4常用组合逻辑功能器件 4.1编码器 编码:在数字系统里,把某一信号输入变换为某一特定的代码输出,可能是8421码、格雷 码等,但每组代码具有某一特定的含义,就是编码 编码器:具有编码功能的逻辑电路。编码器有若干个输入端,在某一时刻只有一个输入信号 被转换为二进制码 4.1.1编码器的定义与功能 1.4线一2线编码器 4线-2线编码器的功能表如下 表4.1.1 入 输出 Io 0100 000 010 功能表中是输入高电平有效。 由功能表可以得到下面的逻辑表达式 见书上126页 由逻辑表达式可以画出逻辑图 图4.1.1显示 l1 3 1为1时,输出1Y0是01,其它的输入取0动态 这个逻辑电路就可以实现表4.1.1的功能
4 常用组合逻辑功能器件 4.1 编码器 编码：在数字系统里，把某一信号输入变换为某一特定的代码输出，可能是 8421 码、格雷 码等，但每组代码具有某一特定的含义，就是编码 编码器：具有编码功能的逻辑电路。编码器有若干个输入端，在某一时刻只有一个输入信号 被转换为二进制码。 4.1.1 编码器的定义与功能 1. 4 线－2 线编码器 4 线－2 线编码器的功能表如下 表 4.1.1 功能表中是输入高电平有效。 由功能表可以得到下面的逻辑表达式： 见书上 126 页 由逻辑表达式可以画出逻辑图 图 4.1.1 显示 1 I 为 1 时，输出 Y1Y0 是 01，其它的输入取 0 动态 这个逻辑电路就可以实现表 4.1.1 的功能
例如当l1为1时,H0是01。即对应输入l0--3某一个是1时,输出H即为相对应 的代码 说明:编码器也可以设计成低电平有效。 2.键盘输入8421BCD码编码器 设用S--S。来代表十个按键,每个按键对应一个十进制数,0-9。 每次按下一个键,对应有一组8421码输出,输入和输出关系如下表所示 表4.1.2 〖输出 Sg Ss S, S6 S5 S4 S3 S2 SI SoA B C D GS 111 00 11111101 00 01 111 0 1011 1101111 00000000011 000 00101 100 111110 111101 10 111 011 111 1111 1110 10101 00 GS:标志位(控制标志),GS=1,表示使用按键。 GS=0表示不使用按键 主要是用来区别不按任何键时ABCD=0000GS=0 按S0时也有ABCD=0000GS=1 输入是低电平有效 由功能表可以写出逻辑表达式 A=So +Ss B=S4+S5+S6+S7 C=S, +S,+S2+ D=S1+S3+S5+S7+S 由功能表可以画出逻辑图 图4.1.2
例如当 1 I 为 1 时， Y1Y0 是 01。即对应输入 0 3 I − −I 某一个是 1 时，输出 Y1Y0 即为相对应 的代码。 说明：编码器也可以设计成低电平有效。 2. 键盘输入 8421BCD 码编码器 设用 S0 − −S9 来代表十个按键，每个按键对应一个十进制数，0—9。 每次按下一个键，对应有一组 8421 码输出，输入和输出关系如下表所示 表 4.1.2 GS ：标志位（控制标志）， GS ＝1，表示使用按键。 GS ＝0 表示不使用按键。 主要是用来区别 不按任何键时 ABCD=0000 GS =0 按 0 S 时也有 ABCD=0000 但 GS =1 输入是低电平有效 由功能表可以 写出逻辑表达式 A = S9 + S8 B = S4 + S5 + S6 + S7 C = S2 + S3 + S6 + S7 D = S1 + S3 + S5 + S7 + S9 由功能表可以画出逻辑图 图 4.1.2
显示A、B、C、D中有一个是高电平,或非门的输出,或非门的输出GS就是高电平, ABCD=0000(GS=0)。 由图可以看出A、B、C、D中只要有一个是高电平,或非门的输出就是低电平,与非门 的输出GS就是高电平,可以用来区别不按任何键时ABCD=0000(G=0)和按S0时 也有ABCD=0000(GS=1) 3.优先编码器 上面的编码器每次只允许一个输入端上有信号,而在实际中还常常出现多个输入端上同 时有信号的情况。比如,计算机有许多的输入设备,在某一时刻可能有多台设备同时向 主机发出中断请求,希望输入数据,这就要求主机能自动识别这些请求信号的优先级别, 按顺序进行编码,这时候就需要优先编码器 4线一2线优先编码器的功能表如下 表4.1.3 输 入 输出 0 0 010 输入是高电平有效,由功能表可以看出: 对于I0,只有当l1、l2、I3均为0(无效电平)0=1(有效电平,输出为0 对于3,无论其它的3个输入是否是有效电平,只要l3有效,则输出为1。 也就是说3的有效级最高,l0最低
显示 A、B、C、D 中有一个是高电平，或非门的输出，或非门的输出 GS 就是高电平， ABCD=0000 （ GS =0）。 由图可以看出 A、B、C、D 中只要有一个是高电平，或非门的输出就是低电平，与非门 的输出 GS 就是高电平，可以用来区别不按任何键时 ABCD=0000 （ GS =0）和按 0 S 时 也有 ABCD=0000 （ GS =1） 3. 优先编码器 上面的编码器每次只允许一个输入端上有信号，而在实际中还常常出现多个输入端上同 时有信号的情况。比如，计算机有许多的输入设备，在某一时刻可能有多台设备同时向 主机发出中断请求，希望输入数据，这就要求主机能自动识别这些请求信号的优先级别， 按顺序进行编码，这时候就需要优先编码器。 4 线－2 线优先编码器的功能表如下 表 4.1.3 输入是高电平有效，由功能表可以看出： 对于 0 I ,只有当 1 I 、 2 I 、 3 I 均为 0（无效电平） 0 I ＝1（有效电平），输出为 0. 对于 3 I ，无论其它的 3 个输入是否是有效电平，只要 3 I 有效，则输出为 1。 也就是说 3 I 的有效级最高， 0 I 最低
由功能表可以写出逻辑表达式为 1=12l3+l3 =l12l3+l3 根据上面的表达式就可以画出逻辑电路图 4.1.2集成电路编码器 1.8线一3线优先编码器74148 它的功能表如下 表4.14 入 输出 E01234567 A2 A, Ao GS EO H××××××× HHHH H L H HHHHHHHH HHH L ×××x× LLL H L×××××xLH LLHL H × XX XLHHL H LL H L××××LHHH LHHL H X XXLHHHHH LL LH L X XLHHHHHH L H H L X L HHHHHHH H LL H 输入是低电平有效,输出用反码表示 说明:(1)8个信号输入端,3个二进制码输出端。另外还有输入使能端EⅠ,输出使能 端EO,工作状态标志GS (2)EI=0时,电路工作。 E=1时,电路不工作,输出A2AA=111EO=1GS=1。 (3)EⅠ=0,且输入有信号时, GS=0 EI=0,无输入信号时, GS=1。 这样输入端0有信号时,输出A2A140=111GS=0。 无输入信号时,输出A2AA4=111 GS=l 也就是说根据GS就可以判断,A2A1A0=111是否是有效编码。 (4)EO只有在EI=0,且所有的输入端都为1时,才为0,其它情况下为1 它主要是用于级连,即用多个优先编码器构成有更多输入端的编码器。 (5)由功能表可以看出,电路的优先级别次序是7、6、5.0,7的优先级别最高,0 最低
由功能表可以写出逻辑表达式为： 1 2 3 3 Y = I I + I 0 1 2 3 3 Y = I I I + I 根据上面的表达式就可以画出逻辑电路图 4.1.2 集成电路编码器 1. 8 线－3 线优先编码器 74148 它的功能表如下 表 4.1.4 输入是低电平有效，输出用反码表示。 说明： (1)8 个信号输入端，3 个二进制码输出端。另外还有输入使能端 EI ，输出使能 端 EO ，工作状态标志 GS 。 （2） EI ＝0 时，电路工作。 EI ＝1 时，电路不工作，输出 A2A1A0 =111 EO =1 GS =1。 （3） EI ＝0,且输入有信号时， GS =0 EI ＝0，无输入信号时， GS =1。 这样输入端 0 有信号时，输出 A2A1A0 =111 GS =0。 无输入信号时，输出 A2A1A0 =111 GS =1。 也就是说根据 GS 就可以判断， A2A1A0 =111 是否是有效编码。 （4） EO 只有在 EI ＝0，且所有的输入端都为 1 时，才为 0，其它情况下为 1， 它主要是用于级连，即用多个优先编码器构成有更多输入端的编码器。 (5)由功能表可以看出，电路的优先级别次序是 7、6、5…0，7 的优先级别最高，0 最低
根据功能表可以写出来逻辑表达式 见书上(写出EO、GS、A2、A1、A 应用 例用两片74148组成16位输入、4位二进制码输出的优先编码器,逻辑图如下所示,分 析电路的工作原理 图4.14 10 213I4 I5 I6 I, IgIgl10 12 131415 EO 74148(1) 74148(Ⅱ) & 解:(1)当E2=1时,EO2=0,使El1=1,两个74148均禁止编码,它们的输出 A2A46=111,由电路知,GS=GSGS2=1,所以这时电路的代码输出DBCA=1l是 无效编码输出。 (2)当E/2=0时,高位片允许编码,当l15--ls无编码请求时,EO2=0,使El1=0 允许低位片编码,因为高位片的A2A1A0=11l,使门C、B、A打开,它们的输出取决于 低位片的A2A14,而D=GS2,总是等于1,所以输出代码在11-1000之间变化。如果 o单独有效,输出为1111如果I7和任意其它输入同上优先,则输出为1000,低位片以l 的优先级最高。 (3)当El2=0且I15--l中有编码请求(至少有一个是低电平)时,EO2=1,使 EI=1,高位片编码,低位片禁止编码。高位片的编码级别高于低位片。这时D=GS 0,门C、B、A的输出取决于高位片的A2A1A0,电路的输出代码在0111-0000之间变化 高位片中l15的优先级别最高 总结:电路实现了16位输入的优先编码,5具有最高的优先级
根据功能表可以写出来逻辑表达式 见书上（写出 EO、GS 、 A2、 A1、 A0 ） 应用 例 用两片 74148 组成 16 位输入、4 位二进制码输出的优先编码器，逻辑图如下所示，分 析电路的工作原理 图 4.1.4 解：(1) 当 EI 2 =1 时， EO2 = 0 , 使 EI1 =1 ，两个 74148 均禁止编码，它们的输出 A2A1A0 =111 ，由电路知， GS ＝GS1 GS2 ＝1，所以这时电路的代码输出 DBCA=1111 是 无效编码输出。 (2)当 EI2 = 0 时，高位片允许编码，当 15 8 I − −I 无编码请求时，EO2 = 0 ，使 EI1 = 0， 允许低位片编码，因为高位片的 A2A1A0 =111 ，使门 C、B、A 打开，它们的输出取决于 低位片的 A2A1A0 ，而 D＝GS2 ，总是等于 1，所以输出代码在 1111－1000 之间变化。如果 0 I 单独有效，输出为 1111；如果 7 I 和任意其它输入同上优先，则输出为 1000，低位片以 7 I 的优先级最高。 (3)当 EI2 = 0 且 15 8 I − −I 中有编码请求（至少有一个是低电平）时， EO2 =1 ，使 EI1 =1 ，高位片编码，低位片禁止编码。高位片的编码级别高于低位片。这时 D＝GS2 ＝ 0，门 C、B、A 的输出取决于高位片的 A2A1A0 ，电路的输出代码在 0111－0000 之间变化， 高位片中 15 I 的优先级别最高。 总结：电路实现了 16 位输入的优先编码， 15 I 具有最高的优先级
2.优先编码器74LS147 74LS147的功能表如下 表4.1.5 输 入 输出 23456789 DC B H HHHHHHH HHHH 0 L L H Xx×Xxx L HH H L ×LHHH LHLH ××× LHHHH HLH L ×× L HHHHH × LHHHHHH HHLL 1 XLHHHHHHH HHLH 1 XLHHHHHHH 1 从它的功能表可以看出,它实际上就是一个二一一十进制( 十进制码就是 342IBCD码)编码器,输入是低电平有效,输出用反码表示。l的优先级别最高,l1最低。 例用74147和适当的门电路构成输出为8421BCD码并具有编码输出标志的编码器 解:由74147的功能表可知,它的输出是842BCD码的反码,所以为了实现题中的要 求在它的输出端加了反相器。GS是输出标志,要求在输入端都是高电平时,GS是1,输 入端中有低电平信号时,GS是0,即编码输出标志GS应该是输入信号的与非运算结果 可以实现题中的要求的电路图如下 图41.5 74147 I8 GS
2. 优先编码器 74LS147 74LS147 的功能表如下 表 4.1.5 从它的功能表可以看出，它实际上就是一个二――十进制（二――十进制码就是 8421BCD 码）编码器，输入是低电平有效，输出用反码表示。 9 I 的优先级别最高， 1 I 最低。 例 用 74147 和适当的门电路构成输出为 8421BCD 码并具有编码输出标志的编码器 解：由 74147 的功能表可知，它的输出是 8421BCD 码的反码，所以为了实现题中的要 求在它的输出端加了反相器。 GS 是输出标志，要求在输入端都是高电平时， GS 是 1，输 入端中有低电平信号时， GS 是 0，即编码输出标志 GS 应该是输入信号的与非运算结果。 可以实现题中的要求的电路图如下 图 4.1.5
42译码器/数据分配器 译码:是编码的逆过程,它是对具有特定含义的二进制码进行辨别,并转换成控制信号 或另一种代码。 译码器:可以完成译码功能的电路。 42.1译码器的定义及功能 译码器可分为两种类型:一种是把一系列代码转换成和它一一对应的有效信号,称为唯 一地址译码器。 另一种是把一种代码转换成另一种代码,称为代码转换器 1.二进制唯一地址译码器 它的一般框图如下 图42 二进制 译码器 X 使能输入 有n个输入端,2″个输出端,一个使能端。 在使能端是有效信号时,对应一组输入代码,只有一个输出端是有效电平,其余的输出 端都是无效电平。 2输入变量的二进制译码器的功能表如下所示 表4.2.1 输出 ELLL xLLHH BxLHLH HLHHH YHHLHH HHHLH 输入和输出都是低电平有效。 当使能端E/为1时,无论A、B是什么状态,输出全是1,译码器处于非工作状态 当使能端EⅠ为0时,对应于输入A、B的某中组合只有一个输出是0,其余各端的输 出都是1 由上面的功能表可以写出逻辑表达式为: Yo =ElAB
4.2 译码器/数据分配器 译码：是编码的逆过程，它是对具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成控制信号 或另一种代码。 译码器：可以完成译码功能的电路。 4.2.1 译码器的定义及功能 译码器可分为两种类型：一种是把一系列代码转换成和它一一对应的有效信号，称为唯 一地址译码器。 另一种是把一种代码转换成另一种代码，称为代码转换器。 1. 二进制唯一地址译码器 它的一般框图如下 图 4.2.1 有 n 个输入端， n 2 个输出端，一个使能端。 在使能端是有效信号时，对应一组输入代码，只有一个输出端是有效电平，其余的输出 端都是无效电平。 2 输入变量的二进制译码器的功能表如下所示 表 4.2.1 输入和输出都是低电平有效。 当使能端 EI 为 1 时，无论 A、B 是什么状态，输出全是 1，译码器处于非工作状态。 当使能端 EI 为 0 时，对应于输入 A、B 的某中组合只有一个输出是 0，其余各端的输 出都是 1。 由上面的功能表可以写出逻辑表达式为： Y0 = EI AB
Y,= ElAB Y2= ElAB ,= ElAB 根据逻辑表达式,可以画出逻辑图 图422 E Y 1 比如,AB=00时,输出是0,H、Y2、3是1 2.二一十进制译码器 它把对应于四位二进制数的8421BCD码,译成对应于09的十个十进制数,有4个输 入端,,10个输出端,也称4线一10线译码器 功能表如下所示 表42.3 数目 BCD输入 输出 Y2 Y3 Y4 Y7 Y8 Y9 LL LL HHH H LLL HHL H HHHHHHH 0123456789 L H LH H L HHHHHH H LL H HIH HH L HH HHHH L H L LIH HHH L HHHH H H L HIHHHHHLHHHH L H HHIH HHH L H HH L HH HHHHHHL HH H LL LIH HH HHLH H LL HH HHHHHHHH L 从功能表可以写出X=A3A2A1A6,即当A342A140=0000时,Y0=0,对应于十进制数的
Y1 = EI AB Y2 = EIAB Y3 = EIAB 根据逻辑表达式，可以画出逻辑图 图 4.2.2 比如，AB＝00 时，输出 Y0 是 0，Y1、Y2 、Y3 是 1。 2. 二－十进制译码器 它把对应于四位二进制数的 8421BCD 码，译成对应于 0—9 的十个十进制数，有 4 个输 入端，，10 个输出端，也称 4 线－10 线译码器。 功能表如下所示 表 4.2.3 从功能表可以写出 Y0 = A3 A2 A1 A0 ,即当 A3A2A1A0 = 0000 时， Y0 ＝0，对应于十进制数的
0,其它的和这个类似 由功能表可以画出逻辑图 图42.5 A Ap A 3.七段显示译码器 下面是数字显示电路组成方框图 图42.6 脉冲信计数器一译码器十驱动器 显示器 显示译码器能够把842BCD码译成能用显示器件显示出的十进制数。 1)常用的显示器件 显示器件可以显示数字、文字和符号,现在已有多种不同类型的产品。目前显示器件向 小型化,低功耗,平面化方向发展。 数码的显示方式①字形重叠式:把不同字符的电极重叠起来,要显示某个字符的时候 只需要使相应的电极电亮即可。如辉光放电管等。 ②分段式:数码由分布在平面上的的若干段发光的笔划组成。如荧光数 码管等。 ③点阵式:是一些按一定规律排列的可发光的点阵,利用光点的不同组 合,显示不同数码。 数字显示以分段式最普遍 (2)七段式数字显示器 七段式数字显示器有以下几类(1)半导体数码管(2)荧光数码管(3)液体数字显示器 (4)气体放电显示器。 七段式数字显示器利用不同发光段的组合,可以显示出0-15等阿拉伯数字,实际中 10-15不采用,而是用2位数字显示器显示。 七段式数字显示器如下 图4.2.7
0，其它的和这个类似。 由功能表可以画出逻辑图 图 4.2.5 3. 七段显示译码器 下面是数字显示电路组成方框图 图 4.2.6 显示译码器能够把 8421BCD 码译成能用显示器件显示出的十进制数。 (1)常用的显示器件 显示器件可以显示数字、文字和符号，现在已有多种不同类型的产品。目前显示器件向 小型化，低功耗，平面化方向发展。 数码的显示方式①字形重叠式：把不同字符的电极重叠起来，要显示某个字符的时候， 只需要使相应的电极电亮即可。如辉光放电管等。 ②分段式：数码由分布在平面上的的若干段发光的笔划组成。如荧光数 码管等。 ③点阵式；是一些按一定规律排列的可发光的点阵，利用光点的不同组 合，显示不同数码。 数字显示以分段式最普遍。 (2)七段式数字显示器 七段式数字显示器有以下几类(1)半导体数码管（2）荧光数码管 （3）液体数字显示器 （4）气体放电显示器。 七段式数字显示器利用不同发光段的组合，可以显示出 0—15 等阿拉伯数字，实际中 10—15 不采用，而是用 2 位数字显示器显示。 七段式数字显示器如下 图 4.2.7
b b e a、b、c亮显示7,a、b、g、c、d亮显示3 3)七段显示译码器 功能:把8421BCD码译成对应于七字段显示器的七字段信号,驱动显示器件显示出相 应的十进制数码。 如果显示器件是半导体显示器,且半导体采用共阴极接法,则七段显示译码器的功能表 如下所示。 表4.24 输入 输出 数目 HH H LL LHL HH LLL L 0123456789 LL HLH H L HH L H L LHHH LH LHLLIL HH LL H H L HLHH L HH L HH L HHLL L HH HHH L HHHH HH LLL L HLLLH HHHHH H H LHH HH L HH 10 HLHLL LL HHLH 11 H LHHL L H LL H 12 HHLLL HL L LHH 13 H HL HH LL H L H H 14 HHHLIL LL HHH H HHHHL LLLLL L 42.2集成电路译码器 1.74138集成译码器 (1)原理 逻辑图 图423
a、b、c 亮显示 7，a、b、g、c、d 亮显示 3。 (3) 七段显示译码器 功能：把 8421BCD 码译成对应于七字段显示器的七字段信号，驱动显示器件显示出相 应的十进制数码。 如果显示器件是半导体显示器，且半导体采用共阴极接法，则七段显示译码器的功能表 如下所示。 表 4.2.4 4.2.2 集成电路译码器 1. 74138 集成译码器 （1）原理 逻辑图 图 4.2.3