電子技術基礎與技能6.1組合邏輯電路的分析與設計

6.1組合邏輯電路的分析與設計教學活動1：實踐導入圖6-1-1所示為生活中常見的一些組合電路應用裝置。這些裝置的功能都可以用組合邏輯電路來實現。（a）會議表決器和表決系統（b）搶答器圖6-1-1生活中常見的組合電路應用裝置在實際應用中，往往需要將若干個門電路組合起來，實現更復雜的邏輯功能，這種電路稱為組合邏輯電路。組合邏輯電路的特點是：任何時刻電路的輸出狀態直接由當時的輸入狀態決定，輸入狀態消失，則相應的輸出狀態立即消失，即無記憶功能。常見的組合邏輯電路有加法器與比較器、編碼器與譯碼器、數據分配器與數據選擇器等。

6.1組合邏輯電路的分析與設計教學活動2：組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的分析，就是已知組合邏輯電路，分析其實現的邏輯功能。組合邏輯電路分析的一般步驟是：（1）根據所給的邏輯電路圖，寫出邏輯函數表達式；（2）對邏輯函數表達式進行化簡，得到最簡表達式；（3）由最簡表達式列出真值表；（4）根據真值表，分析、確定電路的邏輯功能。以上組合邏輯電路的分析過程，如圖8-2所示。圖6-1-2組合邏輯電路的分析步驟示意圖

6.1組合邏輯電路的分析與設計教學活動2：組合邏輯電路的分析【經典例題】例題6-1

根據圖6-1-3所示邏輯電路，寫出該電路的邏輯函數表達式、真值表，并分析其邏輯功能。圖6-1-3例題6-1邏輯電路

6.1組合邏輯電路的分析與設計教學活動2：組合邏輯電路的分析

問題解析：對于多個門電路級聯而成的組合邏輯電路，從首級開始，根據門電路的功能逐級寫出門電路的輸出表達式，直至最終的輸出；然后對整個電路的輸出函數式進行化簡，得到最簡式；列寫真值表時，將各種輸入下的變量取值帶入最簡式，運算得到輸出值；觀察、分析真值表的特征，歸納出組合邏輯電路的功能。表6-1-1ABY000011101110

6.1組合邏輯電路的分析與設計教學活動3：組合邏輯電路的設計組合邏輯電路的設計，就是根據實際的邏輯功能要求，設計一個能實現該功能的電路，其過程恰好是組合邏輯電路分析的逆過程。組合邏輯電路的設計步驟是：（1）根據要求實現的邏輯功能，列出真值表；（2）由真值表寫出邏輯函數表達式；（3）化簡邏輯函數表達式；（4）根據化簡后的邏輯函數表達式畫出邏輯電路圖。組合邏輯電路的設計過程可用圖6-1-4表示。在進行組合邏輯電路的設計時，最關鍵的在于第一步，即由實際的邏輯功能寫出正確的真值表。在分析實際邏輯功能時，首先要確定輸入變量、輸出變量，搞清楚輸入變量、輸出變量的邏輯關系。圖6-1-4組合邏輯電路的設計步驟示意圖

6.1組合邏輯電路的分析與設計教學活動3：組合邏輯電路的設計【經典例題】例題6-2

試用異或門設計一個有三輸入的奇偶校驗邏輯電路。要求輸入奇數個1時，輸出為1，否則，輸出為0。解：（1）三輸入變量分別用A、B、C表示，輸出用Y表示，根據題意列出真值表6-1-2。ABCY00000011010101101001101011001111表6-1-2圖6-1-5三輸入奇偶校驗邏輯電路圖電子技術基礎與技能6.2編碼器

6.2編碼器教學活動1：實踐導入

圖6-2-1所示為電視機的遙控器。按下音量按鈕、對比度按鈕后，電視機的音量、對比度將發生相應的變化。圖6-2-1電視機遙控器

為什么按下電視機遙控器的某一按鈕后，電視機相應的量會發生變化呢？這是因為遙控器內有一個編碼器，它把某一個按鈕與一個特定的控制信息對應起來，從而實現對電視機的控制。什么是編碼器？它有什么功能？典型集成編碼器的引腳功能怎樣識別和使用呢？讓我們來學習下面的內容吧！

6.2編碼器教學活動2：編碼器的功能

在數字系統中，經常需要將某一信息（輸入）變換成某一特定的代碼（輸出）。把二進制數碼按一定的規律排列組合，并給每組代碼賦予一定的含義（代表某個數或控制信號）的過程稱為編碼。

具有編碼功能的電路稱為編碼器。編碼器的示意圖如圖6-2-2所示，它的輸入端數n與輸出端數m滿足n≤2m的關系。在n個輸入端中，每次只能有一個信號有效，其余無效；每次輸入有效時，只能有唯一的一組輸出與之對應，即一個輸入對應一組m位二進制代碼的輸出。圖6-2-2編碼器示意圖

6.2編碼器教學活動3：集成編碼器的典型產品常見的編碼器有普通編碼器（二進制編碼器、二-十進制編碼器）、優先編碼器兩種。在普通編碼器中，任何時刻只允許輸入一個編碼信號，否則輸出將發生混亂。在實際產品中，均采用優先編碼器。在優先編碼器中，允許同時輸入兩個及兩個以上的編碼信號，編碼器自動對所有輸入信號按優先順序排隊，只對優先級最高的信號進行編碼。這里介紹兩種常用的集成電路優先編碼器。

6.2編碼器教學活動3：集成編碼器的典型產品

6.2編碼器教學活動3：集成編碼器的典型產品

6.2編碼器教學活動3：集成編碼器的典型產品

6.2編碼器教學活動3：集成編碼器的典型產品輸入輸出I0I1I2I3I4I5I6I7I8I9Y3Y2Y1Y010000000000000×1000000000001××100000000010×××10000000011××××1000000100×××××100000101××××××10000110×××××××1000111××××××××101000×××××××××1100100000000001111表6-2-2

CC40147功能表電子技術基礎與技能6.3譯碼顯示電路

6.3譯碼顯示電路教學活動1：實踐導入

電視機接收到遙控器的信號（如圖6-3-1所示），就能做出相應的改變，如改變音量、對比度等。圖6-3-1電視機及遙控器為什么電視機能準確地執行遙控器發出的指令呢？這是因為，電視機接收到遙控器輸出的編碼信號后，送給CPU進行譯碼，用譯碼得到的操作指令去控制相應的電路，最終做出相應的改變。什么是譯碼器？它有什么功能？典型集成譯碼器的引腳功能怎樣識別和使用呢？讓我們來學習下面的內容吧！

6.3譯碼顯示電路教學活動2：通用譯碼器譯碼是編碼的逆過程，它將二進制數碼按其原意翻譯成相應的輸出信號。實現譯碼功能的電路稱為譯碼器。

圖6-3-2所示是譯碼器示意圖，它的輸入端數n和輸出端數m的關系為2n＞m。譯碼器按用途不同可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。通用譯碼器又分為二進制譯碼器、BCD譯碼器，它們主要用來完成各種碼制之間的轉換；顯示譯碼器主要用來譯碼并驅動顯示器顯示譯碼結果。

6.3譯碼顯示電路教學活動2：通用譯碼器

6.3譯碼顯示電路教學活動2：通用譯碼器

6.3譯碼顯示電路教學活動2：通用譯碼器

6.3譯碼顯示電路教學活動2：通用譯碼器

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼顯示器件在數字計算系統及數字式測量儀表中，常需要把計數譯碼后的輸出狀態用人們習慣的十進制數碼的字形顯示出來，數碼顯示器就可以完成這一工作。數碼顯示器有多種形式，目前廣泛使用七段數碼顯示器。它由七段能各自獨立發光的線段按一定的方式組合構成的，如圖6-3-6所示為七段數碼顯示器的實物外形、發光段分布及顯示數字圖形。圖6-3-6（b）是七段數碼顯示器的排列形狀，一定的發光段組合能顯示出相應的十進制數碼，例如當a、b、c、d、e、f、g段均發光時，就能顯示數字“8”；當a、c、d、f、g段發光時，就能顯示數字“5”。

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼顯示器件七段顯示器有半導體數碼管、液晶顯示器及熒光數碼管等幾種，雖然它們結構各異，但譯碼顯示的電路原理是相同的，常用的是LED數碼管、LCD顯示器

圖6-3-6七段數碼顯示器

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼顯示器件1．LED數碼管半導體數碼管是將發光二極管（LED）按圖6-3-6（b）排列為“日”字形制成的，具有較高的亮度、字形清晰、工作電壓低（1.5～3V）、體積小、壽命長、響應速度較快等特點，因而應用廣泛。根據連接方式不同，LED數碼管有共陽極和共陰極兩種連接方式，如圖6-3-7所示。其中的h段發光，可顯示小數點位。共陰極連接時，譯碼器輸出高電平才能驅動相應的發光二極管導通發光；共陽極連接時，譯碼器輸出低電平才能驅動相應的發光二極管導通發光。常用的共陰極LED數碼管型號有BS201、BS202、BS207及LC5011-11等；共陽極LED數碼管型號有BS204、BS206及LA5011-11等，它們的引腳排列如圖6-3-8所示。圖6-3-9所示是雙位共陰極LED七段數碼管實物外形。在使用LED七段數碼管前應先查閱資料，明確其連接方式。

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼顯示器件

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼顯示器件2．LCD顯示器在電子手表、微型計算器等小型電子器件的數字顯示部分，多采用液晶分段式數碼顯示器。它是利用液晶在電場作用下，光學性能變化的特性而制成的。如圖6-3-10所示，在涂有導電層的基片上，按分段圖形灌注液晶并封裝好，然后用譯碼器輸出端與各腳相連，在控制電壓作用下的液晶段由于光學性能的變化而出現反差，從而顯示相應數字。液晶顯示器工藝簡單、體積小、功耗極小，但清晰度較低。圖6-3-10

LCD顯示器示意圖

七段顯示器如果要將相應的數字顯示出來，還要有顯示譯碼電路。顯示譯碼電路的功能就是將輸入的BCD碼翻譯成十進制數的信號，并驅動顯示器顯示數字。常見的有TTL顯示譯碼器與CMOS顯示譯碼器。

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼顯示器件1．共陰極與共陽極顯示譯碼器七段顯示譯碼器按其譯碼器的驅動和顯示器的結構可分為共陰極、共陽極兩種。同樣，顯示器也分為共陰極、共陽極兩種。它們配套使用時必須兩者都共陰極或都共陽極。共陰極顯示譯碼器特點是以譯碼器輸出高電平驅動點亮共陰極顯示器（七段GaAsP字型管，以下同），輸出低電平時，字段熄滅。74LS48等是發射極開路（OE）輸出的共陰極顯示譯碼器，不需外接電阻，使用時直接同共陰極顯示器連接。共陽極顯示譯碼器的特點是以譯碼器輸出低電平驅動點亮共陽極顯示器，輸出高電平時，字段熄滅。74LS49等是集電極開路（OC）輸出顯示譯碼器，使用時需在譯碼器與顯示器之間外接400Ω左右的限流電阻。

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼顯示器件2．典型顯示譯碼器功能介紹顯示譯碼器種類和型號很多，現以74LS48和CC4511為例分別介紹如下。1）74LS4874LS48是七段顯示譯碼器，輸出1有效，驅動共陰極數碼管。其實物外形和引腳如圖6-3-11所示，其功能表如表6-3-3所示。從功能表可知，當輸入碼對應的十進制數大于9時，七段顯示器會顯示一定的圖形而不是數字，從而可鑒別相應的輸入情況。三個輔助控制端及功能如下。圖6-3-11

74LS48的實物外形和引腳排列

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼顯示器件

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼顯示器件

6.3譯碼顯示電路教學活動3：數碼