第20章 门电路和组合逻辑电路 20.1 脉冲信号 20.2 基本门电路及其组合 20.3 TTL门电路 20.4 CMOS门电路

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1 第20章 门电路和组合逻辑电路 20.1 脉冲信号 20.2 基本门电路及其组合 20.3 TTL门电路 20.4 CMOS门电路
脉冲信号 基本门电路及其组合 TTL门电路 CMOS门电路 逻辑代数 组合逻辑电路的分析与综合 加法器 编码器 译码器和数字显示 20.10 数据分配器和数据选择器 20.11 应用举例

2 第20章 门电路和组合逻辑电路 本章要求： 1. 掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。了解 TTL门电路、CMOS门电路的特点; 2. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数; 3. 会分析和设计简单的组合逻辑电路; 理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑 电路的工作原理和功能; 5. 学会数字集成电路的使用方法。

3 20.1 脉冲信号 模拟信号 数字信号 电子电路中的信号 1. 模拟信号 模拟信号：随时间连续变化的信号 正弦波信号 t 三角波信号 t

4 在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大区。
处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出信号间的大小及相位关系。 在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大区。 2. 脉冲信号 是一种跃变信号，并且持续时间短暂。 尖顶波 t 矩形波 t

5 处理数字信号的电路称为数字电路，它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系。
在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，起开关的作用。 脉冲信号 正脉冲：脉冲跃变后的值比初始值高 负脉冲：脉冲跃变后的值比初始值低 如： +3V -3V 正脉冲 +3V -3V 负脉冲

6 脉冲信号的部分参数： A 0.9A 0.5A 0.1A tp tr tf T 实际的矩形波 脉冲幅度 A 脉冲宽度 tp 脉冲上升沿 tr 脉冲周期 T 脉冲下降沿 tf

7 20.2 基本门电路及其组合 20.2.1 逻辑门电路的基本概念 逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。
逻辑门电路的基本概念 逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。 所谓门就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过。 门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系(因果关系)，所以门电路又称为逻辑门电路。 基本逻辑关系为“与”、“或”、“非”三种。

8 “与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。
1. “与”逻辑关系 状态表 A B A B Y 220V + - Y 1 1 1 逻辑表达式： Y = A • B 1 “与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具备时，该事件才发生。 设：开关断开、灯不亮用逻辑 “0”表示，开关闭合、灯亮用 逻辑“1”表示。

9 “或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。
2. “或”逻辑关系 状态表 B Y 220V A + - A B Y 1 1 1 1 1 1 逻辑表达式： Y = A + B “或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一具备时，该事件就发生。

10 3. “非”逻辑关系 状态表 1 A Y + R A 220V Y - 逻辑表达式：Y = A “非”逻辑关系是否定或相反的意思。

11 20.2 基本门电路及其组合 20.2.2 分立元件基本逻辑门电路 门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与前面所讲过的基本逻辑关系相对应。
门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。 由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。 高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围。

12 电平的高低一般用“1”和“0”两种状态区别，若规定高电平为“1”，低电平为“0”则称为正逻辑。反之则称为负逻辑。若无特殊说明，均采用正逻辑。
UCC 1 低电平 0V

13 1. 二极管“与” 门电路 A B Y C “与” 门逻辑状态表 (1) 电路 1 1 (2) 工作原理 1
+U 12V R DA DC A B Y DB C 1 3V 0V 3V 0V 1 0V 3V 0V (2) 工作原理 1 输入A、B、C不全为“1”，输出 Y 为“0”。 输入A、B、C全为高电平“1”，输出 Y 为“1”。

14 Y=A B C 即：有“0”出“0”， 全“1”出“1” 1 A B Y C “与” 门逻辑状态表 (3) 逻辑关系： “与”逻辑 逻辑符号
逻辑表达式： 1 A B Y C “与” 门逻辑状态表 (3) 逻辑关系： “与”逻辑 即：有“0”出“0”， 全“1”出“1” 逻辑符号 & A B Y C

15 2. 二极管“或” 门电路 A B Y C “或” 门逻辑状态表 (1) 电路 1 1 (2) 工作原理 1
U -12V R DA DC A B Y DB C 0V 3V 3V 0V 1 1 3V 0V 3V (2) 工作原理 1 输入A、B、C有一个为“1”，输出 Y 为“1”。 输入A、B、C全为低电平“0”，输出 Y 为“0”。

16 Y=A+B+C 即：有“1”出“1”， 全“0”出“0” > 1 1 A B Y C “或” 门逻辑状态表 (3) 逻辑关系：
逻辑表达式： 1 A B Y C “或” 门逻辑状态表 (3) 逻辑关系： “或”逻辑 即：有“1”出“1”， 全“0”出“0” 逻辑符号： A B Y C > 1

17 3. 晶体管“非” 门电路 (1) 电路 “非” 门逻辑状态表 Y “1” 逻辑符号 A (2) 逻辑表达式：Y=A +UCC -UBB A
RK RB RC Y T A Y “非” 门逻辑状态表 截止 饱和 1 “1” “0” 1 “1” “0” 逻辑符号 1 A Y 较小的负电压,保证可靠截止 (2) 逻辑表达式：Y=A

18 20.2.3 基本逻辑门电路的组合 Y=A B C 有“0”出“1”，全“1”出“0” 1. 与非门电路 1 A B Y C
1 A B Y C “与非” 门逻辑状态表 “与”门 & A B C 1 Y “非”门 Y & A B C “与非”门 Y=A B C 逻辑表达式： 有“0”出“1”，全“1”出“0”

19 Y=A+B+C 有“1”出“0”，全“0”出“1” 2. 或非门电路 1 A B Y C “或非” 门逻辑状态表 “或”门 A B C
1 A B Y C “或非” 门逻辑状态表 “或”门 A B C > 1 1 Y Y ≥1 A B C “或非”门 Y=A+B+C 逻辑表达式： 有“1”出“0”，全“0”出“1”

20 > 1 有“1”出“1”，全“0”出“0” 有“0”出“0”，全“1”出“1” 例：根据输入波形画出输出波形 A B Y2 A B

21 3. 与或非门电路 A B C & 1 D >1 Y 逻辑符号 逻辑表达式： Y=A·B+C·D >1 & Y A B C D

22 TTL门电路 (三极管—三极管逻辑门电路) TTL门电路是双极型集成电路，与分立元件相比，具有速度快、可靠性高和微型化等优点，目前分立元件电路已被集成电路替代。下面介绍集成 “与非”门电路的工作原理、特性和参数。

23 20.3.1 TTL“与非”门电路 +5V 1. 电路 等效电路 输入级 中间级 输出级 T5 Y R3 R5 A B C R4 R2 R1
E2 E3 E1 B 等效电路 C 多发射极三极管 输入级 中间级 输出级

24 4.3V 输入全高“1”,输出为低“0” 2. 工作原理 (1) 输入全为高电平“1”(3.6V)时 +5V 钳位2.1V 截止 E结反偏
T5 Y R3 R5 A B C R4 R2 R1 T3 T4 T2 +5V T1 钳位2.1V 4.3V T1 R1 +Ucc 截止 E结反偏 1V T4 “0” (0.3V) 输入全高“1”,输出为低“0” 负载电流（灌电流） T2、T5饱和导通 初始，B1为4.3V，T2，T5导通后，B1钳位2.1V（因为UBC1＝UBE2＝UBE5=0.7V）,所以最终，T1发射结反偏。

25 1V =3.6V 输入有低“0”输出为高“1” (2) 输入端有任一低电平“0”(0.3V) 流过 E结的电流为正向电流 “1”
T5 Y R3 R5 A B C R4 R2 R1 T3 T4 T2 +5V T1 流过 E结的电流为正向电流 1V 负载电流（拉电流） 5V (0.3V) “1” “0” VY =3.6V 输入有低“0”输出为高“1” T2、T5截止

26 Y=A B C “与非”逻辑关系 1 A B Y C “与非” 门逻辑状态表 Y & A B C 有“0”出“1” “与非”门
逻辑表达式： 1 A B Y C “与非” 门逻辑状态表 Y & A B C 有“0”出“1” “与非”门 “与非”逻辑关系 全“1”出“0”

27 74LS00、74LS20管脚排列示意图 U B A Y GND (a) 74LS00 U D C B NC A Y GND 74LS20
& 12 11 10 9 8 14 13 3 4 5 6 7 1 2 U CC B A Y GND (a) 74LS00 12 11 10 9 8 14 13 3 4 5 6 7 1 2 & U CC D C B NC A Y GND 74LS20 (b) 74LS00、74LS20管脚排列示意图

28 3. TTL“与非”门特性及参数 (1) 电压传输特性： 输出电压 UO与输入电压 Ui的关系。 & V 1 2 3 4 A B C D E
UO/V A B C D E 电压传输特性 测试电路

29 输出高电平电压UOH 输出低电平电压UOL
(2)TTL“与非”门的参数 输出高电平电压UOH和输出低电平电压UOL 输出高电平电压UOH UO/V O 1 2 3 4 典型值3.6V， 2.4V为合格 A B C 输出低电平电压UOL D E 典型值0.3V， 0.4V为合格 Ui /V 电压传输特性

30 扇出系数NO 指一个“与非”门能带同类门的最大数目，它表示带负载的能力。对于TTL“与非”门 NO  8。 输入高电平电流 IIH和输入低电平电流 IIL 当某一输入端接高电平，其余输入端接低电 平时，流入该输入端的电流，称为高电平输入电流 IIH（A）。 当某一输入端接低电平，其余输入端接高电平时，流出该输入端的电流，称为低电平输入电流 IIL（mA）。

31 平均传输延迟时间 tpd 50% 输入波形ui 输出波形uO tpd1 tpd2 TTL的 tpd 约在 10ns ~ 40ns，此值愈小愈好。

32 当控制端为高电平“1”时，实现正常的“与非”逻辑关系
三态输出“与非”门 1. 电路 T5 Y R3 R5 A B R4 R2 R1 T3 T4 T2 +5V T1 截止 当控制端为高电平“1”时，实现正常的“与非”逻辑关系 Y=A•B 控制端 D E D “1”

33 当控制端为低电平“0”时，输出 Y处于开路状态，也称为高阻状态。
1. 电路 控制端 D E T5 Y R3 R5 A B R4 R2 R1 T3 T4 T2 +5V T1 当控制端为低电平“0”时，输出 Y处于开路状态，也称为高阻状态。 导通 1V “0”

34 20.3.2 三态输出“与非”门   0 高阻 & Y E B A 逻辑符号 三态输出“与非”状态表 A B E Y 0 0 1 1
三态输出“与非”门 & Y E B A 逻辑符号 三态输出“与非”状态表 A B E Y   高阻 功能表 输出高阻 表示任意态

35 可实现用一条总线分时传送几个不同的数据或控制信号。
三态门应用： 可实现用一条总线分时传送几个不同的数据或控制信号。 如图所示： 总线 & A1 B1 E1 A2 B2 E2 A3 B3 E3 A1 B1 “1” “0”

36 20.3.3 集电极开路“与非”门电路(OC门) （了解）
T5 Y R3 A B C R2 R1 T2 +5V T1 RL U 有源负载 1. 电路 & Y C B A 逻辑符号

37 OC门的特点： 1.输出端可直接驱动负载 2.几个输出端可直接相联
如： Y & C B A KA +24V ~220 & A1 B1 C1 Y1 A2 B2 C2 Y2 A3 B3 C3 Y3 U RL Y “0” “1” “0” “0”

38 OC门的特点： 1.输出端可直接驱动负载 2.几个输出端可直接相联 “线与”功能
如： Y & C B A KA +24V ~220 2.几个输出端可直接相联 & A1 B1 C1 Y1 A2 B2 C2 Y2 A3 B3 C3 Y3 U RL Y “1” “0” “1” “线与”功能

39 20.4 CMOS门电路 20. 4. 1 CMOS 非门电路 A=“1”时，T1导通（下）， T2截止（上），Y=“0” +UDD T2
N 沟道 P 沟道 G D S 负载管 PMOS管 CMOS 管 NMOS管 (互补对称管) 驱动管 A=“0”时，T1截止， T2导通，Y=“1” Y= A T1,N沟道增强型，加正向栅源电压可导通。

40 20. 4. 2 CMOS与非门电路 2. 工作原理 1. 电路 T4 与 T3 并联， +UDD T1 与 T2 串联； T4
A B T4 T3 T1 T2 +UDD Y 当 AB 都是高电平时, T1 与 T2 同时导通，T4 与 T3 同时截止；输出 Y 为低电平。 当AB中有一个是低电平时，T1与T2中有一个截止，T4与T3中有一个导通, 输出Y 为高电平。

41 CMOS或非门电路 1. 电路 2. 工作原理 当 AB 中有一个是高电平时，T1 与 T2 中有一个导通，T4 与 T3 中有一个截止，输出 Y 为低电平。 B T4 T3 T1 T2 A Y 当AB都是低电平时，T1 与 T2 同时截止，T4 与 T3 同时导通；输出 Y 为高电平。

42 20.4. 4 CMOS传输门电路（了解） 1. 电路 2. 工作原理 设：
1. 电路 2. 工作原理 设： UDD ui T1 T2 C uO 控制极 可见ui在0~10V连续变化时，至少有一个管子导通，传输门打开，（相当于开关接通） ui可传输到输出端，即uO= ui，所以COMS传输门可以传输模拟信号，也称为模拟开关。 导通 10V 0V （3~10V） （0~7V） 导通

43 20.4. 4 CMOS传输门电路 1. 电路 2. 工作原理 设： 可见ui在0~10V连续变 化时，两管子均截止， 传输门关断，（相当于
1. 电路 2. 工作原理 设： UDD ui T1 T2 C uO 控制极 0V 10V 截止 可见ui在0~10V连续变 化时，两管子均截止， 传输门关断，（相当于 开关断开） ui不能传输 到输出端。 （0~10V） 结论： C=“1”(C=“0”)时传输门开通。 C=“0”(C=“1”)时传输门关断。

44 20.4. 4 CMOS传输门电路 逻辑符号 开关电路 TG ui C 1 “1” 开通 TG ui uO C TG ui C 1 “0”
关断 开关电路

45 CMOS电路优点 TTL电路优点 (1) 静态功耗低（每门只有0.01mW, TTL每门10mW) (2) 抗干扰能力强 (3) 扇出系数大
(4) 允许电源电压范围宽 ( 3 ~ 18V ) TTL电路优点 (1) 速度快 (2) 抗干扰能力强 (3) 带负载能力强

46 20.5 逻辑代数 逻辑代数所表示的是逻辑关系，而不是数量关系。这是它与普通代数的本质区别。
逻辑代数（又称布尔代数），它是分析设计逻辑电路的数学工具。虽然它和普通代数一样也用字母表示变量，但变量的取值只有“0”，“1”两种，分别称为逻辑“0”和逻辑“1”。这里“0”和“1”并不表示数量的大小，而是表示两种相互对立的逻辑状态。 逻辑代数所表示的是逻辑关系，而不是数量关系。这是它与普通代数的本质区别。

47 逻辑代数运算法则 1. 常量与变量的关系 自等律 0-1律 重叠律 还原律 互补律 2. 逻辑代数的基本运算法则 交换律

48 2. 逻辑代数的基本运算法则 结合律 普通代数 不适用！ 分配律 证: A A=A . A+1=1

49 反演律 列状态表证明： A B 1 1 1 吸收律 (1) A+AB = A (2) A(A+B) = A 对偶式

50 对偶关系： 将某逻辑表达式中的与( • )换成或 (+)，或(+)换成与( • )，得到一个新的逻辑表达式，即为原逻辑式的对偶式。若原逻辑恒等式成立，则其对偶式也成立。
（3） （4） 对偶式 证明： A+AB = A （5） （6） 对偶式

51 20. 5. 2 逻辑函数的表示方法 逻辑状态表 逻辑式 表示方法 逻辑图 卡诺图 下面举例说明这四种表示方法。
逻辑函数的表示方法 表示方法 逻辑式 逻辑状态表 逻辑图 卡诺图 下面举例说明这四种表示方法。 例：有一T形走廊，在相会处有一路灯, 在进入走廊的A、B、C三地各有控制开关，都能独立进行控制。任意闭合一个开关，灯亮；任意闭合两个开关，灯灭；三个开关同时闭合，灯亮。设A、B、C代表三个开关（输入变量）；Y代表灯（输出变量）。

52 设：开关闭合其状态为“1”，断开为“0” 灯亮状态为“1”，灯灭为“0” 1. 列逻辑状态表 A B C Y 用输入、输出变量的逻辑状态(“1”或“0”)以表格形式来表示逻辑函数。 三输入变量有八种组合状态 n输入变量有2n种组合状态

53 2. 逻辑式 用“与”“或”“非”等运算来表达逻辑函数的表达式。 A B C Y (1)由逻辑状态表写出逻辑式 取 Y=“1”( 或Y=“0” ) 列逻辑式 取 Y = “1” 一种组合中，输入变量之间是“与”关系， 对应于Y=1，若输入变量为“1”，则取输入变量本身(如 A )；若输入变量为“0”则取其反变量(如 A )。

54 2. 逻辑式 A B C Y 各组合之间 是“或”关系 反之，也可由逻辑式列出状态表。

55 3. 逻辑图 Y C B A 1 & >1

56 逻辑函数的化简 由逻辑状态表直接写出的逻辑式及由此画出的逻辑图，一般比较复杂；若经过简化，则可使用较少的逻辑门实现同样的逻辑功能。从而可节省器件，降低成本，提高电路工作的可靠性。 利用逻辑代数变换，可用不同的门电路实现相同的逻辑功能。 化简方法 公式法 卡诺图法

57 1. 用 “与非”门构成基本门电路 (1) 应用“与非”门构成“与”门电路 由逻辑代数运算法则： & (2)应用“与非”门构成“或”门电路
1. 用 “与非”门构成基本门电路 (1) 应用“与非”门构成“与”门电路 由逻辑代数运算法则： A Y & B (2)应用“与非”门构成“或”门电路 由逻辑代数运算法则： B A Y &

58 (3) 应用“与非”门构成“非”门电路 & Y A (4) 用“与非”门构成“或非”门 由逻辑代数运算法则： Y B A &

59 2. 应用逻辑代数运算法则化简 （1）并项法 例1： 化简 （2）配项法 例2： 化简

60 （3）加项法 例3： 化简 （4）吸收法 例4： 化简 吸收

61 例5： 化简 吸收 吸收 吸收 吸收

62 3. 应用卡诺图化简（了解） 卡诺图:是与变量的最小项对应的按一定规则排列的方格图，每一小方格填入一个最小项。 （1）最小项： 对于n输入变量有2n种组合, 其相应的乘积项也有2n个，则每一个乘积项就称为一个最小项。其特点是每个输入变量均在其中以原变量和反变量形式出现一次，且仅一次。 如：三个变量，有8种组合，最小项就是8个，卡诺图也相应有8个小方格。 在卡诺图的行和列分别标出变量及其状态。

63 (2) 卡诺图 二变量 四变量 三变量 AB 00 01 11 10 CD 任意两 个相邻 最小项 之间只 有一个 变量改变 B A 1
1 二变量 BC A 00 1 01 11 10 三变量 二进制数对 应的十进制 数编号

64 将输出变量为“1”的填入对应的小方格,为“0”的可不填。
( 2)卡诺图 （a)根据状态表画出卡诺图 A BC 00 1 01 11 10 如: A B C Y 1 将输出变量为“1”的填入对应的小方格,为“0”的可不填。

65 将逻辑式中的最小项分别用“1”填入对应的小方格。如果逻辑式中最小项不全，可不填。
( 2)卡诺图 （b)根据逻辑式画出卡诺图 如: 将逻辑式中的最小项分别用“1”填入对应的小方格。如果逻辑式中最小项不全，可不填。 A BC 00 1 01 11 10 注意：如果逻辑式不是由最小项构成，一般应先化为最小项，或按例7(后面)方法填写。

66 步骤 1.卡诺图 2.合并最小项 3.写出最简“与或”逻辑式 例6. 用卡诺图表示并化简。 解：
( 3)应用卡诺图化简逻辑函数 步骤 1.卡诺图 2.合并最小项 3.写出最简“与或”逻辑式 例6. 用卡诺图表示并化简。 (a)将取值为“1”的相邻小方格圈成圈; 解： A BC 00 1 01 11 10 (b)所圈取值为“1”的相邻小方格的个数应为2n，(n=0,1,2…)

67 合并最小项 写出简化逻辑式 ( 3)应用卡诺图化简逻辑函数 解： 三个圈最小项分别为：
A BC 00 1 01 11 10 合并最小项 三个圈最小项分别为： 写出简化逻辑式 卡诺图化简法：保留一个圈内最小项的相同变量，而消去相反变量。

68 例6. 应用卡诺图化简逻辑函数 (1) (2) 解： 相邻 多余 写出简化逻辑式 AB 00 01 11 10 CD 1 00 A BC 1
01 11 10 相邻 多余 写出简化逻辑式

69 解： 含A均填“1” 注意： 1.圈的个数应最少 2.每个“圈”要最大 写出简化逻辑式
例7. 应用卡诺图化简逻辑函数 AB 00 01 11 10 CD 解： 含A均填“1” 1 注意： 1.圈的个数应最少 2.每个“圈”要最大 3.每个“圈”至少要包含一个未被圈过的最小项。 1 1 写出简化逻辑式

70 20. 6 组合逻辑电路的分析与综合 组合逻辑电路：任何时刻电路的输出状态只取决于该时刻的输入状态，而与该时刻以前的电路状态无关。 X1 Xn X2 Y2 Y1 Yn . . . 组合逻辑电路 输入 输出 组合逻辑电路框图

71 20. 6. 1 组合逻辑电路的分析 已知逻辑电路 逻辑功能 分析步骤： 确定 (1) 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式
组合逻辑电路的分析 确定 已知逻辑电路 逻辑功能 分析步骤： (1) 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式 (2) 运用逻辑代数化简或变换 (3) 列逻辑状态表 (4) 分析逻辑功能

72 . . . . Y = Y2 Y3 = A AB B AB 例 1：分析下图的逻辑功能 (1) 写出逻辑表达式 A B A Y1 A B &
(1) 写出逻辑表达式 = A AB B AB . Y = Y2 Y3

73 . . . . Y = A AB B AB 反演律 = A AB +B AB = A AB +B AB 反演律
(2) 应用逻辑代数化简 Y = A AB B AB . 反演律 = A AB +B AB . = A AB +B AB . 反演律 = A (A+B) +B (A+B) . = AB +AB

74 Y= AB +AB =A B =1 (3) 列逻辑状态表 A B Y 1 逻辑式 A B Y 逻辑符号 (4) 分析逻辑功能
1 逻辑式 =1 A B Y 逻辑符号 (4) 分析逻辑功能 输入相同输出为“0”，输入相异输出为“1”， 称为“异或”逻辑关系。这种电路称“异或”门。

75 . . A A A•B B Y = AB AB = AB +AB 例 2：分析下图的逻辑功能 & A B B Y 1 化简
(1) 写出逻辑式 = AB +AB

76 Y= AB +AB =A B =A B =1 (2) 列逻辑状态表 A B Y 1 A B Y 逻辑符号 (3) 分析逻辑功能
(2) 列逻辑状态表 逻辑式 Y= AB +AB A B Y 1 =A B =A B =1 A B Y 逻辑符号 (3) 分析逻辑功能 输入相同输出为“1”,输入相异输出为“0”,称为“判一致电路”(“同或门”) ,可用于判断各输入端的状态是否相同。

77 =AC +BC Y=AC • BC 例3：分析下图的逻辑功能 打开 A A 设：C=1 C 封锁 1 Y A 1 B 选通A信号
& 设：C=1 C 封锁 1 Y 1 & & A 1 B 选通A信号 写出逻辑式： =AC +BC Y=AC • BC

78 Y=AC • BC =AC +BC 例 3：分析下图的逻辑功能 封锁 设：C=0 A C 打开 Y 1 B B B 选通B信号 写出逻辑式：
& C 打开 Y 1 1 & & B B B 选通B信号 写出逻辑式： =AC +BC Y=AC • BC

79 20. 6. 2 组合逻辑电路的综合 根据逻辑功能要求 逻辑电路 设计步骤如下： (1) 由逻辑要求，列出逻辑状态表
组合逻辑电路的综合 根据逻辑功能要求 逻辑电路 设计 设计步骤如下： (1) 由逻辑要求，列出逻辑状态表 (2) 由逻辑状态表写出逻辑表达式 (3) 简化和变换逻辑表达式 (4) 画出逻辑图

80 例1：设计一个三人(A、B、C)表决电路。每人有一按键，如果赞同，按键，表示“1”；如不赞同，不按键，表示 “0”。表决结果用指示灯表示，多数赞同，灯亮为“1”，反之灯不亮为“0”。
(1) 列逻辑状态表 A B C Y (2) 写出逻辑表达式 取 Y=“1”( 或Y=“0” ) 列逻辑式 取 Y = “1” 对应于Y=1，若输入变量为“1”，则取输入变量本身(如 A )；若输入变量为“0”则取其反变量(如 A )。

81 在一种组合中，各输入变量之间是“与”关系
各组合之间是“或”关系 A B C Y A BC 00 01 11 10 1 1 (3) 用“与非”门构成逻辑电路

82 & A B C &  A B C Y 三人表决电路

83 要求: 当输入变量A、B、C中有奇数个同时为“1”时，输出为“1”，否则为 “0”。用“与非”门实现。
例2：设计一个三变量奇偶检验器。 要求: 当输入变量A、B、C中有奇数个同时为“1”时，输出为“1”，否则为 “0”。用“与非”门实现。 A BC 00 1 01 11 10 A B C Y 解： (1) 列逻辑状态表 (2) 写出逻辑表达式 (3) 用“与非”门构成逻辑电路

84 (4) 逻辑图 1 & 1 1 A 1 1 B 1 Y C

85 例 3: 某工厂有A、B、C三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机G1和G2。G1的容量是G2的两倍。如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需G1运行，如果三个车间同时开工，则G1和 G2均需运行。试画出控制G1和 G2运行的逻辑图。 (1) 根据逻辑要求列状态表 首先假设逻辑变量、逻辑函数取“0”、“1”的含义。 设：A、B、C分别表示三个车间的开工状态： 开工为“1”，不开工为“0”； G1和 G2运行为“1”，不运行为“0”。

86 “1” “0” “0” “1” (1) 根据逻辑要求列状态表
(1) 根据逻辑要求列状态表 逻辑要求：如果一个车间开工，只需G2运行即可满足要求；如果两个车间开工，只需G1运行，如果三个车间同时开工，则G1和 G2均需运行。 A B C G1 G2 1 1 开工 “1” 不开工 “0” 运行 “1” 不运行 “0”

87 (2) 由状态表写出逻辑式 1 A B C G1 G2 (3) 化简逻辑式可得： 或由卡图诺可得相同结果 A BC 00 1 01 11 10

88 由逻辑表达式画出卡诺图，由卡图诺可知，该函数不可化简。
A BC 00 1 01 11 10 (4) 用“与非”门构成逻辑电路

89 (5) 画出逻辑图 A B C & G1 G2

90 在数字电路中，常用的组合电路有加法器、编码器、译码器、数据分配器和多路选择器等。下面几节分别介绍这几种典型组合逻辑电路的基本结构、工作原理和使用方法。
20. 7 加法器 二进制 十进制：0~9十个数码，“逢十进一”。 在数字电路中，为了把电路的两个状态 (“1”态和“0”态)与数码对应起来，采用二进制。 二进制：0，1两个数码，“逢二进一”。

91 20. 7 加法器 + 0 0 1 1 1 1 加法器: 实现二进制加法运算的电路 要考虑低位 如： 来的进位 全加器实现 进位 不考虑低位
加法器 加法器: 实现二进制加法运算的电路 要考虑低位 来的进位 如： 0 0 1 + 全加器实现 1 1 进位 不考虑低位 来的进位 1 半加器实现

92 20. 7. 1 半加器 半加：实现两个一位二进制数相加，不考虑来自低位的进位。 半加器： A B 两个输入 表示两个同位相加的数 两个输出
半加器 半加：实现两个一位二进制数相加，不考虑来自低位的进位。 半加器： A B 两个输入 表示两个同位相加的数 两个输出 S C 表示半加和 表示向高位的进位 CO A B S C  逻辑符号：

93 半加器逻辑状态表 逻辑图 & =1 A B S C A B S C 逻辑表达式

94 20. 7. 2 全加器 全加：实现两个一位二进制数相加，且考虑来自低位的进位。 全加器： 输入 Ai 表示两个同位相加的数 Bi Ci-1
全加器 全加：实现两个一位二进制数相加，且考虑来自低位的进位。 全加器： 输入 Ai 表示两个同位相加的数 Bi Ci-1 表示低位来的进位 输出 表示本位和 表示向高位的进位 Ci Si 逻辑符号： Ai Bi Ci-1 Si Ci CO  CI

95 Ai Bi Ci-1 Si Ci (1) 列逻辑状态表 (2) 写出逻辑式

96 逻辑图 & =1 >1 Ai Ci Si Ci-1 Bi 半加器构成的全加器 >1 Bi Ai Ci-1 Si Ci CO 

97 20. 8 编码器 把二进制码按一定规律编排，使每组代码具有一特定的含义，称为编码。 具有编码功能的逻辑电路称为编码器。
n 位二进制代码有 2n 种组合，可以表示 2n 个信息。 要表示N个信息所需的二进制代码应满足 2n N

98 二进制编码器 将输入信号编成二进制代码的电路。 编码器 高低电平信号 二进制代码 2n个 n位

99 例：设计一个编码器，满足以下要求： (1) 将 I0、I1、…I7 8个信号编成二进制代码。 (2) 编码器每次只能对一个信号进行编码，不 允许两个或两个以上的信号同时有效。 (3) 设输入信号高电平有效。 解： (1) 分析要求： 输入有8个信号，即 N=8，根据 2n  N 的关系，即 n=3，即输出为三位二进制代码。

100 (2) 列编码表： 输入 输 出 Y2 Y Y0 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7

101 . . . Y2 = I4 + I5 + I6 +I7 = I4+ I5+ I6+ I7 = I4 I5 I6 I7
(3) 写出逻辑式并转换成“与非”式 Y2 = I4 + I5 + I6 +I7 = I4+ I5+ I6+ I7 = I4 I5 I6 I7 . Y1 = I2+I3+I6+I7 = I2 + I3 + I6+ I7 = I2 I I6 I7 . Y0 = I1+ I3+ I5+ I7 = I1 + I3+ I5 + I7 = I1 I3 I I7 .

102 (4) 画出逻辑图 1 I7 I6 I5 I4 I3 I1 I2 & Y2 Y1 Y0

103 20. 8. 2 二 – 十进制编码器 将十进制数 0~9 编成二进制代码的电路 高低电平信号 二进制代码 10个 4位 编码器
二 – 十进制编码器 将十进制数 0~9 编成二进制代码的电路 4位 10个 编码器 高低电平信号 二进制代码 表示十进制数

104 列编码表： 8421BCD码编码表 输 出 输 入 Y1 Y2 Y0 0 (I0) 1 (I1) 2 (I2) 3 (I3) 4 (I4)
输 出 输 入 Y1 Y2 Y0 0 (I0) 1 (I1) 2 (I2) 3 (I3) 4 (I4) 5 (I5) 6 (I6) 7 (I7) 8 (I8) 9 (I9) Y3 1 列编码表： 四位二进制代码可以表示十六种不同的状态，其中任何十种状态都可以表示0~9十个数码，最常用的是8421码。

105 . . . = I4 + I6 I5 +I7 = I2 + I6 I3 +I7 Y3 = I8+I9 Y2 = I4 +I5 +I6 +I7
写出逻辑式并化成“或非”门和“与非”门 Y3 = I8+I9 . = I4 + I I5 +I7 Y2 = I4 +I5 +I6 +I7 . = I2 + I I3 +I7 Y1 = I2 +I3 +I6 +I7 Y0 = I1 +I3 +I5 +I7 +I9 . = I1+I I3 +I7 I5 +I7

106 画出逻辑图 1 & > 1 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 Y3 Y2 Y1 Y0 1 1 1

107 法二：

108 +5V Y3 Y2 Y1 Y0 十键8421码编码器的逻辑图 & I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 1K×10
S0 1 S1 2 S2 3 S3 4 S4 5 S5 6 S6 7 S7 8 S8 9 S9 1 十键8421码编码器的逻辑图

109 20. 8. 3 优先编码器 当有两个或两个以上的信号同时输入编码电路，电路只能对其中一个优先级别高的信号进行编码。
优先编码器 当有两个或两个以上的信号同时输入编码电路，电路只能对其中一个优先级别高的信号进行编码。 即允许几个信号同时有效，但电路只对其中优先级别高的信号进行编码，而对其它优先级别低的信号不予理睬。

110 74LS4147 编码器功能表 I9 Y0 I8 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 Y1 Y2 Y3
输 入 (低电平有效) 输 出(8421反码) 0                                    

111 例: 74LS147集成优先编码器(10线-4线) 74LS4147 16 15 14 13 12 11 10 9 低电平 有效
74LS4147 低电平 有效 74LS147引脚图

112 20.9 译码器和数字显示 20. 9. 1 二进制译码器 译码是编码的反过程，它是将代码的组合译成一个特定的输出信号。 高低电平信号
20.9 译码器和数字显示 译码是编码的反过程，它是将代码的组合译成一个特定的输出信号。 二进制译码器 8个 3位 译码器 二进制代码 高低电平信号

113 例：三位二进制译码器（输出高电平有效） 状 态 表 输 入 A B C Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 输 出

114 Y0=A B C Y1=A B C Y2=A B C Y3=A B C Y7=A B C Y4=A BC Y6=A B C Y5=A B C
写出逻辑表达式 Y0=A B C Y1=A B C Y2=A B C Y3=A B C Y7=A B C Y4=A BC Y6=A B C Y5=A B C

115 逻辑图 C B A 1 & Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7

116 例：利用译码器分时将采样数据送入计算机 总线 2-4线译码器 A B C D 三态门 译码器工作

117 工作原理：(以A0A1= 00为例) 脱离总线 总线 2-4线译码器 A B C D 三态门 译码器工作 数据 全为“1”

118 双 2/4 线译码器 A0、A1是输入端 Y0~Y3是输出端 S 是使能端 74LS139型译码器 (a) 外引线排列图；(b) 逻辑图
GND 1Y3 1Y2 1Y1 1Y0 1A1 1A0 1S 8 7 6 5 4 3 2 1 2Y2 2Y3 2Y1 2Y0 2A1 2A0 2S +UCC 10 9 16 15 14 13 12 11 74LS139 (b) & Y0 Y1 Y2 Y3 S A0 A1 双 2/4 线译码器 A0、A1是输入端 Y0~Y3是输出端 S 是使能端

119 74LS139型译码器 74LS139译码器功能表 输 入 输 出 S A0 A1 Y0 1  Y1 Y2 Y3 双 2/4 线译码器
输 入 输 出 S A0 A1 Y0 1  Y1 Y2 Y3 双 2/4 线译码器 A0、A1是输入端 Y0~Y3是输出端 S 是使能端 S = 0时译码器工作 输出低电平有效

120 20. 9. 2 二-十进制显示译码器 在数字电路中，常常需要把运算结果用十进制 数显示出来，这就要用显示译码器。 二 十进制代码 译码器
驱动器 显示器

121 a b c d e f g 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1. 半导体数码管 由七段发光二极管构成 g f e d
1. 半导体数码管 由七段发光二极管构成 g f e d c b a d g f e c b a g f e d c b a 例： 共阴极接法 a b c d e f g 高电平时发光 共阳极接法 a b c g d e f + 低电平时发光 共阴极接法 a b c d e f g

122 2. 七段译码显示器 Q3 Q2 Q1 Q0 a g f e d c b 译码器 二 十进制代码 (共阴极) 1 1 7个 4位

123 七段显示译码器状态表 Q3 Q2 Q1 Q0 a b c d e f g 输 入 输 出 显示数码 g f e d c b a

124 A3 A2 A1 A0 74LS247型译码 七段译码器和数码管的连接图 器的外引线排列图 +5V 来 自 计 数 器 BS204
510Ω×7 a b c d e f g RBI BI LT 1 2 3 4 5 6 7 GND 8 9 11 10 12 13 14 15 16 +UCC 74LS247型译码 器的外引线排列图

125 20. 10 数据分配器和数据选择器 在数字电路中，当需要进行远距离多路数字 传输时，为了减少传输线的数目，发送端常通过
数据分配器和数据选择器 在数字电路中，当需要进行远距离多路数字 传输时，为了减少传输线的数目，发送端常通过 一条公共传输线，用多路选择器分时发送数据到 接收端，接收端利用多路分配器分时将数据分配 给各路接收端，其原理如图所示。 数据分 配控制 发送端 接收端 I Y D0 D1 D2 D3 S A1 A0 传输线 数据选 择控制 多路选择器 使能端 多路分配器

126 20. 10. 1 数据选择器 从多路数据中选择其中所需要的一路数据输出。 例：四选一数据选择器 A0 A1 控制信号 输入数据 D3
数据选择器 从多路数据中选择其中所需要的一路数据输出。 例：四选一数据选择器 D0 D1 D2 D3 Y S A1 A0 控制信号 输入数据 输出数据 使能端

127 A0 A1 & D3 & Y D2 >1 & D1 & D0 1 1 S 74LS153型4选1数据选择器 1 1
“与”门被封锁，选择器不工作。 1 1 A1 & D3 & Y D2 >1 & D1 & D0 1 1 S 74LS153型4选1数据选择器

128 1 A0 A1 & D3 & Y D2 >1 & D1 & D0 1 1 S 74LS153型4选1数据选择器 1 1
1 1 1 A0 动画 由控制端决定选择哪一路数据输出。 1 1 A1 D0 & D3 & Y D2 >1 D0 & D1 & D0 “与”门打开，选择器工作。 1 1 S 选中 74LS153型4选1数据选择器

129  由逻辑图写出逻辑表达式 74LS153功能表 使能 选 通 输出 S A0 A1 Y 1 74LS153 (双4选1)
选 通 输出 S A0 A1 Y 1 D3 D2 D1 D0  1S A1 1D3 1D2 1D1 1D0 1Y 地 74LS153 (双4选1) 2D3 2D2 2D1 2D0 2Y A0 2S UCC 15 14 13 12 11 10 9 16 1 3 2 4 5 6 7 8 多路选择器广泛应用于多路模拟量的采集及 A/D 转换器中。

130 用2片74LS153多路选择器选择8路信号 74LS153 (双4选1) A2 A1 A0
2D3 2D2 2D1 2D0 2Y A0 2S UCC 15 14 13 12 11 10 9 16 1S A1 1D3 1D2 1D1 1D0 1Y 地 1 3 2 4 5 6 7 8 1 A2 A1 A0 若A2A1A0=010, 输出选中1D2路的数据信号。

131 用2片74LS151型8选1数据选择器构成具有 16选1功能的数据选择器 Y Y1 Y3 A B C 16选1数据选择器 (1) A2 A1
(2) ≥1 Y D7 D6 D1 D0 D15 D14 D9 D8 ... S A B C Y1 Y3

132 74LS151功能表 选通 选 择 输出 S A0 A2 Y 1 D3 D2 D1 D0 D4 D5 D6 D7 

133 例: 用74LS151型8选1数据选择器实现逻辑函数式 Y=AB+BC+CA 解：将逻辑函数式用最小项表示
将输入变量A、B、C分别对应地接到数据选 择器的选择端A2 、A1 、 A0。由状态表可知,将数据输入端D3 、D5 、 D6 、 D7 接“1”，其余输入端接“0”，即可实现输出Y，如图所示。

134 74LS151功能表 将输入变量A、B、C分别对应地接到数据选择器的选择端 A2 、A1 、 A0。由状态表可知, 将数据输入端D3 、D5 、 D6 、 D7 接“1”,其余输入端接“0”,即可实现输出Y, 如图所示。。 选通 选 择 输出 S A0 A2 Y 1 D3 D2 D1 D0 D4 D5 D6 D7  74LS151 A B C Y S D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 “1”

135 20. 10. 2 数据分配器 将一个数据分时分送到多个输出端输出。 确定将信号送到哪个输出端 控制信号 A1 A0 数据输入 Y3 Y2
数据分配器 将一个数据分时分送到多个输出端输出。 确定将信号送到哪个输出端 控制信号 A1 A0 数据输入 Y3 Y2 D 数据输出端 Y1 Y0 使能端 确定芯片是否工作 S

136 数据分配器的功能表 使能 控 制 输 出 S A0 A1 1 D  Y3 Y2 Y1 Y0

137 20. 11 应用举例 20. 11. 1 交通信号灯故障检测电路 交通信号灯在正常情况下，红灯(R)亮—停车，
应用举例 交通信号灯故障检测电路 交通信号灯在正常情况下，红灯(R)亮—停车， 黄灯(Y)亮 — 准备，绿灯(G)亮 — 通行。正常时，只有一个灯亮。如果灯全不亮或全亮或两个灯同时亮，都是故障。 解： 输入信号三个，输出信号一个 灯亮 —“1”表示，灯灭 —“0”表示， 故障 —“1”表示，正常 —“0”表示，

138 (1) 列逻辑状态表 R Y G F (2) 写出逻辑表达式 (3) 化简可得: 为减少所用门数,将上式变换为:

139 发生故障时，F=1，晶体管导通, 继电器KA通电，其触点闭合, 故障指示灯亮。
(4) 画逻辑图 F G Y R & >1 KA 发生故障时，F=1，晶体管导通, 继电器KA通电，其触点闭合, 故障指示灯亮。

140 正常工作时, ABCD = 1111, T1 导通, M 转动, T2 截止。
× >1 KA 1 k M DL +12 V ~220 V D T1 T2 HL A B C 故障报警器 正常工作时, ABCD = 1111, T1 导通, M 转动, T2 截止。

141 20. 11. 3 两地控制一灯的电路 逻辑表达式： 当A、B取值不同时，Y=1，灯亮； 当A、B取值相同时，Y=0，灯灭。 1 & R Y
两地控制一灯的电路 1 & KA R Y +UCC T +5V A B ～220V 逻辑表达式： 当A、B取值不同时，Y=1，灯亮； 当A、B取值相同时，Y=0，灯灭。

142 20. 11. 4 水位检测电路 当水箱无水时, A~D与 U端断开, G1 ~ G4 的输入端 为低电平,发光二极管微亮。
& G2 G3 G4 G5 D T1 KA +12V DL +12 V T2 G1 +6 V U A B C 电动机 控制电路 检测杆铜箍 水位检测电路 当水箱无水时, A~D与 U端断开, G1 ~ G4 的输入端 为低电平,发光二极管微亮。 水注满G4 输出低电平，G5 输出高电平, T1、T2 导通， 电机停转, 并发出报警声响。