1、5.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路5.2 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计5.3 常用的组合逻辑电路器件常用的组合逻辑电路器件 门电路是构成组合逻辑电路的基本单元，学门电路是构成组合逻辑电路的基本单元，学习中注意理解各种基本逻辑门的工作原理和逻习中注意理解各种基本逻辑门的工作原理和逻辑功能；熟悉组合逻辑电路的几种描述方法；辑功能；熟悉组合逻辑电路的几种描述方法；掌握组合逻辑电路的分析步骤和方法；了解各掌握组合逻辑电路的分析步骤和方法；了解各类常用的中规模集成逻辑部件的功能、工作原类常用的中规模集成逻辑部件的功能、工作原理及应用。理及应用。5.1 基本逻辑门电路基本逻辑门电路5
2、.1.1 基本逻辑门基本逻辑门数字电路中，门电路是数字电路中，门电路是最最基本的基本的逻辑逻辑单元单元，门电路原输入和输门电路原输入和输出之间的关系属于逻辑关系，因此又把门电路称为逻辑门。显出之间的关系属于逻辑关系，因此又把门电路称为逻辑门。显然，然，逻辑逻辑门是一种开关电路门是一种开关电路。1.1.半导体二极管、晶体管和半导体二极管、晶体管和MOSMOS管的开关特性管的开关特性半导体二极管最显著的特性是单向导电性，当二极管正向偏置半导体二极管最显著的特性是单向导电性，当二极管正向偏置时，相当一个闭合的开关，信号可以通过；当二极管反向偏置时，相当一个闭合的开关，信号可以通过；当二极管反向偏置时
3、，相当一个打开的开关，信号不能通过。时，相当一个打开的开关，信号不能通过。（1 1）二极管的开关特性）二极管的开关特性利用二极管利用二极管“正向导通、反向阻断正向导通、反向阻断”的单向导电性，在数字电路的单向导电性，在数字电路中常用做电子开关使用。电子开关的中常用做电子开关使用。电子开关的通通态用数字态用数字“”表示，表示，断断态用数字态用数字“表示。显然，电子开关的通、断状态在数字表示。显然，电子开关的通、断状态在数字电路中属于二值的逻辑变量。电路中属于二值的逻辑变量。1）正向特性）正向特性当电路的输入电压为低电平，且当电路的输入电压为低电平，且VCC-ui大大于二极管的导通压降于二极管的导
4、通压降UT时，二极管正向导时，二极管正向导通。由于二极管导通时正向电阻很小，因通。由于二极管导通时正向电阻很小，因此正向电流急剧增长，此时的此正向电流急剧增长，此时的VD相当于具相当于具有压降有压降UT的闭合电子开关。的闭合电子开关。二极管开关电路二极管开关电路（2）反向特性当二极管开关电路的输入电压为高电当二极管开关电路的输入电压为高电平，即平，即VCC-uiUT时，二极管反向偏置时，二极管反向偏置呈截止状态。截止状态下二极管呈现呈截止状态。截止状态下二极管呈现很大的电阻，电流基本不能通过约等很大的电阻，电流基本不能通过约等于于0，此时此时二极管相当一个断开的电二极管相当一个断开的电子开关。
5、子开关。二极管开关电路工程实际中，通常在二极管开关电路中串接一只限电阻工程实际中，通常在二极管开关电路中串接一只限电阻R，以，以防止电流突然增大时造成二极管烧坏。防止电流突然增大时造成二极管烧坏。理想二极管的开关特性理想二极管的开关特性ASK理想开关IOFF=0UAK+-IONUAK=0+-理想开关断开时，无论理想开关断开时，无论UAK在多大范围内变化，其等效电在多大范围内变化，其等效电ROFF=，通过理想开关，通过理想开关S的电流的电流IOFF=0。理想开关闭合时，无论流通其中的电流在多大范围内变理想开关闭合时，无论流通其中的电流在多大范围内变化，其等效电阻化，其等效电阻RON=0，电压，电
6、压UAK=0，通过理想开关通过理想开关S的的电流电流为为ION。理想理想二极管二极管接通时，电阻为零，开关断开时，电阻为无穷大。接通时，电阻为零，开关断开时，电阻为无穷大。工程中通常把二极管理想化。工程中通常把二极管理想化。理想开关S显然在客观世界中不存在。常见的机械开关、继电器、接触器等，在一定电压和电流的范围内，静态特性与理想开关十分接近，但动态特性较差，根本满足不了数字电路一秒钟开关几百万次乃至数千万次的需要。而由二极管、三极管构成的电子开关，其静态特性不如机械开关，但它们的动态特性却是机械开关无法比拟的，因此广泛应用于数字电路中。（2 2）晶体管的开关特性）晶体管的开关特性数字电路中，
7、晶体管工作在饱和区时，相当一个闭合的开关；数字电路中，晶体管工作在饱和区时，相当一个闭合的开关；晶体管工作在截止区时，相当一个断开的开关。晶体管和二极晶体管工作在截止区时，相当一个断开的开关。晶体管和二极管一样，开关状态转换时也是需要时间的，但在分析数字电路管一样，开关状态转换时也是需要时间的，但在分析数字电路问题时，若满足一定条件，就可把晶体管作为理想电子开关。问题时，若满足一定条件，就可把晶体管作为理想电子开关。（3）MOS管的开关特性管的开关特性当当MOS管栅源间电压小于其开启电压时，不能形成导电沟道管栅源间电压小于其开启电压时，不能形成导电沟道，处于截止状态，相当一个断开的电子开关；当
8、，处于截止状态，相当一个断开的电子开关；当MOS管栅源管栅源间电压大于其开启电压时，导电沟道形成，数字电路中间电压大于其开启电压时，导电沟道形成，数字电路中MOS管导通时，一般工作在可变电阻区，由于其导通电阻很小，管导通时，一般工作在可变电阻区，由于其导通电阻很小，可看作是一个闭合的电子开关。可看作是一个闭合的电子开关。MOS管导通时相当一个闭合的开关MOS管截止时相当一个断开的开关2.分立元件门电路由开关元件构成的逻辑电路，工作时状态像门一样按照一定条件和规律打开或关闭，被称为。逻辑门开 允许信号通过；逻辑门关信号被阻断。逻辑门是构成组合逻辑电路的基本单元，在数字电路中应用十分广泛。由二极管
9、、电阻构成的逻辑电路，工作时按照一定条件和规律实现与逻辑功能的电路称为与门。分析与门电路的工作原理时，电路中的二极管均视为理想二极管：即二极管正向导通时相当一个0值电阻，二极管截止时相当一个电阻。VD1VD2VCCRVD3FVD1VD2VCCRVD3F与门输入至少有一个为低电平0时；0V3V0V3V3V0V反偏截止！与门电路实现了输入有0，输出为0的与逻辑功能。与门输入全部为高电平3V时：3V3V与门电路实现了输入全1，输出为1的与逻辑功能。与门电路图符号&由二极管和电阻构成的、具有“有1出1，全0出0”或逻辑功能的电路称为。或门电路的输入至少是两个，输出为一个。为方便于或门工作过程的分析，电
10、路中的二极管均按理想二极管处理：导通时电阻为0值，截止时电阻为。FVCC或门输入只要有一个为高电平1时；或门电路可实现输入有1，输出为1的或逻辑功能。或门输入全部为低电平0时：或门电路可实现输入全0，输出为0的或逻辑功能。或门电路图符号 11VD2VCCR3V0V反偏截止！0V0VVD1VTRCVBBVCCRB1RB2由三极管、电阻构成的逻辑电路，工作时按照一定条件和规律实现非逻辑功能的电路。非门中的三极管，工作状态只有导通和截止，当三极管导通时，非门打开信号通过，当三极管截止时，非门关断信号不能通过。非门电路的三极管可以是双极型晶体管，也可以是MOS管。F非门输入为高电平时：非门电路实现了输
11、入为1，输出为0的非逻辑功能。非门输入为低电平0V时：非门电路实现了输入为0，输出为1的非逻辑功能。非门电路图符号VTRCVBBVCCRB1RB2ICS IC=0VCC5.1.2 复合门电路FAB 与门和非门可构成“与门非门FAB图符号“与非”门是“与”门的非，因此：FAB 或门和非门可构成“或门非门FAB图符号“或非”门是“或”门的非，因此：AB 与门或门CD与门非门两个与门和或门、非门可构成“图符号FABCD“与或非”门的逻辑函数表达式为：CDABF+=FAB异或门的图符号异或门的功能用逻辑函数表示为：BABAF+=FAB同或门的图符号同或门的功能用逻辑函数表示为：BABAABBAF+=+
12、=5.1.3 集成集成逻辑逻辑门电路门电路 分立元件构成的门电路，不但元件多体积分立元件构成的门电路，不但元件多体积大，而且连线和焊点也太多，因而造成电路大，而且连线和焊点也太多，因而造成电路的可靠性较差。随着电子技术的飞速发展及集成工艺的规的可靠性较差。随着电子技术的飞速发展及集成工艺的规模化生产，目前分立元件门电路已经被集成门电路所替代。模化生产，目前分立元件门电路已经被集成门电路所替代。采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层布线或遂道布线的
13、方法将元器件组合成完整的电子电路，布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路，这种特殊的工艺称为集成。集成门电路与分立元件的门电这种特殊的工艺称为集成。集成门电路与分立元件的门电路相比，不但体积小、重量轻、功耗小、速度快、可靠性路相比，不但体积小、重量轻、功耗小、速度快、可靠性高、而且成本较低、价格便宜，十分方便于安装和调试。高、而且成本较低、价格便宜，十分方便于安装和调试。按导电类型和开关元件的不同，集成门电路可分为双极按导电类型和开关元件的不同，集成门电路可分为双极型集成逻辑门和单极型集成逻辑门两大类。型集成逻辑门和单极型集成逻辑门两大类。1.TTL集成门电路R4R3R5R2R13k
14、VCC7501003003k5VVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)输入级中的多发射极晶体管可看作由多个晶体管的集电极和基极并联构成，作为TTL与非门的输入端。多个发射极的发射结可看作是多个钳位二极管，其作用是限制输入端可能出现的负极性干扰脉冲。VTl的引入，不但加快了晶体管VT2储存电荷的消散，提高了TTL与非门的工作速度，而且实现“与”逻辑功能。（1 1）TTLTTL与非门与非门（1）TTL与非门R4R3R5R2R13kVCC7501003003k5VVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)中间级又称为倒相极，其作用是从VT2的集电极和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为
15、输出级中三极管VT3和VT5的驱动信号，同时控制VT4和VT5工作在两个截然相反的两种状态，以满足输出级互补工作的要求。三极管VT2还可将前级电流放大以供给VT5足够的基极电流。（1）TTL与非门R4R3R5R2R13kVCC7501003003k5VVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)由晶体管VT3、VT4、VT5和电阻R4、R5组成推拉式的互补输出电路。VT5导通时VT4截止，VT5截止时VT4导通。由于采用了推挽输出(又称图腾输出)，该电路不仅增强了带负载能力，还提高了工作速度。输入端至少有一个为低电平时的工作情况3.6V0.3VR4R3R5R2R13kVCC750100300
16、3k5VVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)0.3V3.6V3.6V低电平对应的PN结导通，VT1的基极电位被固定0.3+0.7=1V显然VT1的集电结反偏，导致VT2、VT5截止。VT2截止时的集电极电位：V2CVCC=5VVT2管集电极 5V的电位足以使VT3、VT4导通并处于深度饱和状态。因R2和IB3都很小，均可忽略不计，所以：2）工作原理输入端全部为高电平时的工作情况3.6V0.3VR4R3R5R2R13kVCC7501003003k5VVT1VT2VT3VT4VT5(uo)(ui)3.6V3.6V3.6V显然VT1处于工作状态，此时集电结做为发射结使用。倒置情况下，VT1
17、可向VT2基极提供较大电流。深度饱和深度饱和VT2管深度饱和后，其发射极电流在电阻R3上产生的压降又为VT5管提供足够的基极电流使VT5管饱和导通，从而使与非门输出F点的电位等于VT5管的饱和输出典型值 （2）集成OC门R1R2VR3(uo)(ui)R4R5RLVS当OC门输入全为高电平时OC门输入只要有一个为低电平时R1R2VR3(uo)(ui)RLVS实现了全1出0的与非功能实现了有0出1的与非功能普通的普通的TTL与非门不允许直接驱动供电电与非门不允许直接驱动供电电压高于压高于+5V的负载，而实际应用中经常会的负载，而实际应用中经常会碰到这种情况；实际应用中有时还需要把碰到这种情况；实际
18、应用中有时还需要把若干个与非门的输出直接连在一起实现多若干个与非门的输出直接连在一起实现多个信号的与逻辑关系，具有图腾结构的个信号的与逻辑关系，具有图腾结构的TTL与非门无法做到。集电极开路的与非与非门无法做到。集电极开路的与非门门OC门的开发解决了上述问题。门的开发解决了上述问题。CDABCDABFFF21RLVSRLVVS（3）三态门三态门简称作TSL门，是在普通TTL与非门的基础上，加上使能控制信号和控制电路构成的。VD2VD1RENABF10011011110111100高阻态三态门使能端无效时，具有与非门功能；若使能端有效，则将无论输入如何，输出均为高阻态。图示总线结构中，只要工作时
19、控制各个三态门的门控端EN轮流为有效态，而且任何时候仅有一个为有效态，各三态门的输出信号在公共传输总线上就会轮流输送而互不干扰。当EN为有效态时，G1工作而G2为高阻态，数据D0经G1反相后送到总线上去；当EN为无效态时，G2工作而G1为高阻态，来自总线的数据经G2反相后由D1送出。2.CMOS集成逻辑门CMOS门的基本单元主要有反相器和传输门。当ui0V为低电平时当uiVDD为高电平时反相器电路实现了输入为0，输出为1的非门逻辑功能。反相器电路实现了输入为1，输出为0的非门逻辑功能。当控制端CP为高电平1时，传输门导通，数据从输入端传输到输出端。当控制端CP为低电平0时，传输门关闭，禁止传输
20、数据。（3）CMOS逻辑门电路的特点CMOS逻辑门的逻辑门的010203040506CMOS逻辑门静态功耗非常小，仅有几个W，因此使用CMOS集成门制作的设备成本低。CMOS门集成度高，由于只有多子导电，所以热稳定性好、抗辐射能力强。输入阻抗极高，通常可达108。CMOS电路的抗干扰能力强，适合于特殊环境下工作。CMOS电路的电源电压允许范围宽。约为318V，十分方便于电路电源电压的选择。CMOS电路的逻辑摆幅大。VOL=0V VOHVDD。扇出能力强，带同类门电路的个数多。低频时CMOS门几乎不考虑扇出能力问题；高频下扇出系数与工作频率有关。CMOS集成电路的电源电压极性不能接反，否则会造成
21、电路永久性失效。CMOS集成门电路的电源电压选择得越高，电压的抗干扰能力就越强，但是，电源电压的选择最大不允许超过极限值18V。为防止通过电源引入干扰信号，应根据具体情况对电源进行去耦和滤波。同一芯片上的CMOS门在输入相同时，为增大负载能力，输出端可以并联使用；输出端不允许与电源或地端直接相连，否则造成输出级的MOS管因过电流而损坏；为保证管子不因大电流而烧损，应在输出端和电容之间串接一个限流电阻。CMOS 集成电路应注意输入电路的过流保护。思考与问题132基本逻辑门有哪些？同或门和异或门的功能是什么？两者有联系吗？你能说出常用复合门电路的种类吗？它们的功能如何？通常集成电路可分为哪两大类？
22、这两大类芯片在使用时注意的事项相同吗？Sikaoyuwenti5试述图腾结构的TTL与非门和OC门的主要区别？4三态门和普通TTL与非门有什么不同？主要应用在什么场合？7CMOS传输门具有哪些用途？6TTL与非门多余的输入端能否悬空处理？CMOS集成逻辑门呢？8普通TTL门的输出端能否并联连接？CMOS集成逻辑门呢？5.2 组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 根据给定的逻辑电路，找出其输出信号和输入信号之根据给定的逻辑电路，找出其输出信号和输入信号之间的逻辑关系，确定电路逻辑功能的过程叫做组合逻辑电间的逻辑关系，确定电路逻辑功能的过程叫做组合逻辑电路的分析。组合逻辑电路的一般分析
23、步骤为：路的分析。组合逻辑电路的一般分析步骤为：根据已知逻辑电路图用逐级递推法写出对应的逻辑根据已知逻辑电路图用逐级递推法写出对应的逻辑函数表达式；函数表达式；用公式法或卡诺图法对的写出的逻辑函数式进行化用公式法或卡诺图法对的写出的逻辑函数式进行化简，得到最简逻辑表达式；简，得到最简逻辑表达式；根据最简逻辑表达式，列出相应的逻辑电路真值表；根据最简逻辑表达式，列出相应的逻辑电路真值表；根据真值表找出电路可实现的逻辑功能并加以说明，根据真值表找出电路可实现的逻辑功能并加以说明，以理解电路的作用。以理解电路的作用。5.2.1 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析分析下图所示组合电路的功能。分析下图
24、所示组合电路的功能。1F2F3FAB 1 1 已知逻辑电路图已知逻辑电路图ABF 1AABF2BABF3 ABBABAF 2 2相应逻辑表达式相应逻辑表达式根据逻辑图写出相应逻辑式根据逻辑图写出相应逻辑式 3 3化简逻辑式化简逻辑式 4 4列出真值表列出真值表由真值表可看出：输入由真值表可看出：输入AB相相同时，输出为同时，输出为0 0；输入；输入AB相异时，相异时，输出为输出为1 1。显然，这是一个异或门。显然，这是一个异或门电路，具有电路，具有。5 5指出逻辑功能指出逻辑功能应用代数法化简逻辑函数式应用代数法化简逻辑函数式ABBABBABBAAABABABAABABBABAABBABAF)
25、()(应用了反演律应用了反演律还是应用了反演律还是应用了反演律应用了分配律应用了分配律应用了吸收律，得到最简形式。应用了吸收律，得到最简形式。化简 A B C F&2 1F2F3FFABF 1BCF 2CAF 3 3 CABCABCABCABFACBCABFFFF 321 4 5 1 当输入当输入A、B、C中有中有2 2个或个或2个以上个以上为为1 1时，输出时，输出F就为就为1 1，否则输出，否则输出F为为0 0。若输入是裁判，输出是裁定结果，显若输入是裁判，输出是裁定结果，显然该电路是一个多数表决器。然该电路是一个多数表决器。分析下图所示组合电路的功能。分析下图所示组合电路的功能。应用了反
26、演律应用了反演律写写出出逻逻辑辑真真值值表表由真值表数据分析由真值表数据分析 F3 1 1 1 1 A B C F F1 F2 1 CBAF1ABBABACABBACABBCBABBACBABBACBAF)(BBACBABFFFF213分析下图所示组合电路的功能。分析下图所示组合电路的功能。BAF2BFFF213 1 2 3应用了反演律应用了反演律应用了吸收律应用了吸收律 由最简式可直接看出：由最简式可直接看出：电路输出只与输入电路输出只与输入AB有有关，且具有关，且具有功能。功能。ABC0001011110111111 由最简逻辑函数式可知，电路的输出由最简逻辑函数式可知，电路的输出F只与输
27、入只与输入A、B有关，而与输入变量有关，而与输入变量C无关，且无关，且F和和A、B的逻辑关系为：的逻辑关系为：，即具有对，即具有对AB的的！BBACBABFFFF213也可应用卡诺图对该函数式进行化简：也可应用卡诺图对该函数式进行化简：用卡诺图化简之前应找出该逻辑函数具有的所有最小项：用卡诺图化简之前应找出该逻辑函数具有的所有最小项：BBACBABBACBAF用卡诺图化简：用卡诺图化简：ABBAF1.1.分析下图所示逻辑电路的功能：分析下图所示逻辑电路的功能：ABBABABAF 2.2.分析下图所示逻辑电路的功能。分析下图所示逻辑电路的功能。AB1111BABABABBAABABBAABAF)
28、()(同或同或功能功能同或同或功能功能5.2.2 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计 根据给定的逻辑功能，画出实现该功能逻辑电路的过程称为根据给定的逻辑功能，画出实现该功能逻辑电路的过程称为组合逻辑电路的设计。组合逻辑电路的设计。用与非门设计一个交通报警控制电路。交通信号灯有黄、用与非门设计一个交通报警控制电路。交通信号灯有黄、绿、红绿、红3 3种，种，3 3种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属正常情况，其他情况均属故障，出现故障时输出报警信号。要求正常情况，其他情况均属故障，出现故障时输出报警信号。要求用用与非门与非门组成电路。组成电路。设黄、绿、红
29、三灯分别用输入变量设黄、绿、红三灯分别用输入变量表示，表示，时为工作，取逻辑值时为工作，取逻辑值“”，时为不工作，取逻辑时为不工作，取逻辑值值“0 0”；输出报警信号用；输出报警信号用 表示，正常工作时表示，正常工作时F F取逻辑取逻辑“0 0”，出现，出现故障时故障时F F取逻辑取逻辑“”。根据上述假设，我们可根据题目要求，首先把电路的功能真根据上述假设，我们可根据题目要求，首先把电路的功能真值表列写出来。值表列写出来。1 1 确定逻辑函数与变量关系确定逻辑函数与变量关系 A B C F A B C F 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1
30、1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 列出相应真值表列出相应真值表ABCCBABCACBAF 3 3 列出逻辑函数式列出逻辑函数式BCACCBAFABC00010111101111 4 4 得出最简式得出最简式用卡诺图对上式进行化简：用卡诺图对上式进行化简：BCACCBABCACCBAF AB C&1 1 1 5 5 画出逻辑电路图画出逻辑电路图显然，组合逻辑电路的设计步骤为：显然，组合逻辑电路的设计步骤为：据题意确定输入、据题意确定输入、输出变量的逻辑形式；输出变量的逻辑形式；列出相关真值表；列出相关真值表；写出相应逻写出相应逻辑表达式；辑表达式；化简逻辑式；化简逻辑式；根据最简逻辑式画出
31、逻辑电根据最简逻辑式画出逻辑电路图。路图。应用非非定律对逻辑式变换，找出输出对输入的应用非非定律对逻辑式变换，找出输出对输入的关系：关系：对组合逻辑电路的对组合逻辑电路的设计问题，不作深入设计问题，不作深入要求，学习者可根据要求，学习者可根据需要自己进一步巩固需要自己进一步巩固提高。提高。1.分析图示电路的逻辑功能分析图示电路的逻辑功能2.试设计一个三变量的判奇电路。试设计一个三变量的判奇电路。BACACCBBFF1F2F3F4F5F6B和和C的的功能功能5.3 常用的组合逻辑电路器件常用的组合逻辑电路器件5.3.1 编码器编码器 把若干个把若干个0 0和和1 1按一定规律编排起来的过程称为按
32、一定规律编排起来的过程称为。通。通过编码获得的不同二进制数的组合称为过编码获得的不同二进制数的组合称为。代码是机器。代码是机器能够识别的、用来表示某一对象或特定信息的数字符号。能够识别的、用来表示某一对象或特定信息的数字符号。十进制编码或某种特定信息的编码难于用电路来实现，十进制编码或某种特定信息的编码难于用电路来实现，数字电路中通常采用二进制编码或二数字电路中通常采用二进制编码或二十进制编码。二进十进制编码。二进制编码是制编码是将某种特定信息编成二进制代码的电路将某种特定信息编成二进制代码的电路；二；二十十进制编码是进制编码是将十进制的十个数码编成二进制代码的电路将十进制的十个数码编成二进制
33、代码的电路。能实现把某种特定信息转换为机器识别的二进制代码的能实现把某种特定信息转换为机器识别的二进制代码的组合逻辑电路称为组合逻辑电路称为。一位二进制代码有一位二进制代码有0和和1两种，可以用来表示两种，可以用来表示2个信息；两个信息；两位二进制代码有四种组合，可以用来表示位二进制代码有四种组合，可以用来表示4种信息；而种信息；而n位位二进制代码有二进制代码有2n种组合，可以用来表示种组合，可以用来表示2n个信息。这种二个信息。这种二进制编码在电路上较容易实现。进制编码在电路上较容易实现。1.10线线4线优先编码器线优先编码器 在数字系统中，当编码器同时有多个输入为有效时，常在数字系统中，当
34、编码器同时有多个输入为有效时，常要求输出不但有意义，而且应按事先编排好的优先顺序输要求输出不但有意义，而且应按事先编排好的优先顺序输出，即要求编码器只对其中优先权最高的一个输入信号进出，即要求编码器只对其中优先权最高的一个输入信号进行编码，具有此功能的编码器称为行编码，具有此功能的编码器称为。优先编码器电路中，允许同时输入两个以上的编码信号。优先编码器电路中，允许同时输入两个以上的编码信号。只不过优先编码器在设计时已经将所有的输入信号按优先只不过优先编码器在设计时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，优先编码器只顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，优先编码器只对其中
35、优先权最高的一个输入信号实行编码。对其中优先权最高的一个输入信号实行编码。74LS147编码器的管脚排列图及逻辑符号编码器的管脚排列图及逻辑符号 10线线4线优先编码器是将十进制数码转换为二进制代码线优先编码器是将十进制数码转换为二进制代码的组合逻辑电路。常用的集成芯片有的组合逻辑电路。常用的集成芯片有74LS147等。等。1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9AIIIIDU 1234CC空脚GND 98765BCIIIII 74LS147优先编码器是一优先编码器是一个个16脚的集成芯片，其中脚的集成芯片，其中15脚为空脚，脚为空脚，I1I9为信号输入为信号
36、输入端，端，AD为输出端。输入和为输出端。输入和输出均为输出均为低电平有效低电平有效。74LS147优先编码器的优先编码器的管脚排列图管脚排列图 在优先编码器中，优先级别高的信号排斥优先级别低的在优先编码器中，优先级别高的信号排斥优先级别低的信号，信号，74LS147优先编码器中优先编码器中I9的优先级别最高，的优先级别最高，I1的优的优先级别最低，具有先级别最低，具有单方面排斥单方面排斥的特性。的特性。74LS147优先编码器真值表优先编码器真值表 从真值表中可以看出，当无输入信号或输入信号中无低电平从真值表中可以看出，当无输入信号或输入信号中无低电平“0”时，输出端全部为高电平时，输出端全
37、部为高电平“1”；若输入端；若输入端I9为为“0”时，不时，不论其它输入端是否有输入信号输入，输出为论其它输入端是否有输入信号输入，输出为0110；再根据其它输；再根据其它输入端的情况可以得出相应的输出代码。入端的情况可以得出相应的输出代码。1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 987654321
38、 IIIIIIIIIABCD 74LS148优先编码器属于变量编码器，其输出位数为优先编码器属于变量编码器，其输出位数为n时，输入端的数量为时，输入端的数量为2n。下面以。下面以74LS148为例，介绍这类为例，介绍这类编码器的功能及应用。编码器的功能及应用。2.8线线3线优先编码器线优先编码器74LS14800123SECC YIIIIGOUGND 127654YYSIIII1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974LS148的的管脚排列图管脚排列图 当使能输入端当使能输入端S时，电路处于时，电路处于禁止编码状态，所有的输出端全部输禁止编码状态，所有的输出
39、端全部输出高电平出高电平“”；当使能输入端；当使能输入端S时，电路处于正常编码状态，输出时，电路处于正常编码状态，输出端的电平由端的电平由I0 I7 的输入信号而定。的输入信号而定。I7的优先级别最高，的优先级别最高，I0级别最低。级别最低。管脚排列图中，管脚排列图中，I0 I7为输入信号为输入信号端，端，Y0 Y2为输出端，为输出端，S为使能输入为使能输入端，端，OE为使能输出端，为使能输出端，GS为片优先为片优先编码输出端。编码输出端。在表示输入、输出端的字母上，在表示输入、输出端的字母上，“”号表示号表示低电平有效低电平有效。使能输出端使能输出端OE 时，表示电路处于正常编码同时又无输时
40、，表示电路处于正常编码同时又无输入编码信号的状态。入编码信号的状态。片优先编码输出端片优先编码输出端GS时，表示电路处于正常编码且又时，表示电路处于正常编码且又有编码信号输入时的状态。有编码信号输入时的状态。1 11 00 10 10 10 10 10 10 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11000000000输输 出出输输 入入I0I2
41、I1I3I5I4I7I6SY2Y0OEGSY174LS148编码器的逻辑功能电路图编码器的逻辑功能电路图7I2Y1Y0Y6I5I4I3I2I1I0I 由由74LS148变量编码器功能电路图可看出：当某个输入低变量编码器功能电路图可看出：当某个输入低电平时，按优先级别，输出分别为电平时，按优先级别，输出分别为000、001、010。输出也是低电平有效，不在线上的视为高电平输出也是低电平有效，不在线上的视为高电平“1”。00000101001110010111011174LS148变量编码器的扩展应用变量编码器的扩展应用 利用使能端的作用，可以用两块利用使能端的作用，可以用两块74LS148扩展为
42、扩展为16线线4线优先线优先编码器。编码器。当高位芯片的使能输入端为当高位芯片的使能输入端为“0”时，允许对时，允许对I8I15编码，当高编码，当高位芯片有编码信号输入时，位芯片有编码信号输入时，OE为为1，它控制低位芯片处于禁止状态；，它控制低位芯片处于禁止状态；若当高位芯片无编码信号输入时，若当高位芯片无编码信号输入时，OE为为0，低位芯片处于编码状态。，低位芯片处于编码状态。高位芯片的高位芯片的GS端作为输出信号的高位端，输出信号的低三位由两块端作为输出信号的高位端，输出信号的低三位由两块芯片的输出端对应位相芯片的输出端对应位相“与与”后得到。在有编码信号输入时，两块后得到。在有编码信号
43、输入时，两块芯片只能有一块工作于编码状态，输出也是低电平有效，相芯片只能有一块工作于编码状态，输出也是低电平有效，相“与与”后就可以得到相应的编码输出信号。后就可以得到相应的编码输出信号。89101112131415 IIIIIIIIS01234567 IIIIIIIIS01234567 IIIIIIII01234567 IIIIIIIISY0Y3Y2Y1OEGS5.3.2 译码器译码器 译码和编码的过程相反。通过译码译码和编码的过程相反。通过译码器器可将输入的二进制代码可将输入的二进制代码按编码时的原意译成对应的特定信息或十进制数码输出。译按编码时的原意译成对应的特定信息或十进制数码输出。译
44、码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把机器识别的、给定的二进制代码机器识别的、给定的二进制代码“翻译翻译”成为人们识别的特定成为人们识别的特定信息，使其输出端具有某种特定的状态，并且在输出通道中信息，使其输出端具有某种特定的状态，并且在输出通道中相应的一路有信号输出。相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配、存储器寻址和组合控制信终端的数字显示，还用于数据分配、存储器寻址和组合控制信号等。号等。按功能的不同译码器可
45、分为通用变量译码器、代码变换译码按功能的不同译码器可分为通用变量译码器、代码变换译码器和显示译码器，本节主要介绍变量译码器和显示译码器的外器和显示译码器，本节主要介绍变量译码器和显示译码器的外部工作特性和应用。部工作特性和应用。变量译码器的输入、输出端的数量关系是：当有变量译码器的输入、输出端的数量关系是：当有n个输入个输入端，就有端，就有2n个输出端。而每一个输出所代表的函数对应于个输出端。而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。常见的变量译码器有个输入变量的最小项。常见的变量译码器有3线线8线译码线译码器器74 LS138，4线线16线译码器线译码器74LS154和带锁存的和带
46、锁存的3线线8线译码器线译码器74LS131等。等。6543210CC YYYYYYYUGND A A 712B2A210YGGGA1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9 由由74LS138芯片的管脚排列图可看出，它是一个有芯片的管脚排列图可看出，它是一个有16个管脚个管脚的数字集成电路，除电源、的数字集成电路，除电源、“地地”两个端子外，还有三个输两个端子外，还有三个输入端入端A2、A1、A0，八个输出端，八个输出端Y0Y7，三个使能端，三个使能端1、G2A、G2B。74LS138变量译码器逻辑功能电路图变量译码器逻辑功能电路图7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y
47、0Y2A1A0A2A1A0A2A1A0A 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0输输 出出
48、输输 入入G2AA2G2BY3Y5Y4A0A1G1Y2Y0Y7Y6Y1 从真值表可看出，当输入使能端从真值表可看出，当输入使能端G1为低电平为低电平0时，无论其它输入时，无论其它输入端为何值，输出全部为高电平端为何值，输出全部为高电平1；当输入使能端；当输入使能端G2A和和G2B中至少有中至少有一个为高电平一个为高电平1时，无论其它输入端为何值，输出全部为高电平时，无论其它输入端为何值，输出全部为高电平1；当；当G1为高电平为高电平1、G2A和和G2B同时为低电平同时为低电平0时，由时，由A2、A1、A0决决定输出端中输出低电平定输出端中输出低电平0的一个输出端，其它输出为高电平的一个输出端，
49、其它输出为高电平1。用两片用两片74LS138可以构成可以构成4线线16线译码器，连接方法如线译码器，连接方法如下图示下图示:2B2A1210GGGAAA76543210 YYYYYYYYA0 76543210YYYYYYYY15141312111098 YYYYYYYY 76543210YYYYYYYY 2B2A1210GGGAAAA1A2“1”A3 A3、A2、A1、A0为扩展后电路的信号输入端，为扩展后电路的信号输入端，Y15Y0为输出为输出端。当输入信号最高位端。当输入信号最高位A30时，高位芯片被禁止，时，高位芯片被禁止，Y15Y8输出全输出全部为部为“1”，低位芯片被选中，低电平，
50、低位芯片被选中，低电平“0”输出端由输出端由A2、A1、A0决定。决定。A31时，低位芯片被禁止，时，低位芯片被禁止，Y7Y0输出全部为输出全部为“1”，高，高位芯片被选中，低电平位芯片被选中，低电平“0”输出端由输出端由A2、A1、A0决定。决定。逻辑函数逻辑函数FABBCAC 的最小项为：的最小项为：用用74LS138还可以实现三变量或两变量的逻辑函数。因为变量还可以实现三变量或两变量的逻辑函数。因为变量译码器的每一个输出端的低电平都与输入逻辑变量的一个最小项译码器的每一个输出端的低电平都与输入逻辑变量的一个最小项相对应，所以当我们将逻辑函数变换为最小项表达式时，只要从相对应，所以当我们将
