邏輯表達(dá)式相比較得:,,.,(6)畫出邏輯圖如圖8-20所示。,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3)3-8譯碼器的擴(kuò)展:把一個3-8譯碼器擴(kuò)展成4-16譯碼器,8-3優(yōu)先編碼器擴(kuò)展成16-4,S1=0,S1=1,.,用兩片74LS138譯碼器構(gòu)成4線—16線譯碼器,A3 =0時(shí),片Ⅰ工作,片Ⅱ禁止,A3 =1時(shí),片Ⅰ禁止,片Ⅱ工作,.,例:試用 74LS138和與非門構(gòu)成一位全加器。,解:全加器的最小項(xiàng)表達(dá)式應(yīng)為,試用74LS138實(shí)現(xiàn)全加器的功能,電路圖如下所示,.,全減器的功能,全加器的電路如圖所示,.,3、二—十進(jìn)制譯碼器,把二-十進(jìn)制代碼翻譯成10個十進(jìn)制數(shù)字信號的電路,稱為二-十進(jìn)制譯碼器。,.,二—十進(jìn)制譯碼器,對 取反函數(shù): 取0的輸入組合,b) 寫出邏輯式,再取反,同理:,.,4、數(shù)字顯示譯碼器(7段顯示譯碼器),數(shù)字顯示譯碼器,7段顯示器,7段數(shù)碼管,液晶數(shù)碼管,共陽極,在數(shù)字系統(tǒng)中,廣泛使用七段字符顯示器,或稱七段數(shù)碼管顯示器。常用的七段顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管顯示器(LED)和液晶顯示器(LCD),這里僅介紹半導(dǎo)體七段顯示器。,.,優(yōu)點(diǎn):工作電壓低?體積小?壽命長?可靠性高。,缺點(diǎn):工作電流比較大,每一段的工作電流在10mA左右。,LED數(shù)碼管根據(jù)二極管的連接不同分為共陰?共陽兩種。如下圖所示:,發(fā)光二極管(LED)由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、 磷砷化鎵等制成,可以單獨(dú)使用,可做成分段式顯示器(LED數(shù)碼管)由7條線段圍成各種字型,每一段包含一個發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通,發(fā)出清晰的光,有紅、黃、綠等色。,.,(1)顯示器,圖(a)是七段顯示器的示意圖,它由a ~g七個光段組成,每個光段都是一個發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,簡稱LED)。根據(jù)需要,可讓其中的某些段發(fā)光,即可顯示出數(shù)字0~15,如圖所示。,.,(2)集成4線-7段譯碼器,為燈測試輸入端,低電平有效。當(dāng) = 0時(shí),無論A3~A0為何種輸入組合, 的狀態(tài)均為0, 七段數(shù)碼管全部發(fā)光,用以檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光。,4線-7段集成譯碼器74LS247的輸入是8421BCD碼A3A2A1A0,并且是原碼;輸出是 、 、 、 、 、 、 ,低電平有效,它要與共陽極接法的顯示器配合使用。表和圖分別是74LS247的功能表(真值表)和引腳排列圖。,下面對其中的幾個功能端作一下介紹:,.,.,.,圖 用7448驅(qū)動BS201A(共陰)的連接方法,1KΩ×7,- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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