第四章 常用組合邏輯功能器件

1、第四章 常用組合邏輯功能器件,4．1 編碼器,編碼(encode)：將某種特定含義的信號變換成用二進(jìn)制代碼表示的過程。,編碼器（encoder）：實(shí)現(xiàn)編碼功能的電路。,4.1.1 編碼器的定義與功能,1. 4線－2線編碼器,2. 鍵盤輸入8421BCD碼編碼器,,,,,3. 優(yōu)先編碼器,輸入：I0I1I2I3，(I3優(yōu)先級別最高，I2I1I0依次降低，高電平有效）輸出Y1 Y0 原碼,真值表,表達(dá)式,優(yōu)先編碼器允許同時(shí)輸入多

2、個(gè)編碼信號。當(dāng)多個(gè)輸入信號輸入時(shí)，只有優(yōu)先權(quán)最高的一個(gè)信號被進(jìn)行編碼。,思考:設(shè)計(jì)一個(gè)4線-2線優(yōu)先編碼器,4.1.2 集成電路編碼器,集成8線一3線優(yōu)先編碼器74148的功能表,輸入使能，低電平有效,輸入：低電平有效，有優(yōu)先級別,編碼輸出：反碼,優(yōu)先編碼狀態(tài)標(biāo)志,輸出使能,1. 8線-3線優(yōu)先編碼器74148,,由真值表的表達(dá)式，經(jīng)化簡得,0..7:8個(gè)信號輸入端；A2、A1、A0:3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。,EI: 輸入使能端； E

3、O: 輸出使能端；GS: 優(yōu)先編碼工作狀態(tài)表示。,2. 編碼器的擴(kuò)展,16線-4線的優(yōu)先編碼器:由兩片8線-3線優(yōu)先編碼器擴(kuò)展,連接：高位片(II) 輸出使能端EO與低位片(I)輸入使能端EI相連；高、低位片的A2A1A0相與，獲得低三位輸出碼，而最高位碼為高位片的GS端 ；,4．2．譯碼器 / 數(shù)據(jù)分配器,譯碼是編碼的逆過程，即將二進(jìn)制代碼翻譯成電路的某種狀態(tài)。,二進(jìn)制譯碼器：,將n個(gè)輸入的組合(n位二進(jìn)制代碼）譯成2n種電路狀態(tài)，也

4、叫n線---2n 線譯碼器。,譯碼器的輸入：,n位二進(jìn)制代碼,譯碼器的輸出：,2n個(gè)高低電平信號,4.2.1 譯碼器 的定義與功能（Decoder),1. 設(shè)計(jì)一個(gè)2線－4線譯碼器,4.2.2 集成 譯碼器,1. 3線－8線集成譯碼器74138,當(dāng)G1＝1 G2A＝0，G2B=0時(shí),…….,而任意邏輯函數(shù)均有唯一的最小項(xiàng)表達(dá)式，,所以可以用74138實(shí)現(xiàn)任意一個(gè)三變量函數(shù),譯碼器的擴(kuò)展：用兩片74138實(shí)現(xiàn)4線－16線譯碼,當(dāng)A

5、3A2A1A0＝0101時(shí),Y5＝0，其它為1,當(dāng)A3A2A1A0＝1101時(shí),Y13＝0，其它為1,2. 4線-10線譯碼器（二 - 十進(jìn)制譯碼器7442 ）,,3. 數(shù)字顯示譯碼器,二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)、編碼,,顯示譯碼驅(qū)動器,,顯示器件,在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要將運(yùn)算結(jié)果用人們習(xí)慣的十進(jìn)制顯示出來，這就要用到顯示譯碼器。,1）數(shù)碼顯示管,顯示器件：,常用的是七段顯示器件,共陰極,共陽極,,LED,LCD,Light Emitting Di

6、ode,Liquid Crystal Display,,2）段譯碼原理和七段顯示譯碼驅(qū)動器 7448,CT7448七段譯碼器,輸出高電平有效,共陰極七段碼顯示器,共陽極七段碼顯示器,CT7447七段譯碼器,輸出低電平有效,共陽極七段碼顯示器,七段顯示譯碼器7448功能表,滅燈輸入BI/RBO: BI=0 時(shí)熄滅,試燈輸入LT: LT=0 時(shí) 各段均亮且RBO=1,動態(tài)滅零輸入RBI: LT=1 RBI=0且DCBA=0000 時(shí),應(yīng)該

7、顯示的0熄滅,且動態(tài)滅零輸出RBO=0, 用于多位數(shù)字顯示時(shí)的連接,4. 譯碼器用作分配器,分配器示意圖,由譯碼器實(shí)現(xiàn)分配器,（1）C B A 輸入地址信號,（2）G1 使能端， 接地。,（3） 輸入數(shù)據(jù)端D 。,四選一數(shù)據(jù)選擇器框圖,四選一數(shù)據(jù)選擇器真值表,常用的數(shù)據(jù)選擇器有四選一、雙四選一、八選一和十六選一等多種類型。,,4.3 數(shù)據(jù)選擇器,一、 數(shù)據(jù)選擇器的定義和功能,二、集成電路數(shù)據(jù)選擇器,1. 74LS151集成電路數(shù)

8、據(jù)選擇器的功能,數(shù)據(jù)選擇器74LS151邏輯符號,2. 數(shù)據(jù)選擇器的擴(kuò)展,2位8選1,16選1,2. 數(shù)據(jù)選擇器的應(yīng)用,步驟,包含地址選擇輸入的全部最小項(xiàng)，所以可以用來實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù),1?；勺钚№?xiàng)表達(dá)式,2。根據(jù)最小項(xiàng)表達(dá)式確定各數(shù)據(jù)輸入端Di的值,(1) 用有 m個(gè)地址選擇輸入端的數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)n變量函數(shù),A. m=n時(shí),例1：用74151數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)：,Tip: 當(dāng)函數(shù)變量數(shù)目小于數(shù)據(jù)選擇器地址選擇輸入端數(shù)時(shí)，實(shí)現(xiàn)

9、方法不唯一。,例3：用74LS151實(shí)現(xiàn)Y（D，C，B，A）＝∑m( 1,6,9,12),Tip: 當(dāng)函數(shù)變量數(shù)目大于數(shù)據(jù)選擇器地址選擇輸入端數(shù)時(shí)，在數(shù)據(jù)輸入端需要加入多出變量的組合。,B. m>n時(shí),C. m<n時(shí),,(2) 用有 m個(gè)地址選擇輸入端的數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)n位數(shù)的并串轉(zhuǎn)換,作業(yè)：4.2.1, 4.2.3 , 4.2.4, 4.3.6 (2) 補(bǔ)充：（3）Y＝A同或B （4

10、） Y（D，C，B，A）＝∑m(0,5,9,11,14),4．4 數(shù)值比較器,一、 數(shù)值比較器的定義及功能,,,,,,1. 設(shè)計(jì)一個(gè)一位數(shù)值比較器,2. 2位數(shù)值比較器,二、集成數(shù)值比較器,四位數(shù)字比較器邏輯符號,四位數(shù)字比較器74LS85真值表,1. 集成數(shù)值比較器74LS85的功能,2. 數(shù)字比較器的擴(kuò)展,1) 串聯(lián) ：實(shí)現(xiàn)簡單 2) 并聯(lián)： 速度快,4.5 算術(shù)運(yùn)算電路,1. 半加器,真值表,表達(dá)式,邏輯圖,邏輯符號,一、

11、半加器和全加器,：帶進(jìn)位加，產(chǎn)生和與進(jìn)位。,真值表,表達(dá)式,邏輯圖,邏輯符號,2. 全加器,1. 串行進(jìn)位加法器,A3A2A1A0+B3B2B1B0 = S3S2S1S0,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單,缺點(diǎn)：速度慢,由于低位全加器的進(jìn)位輸出與高位全加器的進(jìn)位輸入串聯(lián)相連，計(jì)算結(jié)果必須經(jīng)過各級全加器逐級向高位傳遞，每一位數(shù)據(jù)的傳遞都有延遲時(shí)間，級數(shù)越多累加的延遲時(shí)間越長。,二、 多位加法器,2. 超前進(jìn)位加法器,74283,,超前進(jìn)位,：并行進(jìn)位，

12、高位的進(jìn)位不必等待各低數(shù)位進(jìn)位信號逐級傳遞，每一級進(jìn)位由進(jìn)位信號函數(shù)產(chǎn)生。,每一個(gè)Si和Ci直接由AmBm (m=0,1,….i)和C-1得出,3. 加法器的擴(kuò)展（串聯(lián)或者使用超前進(jìn)位產(chǎn)生器）,例：用74LS283構(gòu)成8位加法器,三、 減法運(yùn)算,1. 反碼與補(bǔ)碼,反碼,1 1 1 1,補(bǔ)碼,0 0 0 0,1 1 1 0,1 1 1 1,1 0 1 0,1 0 1 1,N反＝（2n-1)B-N原,原碼逐位取反得到反碼,N補(bǔ)＝（2n)B

13、-N原,反碼加1得到補(bǔ)碼,-N原= N補(bǔ)- （2n)B,2. 用加補(bǔ)碼完成減法運(yùn)算,A－B＝A＋ B補(bǔ)－（ 2n）B,1) A>=B 如14-6=8,14的原碼1110,+6的反碼1001,+ 0001,,_____________,進(jìn)位 11000,借位為0差1000,14的原碼1100,-6的原碼0110,______________,借位為0差1000,2) A<B如5-14=-9,5的原碼

14、0101,+14的反碼0001,+ 0001,,_____________,進(jìn)位 00111,借位為1差1001,5的原碼0101,-14的原碼1110,____________,借位為1差1001,實(shí)訓(xùn)4 編/譯碼及數(shù)碼顯示,1）了解編碼器、譯碼器和數(shù)碼管的邏輯功能。  2）熟悉74LS147、 74LS48和數(shù)碼管各管腳的功能。 3）進(jìn)一步掌握數(shù)字電路邏輯關(guān)系的檢測方

15、法。  2. 實(shí)訓(xùn)設(shè)備與器件 實(shí)訓(xùn)設(shè)備：邏輯試電筆、示波器、直流穩(wěn)壓電源、集成電路測試儀。  實(shí)訓(xùn)器件、實(shí)驗(yàn)電路板、訓(xùn)3所調(diào)試好的搶答器實(shí)驗(yàn)板、二-十進(jìn)制編碼器74LS147、字符譯碼器74LS48、共陰極數(shù)碼管、非門74LS04各一塊。  3. 實(shí)訓(xùn)電路 實(shí)訓(xùn)電路如圖4.1所示。 ,圖 4.1 編/譯碼及數(shù)碼顯示實(shí)訓(xùn)電路圖,4. 實(shí)訓(xùn)

16、步驟與要求 1） 預(yù)習(xí) 查集成電路手冊，初步了解74LS147、74LS48和數(shù)碼管的功能，確定74LS147和74LS48的管腳排列，了解各管腳的功能。  2）連接電路 用集成電路測試儀測試所用集成塊，確認(rèn)完好后，按實(shí)訓(xùn)電路圖在實(shí)驗(yàn)板上安裝好實(shí)訓(xùn)電路。將實(shí)訓(xùn)3中 4 人搶答器的 4 個(gè)指示信號按實(shí)訓(xùn)電路所示接到編碼器74LS147的I1、I2、

17、I3、I4輸入端（即11、12、13、1 腳）。檢查電路連接,確認(rèn)無誤后再接電源。 ,3） 電路功能顯示 接通電源，分別觸按 4 個(gè)搶答器的搶答鍵，如果電路工作正常，數(shù)碼管將分別顯示搶答成功者的號碼。如果沒有顯示或顯示的不是搶答成功者的號碼，說明電路有故障，應(yīng)予以排除。  4）電路邏輯關(guān)系檢測 （1）用邏輯試電筆（或示波器）測試搶答器輸入到編碼器74LS147的I1、I2

18、、I3、I4輸入端的 4個(gè)信號，其中一個(gè)信號應(yīng)是低電平，并觀察該低電平信號與數(shù)碼管顯示的數(shù)字有什么關(guān)系。, （2）當(dāng)4個(gè)輸入信號I1、I2、I3、I4分別為低電平時(shí)，用邏輯試電筆（或示波器）測試74LS147的 4 個(gè)輸出端A、B、C、D的電平并記錄于表4.1中。表中“1”表示高電平， “0”表示低電平。  （3）用同樣的方法測試譯碼器74LS48的 7 個(gè)輸出端a～g的電平并記錄于表4.1中。觀察數(shù)碼管 7

19、個(gè)輸入端a～g 電平的高低與數(shù)碼管相應(yīng)各段的亮滅有什么關(guān)系。,表 4.1,5） 74LS147功能試驗(yàn) (1) 編碼功能。給一塊74LS147接通電源和地，在74LS147的9個(gè)輸入端加上輸入信號(按表4.2所示，依次給I1~I9加信號）,用邏輯試電筆或示波器測試D、C、 B、A 4個(gè)輸出端的電平，將測試結(jié)果填入表4.2中。  如果操作準(zhǔn)確，對應(yīng)每一個(gè)低電平輸入信號，在編碼器輸出端D、C

20、、B、A將得到一組對應(yīng)的二進(jìn)制編碼。 分析測試結(jié)果可知，編碼器輸出端D、C、B、A以反碼輸出，D為最高位,A為最低位。每組 4 位二進(jìn)制代碼表示1位十進(jìn)制數(shù)。低電平輸入信號為有效信號。 若無有效信號輸入，即9個(gè)輸入信號全為“1”，代表輸入的十進(jìn)制數(shù)是0， 則輸出DCBA=1111（0的反碼）。,表4·2,（2）優(yōu)先編碼。如果74LS147同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入信號為低電平，將輸出哪一個(gè)信號的編碼呢？請按表4.3的輸

21、入方式，測試相應(yīng)的輸出編碼。 表中的“×”既可以表示低電平，也可以表示高電平。 如果測試準(zhǔn)確，可以看出，編碼器對級別高的信號進(jìn)行編碼; I9狀態(tài)信號的級別最高，I1狀態(tài)信號的級別最低。這就是優(yōu)先編碼功能，因此，74LS147是一個(gè)優(yōu)先編碼器。,6） 數(shù)碼管功能測試 將共陰極數(shù)碼管的公共電極接地， 分別給a~g 7個(gè)輸入端分別加上高電平，觀察數(shù)碼管的發(fā)亮情況，并記錄輸入信號與發(fā)亮顯示段的對應(yīng)關(guān)系。 最后

22、給7個(gè)輸入端都加上高電平，觀察數(shù)碼管的發(fā)亮情況。 7）74LS48功能試驗(yàn) （1）譯碼功能。將 、 、BI/RBO端接高電平，輸入十進(jìn)制數(shù)0~9中的任意一組8421碼（原碼），則輸出端a~g將得到一組相應(yīng)的7位二進(jìn)制代碼。 如果將這組代碼輸入到數(shù)碼管，就可以顯示出該十進(jìn)制數(shù)。,（2）試燈功能。給試燈輸入端 加低電平，而BI/RBO端加高電平時(shí)，則輸出端a~

23、g均為高電平。若將其輸入到數(shù)碼管， 則所有的顯示段都發(fā)亮。 此功能可用于檢查數(shù)碼管的好壞。 （3）滅燈功能。將低電平加于滅燈輸入端BI時(shí)，不管其他輸入為什么電平，所有輸出端都為低電平。 將這樣的輸出信號加至數(shù)碼管，數(shù)碼管將不發(fā)亮。,（4）動態(tài)滅燈功能。 端為滅零輸入端。其作用是把數(shù)碼管顯示的數(shù)字0熄。當(dāng) 且DCBA=0000時(shí)，a~g的輸出均為低電平

24、，數(shù)碼管無任何顯示。利用該滅零端，可熄滅不需要顯示的多個(gè)零。 5. 實(shí)訓(xùn)分析 （1）從步驟3）的試驗(yàn)可以看出，該實(shí)訓(xùn)電路的功能就是在數(shù)碼管上顯示出4位搶答者的號碼。在該實(shí)驗(yàn)中我們只有 4 個(gè)輸入信號，如果有 10 個(gè)輸入信號，則數(shù)碼管可以顯示0～9十個(gè)數(shù)字。  （2）分析步驟4）中第（1）步的測試結(jié)果可知，無論哪個(gè)輸入信號為低電平，數(shù)碼管將顯示該輸入端號碼。如果所有的輸出信號都為

25、高電平，則數(shù)碼管將顯示數(shù)字0。 ,（3）表4.１的數(shù)據(jù)表明74LS147是將一個(gè)輸入信號編成了一組相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，因此稱其為編碼器。  （４）觀察步驟4）中第（3）步的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，a～g 7個(gè)信號中哪個(gè)信號為高電平，數(shù)碼管與之相應(yīng)的那一段就會發(fā)亮。在74LS48輸入端輸入不同的二進(jìn)制代碼時(shí) a ～g的輸出也不同，數(shù)碼管將顯示不同的數(shù)字。a～g 端的信號電平是按照輸入代碼對字型的要求輸出的，因此稱74LS48為字符