第三章 组合逻辑电路【精选】

数字电子技术基础第一节组合逻辑电路的分析和设计方法若数字电路的任一时刻的稳态输出都只取决于该时刻的输入信号的组合，而与输入信号作用前的电路原来的状态无关，则该数字电路称为组合逻辑电路。

一、组合逻辑电路的分析方法所谓组合逻辑电路的分析，就是对给定的组合逻辑电路进行逻辑分析以确定其功能。

组合逻辑电路分析的一般步骤是：1．根据逻辑图，从输入到输出，逐级写逻辑表达式，直至写出输出端的逻辑函数表达式。

2．将输出端的逻辑函数表达式转换成较简的与或表达式。

3．根据输出的与或表达式列真值表。

4．根据真值表，分析电路的逻辑功能。

例分析图所示组合逻辑电路解：1）逐级写逻辑表达式2）转换成较简的与或表达式3）列出真值表4）分析逻辑功能。

由真值表可归纳出：在输入Ａ、Ｂ、Ｃ中，１的个数小于２个时，输出Ｙ为１，否则为０。

二、门电路逻辑符号的等效变换分析组合逻辑电路的逻辑功能时，有些组合逻辑电路中含有输入端画有小圈的门电路，这种表示方法与在门的输出端画有小圈一样，都表示逻辑非。

例如在Ａ输入端画有小圈，表示逻辑门内部得到的信号实际上是。

或非门的等效变换a）原逻辑图 b）等效逻辑图三、组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计，就是根据逻辑功能的要求，设计出具体的组合电路。

一般设计方法分四个步骤进行：1．首先对命题要求的逻辑功能进行分析，确定哪些是输入变量，哪些是输出变量以及它们之间的相互关系；然后对它们进行逻辑赋值，即确定什么情况下为逻辑1，什么情况下为逻辑0。

这一步骤是设计组合逻辑电路的关键。

2．根据逻辑功能列出真值表。

如果状态赋值不同，得到的真值表也不一样。

3．根据真值表写出相应的逻辑表达式并进行化简，然后转换成命题所要求的逻辑函数表达式。

4．画逻辑图。

根据逻辑函数表达式，画出相应的逻辑电路图。

例试设计一个三变量多数表决组合逻辑电路并用与非门实现，即三个变量Ａ、Ｂ、Ｃ中，有二个或三个表示同意，则表决才能通过，否则不通过。

解：1）分析命题。

设输入变量为Ａ、Ｂ、Ｃ，输出变量用Ｙ表示，然后对逻辑变量进行赋值：Ａ、Ｂ、Ｃ同意用１表示，不同意用０表示；逻辑函数Ｙ=１表示表决通过，Ｙ=０表示表决不通过。

2）根据题意列真值表3）根据真值表写出相应的逻辑表达式并进行化简和变换。

根据真值表可得4）画出函数的逻辑图=+⋅Y⋅A+==+++BC BCACBCABACABABCBCABAC数字电子技术基础习题第二节集成组合逻辑电路组合逻辑电路的品种很多，常见的有编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、数字比较器、加法器等。

由于这些电路应用很广泛，因此，有专用的中规模集成器件（MSI）。

采用MSI实现逻辑函数不仅可以缩小体积，而且可以大大提高电路的可靠性，使设计更为简单。

中规模功能器件一般有通用性、能“自扩展”、电路内部一般设置有缓冲门等特点。

一、编码器在数字系统中，常常需要把某种具有特定意义的输入信号（例如数字、字符或某种控制信号等），编成相应的若干位二进制代码来处理，这一过程称为编码。

能够实现编码的电路称为编码器。

（一）二进制编码器1．二进制编码器的基本要求以三位二进制编码器为例三位二进制编码器a) 示意图 b) 内部原理图三位二进制编码器真值表三位二进制编码器有八个输入端（可与八个开关或其它逻辑电路相连）和三个输出端，因此，它也称为8线-3线编码器。

三个编码器输出的逻辑表达式为：2． 8位优先编码器在上面所讨论的8线—3线编码器中，不允许同时有两个以上的数字信号输入，否则，将使编码器输出发生混乱。

为解决这一问题，一般都把编码器设计成优先编码器。

CD4532是一种标准型CMOS集成电路8线-3线优先译码器CD4532逻辑框图采用CD4532不仅可以进行8线-3线编码，而且可以扩展使用。

用两片CD4532组成的16线-4线编码器74HC148的输入和输出都是低电平有效，即低电平表示有信号，高电平表示无信号，输出的二进制码是其反码形式。

（二） 10线-4线8421BCD码优先编码器10线-4线8421BCD码优先编码器有10个输入端，每一个对应于一个十进制数（0 9），通过该编码器在其输出端得到相应的BCD码。

为防止输出产生混乱，该编码器通常都设计成优先编码器。

10线-4线编码器可用于键盘编码等。

10线-4线译码器CD40147逻辑框图二、译码器及显示电路译码是编码的逆过程，也就是把二进制代码所表示的特定含义“翻译”出来的过程。

实现译码功能的电路称为译码器。

目前主要采用集成电路来构成。

译码器按用途大致分为三大类：一是“二进制译码器”，也叫变量译码器，用以表示输入变量状态的译码器；二是“码制变换译码器”，常见的是把BCD码转换至十进制的译码器，简称二-十进制译码器；三是“显示译码器”，用来驱动数码管等显示器件的译码器。

（一）二进制译码器八个译码输出的逻辑表达式：每一个输出都对应着一种输入状态的组合，所以也叫做状态译码器。

2． 3线-8线译码器 74HC1381利用74HC138的使能端 ，可以扩展译码器输入的变量数。

74HC138构成的4线-16线译码器。

2E例：利用3线 - 8线译码器74LS138 和门电路实现下面的函数。

ABC C B A C B A C B A Y +++=754075407540Y Y Y Y m m m m m m m m Y ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=+++=754075407540Y Y Y Y m m m m m m m m Y ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=+++=（二）二-十进制译码器二-十进制译码器就是能把某种二-十进制代码（即BCD码）变换为相应的十进制数码的组合逻辑电路，也称为4线-10线译码器，也就是把代表四位二-十进制代码的四个输入信号变换成对应十进制数的十个输出信号中的某一个作为有效输出信号。

74HC42未使用约束项，故能自动拒绝伪码输入。

当输入为1010～1111时，输出端均为1，另外，74HC42无使能端。

（三）显示译码器在数字测量仪表和各种数字系统中，常常需要用显示译码器将二-十进制代码译成十进制数，并驱动数字显示器显示数码。

1．常见的数码显示器1）半导体数码管和驱动电路常见的半导体发光二极管是一种能将电能或电信号转换成光信号的结型电致发光器。

其内部结构是由磷砷化镓等半导体材料组成的ＰＮ结。

当ＰＮ结正向导通时，能辐射发光。

辐射波长决定了发光颜色，通常有红、绿、橙、黄等颜色。

单个ＰＮ结封装而成的产品就是发光二极管，而多个ＰＮ结可以封装成半导体数码管（也称ＬＥＤ数码管）。

半导体数码管内部有两种接法，即共阳极接法和共阴极接法。

共阴极半导体7段数码管BS201共阳极LED数码管各段笔划的组合能显示出十进制数0～9及某些英文字母。

半导体数码管的优点是工作电压低（1.7～1.9Ｖ），体积小，可靠性高，寿命长（大于一万小时），响应速度快（优于10ηs），颜色丰富等，目前已有高亮度产品，缺点是耗电比液晶数码管大，工作电流一般为几毫安至几十毫安。

半导体数码管的工作电流较大a)三极管驱动 b)ＯＣ门驱动 c) 译码/驱动器驱动2）液晶显示器和驱动电路分段式液晶显示器a)液晶显示器的截面 b）反面电极 c）正面电极1—透明导电层 2—绝缘密封材料 3—玻璃 4—液晶 5—反光板液晶显示器是一种被动式显示器件，液晶本身并不发光，而是借助自然光或外来光源显示数码。

液晶显示器的优点是工作电流小（1μＡ左右），功耗低，工作电压低，结构简单，体积小，成本低等，缺点是显示不够清晰，视角小，响应速度慢，不耐振动，不耐高温和严寒。

液晶数字显示器的交流驱动电路2．七段显示译码器例如:对于8421BCD码的0101状态，对应的十进制数为5，译码驱动器应使分段式数码管的a、c、d、f、g各段为高电平，而b、e两段为低电平。

74HC48应用于高电平驱动的共阴极显示器。

当输入信号为0000～1001时，分别显示0～9数字信号:1）灭灯功能只要将BI端作输入用，并输入0，即=0时，无论及状态如何，a～g均为0，显示管熄灭。

因此，灭灯输入端BI可用作显示控制。

例如，用一个间歇的脉冲信号来控制灭灯（消隐）输入端时，则要显示的数字将在数码管上间歇地闪亮。

配合使用，可消去混合小数的前零和无用的尾零。

例如一个七位数显示器，如要将006.0400显示成6.04。

74HC48内部已设2kΩ左右的限流电阻，所以图中的共阴极数码管的共阴极端可以直接接地。

对于共阴接法的数码管，还可以采用CD4511等七段锁存译码驱动器。

对于液晶显示器，可采用CD4055、CD4056等专用集成电路。

在为半导体数码管选择译码驱动电路时，还需要注意根据半导体数码管工作电流的要求，来选择适当的限流电阻。

以CD4511为例来说明限流电阻的计算方法:CD4511译码驱动电路数字电子技术基础习题三、数据选择器能够实现从多路数据输入端中选择一路进行传输的电路称为数据选择器，又称多路选择器。

数据选择器是组合逻辑电路中最重要的组件之一，它可作为一个基础单元去实现各种逻辑功能。

（一）数据选择器的功能及工作原理选择输入信号又称地址控制信号或地址输入信号。

如果有两个地址输入信号和四个数据输入信号，就称为四选一数据传送器，其输出信号：对于Ａ1Ａ0的不同取值，Ｙ只能等于～中唯一的一个。

例如Ａ1Ａ为00，则信号被选通到Ｙ端，Ａ1Ａ为11时，被选通。

如果有三个地址输入信号，八个数据输入信号，就称为八选一数据选择器，或者八路数据选择器。

数据选择器和模拟开关的本质区别在于前者只能传输数字信号，而后者还可以传输单极性或双极性的模拟信号。

（二）八路数据选择器（三）数据选择器的应用数据选择器构成的无触点切换电路，用于切换四种频率的输入信号。

例用八选一数据选择器实现逻辑函数。

解：把函数Ｙ变换成最小项表达式：BABCCAY++=。