数字电子技术基础-组合逻辑电路.ppt

数字电子技术基础,第四章组合逻辑电路,4.1概述4.2组合逻辑电路的分析方法和设计方法4.3若干常用的组合逻辑电路4.4组合逻辑电路中的竞争-冒险现象*4.5用Multisim7分析组合逻辑电路,内容提要,本章的重点内容有：1、组合逻辑电路在电路结构和逻辑功能上的特点；2、组合逻辑电路的分析方法和设计方法；3、常用的中规模集成组合电路器件的应用；4、竞争-冒险现象及其成因。,组合逻辑电路,时序逻辑电路,功能：输出只取决于当前的输入,逻辑电路,组成：门电路（不存在记忆元件）,功能：,输出取决于,当前的输入,原来的状态,组成：,组合电路,记忆元件,4.1概述,一、组合逻辑电路的特点,二、逻辑功能的描述,电路的逻辑功能可以通过逻辑图来表示，但更直观的方式是通过逻辑函数式和真值表来表达逻辑电路的功能。图4.1.1的逻辑表达式如下：,S=(AB)CICO=(AB)CI+AB,图4.1.1组合逻辑电路实例,n个输入变量，m个输出变量，其逻辑关系可以用一组逻辑函数式表示:,图4.1.2组合逻辑电路的框图,分析：,设计：,给定逻辑图,得到逻辑功能,分析,给定逻辑功能,画出逻辑图,设计,组合逻辑电路的研究内容：,4.2组合逻辑电路的分析方法和设计方法,1、由给定的逻辑图逐级写出逻辑函数式。,2、对逻辑式进行化简：,3、列真值表；,卡诺图化简法,公式化简法,分析步骤：,4、根据真值表和逻辑表达式，确定逻辑功能。,4.2.1组合逻辑电路的分析方法,逐级写逻辑式法,1,2,3,4,5,一、逐级写逻辑式：,例1：分析下图的逻辑功能。,二、对逻辑式进行化简：,（德摩根定理）,（德摩根定理）,三、列真值表：,ABSC,00,01,10,11,三、列真值表：,00,10,10,01,四、确定逻辑功能：,半加器：两个一位二进制数相加，只求本位和，不考虑低位的进位信号。,逻辑功能：半加器,1,例2：分析下图的逻辑功能。（用波形图分析）,0,1,被封锁,1,B,1,0,被封锁,1,特点：M=1时选通A路信号；M=0时选通B路信号。,逻辑功能：2选1数据选择器。,例4.2.1试分析图4.2.1电路的逻辑功能，指出该电路的用途。,1:由逻辑图写函数式并化简,2:写出真值表并分析规律,3:确定逻辑功能,本电路的功能是：判别输入的4位二进制数数值的范围。当输入5时Y0为1；6输入10时Y1为1；11输入15时Y2为1。,设计步骤：,一、由逻辑问题抽象出逻辑功能，列出真值表；,4.2.2组合逻辑电路的设计方法,设计要求：得到最简逻辑电路。,1.分析事件的因果关系，确定输入变量和输出变量。,通常把引起事件的原因定为输入变量，而把事件的结果作为输出变量。,“最简”是指电路所用的器件数最少，器件的种类最少，器件之间的连线也最少。,3.根据给定的因果关系列出逻辑真值表。,二、写出逻辑函数式,三、选定器件的类型,可以用小规模集成门电路组成相应的逻辑电路，也可以用中规模常用组合逻辑器件或可编程逻辑器件等构成相应的逻辑电路。,2.定义逻辑状态的含义逻辑赋值。,四、将逻辑函数化简或变换成适当的形式,在使用小规模集成门电路进行设计时，为获得最简单的设计结果，需将函数式化成最简形式。,在使用中规模芯片设计时，需要把函数式变换为与芯片表达式相应的形式，以便使用最少的器件和最简单的连线接成所要求的逻辑电路。,用可编程器件设计的方法将在后面讲叙。,五、根据化简或变换后的逻辑表达式，画出逻辑电路的连接图,六、工艺设计,为了把逻辑电路实现为具体的电路装置，还要作一系列的工艺设计工作。如抗干扰问题、带负载问题、电源、面板、机箱设计等问题。,设计举例,例4.2.2设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。每一组信号灯由红、黄、绿三盏灯组成，正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且只允许有一盏灯点亮。而当出现其他五种点亮状态时，电路发生故障，这时要求发出故障信号，以提醒维护人员前去修理。,一、逻辑抽象,将红、黄、绿的状态表示为R、A、G输入变量，故障信号输出变量以Z表示，列出真值表：,二、写函数式并化简,三、选择SSI器件并形式变换,选择与非门、或非门、与或非门等SSI器件来实现上面的逻辑例如选择与非门来实现，则将函数形式转换为与非-与非式即可。,四、画逻辑图,例2：设计三人表决电路。每人一个按键（A、B、C），如果同意则按下，不同意则不按。结果用指示灯表示，多数同意时指示灯亮，否则不亮。,1.首先指明逻辑符号取“0”、“1”的含义。,2.根据题意列出真值表。,真值表,三个按键A、B、C按下时为“1”，不按时为“0”。输出是F，指示灯亮为“1”，否则为“0”。,真值表,3.画出卡诺图，并用卡诺图化简：,4.根据逻辑表达式画出逻辑图。,(1)用与门-或门实现,(2)用与非门实现,4.3若干常用的组合逻辑电路,二进制代码,功能：将电路某种特定的状态（高电平或低电平）,转换,n位二进制代码有2n种不同的组合，可以表示2n个信号。,普通编码器,优先编码器,4.3.1编码器,任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。,允许同时输入两个以上编码信号。,3位二进制编码器-8线-3线编码器：,八个输入端为I0I7（八种状态），与之对应的输出为Y0、Y1、Y2，共三位二进制数。,一、普通编码器,编码器的逻辑功能,编码器,8线|3线编码器,编码器的输入为状态输入，每一个输入代表一个事物或状态，若用高电平1代表编码信号，即申请编码，则输出为此编码信号对应的二进制代码。如I1为1，其余都为0，则表示I1有编码信号，如果为8421码编码规则，则输出为001。称输入高电平有效，或1有效。,01000000,10000000000,01000000001,00100000010,00010000011,00001000100,00000100101,00000010110,00000001111,001,由功能表写出逻辑函数式：,利用了无关项化简,3位二进制编码器,1000000,001,I0,思考两个问题,1、同时有两个以上的输入为编码信号1时，编码器会有怎样的输出呢？2、以上输入编码信号是以高电平1为有效状态的，有没有输入编码信号以0为有效状态的？,1、两个输入同为编码信号,1100000,011,I0,2、编码器输入低电平有效,10111111,001,输出端有效形式,输出端一般是正的形式，也有反(非)的形式。,01000000,110,真值表,优先级别：,低,逻辑表达式：,2、8线-3线优先编码器74HC148,1、4线-2线优先编码器,二、优先编码器,编码输入端,编码输出端,74HC148,有编码信号输入标志,无编码信号输入标志,1,0,选通控制,（1）电路结构：见图4.3.3,低电平有效,（2）逻辑功能：(见表4.3.2）,输入端无编码信号：为非编码输出，,用于多片优先编码器的级联,例4.3.1试用两片74HC148接成16线-4线优先编码器。,设计目标：,功能表：,(1)(2),16根输入线015，而每片148只能提供8根编码输入，所以使用2片148，每片各提供8个输入，总共16个输入，其中148(1)提供07，148(2)提供815。,优先权:0126789C，则A最大；,若ABAC，则A最小。,1：A=B=C,1：A最小,1：A最大,题4：写出下图所示电路的输出函数F