上一节所讨论的组合电路一般分析方法通常称为“四步法”,不仅在分析由小规模集成器件(SSI)构成的组合电路时适用,在分析由中规模集成器件(MSI)构成的组合电路时也适用,不论组合电路的结构简单或复杂,均可按这四个步骤分析确定电路的逻辑功能。下面结合常用组合电路的分析,进一步掌握这一分析方法。对于这些常用的组合电路均有中规模集成产品,因此掌握这些电路的工作原理、逻辑功能以及在应用中应该注意的问题才是关键所在。
4.3.1 加法器
一.半加器与全加器
1.半加与全加的概念
半加:仅考虑两个一位二进制数相加,称为半加。如果用和表示两个一位的二进制数,用表示它们相加后的和数,用表示它们相加后可能的进位,真值表如表4.3.1所示。
全加:在两个N位的二进数和相加的过程中,根据多位数加法规则,第i位数相加时,必定为,其中是第i-1位向前的进位,这种在考虑两个一位二进数相加时,同时考虑来自于低位向前进位的一位二进制数加法就称为全加。真值表如表4.3.2所示。
表4.3.2 全加器真值表 |
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输 入 |
输 出 |
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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 |
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1 |
1 |
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2.电路图与逻辑符号
实现半加功能的电路如图4.3.1所示。
由图4.3.1(a)可写出半加器输出端的逻辑表达式:
(4.3.1)
(4.3.2)
根据逻辑表达式(4.3.1)和(4.3.2)列出真值表如表4.3.1所示。
实现全加功能的电路如图4.3.2所示。根据电路中各门电路的逻辑功能,可写出输出端的逻辑表达式:
, ,
(4.3.3)
(4.3.4)
容易验证(4.3.3)式和(4.3.4)式的真值表如表4.3.2一致。
二.多位数加法电路
1.四位串行进位加法器
在一位二进数全加器的基础上,可以构成多位数加法电路,图4.3.3所示为四位二进制数的加法电路。由于每一位相加的结果,必须等到低位的进位产生以后才能建立,因此这种加法电路也叫做串行进位加法器。串行进位加法器的最大缺点是运算速度慢。
2.四位超前进位加法器
为了提高多位加法器的运算速度,必须设法减小或消除由于进位信号串行传送所消耗的时间。图4.3.4所示为74LS283四位超前进位加法器。所谓“超前进位”,是指进位信号由加数和被加数直接产生,每位相加的结果不需要等待低位的向前进位,从而消除了传送低位进位信息所需的时间,大大提高了多位数相加时的运算速度。图4.3.5所示为四位加法器的逻辑电路图。
4.3.2 编码器
一、普通编码器
能将指定信息变换为特定的二进制代码的电路称为编码器。图4.3.6为8线/3线编码器的示意图,输入的 8个端是低电平为有效信号,当某一端有输入有效信时,则输出一组三位的二进制代码Y2Y1Y0,8线/3线编码器的编码真值表见表4.3.3。显然,编码的信息愈多,输出的二进制数的位数愈多。当输入端指定的信息数量为2n 时,则输出n位二进制代码。
能完成表4.3.3逻辑功能的电路如图3.3.7所示,从图中可以看出,输入的8个端 中,每次只允许有一个输入端输入编码信号,如:要对进行编码,则只允许输入为零,其他输入端均为无效电平1,输出的将是的二进制代码。否则,输出的二进制代码将产生混乱。
表4.3.3 8线/3线编码器真值表 |
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输 入 |
输 出 |
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1 |
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0 |
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1 |
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1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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1 |
1 |
1 |
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1 |
1 |
0 |
1 |
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二、优先编码器
在优先编码器中允许同时输入两个以上的编码信号,但电路只对其中优先级别最高的进行编码,不理睬级别低的信号,或者说级别低的信号不起作用,这样的编码器电路称为优先编码器。在优先编码器中优先级别高的信号排斥优先级别低的信号,其优先级别的高低完全由设计人员根据实际情况的轻重缓急决定。表4.3.4示出了8线/3线优先编码器74LS148的真值表,相应的逻辑图如图4.3.8所示。