《電工電子技術(shù)》-門電路及組合邏輯電路.ppt

第10章 門電路及組合邏輯電路,10.1邏輯代數(shù)及應(yīng)用 10.2 基本門電路 10.3 復(fù)合門電路 10.4 TTL集成門電路 10.5* CMOS門電路 10.6 組合邏輯電路 10.7 常用的邏輯器件,10.1 邏輯代數(shù)及應(yīng)用,10.1.1 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換,1. 數(shù)制的基本概念,數(shù)碼：指的是數(shù)制中用來表示基本數(shù)值大小的一組固定的符號。例如，十進(jìn)制有十個(gè)數(shù)碼，分別是1，2，3，4，5，6，7，8，9，0。 基數(shù)：指的是進(jìn)位的標(biāo)志，其值等于數(shù)制所使用數(shù)碼的個(gè)數(shù)。二進(jìn)制的基數(shù)為2；十進(jìn)制的基數(shù)為10。 位權(quán)：指的是數(shù)制中某一位上的1所表示數(shù)值的大小（所處位置的權(quán)重）。例如，十進(jìn)制數(shù)168，1的位權(quán)是100，6的位權(quán)是10，8的位權(quán)是1。,2. 常用的數(shù)制,（1） 十進(jìn)制。,（2） 二進(jìn)制。,（3） 十六進(jìn)制和八進(jìn)制。,3. 常用數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換,整數(shù)時(shí)，二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)十進(jìn)制數(shù)的公式為,（1） 十進(jìn)制與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換。,=,整數(shù)時(shí)，十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，公式為,第二種情況小數(shù)時(shí)，二進(jìn)制與十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換：,（1）小數(shù)時(shí)，二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)十進(jìn)制數(shù)的公式為,=,（2）小數(shù)時(shí)，十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，公式為,第二種情況即有整數(shù)又有小數(shù)時(shí)，二進(jìn)制與十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換。 方法是分開分別計(jì)算，然后進(jìn)行相加運(yùn)算。,10.1.2 邏輯代數(shù)的運(yùn)算法則,1. 基本邏輯運(yùn)算,在邏輯運(yùn)算中有三種基本運(yùn)算法則，即邏輯“與”（也可稱邏輯“乘”）、邏輯“或”（也可稱邏輯“加”）和邏輯“非”（也可稱邏輯“反”）三種運(yùn)算。,2. 邏輯代數(shù)的基本定律,詳見表10.1 邏輯代數(shù)的基本定律。,3. 邏輯代數(shù)的基本規(guī)則,（1） 代入規(guī)則。,（2） 反演規(guī)則。,（3） 對偶規(guī)則。,10.1.3 邏輯函數(shù)的化簡,最簡邏輯函數(shù)的兩個(gè)特點(diǎn)：,（1）函數(shù)中的與項(xiàng)（即乘積項(xiàng)）的個(gè)數(shù)最少；,（2）每個(gè)乘積項(xiàng)中的變量個(gè)數(shù)最少。,邏輯函數(shù)的化簡一般有兩種方法：,一種是代數(shù)化簡法，運(yùn)用邏輯函數(shù)的基本規(guī)則進(jìn)行化簡，其優(yōu)點(diǎn)是基于現(xiàn)有的邏輯表達(dá)式進(jìn)行化簡，其缺點(diǎn)是有時(shí)很難判斷是否是最簡邏輯表達(dá)式； 另一種是卡諾圖化簡法。,代數(shù)化簡法中常用的方法有：,（1）吸收法。,運(yùn)用吸收律 消除多余的項(xiàng)。,（2） 并項(xiàng)法。,利用公式 ，消除當(dāng)中的一些變量。,（3）消去法。,運(yùn)用吸收律 消除多余的項(xiàng)。,（4） 配項(xiàng)法。,因?yàn)?，可在邏輯函數(shù)的某些項(xiàng)中，增加必要的乘積項(xiàng)，再利用上述幾種方法進(jìn)行化簡。,10.2 基本門電路,10.2.1 與門電路,與門電路的電路符號如右圖所示。,10.2.2 或門電路,或門電路的邏輯符號如右圖所示。,10.2.3 非門電路,非門電路的邏輯符號如右圖所示。,10.3 復(fù)合門電路,這三種電路組合起來才能完成一定的功能，它們組合起來的電路稱為復(fù)合門電路 。,10.3.1 與非門電路,與非門電路的應(yīng)用,與非電路符號為：,與非門電路的真值表：,10.3.2 或非門電路,電路符號 ：,或非門的真值表：,10.3.3 與或非門電路,與或非門的電路符號,與或非門電路的表達(dá)式為,與或非門電路的真值表 。,10.4 TTL集成門電路,10.4.1 TTL典型集成門電路TTL與非門電路,（1）TTL與非門的電路圖 。,1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理,（2）TTL與非門電路的邏輯符號。,（3）工作原理，詳見書本。,2. TTL與非門電路的技術(shù)參數(shù) 。,（1）輸出高電平,（2）輸出低電平,（3）開門電平,（4）關(guān)門電平,（5）扇入系數(shù),（6）扇出系數(shù),（7）輸入短路電流,（8）高電平輸入電流,（9）平均傳輸延遲時(shí)間,（10）空載功耗,3. TTL與非門集成電路芯片,(a) 7400芯片,(b) 7420芯片,10.4.2 TTL集電極開路門(OC門),TTL OC門電路和電路符號,10.5* CMOS門電路,TTL邏輯門電路在實(shí)際應(yīng)用中存在電路的功耗大，線路復(fù)雜，集成度受到一定限制等不足之處。CMOS門電路是在TTL門電路問世后，開發(fā)出來的又一種廣泛應(yīng)用的數(shù)字集成器件，由于所用材料和生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，CMOS門電路與TTL門電路相比，其功耗、抗干擾能力和集成程度度遠(yuǎn)優(yōu)于TTL，且工作速度也較快，CMOS門電路有可能超越TTL門電路而成為占主導(dǎo)地位的電子邏輯器件。,10.5.1 CMOS非門電路,CMOS非門電路,10.5.2CMOS與非門電路,CMOS與非門電路,10.6 組合邏輯電路,多個(gè)門電路放在一起完成一定功能而形成的電路，稱為組合電路。首先我們應(yīng)該掌握一定的方法，分析組合邏輯電路的能力。再者，我們還得有一定的設(shè)計(jì)組合邏輯電路的能力。,1. 組合邏輯電路分析的步驟,（1）由組合電路的邏輯圖寫出組合電路各輸出端的邏輯表達(dá)式；,（2）運(yùn)用代數(shù)法或卡諾圖法化簡和變換邏輯表達(dá)式；,（3）寫出各輸出端的真值表；,（4）根據(jù)邏輯表達(dá)式和真值表對組合邏輯電路進(jìn)行分析，最后確定其功能。,10.6.1組合邏輯電路的分析,2. 組合邏輯電路分析舉例,例題10.6.1,步驟一，寫出輸出端Y的邏輯表達(dá)式為,步驟二，化簡，由于上式已經(jīng)是符合分析的要求了，所以不需要再化簡了；,步驟三，根據(jù)輸出端邏輯表達(dá)式，寫出真值表。,步驟四，分析真值表后，可發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入端A、B、C三個(gè)輸入變量中，1的取值有奇數(shù)個(gè)時(shí)，輸出端Y輸出為1，反之，輸出端Y輸出為0。從真值表分析后可知，該電路可以用來檢查3位二進(jìn)制碼的奇偶性，即輸入的二進(jìn)制碼含有奇數(shù)個(gè)1時(shí)，其輸出信號為有效信號，所以此電路又稱為可校驗(yàn)電路。,10.6.2 組合邏輯電路的設(shè)計(jì),1. 組合邏輯電路設(shè)計(jì)的步驟,（1）分析給定的邏輯功能，列出相應(yīng)的真值表；,（2）根據(jù)真值表寫出相應(yīng)的邏輯表達(dá)式，并進(jìn)行化簡；,（3）根據(jù)化簡后的邏輯表達(dá)式，畫出邏輯電路圖。,2. 組合邏輯電路設(shè)計(jì)舉例,例題10.6.3 設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決器，實(shí)現(xiàn)“少數(shù)服從多數(shù)”的原則。,步驟一，分析給定的邏輯功能，列出相應(yīng)的真值表：,步驟二，根據(jù)真值表寫出相應(yīng)的邏輯表達(dá)式，并進(jìn)行化簡；,步驟三，根據(jù)化簡后的邏輯表達(dá)式，畫出邏輯電路圖,10.7 常用的邏輯器件,10.7.1 數(shù)據(jù)選擇器,1.數(shù)據(jù)選擇器的定義和功能,數(shù)據(jù)選擇器又稱多路選擇器或多路開關(guān)。它是一個(gè)多輸入、單輸出的邏輯器件。,數(shù)據(jù)選擇器示意圖,2.數(shù)據(jù)選擇器的邏輯電路和真值,邏輯表達(dá)式為,真值表 ：,3.其他數(shù)據(jù)選擇器,Y=A1A0D0 + A1A0D1 + A1A0D2 + A1A0D3,（1）四選一數(shù)據(jù)選擇器。,芯片74LS153（國產(chǎn)T1153-T4153)雙4選1數(shù)據(jù)選擇器。,（2）八選一數(shù)據(jù)選擇器。,74LS151是八選一集成數(shù)據(jù)選擇器，他的管腳圖如圖,10.7.2 編碼器,能夠?qū)⒛骋恍畔ⅲㄝ斎耄┳儞Q成為某一特定代碼（輸出）的邏輯電路稱為編碼器。如8421碼編碼器、二進(jìn)制編碼器、雷格碼編碼器等。,1.二進(jìn)制編碼器,（1） 4線2線二進(jìn)制編碼器的工作原理。 其示意圖如下圖所示。,（2） 4線2線二進(jìn)制編碼器的應(yīng)用,例如，某一搶答現(xiàn)場，要將4個(gè)搶答器的輸出信號編為二進(jìn)制代碼進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的電路實(shí)現(xiàn)此功能。,2. 二十進(jìn)制編碼器,二十進(jìn)制編碼（英文簡稱為BCD）碼，就是指用二進(jìn)制編碼來表示十進(jìn)制中的0,1，2,3，4,5，6,7，8,9十個(gè)數(shù)碼。由于三個(gè)二進(jìn)制碼只有八種狀態(tài)，4個(gè)二進(jìn)制碼有16個(gè)狀態(tài)，要表示十進(jìn)制中的十個(gè)數(shù)碼至少需要10種狀態(tài)，所以至少需要4個(gè)二進(jìn)制碼來表示十進(jìn)制編碼。從四位二進(jìn)制中的16種狀態(tài)中選擇十種狀態(tài)有不同的選擇方法，其中比較常見的是“8421 BCD碼”。,8421 BCD編碼器常用芯片74LS147管腳分配圖 ：,10.7.3 譯碼器,譯碼器可以理解為是編碼器的逆過程，即將某個(gè)二進(jìn)制代碼翻譯成相應(yīng)的控制信號，實(shí)現(xiàn)一定的功能。實(shí)現(xiàn)譯碼操作的電路稱為譯碼器。,1.二進(jìn)制譯碼器,2線-4線譯碼器電路邏輯圖,2.二 - 十進(jìn)制譯碼器,二-十進(jìn)制譯碼器常用芯片74LS42管腳分配圖。,10.7.4 數(shù)碼顯示器,七段式數(shù)字顯示器，它由七根發(fā)光的筆劃組成，不同的發(fā)光段組合可顯示09等數(shù)字及其它信息。,譯碼器可采用CT74LS247七段顯示譯碼器芯片，它輸出高電平有效，可以驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器 。,CT74LS247脈沖計(jì)數(shù)電路接線圖,10.7.5 加法器,1.半加器,半加器的輸入端不考慮進(jìn)位，只考慮兩個(gè)加數(shù)的加法器。,2.全加法器,半加器只有兩個(gè)輸入端，而全加法器的輸入端有三個(gè)，被加數(shù)、加數(shù)和進(jìn)位。,全加器邏輯電路,