数字电路第四章组合逻辑电路.ppt

第四章组合逻辑电路

教学要求：
1、熟练掌握基于门电路的组合逻辑电路的分析和设计方法，以及编码器、译码器、数据选择器、加法器、数码比较器等常用组合逻辑部件的功能、原理和主要用途。
2、根据给定的门电路（SSI）组件或MSI组件，设计其它功能的组合逻辑电路。

前言
1、组合逻辑网络的特点：
组合逻辑网络的特点是，任何一个时刻的稳定输出，只取决于该时刻的输入，而与网络以前时刻的输入无关。
2、电路结构：
由逻辑门电路组成。只有从
输入到输出通道，没有从输出到
输入通路。这种电路没有记忆功能。
3、输入与输出信号的函数关系：

写成向量函数的形式：
4、组合逻辑网络的分析与设计：
所谓分析是对给定的逻辑电路，阐明其输入状态
与输出状态之间的关系。即看它所能完成的逻辑功能。
所谓设计（又称为综合）是根据实际的命题即给
定的功能要求，做出相应的逻辑电路，也就是在给定
的逻辑功能块之间选取最佳的连线方案。

在逻辑电路的分析与设计中，核心问题是经济合
理。要做到这一点，就有一个最佳方案的问题，当然
最佳的标准根据不同的要求，它不是唯一的。但是作
为逻辑设计的古典方法来说，它的最佳标准就是最经
济，即要求所用的集成块最少，集成块之间的连线也
最少。 目前，随着大规模集成电路的出现，设计的出发点不再是使集成块最省，而是力求使系统合理，所用 的功能块少。即使这样，古典的方法至今还是很有用的。

5、正逻辑与负逻辑的定义：
前面曾用真值表来描述逻辑运算。在真值表中用“1”表示逻辑真，用“0”表示逻辑假，而没有指出 这个“1”和“0”对应的具体电位。
A、正逻辑：
用逻辑门的高电平代表“1”，低电平代表“0”。
B、负逻辑：
用逻辑门的高电平代表“0”，低电平代表“1”。

采用正逻辑与负逻辑的真值表如下所示。

比较两个真值表发现，正逻辑与门和负逻辑或门等同；正逻辑或门和负逻辑与门等同。这一点在以后会经常用。为了讨论方便，下面所讨论的逻辑电路均对正逻辑而言。 §１组合逻辑电路的分析
所谓逻辑电路的分析，就是找出给定逻辑电路输出
和输入之间的逻辑关系，并指出电路的逻辑功能。
一、分析步骤：
1、由给定的逻辑电路，从输入端开始，根据器件
的功能逐级推导出输出端的逻辑函数表达式。
2、根据输出函数表达式列出真值表。
3、用文字概括出电路的逻辑功能。
二、分析举例：
1、分析图示组合逻辑
电路的逻辑功能：
A、输出端的逻辑函数表达式：

B、真值表：

C、逻辑功能：
三变量少数服从
多数表决器。
2、分析图示组合逻辑电路的逻辑功能：
A、逻辑表达式：

B、真值表：

C、逻辑功能：
完成异或功能，半加功能，
或者说当两输入不同时，
输出为1。
3、分析图示电路，指出该电路的逻辑功能。

A、写出函数表达式：

B、真值表：
C、分析功能：
电路称为一位全加器。§2组合逻辑电路的设计
一、最佳设计的衡量
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：
1、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简单。这样的电路称“最小化”电路。
2、满足速度要求，应使级数尽量少，以减少门电路的延迟。
3、功耗小，工作稳定可靠。
注：最小化电路不一定是最佳化电路，必须从经济
指标、速度和功耗等多个指标综合考虑，才能
设计出最佳电路。
组合逻辑电路可以采用小规模集成电路实现，也可以采用中规模集成电路器件或存储器、可编程逻辑 器件来实现。下面先介绍采用传统设计的实例。
二、以SSI为组件的组合逻辑电路的设计步骤：
1、进行逻辑抽象，列出描述实际逻辑问题的真值表。
（是基础，也是关键）
1）首先弄清：什么是输入变量，输出变量或逻辑函数；
2）弄清输入变量和输出变量或逻辑函数间的因果关系；
3）给输入、输出变量赋值，并根据给定的因果关系列出真值表。
2、根据真值表写出表达式并化简，得到最简与或式。
3、将最简与或式变换成满足给定要求的形式（根据要求选用的组件而定）。
4、画出逻辑电路。
5、工艺设计。 三、设计举例：
1、某工厂用两盏灯来反映3台机器的故障情况。当一台机器有故障时黄灯亮；两台机器有故障时红灯亮；三台机器有故障时两盏灯同时亮。采用异或门和与非门进行设计。
解(1)设用A、B、C作为输入变量，表示三台机器的状态，有故障用“1”表示，否则为“0”。
设：用Y和R作为输出变量，分别表示黄灯和红灯，灯亮用“1”表示，否则为“0”。
(2)列真值表画卡若图
(3)逻辑表达式：

（4）画出电路（见仿真）
2、下图所示是具有两个输入X、Y