组合电路(0分析与设计)sk

1、2.3 组合逻辑电路的分析方法和设计方法组合逻辑电路的分析方法和设计方法电路分析：电路分析：根据逻辑电路，找出输出与根据逻辑电路，找出输出与输入之间的逻辑关系，并说明电路的逻辑功输入之间的逻辑关系，并说明电路的逻辑功能。能。2.3.1 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法逻辑电路逻辑电路逻辑功能逻辑功能分析分析逻辑表达式逻辑表达式真值表真值表分分析析步步骤骤根据逻辑图列写出表达式根据逻辑图列写出表达式列真值表列真值表分析逻辑功能并文字描述分析逻辑功能并文字描述需要时适当对电路进行评述需要时适当对电路进行评述例一：分析图示电路的逻辑功能。例一：分析图示电路的逻辑功能。F4F3F2F1AB

2、CF&例一：续例一：续A B C F 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0真值表真值表功能分析功能分析 当当ABC取值全为取值全为0或或1时，函时，函数值为数值为0，其余都为，其余都为1。 用此可以来检查信号是否一致。用此可以来检查信号是否一致。此电路的逻辑功能可概括为此电路的逻辑功能可概括为“三变量不一致电路三变量不一致电路”。 思考： 三变量一致电路？三变量一致电路？ABCF&三变量不三变量不一致电路：一致电路：ABCF&三变量一三变量一致电路：致电路：例二：分析图示电路的逻辑功能。例二：分析图示电路

3、的逻辑功能。ABCSF4F3F2F1&例二：续例二：续若若A为加数，为加数，B为被加数，为被加数，S为和为和数，数，C为进位，则为进位，则电路完成了两电路完成了两个一位二进制数的相加。个一位二进制数的相加。ABSCHA功能分析功能分析由于没有考虑低位进位问由于没有考虑低位进位问题，所以此电路的逻辑功题，所以此电路的逻辑功能可概括为能可概括为“半加器半加器”。A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0真值表真值表例三：分析图示电路的逻辑功能。例三：分析图示电路的逻辑功能。FHABCMSnCn+1HAL&1=1=1M A B C H F 0 0 0 0 0 0

4、0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1M A B C H F 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1

5、 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1当当M=0时，若时，若A为被加数，为被加数，B为加数，为加数， C为低位来的进位，为低位来的进位，F为为和数，和数，H为向高位的进位。则电为向高位的进位。则电路完成一位二进制数全加。路完成一位二进制数全加。当当M=1时，若时，若A为被减数，为被减数，B为减数，为减数， C为低位来的借位，为低位来的借位，F为为差数，差数，H为向高位的借位。则电为向高位的借位。则电路完成一位二进制数全减。路完成一位二进制数全减。M A B C H F

6、0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1功能分析功能分析2.3.2 组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法电路设计是电路分析的逆过程。它是根据电路设计是电路分析的逆过程。它是根据给出的实际逻辑问题，设计出实现这一逻辑功给出的实际逻辑问题，设计出实现这一

7、逻辑功能的最佳的逻辑电路。能的最佳的逻辑电路。 什么才算什么才算“最佳最佳”？所谓所谓“最佳最佳”要根据应用场合、器件、技术要根据应用场合、器件、技术指标、成本、可靠性等方面来综合考虑指标、成本、可靠性等方面来综合考虑一些具体应用场合的侧重点考虑：一些具体应用场合的侧重点考虑： SSI门电路：门数最少，每个门的输入数门电路：门数最少，每个门的输入数最少最少(扇入最少）扇入最少） MSI组件：组件数最少，连线最少组件：组件数最少，连线最少 高速应用场合：门的高速应用场合：门的tpd最短最短 低速应用场合：功耗最低低速应用场合：功耗最低逻辑电路逻辑电路逻辑功能逻辑功能设计设计逻辑表达式逻辑表达式真

8、值表真值表组合逻辑电路设计思路组合逻辑电路设计思路设计步骤设计步骤 1、根据逻辑功能要求的说明，进行逻辑抽象；、根据逻辑功能要求的说明，进行逻辑抽象；1）分析事件的因果关系，确定输入变量及其个数 和输出变量及其个数； 2）定义逻辑状态的含义； 2、列出逻辑真值表（或直接填、列出逻辑真值表（或直接填K图）图）；逻辑问题逻辑函数抽象逻辑状态赋值 3、由真值表，列写出逻辑函数表达式；、由真值表，列写出逻辑函数表达式；设计步骤 5、将逻辑函数化简或变换成适当的形式；、将逻辑函数化简或变换成适当的形式；v用SSI门电路设计：把函数式化成最简形式，即函数式中相或的乘积项最少，而且每个乘积项中的因子也最少。

9、v用MSI组件设计：把函数式变换成适当形式，以便能用最少的器件和最简单的连线接成所要求的逻辑电路。 4、选定器件的类型；、选定器件的类型；经典法设计步骤 6、根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑、根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路的连接图；电路的连接图； 7、工艺设计。、工艺设计。逻辑电路具体电路转化说说明明(1)(1)关键步骤关键步骤(2)(2)设计步骤灵活掌握设计步骤灵活掌握(3)(3)表达式类型依设计条件决定表达式类型依设计条件决定例例1 1：用与非门设计一个监视交通信号灯：用与非门设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。工作状态的逻辑电路。（1）逻辑抽象输入变量：R、Y、G

10、 红、黄、绿三盏信号灯的状态红、黄、绿三盏信号灯的状态赋值：灯亮灯亮 1；灯灭；灯灭 0输出变量：F 故障信号故障信号赋值：正常工作状态正常工作状态 0；故障状态；故障状态 1正常工作状态正常工作状态R Y GR Y G R Y G11111真值表真值表R Y G F0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1000(2)真值表真值表(3)逻辑表达式逻辑表达式RYG0100 01 11 1011111RYGRGRYYG例例1续续正常工作状态正常工作状态R Y GR Y G R Y GRGYGRYGYRF(4)(4)逻辑图逻辑图RYGF111RGYGRYGYR

11、F例例1续续例例2：举重比赛中有三个裁判，当裁判员确认运动：举重比赛中有三个裁判，当裁判员确认运动员按要求完成了试举，则按下自己的按钮。规定员按要求完成了试举，则按下自己的按钮。规定只有在只有在两个或两个以上两个或两个以上的裁判员同时按下按钮时的裁判员同时按下按钮时（要求其中必有主裁判员要求其中必有主裁判员），指示灯亮白色，表），指示灯亮白色，表示成功有效；否则指示灯亮红色，表示失败无效。示成功有效；否则指示灯亮红色，表示失败无效。要求用与非门电路实现。要求用与非门电路实现。（1）逻辑抽象）逻辑抽象输入变量：分别用输入变量：分别用A A（主裁）、（主裁）、B B、C C表示裁判是表示裁判是否按

12、下按钮否按下按钮逻辑赋值：逻辑赋值：1裁判按下按钮，裁判按下按钮，0 没按下按钮。没按下按钮。输出变量：输出变量：F F表示试举成功信号表示试举成功信号逻辑赋值：逻辑赋值：11试举成功；试举成功；00试举失败。试举失败。例例2：续一：续一A B C F 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 （2）真值表）真值表 1 11（3）卡诺图）卡诺图A01BC11100100（4）表达式）表达式ABACABACF00000111ACAB例例2：续二：续二（5）电路图）电路图ABACABACFCBACBAF)(BAFC&ABFC111例例3 3：某

13、工厂有：某工厂有A A、B B、C C三个车间和一个自备电站，三个车间和一个自备电站，电站内有两台发电机电站内有两台发电机F F和和G G，F F发电机的发电能力发电机的发电能力是是G G发电机的两倍。若一个车间开工，启动发电机的两倍。若一个车间开工，启动G G发电发电机就可满足要求；若两个车间开工应启动机就可满足要求；若两个车间开工应启动F F发电发电机才能满足要求；若三个车间都开工，则两个发机才能满足要求；若三个车间都开工，则两个发电机都要启动工作。使用与非门电路设计一个控电机都要启动工作。使用与非门电路设计一个控制发电机启动的电路。制发电机启动的电路。（1）逻辑抽象）逻辑抽象输入变量：

14、A、B、C 三个车间的开工状况赋值：1表示车间开工，0表示不开工。输出变量：发电机F、G的启动赋值：1发电机启动，0表示不启动。例例3：续一：续一A B C F G 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 （2）真值表）真值表A01BC11100100111F的卡诺图的卡诺图1A01BC11100100111G的卡诺图的卡诺图10 00 10 11 00 11 01 01 1例例3 续二续二 (3) 表达式表达式-FABBCACFA01BC11100100111F的卡诺图的卡诺图1ACBCAB例例3 续三续三 (3) 表达式表达式-GAB

15、CCBACBACBAGA01BC11100100111G的卡诺图的卡诺图1ABCABCABCABC例例3 续四续四 (4) 逻辑电路图逻辑电路图ABGFC&111例例4：试用门电路，设计一个两位二进制数比较：试用门电路，设计一个两位二进制数比较大小的电路。大小的电路。 A1B1 A0B0 F1 F2 F3A1 B1 1 0 0A1 B1 0 0 1 A1=B1 A0 B0 1 0 0 A1=B1 A0 B0 0 0 1 A1=B1 A0=B0 0 1 0（2）真值表（1）逻辑抽象F1=1，A BF2=1，A=BF3=1，A BA=A1A0 ， B=B1B0赋值：输入：输出： F1, F2, F

16、3例例4：续一：续一 （3） 表达式表达式0011111BABABAF00112BABAF0011113BABABAF例例4：续二：续二 （4） 电路图电路图 A1B1F1B0F2=F3A01111&11例例5：设计一个将四位二进制数码转换成四位格雷：设计一个将四位二进制数码转换成四位格雷码的电路。码的电路。(1)逻辑抽象逻辑抽象输入：输入：B4 B3 B2 B1 四位四位二进制数二进制数B 输入输入输出：输出：G4 G3 G2 G1 四位格雷码四位格雷码G输出输出(2)逻辑表达式逻辑表达式由二进制由二进制数与格雷数与格雷码的转换码的转换关系直接关系直接写出写出G4 = = B4G3 = =

17、B4 B3G2 = = B3 B2G1 = = B2 B1(3)逻辑图逻辑图B4B3B2B1G4G3G2G1=1=1=1组合逻辑电路设计时一些特殊问题的考虑：组合逻辑电路设计时一些特殊问题的考虑：（1）多输出函数求最简式问题：）多输出函数求最简式问题：以整体最简为原则！以整体最简为原则！（2）表达式形式：）表达式形式：以现有条件确定表达式的形式。以现有条件确定表达式的形式。自由选择器件时以项数少（所用自由选择器件时以项数少（所用器件少）为原则。器件少）为原则。（3）尽可能做到最佳设计！）尽可能做到最佳设计！F1= m（1，3，4，5，7）F2= m（3，4，7）ABC0100 01 11 1011111ABC0100 01 11 10111公共项公共项多输出函数求最简式问题：多输出函数求最简式