數字邏輯電路

2022-10-29 11:51:03 字數 2449 閱讀 6754

(1)掌握組合邏輯電路的分析方法與設計方法。

(2)掌握利用二進位制解碼器和資料選擇器進行邏輯設計的方法。

(3)理解加法器、編碼器、解碼器等中規模積體電路的工作原理和邏輯功能。

(4)了解加法器、編碼器、解碼器等中規模積體電路的使用方法。

本章重點:

(1)組合邏輯電路的分析與設計。

(2)加法器、編碼器、解碼器等的工作原理和邏輯功能。

(3)利用二進位制解碼器和資料選擇器進行組合邏輯電路設計。

本章難點:

(1)組合邏輯電路的分析與設計。

(2)加法器、編碼器、解碼器電路分析。

(3)利用二進位制解碼器和資料選擇器進行組合邏輯電路設計。

本章考點:

(1)由閘電路組成的組合邏輯電路的分析與設計。

(2)由二進位制解碼器組成的組合邏輯電路的分析與設計。

(3)由資料選擇器組成的組合邏輯電路的分析與設計。

(4)加法器、編碼器、解碼器等組合邏輯電路的分析與設計。

組合邏輯電路由若干個基本閘電路組合而成,其在任何時刻的穩定輸出只決定於同一時刻各輸入變數的取值,與電路以前的狀態無關。

組合邏輯電路的分析是根據給定的邏輯圖,確定該電路的邏輯功能。分析的大致步驟是:由邏輯圖寫邏輯表示式→邏輯表示式化簡和變換→列真值表→分析邏輯功能。

組合邏輯電路的設計是根據給定的邏輯功能,畫出實現該功能的邏輯圖。設計的大致步驟是:由邏輯問題列真值表→寫邏輯表示式→邏輯表示式化簡和變換→畫邏輯圖。

列真值表是組合邏輯電路設計的關鍵。設計者必須對問題進行全面分析,弄清楚什麼作為輸入變數,什麼作為輸出函式,以及它們之間的相互關係,採用窮舉法列出變數可能出現的所有情況,並用0、1表示輸入變數和輸出函式的相應狀態,才能正確地列出真值表。

在組合邏輯電路中,當輸入訊號的狀態改變時,輸出端可能會出現不正常的干擾訊號,使電路產生錯誤的輸出,這種現象稱為競爭冒險。產生競爭冒險的原因主要是閘電路的延遲。發現競爭冒險的方法是:

如果卡諾圖中乘積項的圈之間有相鄰但不相交的情況,則有競爭冒險存在。消除競爭冒險的方法之一是在函式中增加乙個乘積項,把卡諾圖中兩個相鄰但不相交的圈連線在一起。

能實現二進位制加法運算的邏輯電路稱為加法器。

(1)半加器:能對兩個1位二進位制數相加而求得和及進製的邏輯電路稱為半加器。半加器的真值表如表8.1所示,邏輯表示式為:

表8.1 半加器的真值表

邏輯圖和邏輯符號如圖8.1所示。

(a)半加器的邏輯圖b)半加器的邏輯符號

圖8.1 半加器的邏輯圖和邏輯符號

(2)全加器:能對兩個1位二進位制數相加並考慮低位來的進製,即相當於3個1位二進位制數相加,求得和及進製的邏輯電路稱為全加器。全加器的真值表如表8.2所示,邏輯表示式為:

表8.2 全加器的真值表

邏輯圖和邏輯符號如圖8.2所示。

(a)全加器的邏輯圖b)全加器的邏輯符號

圖8.2 全加器的邏輯圖和邏輯符號

把個全加器串聯起來,低位全加器的進製輸出,連線到相鄰的高位全加器的進製輸入,便構成了位的序列進製加法器。

用來完成兩個二進位制數大小比較的邏輯電路稱為數值比較器。一位數值比較器的真值表如表8.3所示,邏輯表示式為:

邏輯圖如圖8.3所示。

表8.3 一位數值比較器的真值表

圖8.3 一位數值比較器的邏輯圖

將某種訊號編成二進位制數碼的邏輯電路稱為編碼器。

用位二進位制**來表示個訊號的電路稱為二進位制編碼器。3位二進位制編碼器是把8個輸入訊號i0~i7編成對應的3位二進位制**輸出,稱為8/3線編碼器。分別用000~111表示i0~i7,真值表如表8.

4所示,邏輯表示式為:

表8.4 3位二進位制編碼器的編碼表

邏輯圖如圖8.4所示。

圖8.4 3位二進位制編碼器的邏輯圖

將十進位制的10個數碼0~9編成二進位制**的邏輯電路稱為二-十進位制編碼器,用於把10個輸入訊號i0~i9(代表十進位制的10個數碼0~9)編成對應的4位二進位制**輸出,稱為10/4線編碼器。常用的8421碼編碼器的真值表如表8.5所示,邏輯表示式為:

表8.5 8421碼編碼器的真值表

邏輯圖如圖8.5所示。

圖8.5 8421碼編碼器的邏輯圖

能根據輸入訊號的優先級別進行編碼的電路稱為優先編碼器。3位二進位制優先編碼器的輸入是8個要進行優先編碼的訊號i0~i7,設i7的優先級別最高,i6次之,依此類推,i0最低,並分別用000~111表示i0~i7,真值表即優先編碼表如表8.6所示,邏輯表示式為:

表8.6 3位二進位制優先編碼表

邏輯圖如圖8.6所示。

圖8.6 3位二進位制優先編碼器

將輸入的二進位制**翻譯成輸出訊號以表示其原來含義的邏輯電路稱為解碼器。

二進位制解碼器將輸入的個二進位制**翻譯成個訊號輸出,又稱為變數解碼器。3位二進位制解碼器**輸入的是3位二進位制**a2a1a0,輸出是8個解碼訊號y0~y7,真值表如表8.7所示,邏輯表示式為:

表8.7 3位二進位制解碼器的真值表

邏輯圖如圖8.7所示。

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