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Galerie de cartes mentales Bases de la technologie électronique numérique (circuits logiques combinatoires)

Bases de la technologie électronique numérique (circuits logiques combinatoires)

"Un didacticiel concis sur les bases de la technologie électronique numérique" de l'Université Tsinghua Yu Mengchang. La quatrième édition (Chapitre 4 Circuits logiques combinatoires) contient une introduction détaillée et une description complète.

Modifié à 2023-11-30 19:32:19

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Bases de la technologie électronique numérique

Chapitre 4 Circuits logiques combinatoires

Aperçu

1 Caractéristiques des fonctions logiques combinatoires

Caractéristiques de la fonction logique : L'état de sortie du circuit à tout moment dépend uniquement de l'état d'entrée à ce moment-là et n'a rien à voir avec l'état d'origine.

Caractéristiques de la structure du circuit

①Il n'y a pas de circuit de retard de rétroaction entre la sortie et l'entrée

②Ne contient pas de composants de mémoire (bascules) et se compose uniquement de circuits de porte

2. Méthode de représentation de la fonction logique du circuit combinatoire

Les tables de vérité, les cartes de Karnaugh, les expressions logiques, les diagrammes de formes d'onde, etc. peuvent tous être utilisés pour représenter les fonctions logiques des circuits combinatoires.

3 Classification des circuits combinatoires

Différentes fonctions logiques : additionneur, comparateur numérique, encodeur, décodeur, sélecteur de données, distributeur de données, mémoire morte

Différents composants de commutation : CMOS, TTL

Selon différents niveaux d'intégration : SSI, MSI, LSI, VLSI

4.1 Méthodes d'analyse de base et méthodes de conception de circuits combinatoires

1 Méthode d'analyse

étape:

2 Méthodes de conception

étape:

4.2 Additionneur

Opérations arithmétiques sur les nombres binaires

Reportez-vous au chapitre 1 pour la conversion de base

Demi-additionneur : ajoutez deux nombres binaires de 1 bit sans tenir compte du report de bits faibles

Table de vérité:

Forme fonctionnelle :

Symbole de la norme nationale :

Additionneur complet : deux ajouts avec le même bit et une retenue du bit faible sont additionnés. Cette opération d'addition est un ajout complet.

Table de vérité:

Forme fonctionnelle :

Symbole de la norme nationale :

Additionneur complet intégré (double additionneur complet)

Durée de vie :

CMOS :

Adder : Un circuit qui ajoute des nombres binaires multi-bits

Formule arithmétique :

Additionneur de transport série 4 bits

Caractéristiques : le circuit est simple, mais la vitesse de calcul n'est pas élevée

Diagramme de connexion:

effectuer un additionneur d'anticipation

Définition : Lors de l'addition, le signal de retenue de chaque chiffre est directement généré par le nombre binaire d'entrée.

Caractéristiques : Circuit rapide mais complexe

Diagramme de connexion:

4.3 Encodeurs et décodeurs

Système de codage : méthode consistant à utiliser plusieurs chiffres pour représenter des informations sur différentes choses selon certaines règles.

Encodeur

Encodeur binaire :

Codeur binaire à trois chiffres (codeur 8 fils-3 fils)

Schéma fonctionnel :

Tableau de codage :

Caractéristiques:

codeur de priorité binaire à trois chiffres

Tableau de codage :

Caractéristiques : Encodage prioritaire, qui permet d'entrer plusieurs signaux en même temps, mais encode uniquement le signal ayant la priorité la plus élevée.

Encodeur prioritaire 8 fils-3 fils intégré

Tableau de codage :

Deux encodeurs prioritaires 8 lignes-3 lignes sont mis en cascade dans un encodeur prioritaire 16 lignes-4 lignes Trois encodeurs prioritaires 8 lignes-3 lignes sont mis en cascade dans un encodeur prioritaire 24 lignes-5 lignes Quatre encodeurs prioritaires 8 lignes-3 lignes sont mis en cascade dans un encodeur prioritaire 32 lignes-5 lignes

Encodeur binaire-décimal : encode dix signaux de 0 à 9 à l'aide de codes binaires 4 bits

Encodeur de code 8421BCD (encodeur 10-4 lignes)

Schéma fonctionnel :

Tableau de codage :

Codeur prioritaire de code 8421BCD

Tableau de codage :

décodeur

Décodeur binaire : un circuit qui traduit les différents états des codes binaires en signaux de sortie correspondants selon leur signification originale.

Caractéristiques : Le terminal de sortie fournit toutes les conditions minimales

Exemples d'appareils

Décodeur 3 fils vers 8 fils intégré :

Appareil:

Borne de contrôle stroboscopique d'entrée :

Table de vérité:

Cascade de décodeur binaire

Deux décodeurs de 3 lignes à 8 lignes sont connectés pour former un décodeur de 4 lignes à 16 lignes.

Appareil:

Trois morceaux de décodeurs de 3 lignes à 8 lignes sont connectés pour former un décodeur de 5 lignes à 24 lignes.

Appareil:

Table de vérité:

Décodeur intégré 2 fils vers 4 fils

Schéma fonctionnel :

Table de vérité:

Implémentation de fonctions logiques combinatoires à l'aide de décodeurs binaires

Étant donné que la sortie du décodeur binaire peut fournir tous les termes des variables d'entrée et que toute fonction logique combinatoire peut être transformée en la formule standard de la somme des termes, toute fonction logique combinatoire peut être implémentée à l'aide d'un décodeur binaire et d'une porte. circuit

Décodeur binaire-décimal : un circuit qui traduit le code binaire des nombres décimaux, c'est-à-dire le code BCD, en 10 signaux de sortie correspondants

Décodeur de codes 8421BCD

Décodeur d'affichage : traduisez les codes binaires des nombres, des mots et des symboles sous la forme à laquelle les gens sont habitués et affichez-les

affichage numérique

décodeur d'affichage

4.4 Sélecteurs et répartiteurs de données

Sélecteur de données : un circuit qui sélectionne une sortie parmi plusieurs entrées

Représentation des lettres

D est le terminal d'entrée de données

A est la borne d'entrée d'adresse

Pour le terminal de contrôle stroboscopique

Y est le terminal de sortie de données

Sélecteur de données 4 pour 1 intégré

Appareil:

Table de vérité:

Sélecteur de données 8 pour 1 intégré

Appareil:

Table de vérité:

Extension du sélecteur de données intégrée

Distributeur de données : un circuit qui transmet plusieurs sorties à partir d'une seule entrée

Distributeur de données 1 voie à 4 voies

Schéma fonctionnel :

Table de vérité:

Distributeur de données intégré de 1 à 8 canaux

Implémenté à l'aide d'un décodeur 3 fils à 8 fils

Appareil:

4.5 Vérificateur de parité et comparateur numérique

Vérificateur de parité : en utilisant la fonction logique de la porte XOR, des opérations de contrôle de parité peuvent être effectuées

Si la sortie est 0, alors le nombre de 1 dans l’entrée est un nombre pair. Si la sortie est 1, alors le nombre de 1 dans l’entrée est un nombre impair.

Comparateur numérique

Dans les circuits numériques, l'entrée d'un comparateur numérique est le nombre binaire à comparer et la sortie est le résultat de la comparaison.

Comparateur numérique 1 bit

Schéma fonctionnel :

Table de vérité:

Comparateur numérique 4 bits

La comparaison commence à partir du bit haut et se poursuit petit à petit jusqu'à ce que le résultat de la comparaison soit obtenu.

Schéma fonctionnel :

Table de vérité:

4.6 Implémentation de fonctions logiques combinatoires à l'aide de circuits intégrés de moyenne échelle

1 Utilisez des sélecteurs de données pour implémenter des fonctions logiques combinatoires

étape:

1 Sélectionnez le sélecteur de données : déterminé par n=k-1 (k est le nombre de variables dans la fonction, n est le nombre de codes d'adresse du sélecteur)

2. Écrivez ET standard ou des expressions de fonctions

3 Comparez et déterminez l'expression de la quantité d'entrée

4. Dessinez un schéma de connexion

Exemple:

2 Utilisez un décodeur binaire pour implémenter la fonction logique combinatoire

étape:

1 Sélectionnez le décodeur : 2 variables utilisent un décodeur 2-4 lignes, 3 variables utilisent un décodeur 3 lignes-8 lignes

2. Écrivez la forme standard des fonctions NAND-NAND

3 Confirmer la relation entre les variables et les entrées

4. Dessinez un schéma de connexion

Exemple:

4.7 Mémoire morte

Trier par méthode d'écriture

Masque ROM

ROM programmable

ROM programmable effaçable

Structure de la ROM

4.8 Aventures compétitives dans des circuits combinatoires

Concept : Dans un circuit combinatoire, lorsque le signal d'entrée change d'état, un faux signal peut apparaître à la sortie - le phénomène d'interférence excessive avec l'impulsion est appelé risque de contention.

La relation entre concurrence et prise de risque

Là où la concurrence n’entraîne pas nécessairement une prise de risque, là où il y a du risque, il faut qu’il y ait de la concurrence.

Moyens d'éliminer le risque concurrentiel

①Introduction de l'impulsion de blocage

②Introduire une impulsion stroboscopique

③Connectez le condensateur du filtre

④Modifier la conception logique et ajouter des éléments redondants