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组合逻辑电路

发布时间:2024-05-25 发布时间:
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数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类,组合逻辑电路的特点是输出信号只是该时的输入信号的函数,与别时刻的输入状态无关,它是无记忆功能的。这一章我们来学习组合逻辑电路。这一章是本课程的重点内容之一我们在

一:组合逻辑电路的分析

我们对组合逻辑电路的分析分以下几个步骤:

(1):有给定的逻辑电路图,写出输出端的逻辑表达式;

(2):列出真值表;

(3):通过真值表概括出逻辑功能,看原电路是不是最理想,若不是,则对其进行改进;

例1:已知右面的逻辑电路图,试分析其功能。

第一步:写逻辑表达式。我们由前级到后级写出各门逻辑表达式。p=a+p=b+p=as+w=ab+b

第二步:列真值表(如右图所示)。
第三步:逻辑功能描述并改进设计。

从真值表中可以看出这是一个二变量“同或”电路。原电路设计不合理,它只需一个"同或"门即可.

一:组合逻辑电路的分析 我们对组合逻辑电路的分析分以下几个步骤:(1):有给定的逻辑电路图,写出输出端的逻辑表达式;(2):列出真值表;(3):通过真值表概括出逻辑功能,看原电路是不是最理想,若不是,则对其进行改进;

例1:已知右面的逻辑电路图,试分析其功能。第一步:写逻辑表达式。我们由前级到后级写出各门逻辑表达式。p=a+b s=a+p=ab w=b+p=abf=s+w=ab+a b第二步:列真值表(如右图所示)。 第三步:逻辑功能描述并改进设计。

从真值表中可以看出这是一个二变量“同或”电路。原电路设计不合理,它只需一个"同或"门即可.

半加器和全加器 在数字系统中算术运算都是利用加法进行的,因此加法器是数字系统中最基本的运算单元。由于二进制运算可以用逻辑运算来表示,因此我们可以用逻辑设计的方法来设计运算电路。加法在数字系统中分为全加和半加(第一章我们已经介绍了)所以加法器也分为全加器和半加器。

(1)半加器设计半加器不考虑低位向本位的进位,因此它有两个输入端和两个输出端。设加数(输入端)为a、b ;和为s ;向高位的进位为ci+1。它的真值表为:如右图所示

函数的逻辑表达式为: s=b ; ci+1=ab 逻辑电路图(用异或门和与门构成)为:如右图(2)所示(2)全加器的设计(它的逻辑符号为图(3)所示)由于全加器考虑低位向高位的进位,所以它有三个输入端和两个输出端。

设输入变量为(加数)a、b、 ci-1,输出变量为 s、 ci+1它的真值表为:如图(4)所示函数的逻辑表达式为:s=abbci-1+abci-1=abci-1ci+1=aabci-1+abb)ci-1+ab

逻辑电路图(用异或和与门构成)为:如图(5)所示

(3)全加器的应用因为加法器是数字系统中最基本的逻辑器件,所以它的应用很广。它可用于二进制的减法运算、乘法运算,bcd码的加、减法,码组变换,数码比较等。例 1:用全加器构成二进制减法器。以四位二进制为例。(减法可转换为加补运算)设两组四位二进制分别为x3x2x1x0和y3y2y1y0,把y3y2y1y0先进行求补然后再进行加法运算。因为求补是逐位求反后再加“1”所以它的逻辑电路图为如图(6)所示:

例 2:采用四位全加器完成8421bcd码转换为余3代码。 由于8421bcd码加0011即为余3代码,因此转换电路就是加法电路。设8421bcd码四位又高位到低位为m3、m2、m1、m0,余3代码的四位由高到低为c3、c2、c1、c0 。它的逻辑电路图为如图(7)所示:

二:编码器和译码器指定二进制代码代表特定的信号的过程就叫编码。把某一组二进制代码的特定含义译出的过程叫译码。 (1)编码器 因为n位二进制数码有2n种状态,所以它可代表2n组信息。我们在编码过程中一般是采用编码矩阵和编码表,编码矩阵就是在卡诺图上指定每一方格代表某一自然数,把这些自然数填入相应的方格。

例 1:把0、1、2、...、9编为5421bcd码.先来确定编码表如图(1)所示和编码矩阵如图(2)所示: 由编码表确定各输出端的逻辑表达式是:a=5+6+7+8+9b=4+9c=2+3+7+8d=1+3+6+8根据这些表达式可用或门组成逻辑电路如图(3)所示:

(2):译码器 编码的逆过程就是译码。 译码就是把代码译为一定的输出信号,以表示它的原意。实现译码的电路就是译码器。译码器可分为二进制译码器、十进制译码器、集成译码器和数字显示译码驱动电路。其中二进制译码器是一种最简单的变量译码器,它的输出端全是最小项。

例 2:设计一译码电路把8421bcd码的0、1、2、...、9译出来.四位二进制有十六种状态,而实际只需要十种,因此其余项作无关项考虑.其编码矩阵为如图(4)所示.我们通过编码矩阵可得如下译码关系:如图(5)所示.所以它的逻辑电路图为(用与门和与非门实现)如图(6)所示:

集成译码器的工作原理与其它译码器一样,但它有它的特点.它的特点为:输入采用缓冲级;(减轻信号负载)输出为反码;低电平有效(减轻输出功率)增加了使能端.(便于扩展功能)目前常用的典型的集成译码器是三------八译码器。

它的逻辑符号为.如图(7)所示: 注:其中e0e1e2为使能端,只有当e1、e2为0时e0为1时此译码器才工作

三:数据选择器和多路分配器

(1)数据选择器 它就是从多个输入端中选择一路输出,它相当于一个多路开关它的逻辑符号如图(1)所示:其中d0d1、、、dn是数据输入端;a0a1、、、an为地址变量(有n个地址变量就有2n个输入端).常用的有二选一,四选一,八选一和十六选一,若需更多则由上述扩展。

例 3:如图(2)所示的四选一数据选择器,试写出它的输出逻辑表达式和功能表它的逻辑输出表达式为 f=(a0a1d1+a0a1d2+a0a1d3)e它的功能表为:如下表所示从表上我们可以看出当使能端e为“1”时输出为“0”即禁止,只有当使能端为“0”时选择器才有效。

地址 使能端 输入 输出
a0 a1 e d f
1 0
0 0 0 d0---d3 d0
0 1 0 d0---d3 d1
1 0 0 d0---d3 d2
1 1 0 d0---d3 d3

例 4:把四选一扩展为八选一。八选一要有八个输入变量,因此需要三个地址变量(我们把其中一个a0作为使能段);四选一只能有四个输入变量,所以我们需要两个四选一和一个非门.非门的作用是改变使能端的电平,减少使能端.先列出它的功能表如下表所示:逻辑电路图如图(3)所示:

a0 a1 a2 d f
0 0 0 d0----d7 d0
0 0 1 d0----d7 d1
0 1 0 d0----d7 d2
0 1 1 d0----d7 d3
1 0 0 d0----d7 d4
1 0 1 d0----d7 d5
1 1 0 d0----d7 d6
1 1 1 d0----d7 d7

(2)多路分配器 它的功能是把输入数据分配给不同的通道上,相当于一个单刀多掷开关。

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