数字电子技术第3章 组合逻辑.ppt

第三章组合逻辑电路 3 1组合逻辑电路的分析 3 3组合电路中的竞争冒险 3 2组合逻辑电路的设计 2 重点 难点提示 重点 1 组合电路在结构及功能上的特点 2 组合电路的分析方法和设计方法 难点 组合逻辑电路的设计方法 3 概述 电路特点 电路中不包含存储信号的记忆单元 也不存在输出到输入的反馈通路 功能特点 任意时刻的输出信号只与此时刻的输入信号有关 而与信号作用前电路的输出状态无关 无记忆 组合逻辑电路的特点 数字电路分类 组合逻辑电路和时序逻辑电路 4 每一个输出变量是全部或部分输入变量的函数 L1 f1 A1 A2 Ai L2 f2 A1 A2 Ai Lj fj A1 A2 Ai 组合逻辑电路框图 概述 5 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式 2 运用逻辑代数化简或变换 3 列逻辑状态表 4 分析逻辑功能 已知逻辑电路 确定 逻辑功能 分析步骤 3 1组合逻辑电路的分析 6 2 举例说明组合逻辑电路的分析方法 例3 1试分析图3 1所示电路的逻辑功能 解 第一步 由逻辑图可以写输出F的逻辑表达式为 图3 1例3 1逻辑电路图 第二步 可变换为F AB AC BC第三步 列出真值表如表3 1所示 例3 1真值表 第四步 确定电路的逻辑功能 由真值表可知 三个变量输入 只有两个及两个以上变量取值为1时 输出才为1 可见电路可实现多数表决逻辑功能 8 例3 2分析图3 2 a 所示电路的逻辑功能 a 图3 2例3 2逻辑电路图 解 为了方便写表达式 在图中标注中间变量 比如F1 F2和F3 例3 2真值表 该电路实现两个一位二进制数相加的功能 S是它们的和 C是向高位的进位 由于这一加法器电路没有考虑低位的进位 所以称该电路为半加器 根据S和C的表达式 将原电路图改画成图3 2 b 所示的逻辑图 图3 2 b 逻辑图 11 1 由逻辑要求 列出逻辑状态表 2 由逻辑状态表写出逻辑表达式 3 简化和变换逻辑表达式 4 画出逻辑图 设计步骤如下 3 2组合逻辑电路的设计方法 12 2 组合逻辑电路设计方法举例 例3 3一火灾报警系统 设有烟感 温感和紫外光感三种类型的火灾探测器 为了防止误报警 只有当其中有两种或两种以上类型的探测器发出火灾检测信号时 报警系统产生报警控制信号 设计一个产生报警控制信号的电路 解 1 分析设计要求 设输入输出变量并逻辑赋值 输入变量 烟感A 温感B 紫外线光感C 输出变量 报警控制信号Y 逻辑赋值 用1表示肯定 用0表示否定 2 列真值表 把逻辑关系转换成数字表示形式 例3 3真值表 3 由真值表写逻辑表达式 并化简 化简得最简式 例3 3的逻辑电路图 4 画逻辑电路图 用与非门实现 其逻辑图与例3 1相同 如果作以下变换 用一个与或非门加一个非门就可以实现 其逻辑电路图如图3 3所示 例3 1 设计一个三变量奇偶检验器 要求 当输入变量A B C中有奇数个同时为 1 时 输出为 1 否则为 0 用 与非 门实现 解 1 列逻辑状态表 2 写出逻辑表达式 取Y 1 或Y 0 列逻辑式 对应于Y 1 若输入变量为 1 则取输入变量本身 如A 若输入变量为 0 则取其反变量 如 16 3 用 与非 门构成逻辑电路 在一种组合中 各输入变量之间是 与 关系 各组合之间是 或 关系 由卡图诺可知 该函数不可化简 4 逻辑图 Y C B A 0 1 0 1 0 例2 某工厂有A B C三个车间和一个自备电站 站内有两台发电机G1和G2 G1的容量是G2的两倍 如果一个车间开工 只需G2运行即可满足要求 如果两个车间开工 只需G1运行 如果三个车间同时开工 则G1和G2均需运行 试画出控制G1和G2运行的逻辑图 设 A B C分别表示三个车间的开工状态 开工为 1 不开工为 0 G1和G2运行为 1 不运行为 0 解 1 根据逻辑要求列状态表 首先假设逻辑变量 逻辑函数取 0 1 的含义 逻辑要求 如果一个车间开工 只需G2运行即可满足要求 如果两个车间开工 只需G1运行 如果三个车间同时开工 则G1和G2均需运行 开工 1 不开工 0 运行 1 不运行 0 1 根据逻辑要求列状态表 2 由状态表写出逻辑式 或由卡图诺可得相同结果 3 化简逻辑式可得 4 用 与非 门构成逻辑电路 22 5 画出逻辑图 23 3 3组合逻辑电路的竞争冒险现象 1 竞争 冒险现象及其成因 前面分析组合逻辑电路的功能时 都假定输入信号处于稳定状态 静态 若输入信号处于跳变状态 动态 且门电路的传输延迟时间tpd不能忽略时 组合逻辑电路就有可能产生竞争冒险 现象 24 结果 在t1 t2时间内 电路输出端产生了Y 1的尖峰脉冲 Y 0 tpd t1t2t3t4 A Y 静态时 动态 且tpd 0时 Y tpd 3 3组合逻辑电路的竞争冒险现象 1 竞争 冒险现象及其成因 25 竞争 门电路两个输入信号从不同电平 同时向相反的逻辑电平跳变的现象 尖峰脉冲会使敏感的电路 如触发器 误动作 因此 设计组合电路时要采取措施加以避免 竞争 冒险 由于竞争的存在 在门电路的输出端产生与逻辑电平相违背的尖峰脉冲的现象 3 3组合逻辑电路的竞争冒险现象 1 竞争 冒险现象及其成因 26 2 检查竞争 冒险现象的方法 一 化简法 对于简单的逻辑函数 二 实验法 用示波器观察电路输出端有无尖峰脉冲 只要逻辑函数在一定的条件下能化成Y AA或Y A A的形式 则可判定其电路有竞争 冒险的可能 3 3组合逻辑电路的竞争冒险现象 3 消除竞争 冒险现象的方法 常用的方法 选通脉冲使得静态时电路工作 动态时电路封锁 1 在电路的输出端接入滤波电容 2 在电路的输入端引入选通脉冲 P t1t2t3t4 Y P 0 3 消除竞争 冒险现象的方法 常用的方法 选通脉冲使得静态时电路工作 动态时电路封锁 1 在电路的输出端接入滤波电容 2 在电路的输入端引入选通脉冲 P 如Y AB AC在B C 1的条件下 Y A A 将有负向尖峰脉冲出现 3 修改逻辑设计 若将原逻辑关系改为Y AB AC BC 则可在B C 1时 使Y A A 1 确保没有负向尖峰脉冲出现 3 消除竞