第 3章 组合逻辑电路
数字电子技术
第 3章 组合逻辑电路
范立南 代红艳 恩莉 刘明丹
中国水利水电出版社
第 3章 组合逻辑电路
第 3章 组合逻辑电路
3.1 组合逻辑电路的分析方法
3.2 组合逻辑电路的设计方法
3.3 若干常用的组合逻辑电路
3.4 组合逻辑电路中的竞争 -
冒险现象
第 3章 组合逻辑电路
3.1 组合逻辑电路的分析方法
数字电路分类,组合逻辑电路和时序逻辑电路。
组合电路逻辑功能特点,任意时刻的输出仅取决于该时刻的
输入,而与信号作用前电路原来的状态无关;
时序电路逻辑功能特点,任意时刻的输出不仅取决于该时刻
的输入,而与信号作用前电路原来的状态有关。
图 3-1 输入、输出组合逻辑电路的框图
第 3章 组合逻辑电路
图 3-1中输出变量与输入变量之间可表示为:
组合电路的分析步骤,
1,由已知的逻辑图,写出相应的逻辑函数式;
2.对函数式进行化简;
3.根据化简后的函数式列真值表,找出其逻辑功能。
? ?
? ?
? ??
?
?
?
?
?
?
?
?
?
xxxfy
xxxfy
xxxfy
mnn
m
m
?
?
?
?
,,
,,
,,
21
2122
2111
第 3章 组合逻辑电路
[例 3-1]试分析图 3-3所示电路的逻辑功能,并指出该电路
的用途。
图 3-2 例 3-1的逻辑图
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解,1.由逻辑图,写函数式:
2.化简得:
3.列真值表:
A B CCABCBABCAY ????
CABCABY ???
第 3章 组合逻辑电路
3.2 组合逻辑电路的设计方法
组合电路的设计分为, SSI设计和 MSI设计,SSI设计的基本
单元电路为门电路,MSI设计的基本单元电路为中规模集成
电路。
组合电路的设计步骤,
1,进行逻辑抽象;
2,写出逻辑函数式;
3,选定设计所用器件的类型;
4.化简或变换;
5.画逻辑图。
第 3章 组合逻辑电路
[例 3-2]设计一个三变量的多数表决电路。当输入变量中有两
个或两个以上同意时,提议被通过;否则,提议不被通过。
解,1.进行逻辑抽象:
第 3章 组合逻辑电路
2.写出逻辑函数式:
3.选定器件类型为小规模集成电路的设计。
4.化简得:
5.画逻辑图:
A B CCABCBABCAY ????
CABCABY ???
第 3章 组合逻辑电路
3.3 若干常用的组合逻辑电路
3.3.1 编码器
编码器 是能够实现编码功能的电路。
1 二进制编码器
1)二进制普通编码器
图 3-3 3位二进制普通编码器的逻辑图
第 3章 组合逻辑电路
逻辑功能:将 编成 000代码,将 编成 001代码,… 依次
类推,将 编成 111代码 。
表 3-3 3位二进制普通编码器的真值表
I0 I1
I7
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2)二进制优先编码器
图 3-4 3位二进制优先编码器的逻辑图
第 3章 组合逻辑电路
表 3-4 3位二进制优先编码器 74LS148的真值表
第 3章 组合逻辑电路
[例 3-3]试用两片 74LS148实现一个 16线 -4线优先编码器,将
~ 16个低电平信号编成 1111~0000代码。要求 优先
级最高。
解:
A15 A0
A15
A15
第 3章 组合逻辑电路
3.3.2 译码器
译码器是能够实现译码功能的电路。
1.二进制译码器
1)译码器 74LS138
图 3-5 中规模集成 3位二进制译码器
第 3章 组合逻辑电路
当 时,控制端有效,输出函数表达
式为:
01 321 ??? SSS,
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
AAAY
AAAY
AAAY
AAAY
AAAY
AAAY
AAAY
AAAY
02
7
0
12
6
0
1
2
5
01
2
4
01
23
0
1
22
0
121
0120
1
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表 3-5 中规模集成 3线 -8线译码器 74LS138的真值表
第 3章 组合逻辑电路
[例 3-4]试用两片 74LS138实现一个 4线 -16线译码器,要求将
4位二进制代码 0000~1111分别译成 16个低电平信号。
解:
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2)用 74LS138实现多输出逻辑函数的步骤:
a) 将待求函数式化成最小项和的形式,并转换成与非 -与非
式;
b) 画逻辑图。
[例 3-5]试用 74LS138实现多输出逻辑函数:
?
?
?
?
?
???
??
???
CBABCBAZ
CACBAZ
CBACABCBZ
3
2
1
第 3章 组合逻辑电路
解,a)将待求函数式化成最小项和的形式:
转换成与非 -与非式得:
?
?
?
?
?
???????????
????????
???????????
mmmmCBACABABCCBACBAABCBAZ
mmmCBABCACBACACBAZ
mmmmCBACABCBACBACBACABCBZ
7650
431
6521
3
2
1
?
?
?
??
?
?
????????
??????
????????
mmmmmmmmZ
mmmmmmZ
mmmmmmmmZ
76507650
431431
65216521
3
2
1
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b)画逻辑图:
令 CABAAA ??? 012,,
第 3章 组合逻辑电路
2.显示译码器
显示译码器,用于驱动显示器的译码器。
七段半导体数码管,是由七段独立的发光二极管组成,通过
这七段独立的发光二极管的不同点亮组合,来显示0~9十
个不同的数字。
(a) 外形图 (b)共阴极 (c) 共阳极
图 3-6 半导体数码管
第 3章 组合逻辑电路
表 3-6 七段显示译码器的真值表
第 3章 组合逻辑电路
写函数式:
化简得:
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
?
???
????
??????
????
?
??
???
AAAAAAAAAAAAY
AAAAAAAAAAAAAAAAY
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAY
AAAAAAAAAAAAAAAAY
AAAAY
AAAAAAAAY
AAAAAAAAAAAAY
01230120123
3
g
0123012301230123f
012301230123012301230123e
0123012301230123d
0123c
01230123b
012301230123a
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
??
???
??
???
??
???
???
AAAAAAY
AAAAAAAY
AAAY
AAAAAAAAAY
AAAAAY
AAAAAAAAY
AAAAAAAAY
012123g
0112023f
120e
012012012d
01223c
01201213b
13020123a
第 3章 组合逻辑电路
图 3-7 七段显示译码器 7448的逻辑图
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用七段显示译码器 7448直接驱动共阴极的七段半导体数码
管的驱动电路:
图 3-8 七段显示译码驱动电路
第 3章 组合逻辑电路
,称为灯测试输入端,低电平有效。当 =0时,数码
管显示数字 8,表明该数码管正常工作;否则,数码管不能正
常显示。数码管正常显示时,应令端接高电平。
:称为灭零输入端,低电平有效,用于将无效的零灭掉。
:称为消隐输入 /灭零输出端,均为低电平有效。
LT LT
RBI
RBOBI
第 3章 组合逻辑电路
[例 3-6]设计一个有灭零控制的 10位数码显示系统,要求保留
小数点后一位有效数字。
解:
第 3章 组合逻辑电路
3.3.3 数据选择器
数据选择器:是能够按照给定的地址将某个数据从一组数据
中选出来的电路。
1,双四选一数据选择器 74LS153
图 3-9 双四选一数据选择器 74LS153的逻辑图
第 3章 组合逻辑电路
当 =0,即控制端有效时实现数据选择功能,输出逻辑函
数式:
S1
DAADAADAADAAY 3012011010011 ????
表 3-7 双四选一数据选择器 74LS153的真值表
第 3章 组合逻辑电路
[例 3-7]试用 1个双四选一数据选择器 74LS153接成 1个八选一
数据选择器。
解:
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2.八选一数据选择器 74LS152
图 3-9八选一数据选择器 74LS152的逻辑图
第 3章 组合逻辑电路
其函数式:
DAAADAAADAAA
DAAADAAADAAADAAADAAAY
70126015012 2
40123012201210120012
???
?????
表 3-8 八选一数据选择器 74LS152的真值表
第 3章 组合逻辑电路
3.用数据选择器实现逻辑函数的步骤:
1)变换。
2)画逻辑图。
[例 3-8]用四选一数据选择器实现函数 。
解,1)变换:
四选一数据选择器的输出函数式:
令,并代入待求函数式得:
CABCABZ ???
DAADAADAADAAY 3012011010011 ????
BAAA ?? 01,
10
)(10
01011 001
01011 001
01011 01 001
1001
??????
??????
?????
??????
AACAACAAAA
CAACAACAAAA
CAACAACAACAAAA
ACCAAACABCABZ
第 3章 组合逻辑电路

所以可得:
2)画逻辑图:
Y1Z ?
1
0
3
2
1
0
?
?
?
?
D
CD
CD
D
第 3章 组合逻辑电路
3.3.4加法器
半加,不考虑进位直接把两个二进制数相加。
全加,考虑低位来的进位,把两个一位二进制数及低位送来
的进位一起相加。
1.一位半加器
表 3-9 一位半加器的真值表
第 3章 组合逻辑电路
由表 3-14,可得出相应的函数式为
画逻辑图:
?
?
?
?
????
? BAC
BABABAS
ii1i
iiiiiii
图 3-10 一位半加器的逻辑图
第 3章 组合逻辑电路
一位半加器的逻辑符号:
图 3-11 一位半加器的逻辑符号
2.一位全加器
表 3-10 一位全加器的真值表
第 3章 组合逻辑电路
化简后的函数式为:
画逻辑图:
??
???
???
????
? CBBACAC
CBACBACBACBAS
iiiiii1i
iiiiiiiiiiiii
图 3-34 一位双全加器 74LS183的 1/2逻辑图
第 3章 组合逻辑电路
一位全加器的逻辑符号:
图 3-12 一位全加器的逻辑符号
3.串行进位加法器
图 3-13 四位串行进位加法器的逻辑图
第 3章 组合逻辑电路
3.3.5 数值比较器
数值比较器,能够实现两个二进制数的大小比较功能的电路。
1.一位数值比较器
表 3-11 一位数值比较器的真值表
写函数式:
?
?
?
?
?
?
????
?
?
?
?
BA
BAABBA
BA
Y
Y
Y
)(
)(
)(
BA
BA
BA
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画逻辑图得:
图 3-14 一位数值比较器的逻辑图
第 3章 组合逻辑电路
2,4位数值比较器
图 3-15 4位数值比较器 CC14585的逻辑图
第 3章 组合逻辑电路
输出函数式为:
以两片 CC14585实现一个 8位数值比较器的逻辑图:
? ?
? ?
? ? ? ?
? ? ? ? ? ? ? ?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
???
?????????
???????????????
?????????
????
??
?
?
IYYY
IBABABABAY
IBABABABABABABABA
BABABABABABAY
BABABABA
BA00112233BA
BA0011223300112233
112233223333BA
图 3-16 8位数值比较器
第 3章 组合逻辑电路
3.4 组合逻辑电路中的竞争 -冒险现象
3.4.1 竞争 -冒险现象的产生
竞争:是指门电路的两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳
变的现象。
冒险,是指由于竞争的存在,在门电路的输出端可能出现尖峰
脉冲的现象。
图 3-17 与门电路的竞争 -冒险现象
第 3章 组合逻辑电路
图 3-18或门电路的竞争 -冒险现象
第 3章 组合逻辑电路
3.4.2 竞争 -冒险现象的判断
只有一个变量状态发生变化情况,电路是否存在竞争 -冒险的
判断方法,看该电路的逻辑函数式在一定条件下,是否能够
转换成或 的情况,若能,则该电路存在竞争 -冒险;否则,
该电路不存在竞争 -冒险。
[例 3-12]试判断图 3-19所示电路是否存在竞争 -冒险,已知任
何瞬间只有一个变量状态发生变化。
图 3-19 例 3-12的电路
第 3章 组合逻辑电路
解:图 3-19的逻辑函数式为:
当 时,上式可以转换成
故该电路存在竞争 -冒险。
3.4.3 竞争 -冒险现象的消除方法
由于竞争 -冒险,在电路中产生的尖峰脉冲是电路中的噪声,
需要设法消除,常用的消除方法有:引入封锁脉冲;引入选
通脉冲;修改逻辑设计;接入滤波电容。
CAABY ??
1?? CB AAY ??