1、1電工電子技術基礎人民郵電出版社2知識模塊二十一 組合邏輯電路 主要內容 常用集成組合邏輯電路的功能 ； 常用集成組合邏輯電路的基本應用方法。n重點 常用集成組合邏輯電路的基本應用方法3一、編碼器 1編碼器概述 （1）編碼器的相關概念 在數字系統中，往往需要將某一信息變換成特定的代碼，例如郵政編碼。把二進制數按一定的規律編排，例如8421碼，再將所使用的每一種二進制代碼狀態都賦予特定的含義，即表示一個特定的信號或對象的過程，叫做編碼。 編碼器是將輸入的電平信號編成二進制代碼的電路，是實現編碼操作的電路。 在數字系統中特別是在計算機系統中，常常要控制幾個工作對象，例如微型計算機主機要控制打印機、

2、磁盤驅動器、輸入鍵盤等。當某個部件需要實行操作時必須先送一個信號給主機，經主機識別后再發出允許操作信號，并按事先編好的程序工作。這里會有幾個部件同時發出服務請求的可能，而在統一時刻只能給其中1個部件發出允許操作信號。因此，必須根據輕重緩急，規定好這些控制對象允許操作的先后次序，即優先級別。識別這些請求信號的優先級別并進行編碼的邏輯部件稱為優先編碼器。 編碼器的表示方法通常有功能表（真值表）、邏輯圖、邏輯表達式和波形圖等幾種。這些表示方法可以互相轉換。4（2）編碼器模型 編碼器的模型如圖212（a）所示。通常編碼器有m個輸入端（I0Im-1），需要編碼的信號從此處輸入；有n個出端（Y0Yn-1）

3、，編碼后的二進制信號從此處輸出。m與n之間滿足m2n的關系。另外，編碼器還有使能輸入端EI，它用于控制編碼器是否進行編碼；使能輸出端EO和優先標志輸出端CS等一些控制端，它們主要用于編碼器間的級聯。編碼器的功能就是從m個輸入信號中選中一個并編成一組二進制代碼并行輸出。I0Im 1EIY0Yn 1EOCS(a)A0 1 1F1F0A1A2A3(b)圖 212 編碼器模型和4-2線編碼器(a)編碼器的模型 (b)用或門實現該編碼器的示意圖5 用或門實現該編碼器的示意圖如圖212（b）所示。由于該編碼器有4個輸入端（A1 A3），2個輸出端（F0、F1），故稱為42線編碼器。 在數字設備中，任何數據

4、和信息都是用代碼來表示的。所用的編碼不同，實現這些編碼的電路也不同，故編碼器又可分為二進制編碼器、二-十進制編碼器和字符編碼器等。2 編碼器舉例 常用優先編碼器74147、74148的簡介如表211所示。674LS14712345678161514131211910I4I5I6I7CBVCCI3I2I1I9AI8GNDNCD74LS147I1I2I3I4I5I6I7I8I9ABCD111213123451097614表21-1 編碼器舉例7功能表說明：編碼器有9個輸入端（I1I9）和4個輸出端(A、B、C、D)。其中I9狀態信號級別最高，I1狀態信號的級別最低。DCBA為編碼輸出端，以反碼輸出

5、，D為最高位，A為最低位。一組4位二進制代碼表示一位十進制數。有效輸入信號為低電平。若無有效信號輸入即9個輸入信號全為H，代表輸入的十進制數是0，則輸出DCBA=HHHH（L的反碼）。若I1I9為有效信號輸入，則根據輸入信號的優先級別輸出級別最高信號的編碼。GS是優先編碼工作狀態標志。 89功能表說明：I7I0為低電平有效的狀態信號輸入端，其中I7狀態信號的優先級別最高，I0狀態信號的優先級別最低。A2、A1、A0為編碼輸出端，以反碼輸出，A2為最高位，A0為最低位。EI為使能輸入端。當EI=H時，無論輸入信號 I7I0是什么，輸出都是高電平；EI=L時，A2、A1、A0根據輸入信號I7I0的

6、優先級別編碼。例如，表中第3行，輸入信號I7為有效的低電平，則無論其他輸入信號為低電平還是高電平，輸出的BCD碼均為LLL。EO為使能輸出端，主要用于級聯和擴展。GS用于標記輸入信號是否有效。只要有一個輸入信號為有效的低電平，GS變成低電平，它也用于編碼器的級聯。 H高電平 L低電平 任意電平（以下各表中功能表中符號的含義均相同）10【例21.1】用兩片74148組成16線4線的優先編碼器，邏輯圖如圖213所示，試分析其工作原理。圖213 例21.1邏輯圖11 【解】連接：高位片(II)輸出使能端EO與低位片(I)輸入使能端EI相連；高、低位片的A2A1A0相與，獲得低三位輸出碼，而最高位碼為

7、高位片的GS端。 表21-1對邏輯圖進行分析，可以得出：（1）當EI2=1時，EO2=1，從而使EI1=1，這時74148（）（）均禁止編碼，它們的輸出端A2A1A0都是111。由電路圖可知，GS=GS1GS2=1，表示此時整個電路的代碼輸出端DCBA=1111是非編碼輸出（其中1代表高電平 、0代表低電平，以下同）。（2）當EI2=0時，高片位（）允許編碼，當若I15I8都是高電平，即無編碼請求，則EO2=0，從而EI1=0，允許低片位（）編碼。這時高片位A2A1A0=111，使門C、B、A都打開，C、B、A取決于低片位的A2A1A0，而D= GS2，總是等于1，所以輸出代碼在1111100

8、0之間變化。如果I0單獨有效，輸出為1111；如果I7及任意其他輸入同時有效，則輸出為1000，低片位以I7的優先級別最高。（3）當EI2=0且I15I8中有編碼請求（至少一個為低電平）時，EO2=1，從而EI1=1，高片位編碼，低片位禁止編碼。高片位的編碼級別優先于低片位。此時D= GS2=0，C、B、A取決于高片位的A2A1A0，輸出代碼在01110000之間變化同理可知，高片位中I15的優先級別最高。 整個電路實現了16位輸入的優先編碼，其中I15具有最高的優先級別，優先級別從I15I0依次遞減。12二、譯碼器 1譯碼器概述 譯碼是編碼的逆過程。在編碼時，所使用的每一個碼字都表示一個確定

9、的信號或者對象，把這些碼字翻譯成原來的信息，就是譯碼。實現譯碼功能的電路稱作譯碼器。譯碼器是將輸入二進制代碼譯成相應的電平信號的器件。譯碼器的用處很多。在數字系統中，處理的是二進制代碼，而人們習慣于用十進制，故常常需要將二進制代碼翻譯成十進制數字或字符，并直接顯示出來。這一類譯碼器在各種數字儀表中廣泛使用。在計算機中普遍使用的地址譯碼器、指令譯碼器，在數字通信設備中廣泛使用的多路分配器、規則碼發生器等也都是由譯碼器構成的。根據譯碼信號的特點可把譯碼器分為二進制譯碼器、二十進制譯碼器字符顯示譯碼器等。 譯碼器的表示方法通常有功能表(真值表)、邏輯圖、邏輯表達式和波形圖等幾種。這些表示方法可以互相

10、轉換。 譯碼器的模型如圖214（a）所示，它有n個輸入端，需要譯碼的n位二進制代碼從這里并行輸入；有m個譯碼輸出端，另外還有若干個使能控制端Ex，用于控制譯碼器的工作狀態和譯碼器間的級聯。 譯碼器的功能是將n位并行輸入的二進制代碼，根據譯碼要求，選擇m個輸出中的一個或幾個輸出譯碼信息。13Ym輸出(a)Y1ExX1Xn輸入譯碼器A&Y1Y0(b)&Y2Y31ABBAABB1圖 214 譯碼器示意圖(a)譯碼器的模型 (b)兩位二進制代碼的譯碼器 簡單的兩位二進制代碼的譯碼器，其邏輯圖如圖214（b）所示。該譯碼器的輸入是一組兩位二進制代碼AB，輸出是與代碼狀態相對應的4個信號Y

11、3Y2Y1Y0。14 將各種輸入信號的取值組合送入譯碼器，可得到相應的輸出信號。兩位二進制代碼的譯碼器真值表如表212所示。由該表可知，每一組輸入代碼，對應著一個確定的輸出信號。 表212二進制譯碼器的真值表（其中1代表高電平 、0代表低電平，以下同）。譯碼器可以由分立元件、門電路或者集成電路構成。實際應用中最常用的是集成電路譯碼器，下面介紹幾種常用集成譯碼器。152譯碼器舉例常用譯碼器74138、7448的簡介如表213所示。表213譯碼器舉例輸 入輸 出 G1G2A G2BC B AY0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7LHHHHHHHHHLLLLLLLLHLLLLLLLLL L

12、LL L HL H LL H HH L LH L HH H LH H HH H H H H H H HH H H H H H H HH H H H H H H HL H H H H H H HH L H H H H H HH H L H H H H HH H H L H H H HH H H H L H H HH H H H H L H HH H H H H H L HH H H H H H H L1617ABCCBACBACBAF7420YYYYABCCBACBACBAFABCCBACBACBAF【例212】用74138實現如下邏輯函數。（注：任意邏輯函數均有唯一的最小項表達式，所以可以用7

13、4138實現任意一個三變量函數）。【解】（1）74138譯碼器的輸出為輸入變量的相應最小項之非，故先將邏輯函數式F寫成最小項之反的形式。由摩根定理得：（2）變量A、B、C分別接三變量譯碼器的A2 A1 A0端，則有：用三變量譯碼器74LS138實現以上函數的邏輯圖如圖215所示。圖215例21.2邏輯圖18【例213】譯碼器的擴展：用兩片74138實現4線16線譯碼。【解】：兩片連接如圖216所示。圖216例21.3邏輯圖利用譯碼器的使能端作為高位輸入端如圖216所示, 當A3=0時, 由表213可知，低位片74LS138工作，對輸入A3、A2、A1、A0進行譯碼，還原出Y0Y7, 則高位禁止

14、工作；當A3=1時，高位片74LS138工作，還原出Y8Y15，而低位片禁止工作。 19【例214】圖217所示為由二十進制編碼器74LS147、字符譯碼器74LS48、共陰極數碼管、非門74LS04各一塊所構成的編/譯碼及數碼顯示實驗電路圖，試分析其功能。 圖217例21.4邏輯圖【解】：（1）該電路的功能就是在數碼管上顯示出 4 位搶答者的號碼。有4個輸入信號，如果有10個輸入信號， 則數碼管將可以顯示09這10個數字。 （2）無論哪個輸入信號為低電平，數碼管將顯示該輸入端號碼。如果所有的輸出信號都為高電平， 則數碼管將顯示數字0。 （3）編碼器74LS147將一個輸入信號編成了一組相應的

15、二進制代碼。 （4）ag 7個信號中哪個信號為高電平， 數碼管與之相對應的那一段就會發亮。在74LS48輸入端輸入不同的二進制代碼時， ag的輸出也不同，數碼管將顯示不同的數字。ag的信號電平是按照輸入代碼對字型的要求輸出的。 201.數據分配器的概念 數據分配是將一個數據源來的數據根據需要送到多個不同的通道上去，實現數據分配功能的邏輯電路稱為數據分配器。它的作用相當于多個輸出的單刀多擲開關。 數據分配器的模型如圖218所示。三、數據分配器圖218 分配器示意圖 212.數據分配器舉例數據分配器通常用二進制集成譯碼器實現。【例215】由74138譯碼器實現分配器。【解】74138的引腳連接如下

16、：（1）C、B、A 輸入地址信號。（2）G1使能端，G2B接地。（3）輸入數據端D接G2A。構成的分配器示意圖如圖219所示。 圖219 分配器示意圖 221數據選擇器概念 數據選擇器是在地址碼的控制下，在同一時間內從多路輸入信號中選擇相應的一路信號輸出的電路。數據選擇器是一個多輸入、單輸出的組合電路，它的功能類似于一個多檔開關。數據選擇器示意圖如圖2110所示。四、數據選擇器圖2110 數據選擇器示意圖232數據選擇器舉例常用數據選擇器74153、74151的簡介如表214所示。表214 數據選擇器器舉例24EEE功能表說明：該芯片包括兩個相同的4選1數據選擇器。從邏輯圖可見(以下敘述中，省

17、去區別A數據選擇器和B數據選擇器的下標)，I0 I3是數據輸入端，S1、S0是選擇輸入端，S1為高位；Z是原碼輸出； 是選通端，低電平有效。 =H時，數據選擇器不工作， =L時，輸出函數表達式為 根據S1、S0的取值，決定I0 I3中的一個輸出。 2526【例216】數據選擇器的擴展。用兩片74LS151連接成一個十六選一的數據選擇器。 【解】十六選一的數據選擇器的地址輸入端有四位， 最高位A3的輸入可以由兩片八選一數據選擇器的使能端接非門來實現，低三位地址輸入端由兩片74LS151的地址輸入端相連而成，連接圖如圖2111所示。當A3=0時, 由表214知, 低位片74LS151工作, 根據地址控制信號A3A2A1A0選擇數據D0D7輸出；A3=1時, 高位片工作, 選擇D8D15進行輸出。圖2111例21.6邏輯圖27思考與練習思考與練習21.1編碼器的應用。利用74LS148編碼器實現微控制器報警編碼電路。圖2112所示為利用74LS148編碼器監視8個化學罐液面的報警編碼電路。若8個化學罐中任何一個的液面超過預定高度時，其液面檢測傳感器便輸出一個0電平到編碼器的輸入端。編碼器輸出3位二進制代碼到微控制器。此時，微控制器僅需要3根輸入線就可以監視8個獨立的被測點。試分析其原理。圖2112題報警編碼電路2821.2 試畫出用4片8線3線優先編碼器74