數電(4):組合邏輯電路


  組合邏輯電路:

  • 任意時刻的輸出僅僅取決於該時刻的輸入,與電路原來的狀態無關。
  • 電路中不包含存儲單元。

 

、編碼器

1、普通編碼器

  例如:3位二進制編碼器(8 - 3編碼器)

(1)框圖

(2)真值表

  類似:輸入是獨熱瑪,輸出是順序二進制

(3)邏輯式

 

(4)邏輯式化簡

 (5)邏輯圖

 

2、優先編碼器

 

二、譯碼器

1、二進制譯碼器

  例如:3位二進制譯碼器(3 - 8譯碼器)

(1)框圖

(2)真值表

  類似:輸入是順序二進制,輸出是獨熱瑪。

 

2、二 - 十進制譯碼器

  即輸入是4位的順序BCD碼,輸出的是獨熱瑪再取反,超出的是偽碼,拒絕翻譯。

 

 

3、顯示譯碼器(數碼管

 

三、數據選擇器(多路開關)

1、二選一

 

①邏輯式:Y = SEL · A + SEL' · B

②真值表

③符號圖

④門電路

 

 2、4選1

  • (1)D是 data_in,Y是輸出數據 data_out。
  • (2)A1、A是地址 addr。
  • (3)S1'、S2'是 CS 片選。

  以前大二的時候不懂,現在一目了然,不就這么個玩意兒嗎?

3、例題

  用兩個帶附加控制的 4-1 數據選擇器組成一個 8 -1 數據選擇器。

  思路:兩個 4-1 的 2 位地址位要共用,然而 8-1 必須要 3 位地址,所以再將兩個 4-1 的片選 S 合並成最高的地址位

 

四、加法器

1、1位加法器

(1)半加器:不考慮來自低位的進位。

  例如:A加B等於S,進位是CO

①邏輯式

S = A ⊕ B (沒看錯,就是異或) CO = A · B

②真值表

 ③邏輯圖

(2)全加器:考慮來自低位的進位

2、多位加法器

(1)串行(行波)進位加法器

  說白了就是正常人類做算術題的加法器,從低到高,考慮進位。

(2)超前(快速)進位加法器

  通過邏輯電路實現的得出每一位全加器的進位信號,無需再從低到高傳遞進位信號。

  • 優點:運算時間縮短。
  • 缺點:復雜程度增加。

  說白了,正常人類難以手動做出來,別看了,看了也不會考。

 

五、數值比較器

  就是比較數值的大小。

1、1位比較器

  • A>B,可化為:AB' = 1。
  • A<B,可化為:A'B = 1。
  • A=B,可化為:A⊙B = 1。

2、多位比較器

  必須自高而低的逐位比較,高位相等時繼續判斷下一位,和正常人類思維一樣。

 

六、競爭 - 冒險

1、現象和原因

(1)電壓毛刺(噪聲)

  Y=AB,原先 A=1,B=0,變成A=0,B=1時,由於各種原因,二者的變化完成時間不一致,B先變化完成,A后變化完成,這個時間差為△t,這時 Y (考慮了門電路的傳輸延時時間)就產生了極窄的尖峰脈沖,或稱為電壓毛刺,是系統內部的一種噪聲

 (2)競爭

  門電路兩個輸入信號同時向相反的邏輯電平跳變的現象。

(3)競爭 - 冒險

  由於競爭而在輸出端可能產生尖峰脈沖的現象。

2、檢查方法

(1)兩個輸入信號

  只要輸出端的邏輯函數在一定條件下能化簡成 Y = A+A' 或 Y = A·A‘,則可判定存在競爭-冒險現象。

(2)多個輸入信號

  • ①計算機輔助分析
  • ②實驗檢查

3、消除方法

(1)接入濾波電容

  • 優點:簡單易行。
  • 缺點:增加了輸出電壓波形的時間,使波形變壞。

(2)引入選通脈沖

  即引入一個選通脈沖 p,但最后的輸出 Y 也會變成脈沖信號了。其實就可以把 p 看成數據輸出的使能信號。

 (3)修改邏輯設計(增加冗余項)

  例如 Y = AB + A'C = AB + A'C + BC,引入 BC 作為冗余項,A的狀態變換就不會再引起競爭-冒險了。

 

參考資料:閻石. 數字電子技術基礎(第5版)[M]. 高等教育出版社, 2006.

 


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