组合逻辑电路的设计举例

组合逻辑电路的设计,组合电路设计是根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑关系的最佳逻辑电路。,满足速度需求，应使级数最少，以减少门电路的延迟。,何谓最佳设计？,工程上的最佳设计，通常需要用多个指标去衡量，主要考虑的问题有以下几个方面：,所用的逻辑器件数目最少，器件的种类最少，且器件之间的连线最少。这样的电路称“最小化”电路。,功耗小，工作稳定可靠。,一、组合逻辑电路的一般设计步骤,1、进行逻辑抽象，列出真值表,确定输入、输出信号及其因果关系。,设定变量，进行状态赋值（编码）。,根据因果关系列真值表。,2、写出逻辑表达式,3、选定器件的类型和数目,门电路；,中规模组件；,PLD,4、将逻辑式化简或作适当变换：,使用小规模集成门电路，如不限种类时，化为最简形式；如限制种类，要变换成与器件相适应的形式。,使用中规模组件时，将函数式变换成与组件的逻辑函数相似的形式。,5、画出逻辑电路图。,设计,真值表,逻辑表达式,表达式化简或变换,选定器件类型和数目,【例1】火车站有特快、直快和慢车三种列车进出，要求用二输入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路。,1、进行逻辑抽象，列出真值表。,二、组合逻辑电路的设计举例,输入信号,各种列车的进站请求信号：,设特快、直快和慢车的进站请求信号为：I0、I1、I2,输出信号,3个指示灯的状态：,L0,L1,L2,规定有请求为1；无请求为0。,规定灯亮为1；灯灭为0。,信号优先顺序：I0I1I2,2、由真值表列写逻辑表达式,3、将表达式变换为与非形式,4、由逻辑表达式画逻辑图,该电路可以选取四二输入端与非门74LS00和六反相器74LS04连接构成，也可以用两片74LS00。,【例2】水箱由大小两台水泵ML、MS供水，A,B,C为水位检测元件，水位低于检测元件时检测元件给出高电平，否则给出低电平。,要求:(1)水位超过C，水泵停止供水；,(2)水位在C-B间，MS单独供水；,(3)水位在B-A间，ML单独供水；,(4)水位在A以下，两泵同时供水；,（一）进行逻辑抽象：,1、输入：,检测元件A、B、C的输出,输出：,水泵MS、ML的工作状态,2、状态赋值：,水面低于检测元件高电平；,水面高于检测元件低电平；,水泵供水高电平；,水泵不供水低电平；,3、列真值表：,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,1,1,0,1,1,1,1,1,1,无关项,3、列真值表：,1、填写卡诺图：,1,1,0,0,0,1,0,1,（二）写出函数式，同时化简,2、化简，得到最简与或式：,（三）选择器件和数目,选用非门、或门和与门各一个,（四）画逻辑图,B,MS,ML,如果要求用与非门实现,1、将函数式化为与非-与非形式,3、列真值表：,（三）选择器件和数目,选用非门、或门和与门各一个,（四）画逻辑图,B,MS,ML,如果要求用与非门实现,1、将函数式化为与非-与非形式,2、由上式可知需要4个与非门。,3、画逻辑图,可选用74LS00实现该逻辑图。,A,B,5V,ML,【例3】人类有O、A、B、AB种基本血型，输血者与受血者的血型必须符合图示原则。试用与非门设计一血型关系检测电路，用以检测输血者与受血者之间的血型关系是否符合图示关系，如果符合，输出为1，否则为0。,依题意：输血者的血型和受血者的血型都是输入变量，二者之间的关系是否符合上述原则为输出函数L。编码：血型有四种取值，要区分开需2位二进制编码，则共有4个输入逻辑变量。,以CD和EF分别代表输血者和受血者血型，进行如下编码：,1、进行逻辑抽象，列出真值表,列真值表:,2、写出函数式，同时化简,3、将表达式化为与非式,2、写出函数式，同时化简,3、将表达式化为与非式,4、画出逻辑图,仿真演示,【例4】某工厂有三条生产线，耗电分别为1号线10kW，2号线20kW，3号线30kW，生产线的电力由两台发电机组提供，其中1号机组20kW，2号机组40kW。试设计一个供电控制电路，根据生产线的开工情况启动发电机，使电力负荷达到最佳配置。,逻辑抽象，列真值表,输入变量：生产线开工情况,真值表,A、B、C表示1、2、3号生产线，,生产线开工为1，停工为0；,输出变量：发电机组工作情况,Y1、Y2表示1、2号发电机组，,发电机组启动为1，停机为0；,0,0,0,1,1,0,1,1,1,0,0,1,0,1,1,1,写出函数式，同时化简,逻辑电路图,小结：组合电路的分析和设计方法,1、由给定的逻辑图逐级写出逻辑式,2、对逻辑式进行化简或变换,3、列出输出函数的真值表,4、从真值表或函数式规律总结逻辑电路的功能,一、组合电路的分析方