ch4组合逻辑电路(4.1-4.3)

1、4 组合逻辑电路4.1组合逻辑电路的分析4.2组合逻辑电路的设计4.3组合逻辑电路中的竞争和冒险4.4常用组合逻辑集成电路4.5组合可编程电路1教学基本要求教学基本要求1.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法 2.掌握编码器、译码器、数据选择器、数值比较器掌握编码器、译码器、数据选择器、数值比较器和加法器的逻辑功能及其应用。和加法器的逻辑功能及其应用。21.1. 定义定义对于一个逻辑电路，其任何时刻的输出状态只取决于该时对于一个逻辑电路，其任何时刻的输出状态只取决于该时刻的输入状态，而与电路原来的状态无关。刻的输入状态，而与电路原来的状态无关。2.2

2、. 特点特点（1 1）电路没有记忆功能；）电路没有记忆功能；（2 2）电路没有反馈支路。）电路没有反馈支路。这就决定了组合逻辑电路这就决定了组合逻辑电路由各种门电路构成由各种门电路构成。组合逻辑电路概念组合逻辑电路概念33.3. 组合逻辑电路的一般框图组合逻辑电路的一般框图 Li = f (A1, A2 , , An ) (i=1, 2, , m) A1 A2 An L1 L2 Lm 组组合合逻逻辑辑电电路路 4一、一、 组合电路分析的目的组合电路分析的目的通过对给定组合电路的分析，弄清其逻辑功能。通过对给定组合电路的分析，弄清其逻辑功能。二、二、 分析过程分析过程【步骤步骤】（1 1）由逻辑

3、电路图写出各输出端的逻辑表达式；）由逻辑电路图写出各输出端的逻辑表达式；（2 2）化简和变换各逻辑表达式；）化简和变换各逻辑表达式；（3 3）列出真值表；）列出真值表；（4 4）根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，）根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定其功能。最后确定其功能。4.1 组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析5 三、组合逻辑电路的分析举例三、组合逻辑电路的分析举例 例例4.1.1 分析如图所示逻辑电路的功能。分析如图所示逻辑电路的功能。LZC1. 根据逻辑图写出输出函数的逻辑表达式根据逻辑图写出输出函数的逻辑表达式2. 列写真值表。列写真值表。 )(CBAL 10

4、010110111011101001110010100000CBABAZ 001111003. 确定逻辑功能：确定逻辑功能： 解：解：()ABCABC输入变量的取值中有奇数输入变量的取值中有奇数个个1时，时，L为为1，否则，否则L为为0,电路具有奇校验功能。电路具有奇校验功能。如要实现偶校验，电路应做何改变？如要实现偶校验，电路应做何改变？6例例4.1.2 试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。解解:(:(1)1)根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式，并进行化根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式，并进行化简和变换。简和变换。7( (2)2)列写真值表列写真

5、值表真值表真值表 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 Z Y X C B A000011110011110001011010X = AYAB ABABABABZAC ACACACAC8电路逻辑功能：电路逻辑功能：是对输入的是对输入的二进制数求反码。二进制数求反码。最高位为符号位，最高位为符号位，0表示正表示正数，数，1表示负数，正数的反码表示负数，正数的反码与原码相同；负数的数值部分与原码相同；负数的数值部分是在原码的基础上逐位求反。是在原码的基础上逐位求反。( (3)3)确定电路逻辑功能确定电路逻辑功能真值表真值表 1 1 1 0

6、1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 Z Y X C B A0000111100111100010110109例例1 分析如图所示逻辑电路，并说明电路的逻辑功能。分析如图所示逻辑电路，并说明电路的逻辑功能。 L B A C BAZ 1ABZ 2CABCZZ23CABBAZZL31解：（解：（1 1）根据逻辑电路，写出输出端的逻辑函数表达式。）根据逻辑电路，写出输出端的逻辑函数表达式。CABBALBCACAB变换逻辑函数表达式变换逻辑函数表达式 )(CABBA分析举例：分析举例：10 将将 A、B、C 的的8种组合取值，分别代入逻辑函数表达式种组合取值，

7、分别代入逻辑函数表达式中进行逻辑运算，求出相应的输出函数值，并与输入一一对中进行逻辑运算，求出相应的输出函数值，并与输入一一对应地列在真值表中。应地列在真值表中。(2) 列出逻辑函数真值表。列出逻辑函数真值表。ABCL00000010010001111000101111011111 (3)分析真值表，确定电路的分析真值表，确定电路的逻辑功能。逻辑功能。 由真值表可见，当输入由真值表可见，当输入A、B、C中为中为1的个数大于等于的个数大于等于2时，输时，输出为出为1，否则为，否则为0。所以，该电。所以，该电路可作为路可作为3输入多数表决电路。输入多数表决电路。11LABACBC例例2 试分析下图

8、所示组合逻辑电路的逻辑功能。试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。解：（解：（1） 根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式，并进根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式，并进行化简和变换。行化简和变换。 B A C BAZ1ABZ 2CBACZZ)(13CBACZL11CBAABZZL)(322ABCCBACBACBACBAL1ABCBCACBACABABCBAL)(2变换逻辑函数表达式。变换逻辑函数表达式。 12（2） 根据简化后的逻辑表达式，列出真值表。根据简化后的逻辑表达式，列出真值表。将将8组输入取值代入组输入取值代入L1和和L2的逻辑表达式中，可列出电路真值表。的逻辑表达式中，可列出电路真

9、值表。 当当A、B、C三个输入变量中取值三个输入变量中取值有奇数个有奇数个1时，输出时，输出L1为为1，否则为，否则为0。从。从L1输出的电路可用于检查输出的电路可用于检查3位位二进制码的奇偶性，也称为奇校验二进制码的奇偶性，也称为奇校验电路。电路。而当而当A、B、C三个输入变量中取三个输入变量中取1值的个数大于值的个数大于2时时L2为为1，否则为，否则为0。（3 3）根据真值表对逻辑电路进行分析，）根据真值表对逻辑电路进行分析，最后确定其功能最后确定其功能该电路还可以实现全加器的功能。该电路还可以实现全加器的功能。 13ABCY&141 1、逻辑抽象：根据实际逻辑问题的因果关系确定输

10、入、逻辑抽象：根据实际逻辑问题的因果关系确定输入、输出变量，并定义逻辑状态的含义；输出变量，并定义逻辑状态的含义；2、根据逻辑描述列出真值表；根据逻辑描述列出真值表；3、由真值表写出逻辑表达式由真值表写出逻辑表达式; ;5、画出逻辑图。画出逻辑图。4、根据器件的类型根据器件的类型, ,简化和变换逻辑表达式简化和变换逻辑表达式二、组合逻辑电路的设计步骤二、组合逻辑电路的设计步骤 一、组合逻辑电路的设计：根据实际逻辑问题，求出所要求逻一、组合逻辑电路的设计：根据实际逻辑问题，求出所要求逻辑功能的最简单逻辑电路。辑功能的最简单逻辑电路。4.2 4.2 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计组合逻辑电路

11、的设计，通常以电路简单电路简单，所用器件最少所用器件最少为目标。15例例4.2.1 某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试设计一个指示列车等待进站的逻辑电路，当有两种或出，试设计一个指示列车等待进站的逻辑电路，当有两种或以上的列车等待进站时，要求发出信号，提示工作人员安排以上的列车等待进站时，要求发出信号，提示工作人员安排列车进站事宜。列车进站事宜。16三、组合逻辑电路的设计举例三、组合逻辑电路的设计举例 解：（解：（1） 明确逻辑功能，列出真值表。明确逻辑功能，列出真值表。输入信号输入信号: A、B、C分别为特快、直快和慢车，并规定

12、分别为特快、直快和慢车，并规定进站请求时为进站请求时为1，没有请求时为，没有请求时为0。输出信号输出信号: L表示进站状况，表示进站状况，有两种或以上的列车等待有两种或以上的列车等待进站时进站时为为1，否则为，否则为0。根据题意列出真值表根据题意列出真值表（2） 写出输出逻辑表达式。写出输出逻辑表达式。17LABCABCABCABC（3） 简化逻辑表达式。简化逻辑表达式。LABACBC（4） 画出逻辑图。画出逻辑图。例例4.2.2 试设计一个码转换电路，将试设计一个码转换电路，将4位格雷码转换为自然二位格雷码转换为自然二进制码。可以采用任何逻辑门电路来实现。进制码。可以采用任何逻辑门电路来实现

13、。解：解：(1) 明确逻辑功能，列出真值表。明确逻辑功能，列出真值表。设输入变量为设输入变量为G3、G2、G1、G0为格雷码，为格雷码，当输入格雷码按照从当输入格雷码按照从0到到15递增排序时，可列出逻辑递增排序时，可列出逻辑电路真值表：电路真值表：输出变量输出变量B3、B2、B1和和B0为自然二进制码。为自然二进制码。180 1 1 10 1 0 00 1 1 00 1 0 10 1 0 10 1 1 10 1 0 00 1 1 00 0 1 10 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 0 10 0 0 10 0 0 00 0 0 0B3 B2 B1 B0G3 G2 G1 G0输输

14、出出输输 入入1 1 1 11 0 0 01 1 1 01 0 0 11 1 0 11 0 1 11 1 0 01 0 1 01 0 1 11 1 1 01 0 1 01 1 1 11 0 0 11 1 0 11 0 0 01 1 0 0B3 B2 B1 B0G3 G2 G1 G0输输 出出输输 入入逻辑电路真值表逻辑电路真值表m0m1m3m2m6m7m5m4m12m13m15m14m10m11m9m819(2) 画出各输出函数的卡诺图，并化简和变换。画出各输出函数的卡诺图，并化简和变换。33GB 2B 2G3G2G3G20 2G3G1B 1G 2G3G1G2G3G1G 2G3G1G 3G2G

15、 1G0B 3G2G 1G 0G(2G3G) ) 2G3G1G 2G3G) ) 2G3G1G( (21(3) 根据逻辑表达式，画出逻辑图根据逻辑表达式，画出逻辑图22例例1 某雷达站有某雷达站有A、B、C三部雷达，其中三部雷达，其中A和和B消耗功率相等，消耗功率相等，C的消耗功率是的消耗功率是A的两倍。这些雷达由两台发电机的两倍。这些雷达由两台发电机X和和Y供电，供电，发电机发电机X的最大输出功率等于雷达的最大输出功率等于雷达A的功率消耗，发电机的功率消耗，发电机Y的最的最大输出功率是大输出功率是X的的3倍。要求用倍。要求用与、或、非与、或、非门设计一个逻辑电路，门设计一个逻辑电路，利用各雷达

16、的起动和关闭信号，以最节约电能的方式起、停发利用各雷达的起动和关闭信号，以最节约电能的方式起、停发电机。（电机。（P220, 习题习题4.2.7）解：（解：（1） 逻辑抽象逻辑抽象。A、B、C是事件产生的原因，应定为输入变量；两台发电机是事件产生的原因，应定为输入变量；两台发电机 X 和和 Y 是事件产生的结果，定为输出变量。是事件产生的结果，定为输出变量。设输入变量设输入变量A、B、C为为1表示雷达起动，为表示雷达起动，为0雷达关闭。输出雷达关闭。输出变量变量X、Y为为1，表示发电机起动；为，表示发电机起动；为0，表示发电机停止。，表示发电机停止。设计举例：设计举例：23 (2) (2)根据

17、题意列出真值表根据题意列出真值表(3)(3)由真值表可画出卡诺图由真值表可画出卡诺图, ,用卡诺用卡诺图简化得简化后的逻辑表达式。图简化得简化后的逻辑表达式。输输 入入输输 出出A B CX Y 0 0 00 00 0 10 10 1 01 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1ABCCBACBAXCABY 1 1 1 X A B C 1 1 1 1 1 Y A B C 24(4) 根据简化后的逻辑表达式画出逻辑图。根据简化后的逻辑表达式画出逻辑图。 A B C X Y ABCCBACBAXCABY25例例2 2 某火车站有特快、直快和慢车三种类型的

18、客运列车进出，某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试用两输入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻试用两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，辑电路，3 3个指示灯一、二、三号分别对应特快、直快和慢车。个指示灯一、二、三号分别对应特快、直快和慢车。列车的优先级别依次为特快、直快和慢车，要求当特快列车列车的优先级别依次为特快、直快和慢车，要求当特快列车请求进站时，无论其它两种列车是否请求进站，一号灯亮。请求进站时，无论其它两种列车是否请求进站，一号灯亮。当特快没有请求，直快请求进站时，无论慢车是否请求，二当特快没有请求，直快请求进站时，无论慢车是否请求，二号灯亮

19、。当特快和直快均没有请求，而慢车有请求时，三号号灯亮。当特快和直快均没有请求，而慢车有请求时，三号灯亮。（灯亮。（P220，习题，习题4.2.8）26解：（解：（1） 逻辑抽象逻辑抽象。输入信号输入信号: I0、I1、I2分别为特快、直快和慢车的进站分别为特快、直快和慢车的进站请求信号且有进站请求时为请求信号且有进站请求时为1，没有请求时为，没有请求时为0。输出信号输出信号: L0、L1、L2分别为分别为3个指示灯的状态，且灯个指示灯的状态，且灯亮为亮为1，灯灭为，灯灭为0。I0I1I2L0L1L2000000110001010001001根据题意列出真值表根据题意列出真值表（2） 写出各输出

20、表达式。写出各输出表达式。101IIL 2102IIIL L0 = I02700IL 101IIL 2102IIIL 3、 根据要求将上式变换为与非形式根据要求将上式变换为与非形式 I0 L0 L1 I1 I2 L2 & 1 1 1 & & 1 1 4、 根据输出逻辑表达式画出逻辑图。根据输出逻辑表达式画出逻辑图。28294.3 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险理想理想: 不考虑门电路的延迟时间对电路的影响。不考虑门电路的延迟时间对电路的影响。实际：实际： 从信号的输入到输出需要一定的时间。从信号的输入到输出需要一定的时间。 在组合逻辑中，当输入信号的状

21、态改变时，输出在组合逻辑中，当输入信号的状态改变时，输出端可能会出现不正常的干扰信号，使电路产生错误端可能会出现不正常的干扰信号，使电路产生错误的输出，这种现象称为的输出，这种现象称为竞争冒险竞争冒险。304.3 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险4.3.1 产生的竞争冒险的原产生的竞争冒险的原因因4.3.2 消去竞争冒险的方法消去竞争冒险的方法4.3 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险4.3.1 产生的竞争冒险的原因产生的竞争冒险的原因1 1、简单电路、简单电路2 2、组合逻辑电路、组合逻辑电路311LA B（1）LAB（2）竞争竞争:当一个逻辑门的两个输入端的信号同时向相反当一个逻辑门的两个输入端的信号同时向相反方向变化，而变化的时间有差异的现象。方向变化，而变化的时间有差异的现象。冒