数电常用组合逻辑器件原理及集成电路.doc

常用组合逻辑器件的原理及集成电路 在数字集成产品中有许多具有特定组合逻辑功能的数字集成器件，称为组合逻辑器件（或组合逻辑部件）。本节主要介绍这些组合器件，以及这些组合部件的应用。 1. 编码器和译码器 （1）编码器 组合逻辑部件中的编码器是对输入赋予一定的二进制代码，给定输入就有相应的二进制码输出。常用的编码器有二进制编码器和二—十进制编码器等。所谓二进制编码器是指输入变量数（m）和输出变量数（n）成2n倍关系的编码器，如有4线/2线，8线/3线，16线/4线的集成二进制编码器；二—十进制编码器是输入十进制数（十个输入分别代表0～9十个数）输出相应BCD码的10线/4线编码器。 1）二进制编码器 二进制编码器是对2n个输入进行二进制编码的组合逻辑器件，按输出二进制位数称为n位二进制编码器。二线―四线编码器编码器有4个输入（I0，I1，I2，I3分别表示0～3四个数或四个事件），给定一个数（或出现某一事件）以该输入为1表示，编码器输出对应二位二进制码（Y1Y0），其真值表如表3-1所示。根据真值表可得最小项表达式，。进一步分析表3-1，若限定输入中只能有一个为“1”，那么，除表3-6所列最小项和m0外都是禁止项，则输出表达式可以用下式表示： 。 图3-2 2线/4线编码器 由此输出函数表达式可得与非门组成的，如图3-2所示的2线/4线编码器逻辑图。 2）优先编码器 由上述编码器真值表可以知道，4个输入中只允许一个输入有信号（输入高电平）。若I1和I2同时为1，则输出Y1Y0为11，此二进制码是I3有输入时的输出编码。即此编码器在多个输入有效时会出现逻辑错误，这是其一。其二，在无输入时，即输入全0时，输出Y1Y0为00，与I0为1时相同。也就是说，当Y1Y0=00时，输入端I0并不一定有信号。 为了解决多个输入同时有效问题可采用优先编码方式。优先编码指按输入信号优先权对输入编码，既可以大数优先，也可以小数优先。为了解决输出唯一性问题可增加输出使能端EO，用以指示输出的有效性。 大数优先的优先编码器真值表如表3-2所示。表3-2中增加一个输入使能信号EI，EI等于零时，禁止输入，此时无论输入是什么，输出都无效。只有EI等于1时才具有优先编码功能。增加的输出使能信号EO为1时，表示输出有效。 。 （a） （b） 图3-3 具有输入输出使能的优先编码器（a）逻辑图（b）方框图 由于输入变量数较多，一般通过对真值表分析直接写表达式。例如，Y1有两项“1”，对应有两个乘积项。一项为EI I3，另一项为。再利用吸收公式简化，得Y1表达式。同理，可得Y0，EO两个输出表达式。用与或非门实现此逻辑功能的逻辑图如图3-3（a），图（b）给出了该逻辑电路的方框图，一般输入写在方框左边，输出写在方框右边。方框图只能表示输入和输出端，而输入输出间逻辑关系需用功能表或真值表来描述。 3）二—十进制编码器 二—十进制编码器码对十个输入I0～I9（代表0～9）进行8421BCD编码，输出一位BCD码（ABCD）。输入十进制数可以是键盘，也可以是开关输入。但输入有高电平有效和低电平有效之分，如图3-4。图3-4（a）中开关按下时给编码器输入低电平有效信号；（b）图中开关按下时给编码器输入高电平有效信号。比较（a）（b）二图，（a）图中R可选较大阻值，（b）图中R应小于门电路的关门电阻ROFF，实际应用中多采用低电平有效信号。 （a） （b） 图3-4 键控输入信号（a）低电平有效信号（b）高电平有效信号 若输入信号低电平有效可得二—十进制编码器真值表（表3-3），表中输入变量上的非代表输入低电平有效的意义。 输出逻辑函数为： D =“9”+“8” C =“7”+“6”+“5”+“4” B =“7”+“6”+“3”+“2” A =“9”+“7”+“5”+“3”+“1” 式中“9”表示开关9合上，同时只能有一个开关合上。采用与非门实现十进制编码电路的逻辑图