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1、第八章 门电路与组合逻辑电路,第一节 数字电路概述与计数制,第二节 逻辑门电路,第三节 组合逻辑电路的分析与设计,第八章 门电路与组合逻辑电路,第四节 常用组合逻辑电路,第一节 数字电路概述与计数制,一、模拟量和数字量,二、计数制,第八章 门电路与组合逻辑电路,一、模拟量和数字量,1脉冲数字信号,数字电路(digital circuit)：,组合逻辑电路,时序逻辑电路,脉冲是指在短时间内出现的电压或电流的变化，其波形不按正弦规律变化。,第八章 门电路与组合逻辑电路,脉冲数字信号的参数,脉冲幅度Um,脉冲上升时间tr,脉冲下降时间tf,脉冲宽度tw,周期T,第八章 门电路与组合逻辑电路,2典型的
2、数字信号,在同一种方波信号中，相对高的电位叫作高电平，反之为低电平,矩形波信号,第八章 门电路与组合逻辑电路,方波特点：强调相对高低电位，而非具体电位或电压的数值,3.正逻辑和负逻辑,正逻辑:高电平为“1”低电平为“0”,方波特点：强调相对高低电位，而非具体电位或电压的数值,第八章 门电路与组合逻辑电路,二、计数制,1.十进制 逢十进一和“权”,2.二进制 逢二进一和“权”,43.2=4101+3100+210-1,权:101(十位)100(个位)10-1(小数后1位),(1101)2=123+122+021+120,权:23 22 21 20,13,基数,例如,例如,第八章 门电路与组合逻辑
3、电路,3.十进制,二进制转换成十进制：按权展开,十进制转换成二进制：整数部分转换 小数部分转换,(1101)2=123+122+021+120,权:23 22 21 20,13,例如,第八章 门电路与组合逻辑电路,例如 14.605,整数部分转换：除2取余，直至0,十进制转换成二进制,14,2,7,2,3,2,1,2,0,14=(1110)2,余0,余1,余1,余1,注意：先得的余数为低位；后得的为高位,第八章 门电路与组合逻辑电路,例如 14.605,十进制转换成二进制,注意：先得的整数为高位，后得的为低位,小数部分：乘2取整，直至达精确的位数,0.605,1.210,0.420,K-3=0
4、,K-2=0,K-1=1,0.840,0.605(0.100)2,得：14.605(1110.100)2,第八章 门电路与组合逻辑电路,4.二-十进制,Binary Coded Decimal，BCD码,BCD码：用四位二进制代码表示一位十进制数(09共十个数字）,00001001,可代表09,又称8421码(权),1位十进制数,举例：（84）10（1000，0100）8421BCD,第八章 门电路与组合逻辑电路,第二节 逻辑门电路,一、基本逻辑门电路,二、集成逻辑门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,逻辑门电路：能够实现逻辑关系，逻辑关系是指某事物的条件与结果的关系。,1与逻辑和与门电路,“
5、1”接通或灯亮;“0”断开或灯灭,与逻辑 AND logic：只有当决定某一事情的条件全部具备之后，这件事才会发生。,一、基本逻辑门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,与逻辑真值表,只有当A、B全为“1”，才有Y1；若A、B任一为0V,相应的二极管优先导通，钳制UY0.7V。,0,表达式：YAB,与门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,2或逻辑和或门电路,“1”接通或灯亮;“0”断开或灯灭,或逻辑真值表,或逻辑（OR logic）：当决定某一事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事就会发生。,第八章 门电路与组合逻辑电路,或门电路,表达式：YAB,若A、B中任一为1,相应的二极管
6、优先导通，钳制UY3.7V。,1,或逻辑真值表,第八章 门电路与组合逻辑电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,3非逻辑和非门电路,“1”接通或灯亮;“0”断开或灯灭,非逻辑（NOT logic）：某一事情是否发生只取决于一个条件，而且结果是对该条件的否定；条件具备时事情不发生，条件不具备时事情才发生。,第八章 门电路与组合逻辑电路,非门电路,1,0,三极管开关状态,表达式：,饱和导通,第八章 门电路与组合逻辑电路,复合逻辑门,与非门电路,或非门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,举例：同或门,逻辑功能：A、B相同，则Y1,可写成 YAB,同或门逻辑符号,第八章 门电路与组合逻辑电路,二、集成逻辑
7、门电路,1TTL门电路,半导体集成门电路：,双极型 三极管,单极型 场效应管,Transistor-transistor Logic,属于双极型集成门电路，主要以TTL与非门电路为基础,第八章 门电路与组合逻辑电路,T1：多发射极晶体管，构成与门电路,典型TTL与非门电路的结构、功能和逻辑符号,C1,第八章 门电路与组合逻辑电路,TTL与非门工作原理,当A、B、C 任一为“0”时：Y1,1,UB1=0.3+0.7=1V,5V,UY3.6V,3.6V,拉电流,T1：多发射极晶体管，构成与门电路,C1,第八章 门电路与组合逻辑电路,T1各发射极最终还导通吗？,0,UB1=0.73=2.1V,1V,
8、UY0.3V,0.3V,当A、B、C 全为“1”时：UB1Y0,灌电流,C1,TTL与非门工作原理,第八章 门电路与组合逻辑电路,T2、T5同时饱和导通或同时截止，导通条件：UB1 2.1V；T3总是放大导通；T4导通或截止,T4和T5总有一个截止,TTL与非门工作原理总结,第八章 门电路与组合逻辑电路,TTL的主要参数,传输延时：传输延迟时间是用来表示TTL门电路工作速度的参数,输入输出逻辑电平：标准TTL门输入逻辑低电平UIL为00.8V；输入逻辑高电平UIH为25V；输出逻辑低电平UOL为00.4V；输出逻辑高电平UOH为2.45V。,第八章 门电路与组合逻辑电路,输入输出逻辑电平：标准
9、TTL门输入逻辑低电平UIL为00.8V；输入逻辑高电平UIH为25V；输出逻辑低电平UOL为00.4V；输出逻辑高电平UOH为2.45V。,TTL的主要参数,第八章 门电路与组合逻辑电路,IIL,阈值电压UT：能使输入级T1的基极电位UB1达到2.1V对应的输入电压，称为阈值电压。,输入输出电流：低电平输入电流IIL输入端短路电流IIS 高电平输入电流IIH反偏漏电流:IIH0,IIS,1V,IIH,IIS1.6mA,IIH2040A,TTL的主要参数,第八章 门电路与组合逻辑电路,扇出系数：扇出系数是指一个门电路能带同类门电路输入端的最大数目。,灌,0,拉,1,或者在拉电流时：,在驱动门灌
10、电流时：,output,Low,High,output,TTL的主要参数,第八章 门电路与组合逻辑电路,（1）CMOS非门电路 常称CMOS反相器,驱动管TN是N沟道增强型(NMOS)，负载管TP是P沟道增强型(PMOS)，两者联成互补对称的结构。,无论电路处于何种状态，两管中总有一个截止，所以它的静态功耗极低，有微功耗电路之称。,驱动管,负载管,2CMOS门电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,2CMOS门电路,（2）CMOS传输门电路 相当于理想开关,传输门的开通与关断取决于控制信号C和，在 输入端加了符号“”，喻意 低电平有效，即 0就允许信号传输。,低电平有效,高电平有效,第八章 门电路
11、与组合逻辑电路,3集成门电路使用的一些实际问题,TTL门电路多余输入端的处理 接高电平；接低电平；并联；剪短悬空,与门，与非门,或门，或非门,相当于输入1,第三节 组合逻辑电路的分析和设计,一、逻辑代数基础,二、逻辑函数的化简和转换,三、组合逻辑电路的分析,四、组合逻辑电路的设计,第八章 门电路与组合逻辑电路,一、逻辑代数基础,第八章 门电路与组合逻辑电路,1逻辑代数运算法则,逻辑非,逻辑或,逻辑与,一、逻辑代数基础,第八章 门电路与组合逻辑电路,1逻辑代数运算法则,遵守交换律、结合律、分配律反演律（摩根律）、吸收律等,反演律,吸收律,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.最小项的定义和性质,与非
12、运算真值表与最小项,n变量逻辑函数的最小项共有2n个,最小项的重要性质：输入变量A、B任何一组取值下必有一个最小项，且仅有一个最小项的值为1。,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.最小项的定义和性质,约束项和任意项统称无关项。把它们加入到逻辑函数表达式中，不会改变函数原来的关系。利用写入无关项的方法常可化简具有无关项的逻辑函数。,约束项：如果真值表中禁止输入变量为某些值，该组值对应的最小项叫做约束项，取值为零。,任意项：如果真值表中输入变量某些组合的取值对函数没有影响，可有可无，不影响电路功能，其对应的最小项叫做任意项。,二、逻辑函数的化简和转换,第八章 门电路与组合逻辑电路,1.公式法化简,【
13、例题】化简逻辑函数,【解】利用公式A+AA，把上式改写成,所以：,二、逻辑函数的化简和转换,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.真值表与逻辑式的转换,输入变量A、Bn个,n变量逻辑函数的最小项共有2n个,输入变量ABC=001时:,二、逻辑函数的化简和转换,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.真值表与逻辑式的转换,输入变量A、Bn个,n变量逻辑函数的最小项共有2n个,输入变量ABC=001时:,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.真值表与逻辑式的转换,输入变量A、Bn个,n变量逻辑函数的最小项共有2n个,输入变量ABC=001时:,二、逻辑函数的化简和转换,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.真值表与
14、逻辑式的转换,设计一个三人举手表决器,Y为结果，半数以上人通过：Y=1,Y1对应的最小项？,Ym3+m5+m6+m7,第八章 门电路与组合逻辑电路,3逻辑式与逻辑图的转换,对下式加入两个ABC后再化简,三人举手表决电路图,第八章 门电路与组合逻辑电路,4输入与输出波形图,横向:时间 t,纵向:变量,Y=A+B,三、组合逻辑电路的分析,第八章 门电路与组合逻辑电路,【例题】组合逻辑电路如图示，分析该电路的逻辑功能。,【解】由逻辑图逐级写出逻辑式,由逻辑式写出真值表,异或门：,第八章 门电路与组合逻辑电路,【例题】对人脑医学磁共振图像采用一种基于区域的分割识别技术，即依据病灶与正常组织在图像中反映
15、出的亮度差异找到合适的域值进行分割检测。设图像检测结果的亮度状态为07种（000111），0代表区域亮度最低，7代表区域亮度最高，区域阈值亮度为5。试设计一个组合逻辑电路，达到或高于阈值亮度时，输出信号Y1，表示应将该区域分割挑选出来。,【解】设输入变量为ABC，代表 亮度状态000111；列出真值表,区域阈值亮度5，则Y=1,第八章 门电路与组合逻辑电路,写出Y的逻辑式并化简变换,对上式加入一个ABC后再化简得：,画出逻辑图,第四节 常用组合逻辑电路,一、加法器,二、编码器,三、译码器和数字显示,四、数据选择器,第八章 门电路与组合逻辑电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,一、加法器,1半加器
16、(half-adder),当多位数相加时，半加器可用于最低位求和，并给出进位数C。,S:和数C:进位,第八章 门电路与组合逻辑电路,2全加器(full-adder),可对两个二进制数A和B及低位进位数CI三者求和S，并给出高位进位C,三位串行加法器,CI,CI,第八章 门电路与组合逻辑电路,二、编码器,用途：编码(coding)是把字母、数字、文字或符号等信息编成一组二进制代码。,n位二进制代码有2n种，可以表示2n个信息,8个输入变量(信息)I0I7,3位二进制数：Y2Y1Y0取 000111,8种状态,例如,第八章 门电路与组合逻辑电路,1.二进制编码器,若I0=1则：I0 I71000Y
17、2Y1Y0 000,每组只允许一个输入信号有效（高电平1）,8个输入变量(信息)I0I7,3位二进制数：Y2Y1Y0取 000111,8种状态,例如,第八章 门电路与组合逻辑电路,I1,I2,I5,I7,8/3线编码器真值表,I0,I3,I4,I6,00001111,00110011,01010101,Y2,Y1,Y0,输入最小项,各输出,条件：每次只允许一个输入信号为（有效）,由真值表得出逻辑式如下,1.二进制编码器,第八章 门电路与组合逻辑电路,三、译码器和数字显示,1.二进制译码器,用途：把输入的二进制代码(000111)译成对应的输出信号（）,3/8线译码器,3位输入,8位输出,由74
18、LS138型3/8线二进制译码器真值表写出逻辑式,二进制译码器各输出就是最小项表达式！,第八章 门电路与组合逻辑电路,1.二进制译码器,【例题】逻辑式，试用74LS138型3/8线二进制译码器实现逻辑函数。,二进制译码器各输出就是最小项表达式！,【解】,由于74LS138型3/8线二进制译码器各输出逻辑式就是最小项表达式，所以,输入为ABC,第八章 门电路与组合逻辑电路,二进制译码器各输出就是最小项表达式！,1.二进制译码器,根据Y式，用二进制译码器74LS138构成逻辑电路,第八章 门电路与组合逻辑电路,2.显示译码器,用途：把8421码(00001001)译成十 进制数09，并能用显示器显
19、示。,BCD码,BCD编码,显示译码器,显示器件,第八章 门电路与组合逻辑电路,字符显示器,发光二极管LED液晶段显示 LCD,类型,七段数码管,第八章 门电路与组合逻辑电路,七段数码管,1,0,共阴极数码管,共阳极数码管,字符显示器,第八章 门电路与组合逻辑电路,七段显示译码器,CT74LS248型驱动共阴极LED数码管,分析e段：数值0,2,6,8 要求e段亮,译码逻辑式,第八章 门电路与组合逻辑电路,四、数据选择器,数据选择器（multiplexer,MUX）：类似一个多投开关。选择哪一路信号由相应的一组地址信号控制,输入信号,输出信号,地址控制信号,2n个数据输入端,n个地址选择端,第八章 门电路与组合逻辑电路,输入信号,输出信号,选通信号,第八章 门电路与组合逻辑电路,【例题】试用8选1数据选择器74LS151实现逻辑函数,1,
