《数字电子技术基础》课程电子教案（PPT教学课件）第3章 组合逻辑电路

第3章组合逻辑电路 授课计划 教学内容 教学小结

第3章 组合逻辑电路 授课计划 教学内容 教学小结

授课计划 1、教学目标 1、掌握半加器、全加器、常用算术/逻辑 运算单元等运算电路的电路结构及其使 用方法; 2、掌握典型的译码器、编码器、数据选择 器、数据分配器等信号变换电路的电路 结构及其使用方法; 3、了解数字比较器的电路结构及其扩展方 法

一、授课计划 1、教学目标 1、掌握半加器、全加器、常用算术/逻辑 运算单元等运算电路的电路结构及其使 用方法； 2、掌握典型的译码器、编码器、数据选择 器、数据分 配器等信号变换电路的电路 结构及其使用方法； 3、了解数字比较器的电路结构及其扩展方 法；

2、重点与难点 1、重点:1)半加器、全加器的电路结构及其逻 辑功能 2)四位算术/逻辑运算单元74LS381的逻 辑功能、引脚图及逻辑符号图 3)8421BCD编码器、优先编码器的逻 辑功能及引脚图 4)译码器、数据选择器、数据分配器 的逻辑功能 2、难点:1)十进制数七段数码显示译码器. 2)数据选择器的扩展

2、重点与难点 1、重点：1）半加器、全加器的电路结构及其逻 辑功能. 2）四位算术/逻辑运算单元74LS381的逻 辑功 能、引脚 图及逻辑符号图. 3）8421BCD编码器、优先编码器的逻 辑功能及引脚图. 4）译码器、数据选择器、数据分配器 的逻辑功能. 2、难点：1）十进制数七段数码显示译码器. 2）数据选择器的扩展

3、学时分配:共6学时 ◆第1、2学时:算术运算电路 ◆第3、4学时:信号变换电路 ◆第5、6学时:数值比较器

3、学时分配：共6学时  第1、2学时：算术运算电路  第3、4学时：信号变换电路  第5、6学时：数值比较器

教学内容 3.1算术运算电路(第1、2学时) 数字系统的基本任务之一是进行算术运算。加法器是数字 系统中最基本的运算单元。因为在数字系统中加、减、乘、除都 是通过加法来实现。本节先介绍半加器电路,然后介绍集成算术 逻辑单元电路74LS381 31.1半加器电路 半加器是只考虑两个加数本身相加,而不考虑来自低位进 位的逻辑电路。设计位二进制半加器,输入变量有两个,分别 为加数A和被加数B;输出也有两个,分别为和数S和进位C。列 真值表如表3.1所示。 由真值表写逻辑表达式 表3.1半加器的真值表 S=AB+AB a B C=AB 0 C—0—0—0 10 画出逻辑图如图3.1所示 01 它是由异或门和与门组成的, 也可以用与非门实现

3.1 算术运算电路（第1、2学时） 数字系统的基本任务之一是进行算术运算。加法器是数字 系统中最基本的运算单元。因为在数字系统中加、减、乘、除都 是通过加法来实现。本节先介绍半加器电路，然后介绍集成算术 /逻辑单元电路74LS381 。 3.1.1 半加器电路 半加器是只考虑两个加数本身相加，而不考虑来自低位进 位的逻辑电路。设计一位二进制半加器，输入变量有两个，分别 为加数A和被加数B；输出也有两个，分别为和数S和进位C。列 真值表如表3.1所示。 由真值表写逻辑表达式： 表3.1 半加器的真值表 画出逻辑图如图3.1所示， 它是由异或门和与门组成的， 也可以用与非门实现。 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 A B S C 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 A B S C C AB S AB AB = = + 二、教学内容

A B B CO 图3.1半加器 a)逻辑图 (b)逻辑符号 312全加器电路 全加器是完成两个二进制数A和B及相邻低位的进位C相加的逻辑 电路。它与半加器的区别在于半加器只有加数和被子加数两数相加而 全加器不光有加数和被子加数还有相邻低位的进位三数相加 全加器的真值表如表32所示。其中,A和B分别是被加数和加数, 为相邻低位的进位,S为本位的和,C为本位的进位。 由真值表写出逻辑表达式 S=A BCi-I+A B Ci-1+A B Ci+A BCi- A- A B C-+A BCi+A B Ci-1+A B, Ci-l AB2+BC1-1+AC1-1

图3.1 半加器 a) 逻辑图 (b) 逻辑符号 3.1.2 全加器电路 全加器是完成两个二进制数Ai和Bi及相邻低位的进位Ci-1相加的逻辑 电路。它与半加器的区别在于半加器只有加数和被子加数两数相加而 全加器不光有加数和被子加数还有相邻低位的进位三数相加。 全加器的真值表如表3.2所示。 其中，Ai和Bi分别是被加数和加数， Ci-1为相邻低位的进位，Si为本位的和，Ci为本位的进位。 由真值表写出逻辑表达式 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 − − − − − − − − − − − = + + = + + + =   = + + + i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i A B BC AC C A BC A BC A B C A BC A B C S A BC A B C A B C A BC =1 & A B S C A B CO S C

表3,2全加器的真值表 输入 输出 0 0 A_00—0—01111 00-1 1010 10100 0001 Bi 0011 0 0111 (a)逻辑图 Al S Bi Ci-1 CO C 图3.2(a)全加器的逻辑图 图3.2(b)全加器的逻辑符号 CI是进位输入端,CO是 进位输出端

输入 输出 Ai Bi Ci--1 Si Ci 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 表3.2 全加器的真值表 图3.2(a) 全加器的逻辑图 图3.2(b) 全加器的逻辑符号 CI是进位输入端，CO是 进位输出端 。 C1 C0 S i C i Ai Bi C i-1

312集成算术逻辑运算单元 集成算术/逻辑运算单元(ALU)能够完成一系列算术运算和逻辑 运算。在这里我们介绍一种常用的集成算术/逻辑运算单元74LS381 它是四位算术/逻辑运算单元,管脚图如图3.3所示,A和B是预定的输 入状态,根据输入信号S2~S选择八种不同的功能。 uS23154 B Fp B 13 17-A FI 23456789 3 74LS381 74LS38 Cu B B F Fu G 18 B F F 16 B 地101F (a)符号图 (b)臀脚图 图3.374LS381集成算术/逻辑运算单元 a)符号图 (b)引脚图

3.1.2 集成算术/逻辑运算单元 集成算术/逻辑运算单元（ALU）能够完成一系列算术运算和逻辑 运算。在这里我们介绍一种常用的集成算术/逻辑运算单元74LS381， 它是四位算术/逻辑运算单元，管脚图如图3.3所示，A和B是预定的输 入状态，根据输入信号S2～S0选择八种不同的功能。 图3.3 74LS381集成算术/逻辑运算单元 （a）符号图 (b)引脚图

下面我们可以通过74S381的功能表了解其功能。 表3.374LS381功能表 选择 算术/逻辑 运算功能 S2 SI SO 由表3.3可知,74LS381 能够进行六种算术和逻辑 00 清零 运算,并有清零和预置功 0000 B减A 能。所谓清零是将各数据 输出端的状态全为0;预置 0 A减B 是使数据输出端输出预定 A加B 的状态,进行预置操作时, 预定的状态从A和B端输入。 00 0 A0B 1_1-1-1 A 1-1 0 BB 预置

下面我们可以通过74LS381的功能表了解其功能。 表3.3 74LS381功能表 选择 算术/逻辑 运算功能 S2 S1 S0 0 0 0 清零 0 0 1 B减A 0 1 0 A减B 0 1 1 A加B 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 预置 AB A+ B A• B 由表3.3可知，74LS381 能够进行六种算术和逻辑 运算，并有清零和预置功 能。所谓清零是将各数据 输出端的状态全为0；预置 是使数据输出端输出预定 的状态，进行预置操作时， 预定的状态从A和B端输入

32信号变换电路(第3、4学时) 3.2.1 编码器 一般的说,用文字、符号或者数码表示特定对象的过程,都可以 叫做编码。例如,给孩子取名,给运动员编号等,都是编码。不过 他们用的是汉字或十进制数。汉字或十进制数用电路难以实现,在 数字电路中一般采用二进制编码。所谓二进制编码是用二进制代码 表示有关对象(信号)的过程。一般地说,n位二进制代码有2种状 态,可以表示2个信号。所以,对N个信号进行编码时,可用公式 2N来确定需要使用的二进制代码的位数n 编码器是实现编码操作的电路,按照被编码信号的不同特点和 要求,有二进制编码器、二→十进制编码器、优先编码器等。我们 在这里介绍10进制8421BCD编码器和优先编码器 10进制→8421BCD编码器 日常生活中,人们通常使用10进制数来进行处理计算,然而数 字设备却用二进制或代码进行判断处理。10进制→8421BCD编码器 的作用就是将人们习惯使用的10进制数变换成8421BCD码的电路。 因为输入有10个数码,要求有10种状态,所以输出需用4位(2n>10 取n=4)二进制代码。设输入的10个数码分别用 I表示 输出的四位8421BCD码分别采用Y3、Y2Y1、Y表示,则真值表如 表34所示

3.2 信号变换电路（第3、4学时） 3.2.1 编码器 一般的说，用文字、符号或者数码表示特定对象的过程，都可以 叫做编码。例如，给孩子取名，给运动员编号等，都是编码。不过 他们用的是汉字或十进制数。汉字或十进制数用电路难以实现，在 数字电路中一般采用二进制编码。所谓二进制编码是用二进制代码 表示有关对象（信号）的过程。一般地说，n位二进制代码有2 n种状 态，可以表示2 n个信号。所以，对N个信号进行编码时，可用公式 2 n≥ N来确定需要使用的二进制代码的位数n。 编码器是实现编码操作的电路，按照被编码信号的不同特点和 要求，有二进制编码器、二→十进制编码器、优先编码器等。我们 在这里介绍10进制→8421 BCD编码器 和优先编码器。 1. 10进制→8421 BCD编码器 日常生活中，人们通常使用10进制数来进行处理计算，然而数 字设备却用二进制或代码进行判断处理。10进制→8421 BCD编码器 的作用就是将人们习惯使用的10进制数变换成8421 BCD码的电路。 因为输入有10个数码，要求有10种状态，所以输出需用4位（2 n＞10， 取n＝4）二进制代码。设输入的10个数码分别用I 0、I 1、…、I 9表示， 输出的四位8421BCD码分别采用Y3、Y2、Y1、Y0表示，则真值表如 表3.4所示