第8章 组合逻辑电路 8.1 概述 8.2 组合逻辑电路的分析 8.3 组合逻辑电路的设计 8.4 编码器 编码的概念

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1 第8章 组合逻辑电路 8.1 概述 8.2 组合逻辑电路的分析 8.3 组合逻辑电路的设计 8.4 编码器 8.4.1 编码的概念
第8章 组合逻辑电路 8.1 概述 8.2 组合逻辑电路的分析 8.3 组合逻辑电路的设计 8.4 编码器 8.4.1 编码的概念 8.4.2 二进制编码器的门电路实现 8.4.3 集成编码器 8.5 译码器 8.5.1 二进制译码器 8.5.2 七段数码显示译码器

2 任意时刻的输出信号状态只与当前的输入信号状态有关，与电路原来的输出状态无关. 这种电路没有记忆功能。 组合逻辑电路的特点:
8.1 概述 1.组合逻辑电路 任意时刻的输出信号状态只与当前的输入信号状态有关，与电路原来的输出状态无关. 这种电路没有记忆功能。 组合逻辑电路的特点: 组合逻辑电路组成框图 常见的组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、数据分配器等。

3 数字逻辑电路中输出信号部分反馈到输入端，输出信号的状态不但与当前的输入信号状态有关，而且与电路原来的输出状态有关，这种电路有记忆功能。
2.时序逻辑电路 时序逻辑电路的特点: 数字逻辑电路中输出信号部分反馈到输入端，输出信号的状态不但与当前的输入信号状态有关，而且与电路原来的输出状态有关，这种电路有记忆功能。 时序逻辑电路组成框图

4 课堂思考： 如题图（a）（b）所示电路各属于什么类型的逻辑电路？ 本节小结 1.组合逻辑电路的特点是：任意时刻的输出信号状态只与当前的输入信号状态有关，而与电路原来的输出状态无关。这种电路没有记忆功能。 2.时序逻辑电路的特点是：任意时刻的输出信号状态不仅与当前的输入信号状态有关，而且还与电路原来的输出状态无关。这种电路有记忆功能，分析起来较为复杂。

5 8.2 组合逻辑电路的分析 组合逻辑电路的分析步骤 （1）根据给定的逻辑电路图，推导输出端的逻辑表达式。 （2）化简和变换：如果写出的逻辑表达式不是最简表达式，必须利用公式法进行化简。 （3）列真值表：根据逻辑表达式求出真值表。 （4）分析说明：对真值表或逻辑表达式进行分析和总结，通过文字描述电路的功能。

6 例8.1：分析如图所示逻辑电路的逻辑功能。 （1）根据电路写出输出端的逻辑表达式。 （2）对逻辑表达式进行化简。

7 根据化简后的逻辑表达式，列出真值表如右表所示。
输入 输出 A B C Y 1 （3）列真值表 根据化简后的逻辑表达式，列出真值表如右表所示。 （4）分析说明 根据对真值表输出Y为1项的观察可以看出，当3个变量中有2个或2个以上变量为1时，输出变量就为1。因此,它是一个多数表决电路。

8 1.分析组合逻辑电路的功能一般要经过哪几个步骤？
课堂练习： 1.分析组合逻辑电路的功能一般要经过哪几个步骤？ 2.已知逻辑电路如右图所示，试分析其逻辑功能，要求写出分析过程。 本节小结 组合逻辑电路的分析步骤是： （1）根据给定的逻辑电路图，推导输出端的逻辑表达式。 （2）化简和变换。 （3）列真值表。 （4）分析说明。

9 8.3 组合逻辑电路的设计 组合逻辑电路的设计步骤： （1） 分析实际情况是否能用逻辑变量来表示。一般能用逻辑变量来表示的事物只具有二值性，如行与不行、高与低、赞成与反对等。 （2） 确定输入、输出逻辑变量并用逻辑变量字母表示，作出逻辑规定。 （3）根据实际情况列出所有输入变量在不同情况下的逻辑真值表。 （4）根据逻辑真值表写出逻辑表达式并化简，有时还要根据特定的逻辑集成电路作一定的逻辑变换。 （5）画出逻辑电路图，并标明使用的集成电路和相应的引脚。 （6）根据逻辑电路图焊接电路，调试并进一步验证逻辑关系是否与实际情况相符。

10 例8.2 请用组合逻辑电路实现某小组的事务决议投票功能。设该小组有组长1名，组员2名，对于小组事务的决议如果组长同意，则不论组员是否同意，决议通过；如果组长不同意，但2名组员都同意，则决议也可通过。
（1）分析实际情况是否能用逻辑变量来表示。 小组组员和组长对某事务进行决议的态度有同意和不同意2种，而事物决议的最终结果也有通过和不通过2种，符合逻辑变量的二值性要求。因此，可用逻辑电路来实现。 （2）确定输入、输出逻辑变量并用逻辑变量字母表示。 由以上分析，确定输入变量有3个，即小组组长和2名组员，分别用变量A表示组长，B表示组员甲，C表示组员乙，并设逻辑变量取1表示同意，0表示不同意；输出变量1个，用Y表示事物决议的最终结果，并设逻辑变量取1表示通过， 0表示不通过。 （3）根据实际情况列出所有输入变量在不同情况下的逻辑真值表。

11 可见，变换后只用一块集成与非门电路就可实现以上逻辑功能。
逻辑真值表 （4）写出逻辑表达式并化简，有时还要根据特定的逻辑集成电路作一定的逻辑转换。 输入 输出 A B C Y 1 × 化简后可得: 小提示：“×”表示0或1都可以。 由以上表达式可见，该逻辑电路中既包含有与门电路，又有或门电路，实现起来将较繁琐且不经济，因此，作逻辑转换如下： 可见，变换后只用一块集成与非门电路就可实现以上逻辑功能。

12 （5）画出逻辑电路图，并标明集成电路的型号和相应的引脚。
课堂思考： 1.设计组合逻辑电路一般要经过哪几个步骤？ 2.设计一个故障显示电路，要求如下:两台电动机同时工作，绿灯亮;其中一台电动机有故障时，黄灯亮;两台电动机都有故障时，红灯亮。 （1）写出真值表 （2）写出表达式 （3）画出逻辑电路图

13 本节小结 组合逻辑电路的设计步骤: （1）分析实际情况是否能用逻辑变量来表示。 （2）确定输入、输出逻辑变量并用逻辑变量字母表示，作出逻辑规定。根据实际情况列出逻辑真值表。 （3）根据逻辑真值表写出逻辑表达式并化简。 （4）画出逻辑电路图，并标明使用的集成电路的型号和相应的引脚。 （5）根据逻辑电路图焊接电路，调试并进一步验证逻辑关系是否与实际情 况相符。

14 8.4 编码器 8.4.1 编码的概念 编码：把各种信号（如10进制数、文字、符号等）转换成若干位2进制码 的过程。 编码器：能够完成编码功能的组合逻辑电路。 编码器分类：（1）按编码形式可分为：2进制编码器和BCD码编码器。 （2）按编码器编码输出2进制码的位数可分为：4线－2 线编码器、8线－3线编码器和16线－4线编码器等。 编码意义：编码器之所以编成2进制码输出，是因为2进制码便于对其 进行存储、运算等各种数字信号处理，而且电路容易实现。

15 （2）根据列出的真值表，写出各输出端的逻辑表达式。
8.4.2 二进制编码器的门电路实现 二进制编码器：能够将各种输入信息编成二进制代码的电路。 例8.3 设计抢答器中实现8位选手编码功能的8线－3线二进制编码器。 （1）分析具体事物，列出输入量与输出量之间的真值表。 输入量为8位选手的按键输入，输出量为3位2进制数，真值表如下。 （2）根据列出的真值表，写出各输出端的逻辑表达式。 输 入 输 出 Y2 Y1 Y0 I0 I1 1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y2= I4+ I5+ I6+ I 高位 Y1= I2+ I3+ I6+ I7 Y0= I1+ I3+ I5+ I 低位

16 （4）对照逻辑电路图选取具体的数字集成电路，并分配引脚。
（3）根据化简所得的逻辑表达式，画出逻辑电路图。 8线－3线编码器电路图 （4）对照逻辑电路图选取具体的数字集成电路，并分配引脚。 根据逻辑电路图，查阅数字集成电路手册，可选用2块MC14072（2路4输入或门集成电路）实现该电路的功能，其中U1A和U1B同属于1块集成电路，只是引脚不同而已。

17 （5）验证编码功能 当按键没按下时，所有或门输入端为低电平，因此，输出端Y2～Y0为000。 假设按下按键S5（输入变量I5），将使U1A的第2脚和U2A的第4脚输入高电平，输出端Y2～Y0为101。 同理，按下其它按键，输出端出现该数码的编码。 提示：变量I0的编码是隐含着的，当I1～I7均为0时，电路输出的就是I0的编码。 讨论：哪些数字电路产品中需要用到编码器，请列出1-2个较典型的例子。 课堂练习： 请设计一个4线－2线编码器，要求写出设计过程，画出逻辑电路，标明集成电路的型号和引脚。

18 集成编码器 1.集成编码器的概念 集成编码器的逻辑符号和真值表 输入 输出 1 (a)高电平有效

19 优先编码器：对输入信号分配了优先级，即使有几个输入信号有效，也只 会对其中优先级别最高的有效信号进行编码，而屏蔽其它级 别的有效信号。
集成编码器的逻辑符号和真值表 输入 输出 1 （b）低电平有效 2.优先编码器的概念 优先编码器：对输入信号分配了优先级，即使有几个输入信号有效，也只 会对其中优先级别最高的有效信号进行编码，而屏蔽其它级 别的有效信号。

20 3.集成优先编码器 MC14532属于正逻辑的优先编码器。编码优先级别为D7～D0依次排列，即D7优先级别最高，D0优先级别最低，编码输出为Q2～Q0。 （a）逻辑符号 （b）引脚排列图 D7～D0：编码输入端，高电平有效。 Q2～Q0：编码输出端，高电平输出。 EI：输入使能端，高电平有效。 GS：组选择输出端。当多块编码器级联时，该端为1表示本组编码输出有效。 EO：级联输出使能端。当多块编码器级联时，该端用于控制低端编码器的EI端，如果本组无有效编码输出，则使低端编码器的EI有效工作。

21 表中“×”表示该项可为1也可为0，即该项对输出端逻辑功能无影响。
MC14532的逻辑功能真值表 输入 输出 EI D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Q2 Q1 Q0 GS EO × 1 　表中“×”表示该项可为1也可为0，即该项对输出端逻辑功能无影响。

22 MC14532的功能说明： 　　（1）非工作状态（EI=0） 当EI=0时，集成编码器不工作，要使编码器正常工作，EI必须为1。 　　（2）等待状态（EI=1，D7～D0全为0） 当EI＝1，编码器正常工作，但D7～D0全为0时，表示本编码器处于编码等待状态，无有效编码输出。 　　（3）编码状态（EI=1，D7～D0不全为0） 当EI＝1，编码器正常工作，当D7～D0有输入信号时，编码器根据最高优先级的输入信号进行编码，组选择输出端GS为1，表示本编码器处于编码状态。 　　（4）GS的作用总结 从真值表可以看出，Q2～Q0在三种情况下都为000，只有在EI=1，并且D0=1时，输出Q2～Q0为000才表示有效编码输出，为了和编码器不工作以及等待状态相区分，此时通过组选择输出端GS进行指示，只有GS为1时，Q2～Q0才是有效编码输出。

23 MC14532的应用实例： 　按键编码电路 　　利用MC14532构成8个按键的二进制编码电路，该电路在抢答器等产品中被广泛采用，还可以应用于单片机输入端口的扩展。

24 课堂练习： １.试分析集成编码器MC14532在如下图所示的输入信号状态下，其输出引脚的逻辑电平各为多少？ 　　２.如果要设计一个实现负逻辑的按键输入电路，即按键没按下时输入高电平，按键按下时输入低电平，按键输入电路应是怎样的？试画出其电路图。

25 2.能够将各种输入信息编成二进制代码的电路称为二进制编码器。
本节小结 　　1.编码是把输入的各种信号（如10进制数、文字、符号等）转换成若干位二进制码的过程。 2.能够将各种输入信息编成二进制代码的电路称为二进制编码器。 　3.优先编码器对输入信号分配了优先级，即使有几个输入信号有效，也只会对其中优先级别最高的有效信号进行编码，而屏蔽其它级别的有效信号。优先编码器允许同时输入多个有效信号而不会发生编码混乱。

26 8.5 译码器 　　　译码：是编码的逆过程，是对编码内容的“翻译”。 　　　译码器：能够完成译码功能的组合逻辑电路叫译码器。 　　　常用的译码器有2进制译码器和数码显示译码器等。 二进制译码器 　　　二进制译码器的逻辑功能：将输入的二进制码翻译成相应的控制信号。 　二进制译码器逻辑符号 　　例如，当输入二进制码CBA=011时，经过译码器翻译后，将输出相应的控制信号，即输出端Y3输出为1，其他输出端保持为0不变。

27 C、B、A： 译码输入端，输入待译码的3位二进制码，高电平有效。
3线－8线译码集成电路74LS138的功能介绍 74LS138逻辑符号和引脚排列图 74LS138引脚功能： C、B、A： 译码输入端，输入待译码的3位二进制码，高电平有效。

28 74LS138的逻辑功能真值表

29 74LS138的应用实例： 　利用74LS138实现3个拨动开关对8个控制对象（LED1-LED8）的控制，该电路可应用于单片机输出端口的扩展。 　译码器的应用 讨论：哪些数字电路产品中需要用到译码器，请列出1－2个较典型的例子。

30 七段数码显示译码器的作用:将8421BCD码通过译码后的结果显示出来。
8.5.2 七段数码显示译码器 七段数码管的外形封装： 七段LED数码管实物图 　　七段数码显示译码器的作用:将8421BCD码通过译码后的结果显示出来。

31 1.数码管的结构和原理 结构： 数码管可分为共阴极和共阳极两种类型， 七段LED数码显示管

32 显示原理： 　　1.七段LED数码管的8个显示字段（其中包括一个小数点）各对应个发光二极管，它们在其内部成“日”字型排列，各字段分别用字a、b、c、d、e、f、g表示，小数点用dp表示。 　　2.当七段LED数码管不同笔段的发光二极管组合发光时，就能显示出不同的数字，如要显示数字0时，只要g段和dp段不亮，而a、b、c、d、e、f六段发光即可。 　　七段数码管的显示字型 课堂练习： 1.如果要显示自己的学号尾数，数码管的笔段亮灭情况又怎样呢？ 2.针对不同类型的数码管，你怎样检测各笔段的好坏，并判断数码管的类型？

33 2.集成显示译码器MC14511简介（驱动共阴极数码管）
MC14511主要作用：将输入的BCD码转换为共阴极数码管所需的相应七段码。 引脚功能说明： A、B、C、D：显示数据输入端。其中A为低位，D为高位。 A-g：数码管段码输出端。当某一引脚为高电平时，相应的字段亮。 显示译码器MC14511引脚排列和逻辑符号

34 MC14511真值表

35 MC14511应用实例： 利用显示译码器MC14511和共阴数码管可以组成1位的数码显示器。 8421BCD码(D3D2D1D0 )经MC14511译码后，通过数码管将结果显示出来。 显示译码器MC14511应用电路图

36 课堂练习： 1.画出七段数字显示器的字形。 2.用真值表的形式来说明七段译码器输入与输出的关系。 本节小结 1.译码是编码的逆过程，是对编码内容的“翻译”。 2.能够完成译码功能的组合逻辑电路称为译码器。译码器分为二进制译码器和数码显示译码器等。 3.二进制译码器的功能是将输入的二进制码翻译成相应的控制信号，一般有多个输入端和多个输出端。常用的二进制译码器有2线-4线译码器、3线-8线译码器、4线-10线译码器、4线-16线译码器。 4.七段数码显示译码器的作用：将8421BCD码译码后通过数码管将结果显示出来。数码管可分为共阴极和共阳极两种类型，