1、第六章 组合逻辑电路 第1节 组合逻辑电路的基本知识 第2节 编码器*第3节 数据选择器与分配器 第4节 译码器本章知识目标本章知识目标u掌握组合逻辑电路的分析方法和步骤；了解组合逻辑电 路的种类。u编码器、译码器的基本功能和典型集成编码器、译码器 的引脚功能并能正确使用。u常用数码显示器件的基本结构和和工作原理。本章技能目标本章技能目标u学会设计半加器、全加器电路。u能够认识并正确使用译码器和译码显示器。u能根据功能要求设计并制作三人表决器。第第1 1节节 组合逻辑电路的基本知识组合逻辑电路的基本知识 把逻辑门电路按一定的规律加以组合，就可以构成具有各种功能的逻辑电路，称之为组合逻辑电路组合
2、逻辑电路。1 1 组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的特点【组合逻辑电路的特点【组合逻辑电路的特点】在组合逻辑电路中任意时刻的输出只取决于该任意时刻的输出只取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关时刻的输入，与电路原来的状态无关。电路无记忆无记忆功能。生活中组合逻辑电路的实例有电子密码锁，银行取款机等。【组合逻辑电路的结构组合逻辑电路的结构】组合逻辑电路主要由逻辑门电路构成，并且输输出与输入之间没有反馈连接出与输入之间没有反馈连接。其组成框图如下图所示。2 2 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析【组合逻辑电路的分析步骤组合逻辑电路的分析步骤】根据已知的组合逻辑电路(逻辑图)，运用逻辑电路运算规律
3、，确定其逻辑功能的过程，称为组合逻辑电路的分析。其分析步骤为：(1)由逻辑图写表达式表达式：根据给定的逻辑电路图，从输入到输出逐级推出输出表达式。(2)化简化简表达式。(3)由化简后的表达式列出真值表真值表。(4)描述描述逻辑功能：用文字概括出电路的逻辑功能。上述组合逻辑电路识图分析的过程可表述为：逻辑图 逻辑表达式 化简 真值表 电路的逻辑功能【例6-1】试分析下图所示电路的逻辑功能。BCACAB【解析】（1）由逻辑图写输出F的逻辑表达式为：321321YYYYYBCYACYAB =AB+AC+BC BCACABY（2）化简案例解析案例解析（3）列出真值表,如表所示。F（4）确定电路的逻辑功
4、能。由表6-1真值表可知，三个输入变量、，只要有两个或两个以上变量取值为1时，输出才为1，其余情况输出均为0。由此可见，该电路实现的是少数服从多数的表决器逻辑功能。【例例6-26-2】分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。【解析解析】（1）由逻辑图写输出F的逻辑表达式：BABABAZZZBAAPZBABPZBPAP312231121,注意：由于上式已是最简式，所以不用再化简。（2）列出对应真值表如下表所示。ABZ1Z2Z300010011001000111010（3）确定电路的逻辑功能。通过对真值表的分析，可以发现，当输入AB时，三个输出Z1、Z2、Z3分别输出高电平1。所以，Z1表示AB。这是
5、一个一位数值比较电路。一位数值比较电路。【例例6-3】分析下图描述波形对应组合逻辑电路的功能。【解析解析】波形图是描述电路的方法之一。根据已知输入输出波形图，可以直接写出电路真值表，如下表所示。输入变量输入变量输出变量输出变量ABY000011101110分析真值表可知，该组合逻辑电路的功能是：当输入A、B相同时，输出为0；而当输入A、B不同时，输出为1。该电路反映了输入、输出之间“异或异或”的逻辑关系。*3 3 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计 与分析过程相反，组合逻辑电路的设计是根据给定的实际逻辑问题，求出实现其逻辑功能的最简单的逻辑电路。【组合逻辑电路的设计步骤组合逻辑电路的设计步骤
6、】(1)分析设计要求，确定输入、输出变量并赋值分析设计要求，确定输入、输出变量并赋值：根据实际问题确定哪些是输入变量，哪些是输出变量；并确定什么情况下为1，什么情况下为0；将实际问题转化为逻辑问题。(2)列真值表列真值表：根据逻辑功能的描述列真值表。(3)写逻辑表达式，并化简写逻辑表达式，并化简：由真值表写出逻辑表达式并化简。(4)画逻辑电路图画逻辑电路图：根据最简逻辑表达式，画出相应的逻辑图。【例题例题6-46-4】一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外光感三种探测器。为防止误报警，只有当其中两种或两种以上类型的探测器发出火灾检测信号时，报警系统才产生报警控制信号。设计一个产生报警控制信号的电
7、路。【解析解析】(1)分析设计要求，设输入、输出变量并逻辑赋值输入变量：烟感A、温感B、紫外线光感C；输出变量：报警控制信号Y；逻辑赋值：用1表示肯定，用0表示否定。(2)列真值表，如下表所示。案例解析案例解析(3)由真值表写逻辑表达式并化简 化简得最简式：(4)画逻辑电路图，如下图所示。ABCCABCBABCAYY=AB+AC+BC技能训练技能训练6-1 6-1 设计半加器电路设计半加器电路【训练目标训练目标】1.了解组合逻辑电路的分析与设计方法。2.能够利用74LS86及74LS00来组成半加器。【训练材料训练材料】训练材料清单，如教材表6-5 所示。【训练内容及步骤训练内容及步骤】1.1
8、.逻辑功能描述逻辑功能描述 两个二进制数相加，叫做半加，实现半加操作的电路叫做半加器。下图为半加器符号，其中A表示被加数，B表示加数，S表示本位和，C表示向高位的进位数。2根据逻辑功能，列出半加器的根据逻辑功能，列出半加器的真值表真值表 从真值表看，只考虑两个加数本身求和，而不考虑低位来的进位数，故称半加器。输入输出A BSC0 0000 1101 0101 101 3由真值表可列出半加器逻辑表达式。由真值表可列出半加器逻辑表达式。ABABCBABABAS4.由表达式画出半加器的逻辑图如下：由表达式画出半加器的逻辑图如下：5.连接电路连接电路 利用异或门异或门74LS8674LS86和非门非门
9、74LS0074LS00构成半加器，然后进行实物连线如下图。6.验证逻辑功能验证逻辑功能利用数字电路实验箱验证所设计的半加器电路的逻辑功能并记录于教材表6-7。第第2 2节节 编码器编码器 将十进制数、文字、符号等转换成若干位二进制信息符号的过程称为编码编码。例：商品条形码、键盘编码器。在数字电路中用二进制代码表示有关的信号过程就称为二进制编码二进制编码，如图所示。实现编码功能的组合逻辑电路称为编码器编码器。控制信息二进制代码编码器编码器分类编码器分类 普通编码器普通编码器优先编码器优先编码器 二二-十进制编码器十进制编码器 二进制编码器二进制编码器 1 1 二进制编码器二进制编码器【概念概念
10、】将各种有特定意义的输入信息编成二进制代码的电路称为二进制二进制编码器编码器。编码时，用n位二进制代码可对N2n个输入信号进行编码，如下图所示。编码器编码器二二进进制制代代码码 例如：一个由8个输入按键组成的键盘编码器。输入端：需要8条信号传输线对应8个输入按键；输出端：只需要3条数据线，对应输出的3位二进制代码。即每个按键输入状态对应一组3位二进制代码。【特点特点】任何时刻只允许输入一个有效信号，不允许同时出现两个或两个以上的有效信号。例如，在上面所述的8个输入按键组成的键盘编码器中，每次只能按下一个按键，不能同时按下两个以上的按键。【3 3位二进制编码器（位二进制编码器（3 3线线-8-8
11、线二进制编码器）线二进制编码器）】I0、I1、I7表示8路输入，分别代表十进制数0、1、2、7八个数字。编码器的输出是3位二进制代码，用Y0、Y1、Y2表示。编码器在任何时刻只能对0、1、2、7中的一个输入信号进行编号，不允许同时输入两个1。由以上分析易得3 3线线-8-8线二进制编码器线二进制编码器真值表如下：十进制输入输出I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0Y2 Y1 Y000 0 0 0 0 0 0 10 0 01 0 0 0 0 0 0 1 00 0 120 0 0 0 0 1 0 00 1 03 0 0 0 0 1 0 0 00 1 14 0 0 0 1 0 0 0 01
12、0 05 0 0 1 0 0 0 0 01 0 16 0 1 0 0 0 0 0 01 1 07 1 0 0 0 0 0 0 01 1 1从真值表可以写出逻辑函数表达式：76542IIIIY76321IIIIY75310IIIIY由逻辑表达式可画出由3个或门组成的3位二进制编码器的逻辑图如下：2 2 二二十进制编码器十进制编码器 输入输出Y3Y2Y1Y00（I0）00001（I1）00012（I2）00103（I3）00114（I4）01005（I5）01016（I6）01107（I7）01118（I8）10009（I9）1001 将09十个十进制数转换为二进制代码的电路，称为二二十进制编码十
13、进制编码器器，也称为10线4线编码器。最常见的二十进制编码器是84218421码编码码编码器器。I0、I1、I2、I9表示10路输入，Y0、Y1、Y2、Y3为4条输出线，则8421码编码器的真值表如下表所示。根据真值表写出逻辑表达式：9753197531076327632176547654298983IIIIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIIIIIYIIIIY根据逻辑表达式画出8421BCD编码器逻辑电路图：(a)或门8421BCD编码器 (b)与非门8421BCD编码器3 3 优先编码器优先编码器 前面讨论的编码器中，在同一时刻仅允许有一个输入信号，如有两个或两个以上信号同时输入，输
14、出就会出现错误的编码。优先编码器允许同时输入两个或两个以上输入信号，电路将对优先级别高的输入信号编码，这样的电路称为优先编码器优先编码器。计算机的键盘输入逻辑电路就是优先编码器的典型应用。下图所示为8线-3线74LS148优先编码器的引脚排列图和实物图。ST0I1I2I3I4I5I6I7I2Y1Y0YSYEXY 输 入 输 出1 1X X X X X X X XX X X X X X X X1 1 11 1 11 11 10 01 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11 1 11 1 10 10 10 0X X X X X X X 0X X X X X X X 00 0 0
15、0 0 01 01 00 0 X X X X X X 0 1X X X X X X 0 10 0 10 0 11 01 00 0 X X X X X 0 1 1X X X X X 0 1 10 1 00 1 01 01 00 0 X X X X 0 1 1 1X X X X 0 1 1 10 1 10 1 11 01 00 0 X X X 0 1 1 1 1X X X 0 1 1 1 11 0 01 0 01 01 00 0 X X 0 1 1 1 1 1X X 0 1 1 1 1 11 0 11 0 11 01 00 0X 0 1 1 1 1 1 1X 0 1 1 1 1 1 11 1 01
16、 1 01 01 00 00 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 11 1 11 01 0注意（1）为输入控制端（或称选通输入端）、低电平有效。（2）为选通输出端，为扩展端，可用于扩展编码器的功能，如用2片8线-3线编码器可扩展为16线-4线优先编码器。计算机的键盘输入逻辑电路就是由编码器组成的。74LS148优先编码器的真值表如下：STSYEXY*第第3 3节节 数据选择器与分配器数据选择器与分配器 1 1 数据选择器数据选择器 在数字电系统中，常常要求从多条线路中选择我们需要的信号并将他们分配到指定的线路中。如左图所示是数据的选择与分配的示意图。【数据选择器】（
17、1）概念：在多路数据传输中，根据地址码的要求，能把其中的一路信号挑选出来的电路就是数据选择器数据选择器，又称多路选择器或多路开关。数据选择器功能示意如右图所示。常见数据选择器包括2选1、4选1、8选1、16选1等。（2）4选1数据选择器 根据其功能描述，易得真值表如下。其中D3-D0为数据输入端，A1、A0为地址信号输入端，Y为数据输出端，为使能端，又称选通端，输入低电平有效。ST1A0A3D2D1D0DY输入输入输出输出1000000D00001100100D10011101000D20101101100D30111 1ST4选1数据选择器的功能示意图和逻辑图：(a)功能示意图 (b)逻辑图
18、由真值表可知：当 =1 1时，输出Y0 0，数据选择器不工作。当 =0 0时，数据选择器工作。其输出为：下为双4选1数据选择器CTLS153的引脚图、逻辑功能示意图和实物图。STST301201101001DAADAADAADAAY2 2 数据分配器数据分配器【数据分配器】根据地址信号的要求将公共数据总线上的一路数据分配到指定输出通道上去的电路，称为数据分配器数据分配器。数据分配是数据选择的逆过程，他的功能相当于一个波段开关，有一个输入端、多个输出端及输入端相对应的地址输入端，根据地址输入端的要求，将输入信号送到指定的输出端。数据分配器经常和数据选择器一起构成数据传送系统。下图所示为由3线8线
19、译码器CT74LS138构成的8路数据分配器。图中A2A0为地址信号输入端，为数据输出端，可从使能端STA、中选择一个作为数据输入端D。如 或 作为数据输入端D时，输出原码。0Y7YBSTcSTBSTcST第第4 4节节 译码器译码器 1.1.译码器的基本功能及正确使用译码器的基本功能及正确使用 译码译码是编码的逆过程。在数字电路中，将具有特定含义的二进制代码变换成一定的输出信号，以表示二进制代码的原意，这一过程称为译译码码。实现译码功能的组合电路为译码器译码器。译码过程及译码器分类 如下：二进制数代码 译码器按其编码时的原意翻译成对应的信号输出译码器分类 二进制译码器 显示译码器 二十进制译
20、码器（1）二进制译码器的功能：是将n 位二进制代码译成 2n 个十进制数。如图6-29所示。n 位二进制代码是输入量，代表2n个十进制输出量。（2）特点：每输入一组代码，多个输出端中仅一个输出端有输出，可高电平1有效或低电平0有效。（3）3位二进制译码器（3线8线译码器）框图，如图所示【二进制译码器的功能二进制译码器的功能】（1）CT74LS138的逻辑图、外引脚排列和实物图如下图。有3个输入端、8个输出端。A2,A1,A0为二进制代码输入端；为输出端，输出低电平有效；STA，和 为使能端。07 YYCSTBST【3 3线一线一8 8线译码器线译码器CT74LS138CT74LS138及其应用
21、及其应用】输 入输 出STASTB+STCA2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7111111111011111111100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111100120AAAY 0121AAAY（2）CT74LS138集成电路处于工作状态时各输出端的逻辑表达式：0122AAAY0123AAAY 0124AAAY 0125AAAY 0126AAAY 0127AAAY（3）真值表：2 2 常用数码显示器常用数码显示器 在数字系统中
22、工作的是二进制的数字信号，而人们习惯十进制的数字或运算结果，因此需要用数字显示电路，显示出便于人们观测、查看的十进制数字。【数字显示电路组成数字显示电路组成】用来驱动各种显示器件，从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式，从而直观地显示出来的电路，称为显示译码器显示译码器。显示译码器主要由译码器和驱动器两部分组成，通常这二者都集成在一块芯片中。显示译码器的输入一般为二十进制代码，其输出的信号用以去驱动显示器，显示出十进制数字来。因此，数字显示电路通常由显示译码器和显示器组成。如图所示。【数码显示器件数码显示器件】数码显示器件种类繁多，其作用是用以显示数字和符号。用于十进制数
23、的显示，目前使用较多的是分段式数码显示器。如图所示为由7段发光线段a、b、c、d、e、f、g按一定的形式排列成“日”字形。通过字段发光的不同组合，可显示09十个数字和af等英文字母。数字显示译码器将BCD代码译成数码管显示字所需要的相应高、低电平信号，就可使数码管显示出BCD代码所表示的对应十进制数，这是一种代码译码器。显示器的连接示意图如下：七段显示器主要有荧光数码管、半导体数码管和液晶数码显示器。半导体数码管在数字电路中是比较方便使用的，他是将发光二极管LED排列成“日”字形状制成的。【半导体数码管半导体数码管】半导体（发光二极管）数码管有共阳极共阳极和共阴极共阴极两种接法。如下图所示，图
24、中的R为限流电阻。在（a）接法中，译码器输出低电平来驱动发光二极管发光，而在（b）接法中，译码器需要输出高电平来驱动各发光二极管发光。其优点是工作电压较低、体积小、寿命长、工作可靠性高、响应速度快、亮度高。缺点是工作电流大，每个字段的工作电流约为10mA左右。(a)共阳极接法 (b)共阴极接法【液晶数码显示器液晶数码显示器】液晶是液态晶体的简称。他是既具有液体的流动性，又具有某些光学特性的有机化合物。液晶数码显示器，如图所示。优点是工作电压低，功耗极小。缺点是显示欠清晰，响应速度慢。【荧光数码管显示器荧光数码管显示器】具有工作电压较低、驱动电流小、寿命较长、显示清晰、视角大等优点，是目前仍被采
25、用的一种数码管。因为人眼对绿光特别敏感，所以荧光数码管发出的绿光也便于观察。常见的荧光数码管的字形笔段分六段、七段、八段和九段多种。段数愈多，字形的笔划也愈多，易于读数，但译码电路相应在复杂些。荧光数码管的段数必须与译码器相配套。荧光数码管显示器，如图所示。技能训练技能训练6-2 6-2 搭接显示译码器搭接显示译码器【训练目标训练目标】1.认识二进制译码器的逻辑功能、特点及典型应用，进一步理解译码器的原理。2.学会正确选择、使用译码器和数码管显示器。【训练材料训练材料】训练材料清单,如教材表6-13所示。BSTCST0Y7Y【训练内容及步骤训练内容及步骤】1.1.验证验证74LS13874LS
26、138译码器显示状态译码器显示状态（1）将如图6-40所示74LS138集成门电路块插入数面包板中。将第8脚接地（GND），第16脚接+5V电源（VCC）。输入端信号A0、A1、A2和使能端信号STA、接6个逻辑开关，输出端信号 分别接8个LED发光二极管。逻辑图与实物图分别如下：逻辑图与实物图分别如下：（2）接通电源，按表设置各个输入信号和使能端信号的逻辑电平开关,观察输出结果并填入教材表6-15中。2.2.搭接显示译码器搭接显示译码器 用7段（数码）译码驱动器74LS248和共阴极数码管LC5011组成可以显示09十个数字的译码数字显示器。LTRBIRBOBI/(a)逻辑图 (b)实物图（
27、1)将译码驱动器74LS248和共阴极数码管LC5011插入面包板中。按下图连接线路。为试灯端，低电平有效；为灭零输入端，低电平有效；为灭灯输出端/灭零输出端，低电平有效；A、B、C、D为数据输入端，高电平有效；a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，低电平有效。（2）为了检查数码显示器的好坏，使试灯端 为0，其余为任意状态，这时数码管各段全部点亮，证明试灯端 =0低电平有效。否则数码管是坏的。再用一根导线将灭灯输出端/灭零输出端 接地，这时如果数码管全灭，证明灭灯端/灭零输出端 =0低电平有效，译码显示是好的。（3）将 74LS24874LS248 的D、C、B、A分别接数据开关，、和 分别
28、接逻辑高电平。改变逻辑开关的逻辑电平，在不同的输入状态下，将从数码管观察到的字型填入表6-15中。（4）使 =1，接一个发光二极管，在 为1和0的情况，使数码开关的输出为0000，观察灭零功能。注意事项：注意事项：插入或拔取集成片时须切断电源,不能带电操作。LTLTRBOBI/RBOBI/RBIRBOBI/RBOBI/RBILTLT项目训练项目训练 制作三人表决器制作三人表决器【训练目标训练目标】1掌握三人表决器的制作和调试方法。2了解数字电路的设计过程。【训练材料训练材料】训练材料清单，如下表所示。代号名称数量VCC直流电源（030V可调）1台MF-47万用表1块V-212示波器（信号传输探
29、头两条）1台ELB信号发生器（信号传输线一条）1台MBB面包板1台74LS00四2输入与非门1片W小灯泡1个L导线若干1.分析设计需求。（1）当表决某个提案时，由A、B、C三人参加表决。多数人同意，提案通过，同时A具有否决权，即A不同意则提案不能通过。（2）用片74LS00实现。2.根据设计要求，列出真值表。设A、B、C三个人表决同意提案时用1表示，不同意时用0表示；Y为表决结果，提案通过用1表示，通不过用0表示，同时还应考虑A具有否决权。其真值表如表所示。A AB BC CY Y0 00 00 00 00 00 01 10 00 01 10 00 00 01 11 10 01 10 00 0
30、0 01 10 01 11 11 11 10 01 11 11 11 11 1【训练内容及步骤【训练内容及步骤】3.根据真值表，列出逻辑表达式并化简。将化简后的表达式变换成与非与非表达式:4.根据与非逻辑表达式画逻辑图，如图所示。ABACABCCABCBAYABACABACY5根据逻辑图设计出连线图。按图连接线路，将第7脚接上面包板的地，第14脚接+5V电源。输入端信号A、B、C接3个逻辑开关，作为三个表决按纽，当与地端相接时输入为低电平，与电源相接时输入为高电平；输出端信号Y接小灯泡，作为提案通过指示信号。【实训结果【实训结果】按设置三个表决按纽的情况，观察小灯泡指示，将结果记录在表6-18
31、中。(a)连线图 (b)实物图本章小结本章小结1.把门电路按一定的规律加以组合，可以构成具有各种功能的逻辑电路，称为组合逻辑电路组合逻辑电路。其特点是：任意时刻的输出只取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。电路无记忆功能。分析步骤是：(1)(1)由逻辑图写由逻辑图写表达式，表达式，(2)(2)化简表达式，化简表达式，(3)(3)列真值表，列真值表，(4)(4)描述逻辑功能。描述逻辑功能。2.组合逻辑电路现多采用集成电路来实现，组合逻辑电路种类很多，应用也很广泛，常见的有编码器、译码器、数据选择器、数据分配器编码器、译码器、数据选择器、数据分配器等。3.将十进制数、文字、符号等转换成若干位二
32、进制信息符号的过程称为编编码码。在数字电路中用二进制代码表示有关的信号称为二进制编码二进制编码。在多路数据传输中，根据地址码的要求，能把其中的一路信号挑选出来的电路就是数据选择器数据选择器，又称多路选择器或多路开关。根据地址信号的要求将公共数据总线上的一路数据分配到指定输出通道上去的电路，称为数据分配器数据分配器。4.译码译码是编码的逆过程。将具有特定含义的二进制代码变换成一定的输出信号，以表示二进制代码的原意，这一过程称为译码译码。实现译码功能的组合电路为译码器译码器。用来驱动各种显示器件，从而将用二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的十进制数形式直观地显示出来的电路，称为显示译码器显示译码器。
