数电-组合逻辑电路(一)

1、课程回顾与小结课程回顾与小结o 3.1 概述概述 定义、二值逻辑与表示、特点与分类定义、二值逻辑与表示、特点与分类o 3.2 半导体二极管门电路半导体二极管门电路 原理原理o 3.3 CMOS门电路门电路 原理与典型电路分析原理与典型电路分析o 3.5 TTL门电路门电路 原理与典型电路分析原理与典型电路分析习题讲解：P154-3.13第四章第四章 组合逻辑电路组合逻辑电路内容提要：内容提要：本章重点介绍组合逻辑电路的特点、分析与本章重点介绍组合逻辑电路的特点、分析与设计。在此基础上，介绍常用的集成组合逻辑电设计。在此基础上，介绍常用的集成组合逻辑电路路, ,包括如编码器、译码器、数据选择器等

2、，了解包括如编码器、译码器、数据选择器等，了解其电路的逻辑功能、输出输入的逻辑关系、利用它其电路的逻辑功能、输出输入的逻辑关系、利用它们实现逻辑功能。最后介绍组合逻辑电路上存在地们实现逻辑功能。最后介绍组合逻辑电路上存在地竞争冒险现象，产生的原因及消除的方法。竞争冒险现象，产生的原因及消除的方法。本章主要内容本章主要内容o 4.1 概述概述 o 4.2 组合逻辑电路的分析和设计组合逻辑电路的分析和设计 o 4.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路 o 4.4 组合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象4.1 概述概述 1.组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的特点任意时刻的

3、输出仅仅取决于任意时刻的输出仅仅取决于该时的输入，与电路原该时的输入，与电路原来的状态无关。来的状态无关。例如对于右图所示电路例如对于右图所示电路: :ABYBABAY21此电路为半加器。此电路为半加器。4.1 概述概述 2. 逻辑功能的描述逻辑功能的描述逻辑功能的描述可以用逻辑函数、逻辑图及真值表来实现逻辑功能的描述可以用逻辑函数、逻辑图及真值表来实现。由于逻辑图不够直观，一般需要将其转换成逻辑函数。由于逻辑图不够直观，一般需要将其转换成逻辑函数或真值表的形式。或真值表的形式。对于任何一个多输入、多输出的组合逻辑电路来讲，都可对于任何一个多输入、多输出的组合逻辑电路来讲，都可以用下面所示框图

4、来表示。以用下面所示框图来表示。组合逻辑电路组合逻辑电路组合逻辑电路的框图组合逻辑电路的框图1a2ana1y2ymy4.1 概述概述 其输出输入的逻辑关系可表述为其输出输入的逻辑关系可表述为: : 在电路结构上信号的流向是单向性的，没有从输出端到在电路结构上信号的流向是单向性的，没有从输出端到输入端的反馈；输入端的反馈； 电路的基本组成单元是逻辑门电路，不含记忆元件。电路的基本组成单元是逻辑门电路，不含记忆元件。)()()(2121222111nmmnnaaafyaaafyaaafy、)(AFY 组合逻辑电路组合逻辑电路组合逻辑电路的框图组合逻辑电路的框图1a2ana1y2ymy4.2 组合逻

5、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4.2.1 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法 所谓分析一个给定的逻辑电路，就是要通过分所谓分析一个给定的逻辑电路，就是要通过分析找出电路的逻辑功能。析找出电路的逻辑功能。 分析的步骤为：分析的步骤为：u 由所给电路写出输出端的逻辑式；由所给电路写出输出端的逻辑式；u 将所得的逻辑式进行化简；将所得的逻辑式进行化简；u 必要时可由化简后的逻辑式写出输出输入的真值表；必要时可由化简后的逻辑式写出输出输入的真值表；u 分析电路的逻辑功能，即是做什么用的分析电路的逻辑功能，即是做什么用的。4.2 组合逻辑电路的分组合逻辑电路的分析方

6、法和设计方法析方法和设计方法 例例4.2.1 试分析右图试分析右图所示逻辑电路的逻辑功能，所示逻辑电路的逻辑功能，指出该电路用途。指出该电路用途。解：解：a.由图列写逻辑表达由图列写逻辑表达式并化简：式并化简：b.列写真值表；列写真值表；c.由真值表可以看出：本逻辑电路可以用来判断输入的二由真值表可以看出：本逻辑电路可以用来判断输入的二进制数的数值范围。进制数的数值范围。4.2 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4.2.2 组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法 组合逻辑电路的设计就是根据给出的实际逻辑问题，求组合逻辑电路的设计就是根据给出的实际逻辑问题，求

7、出实现这一逻辑功能的出实现这一逻辑功能的最简单最简单逻辑电路。逻辑电路。 组合逻辑电路的设计步骤组合逻辑电路的设计步骤:一一、 进行逻辑抽象进行逻辑抽象1.分析事件的逻辑因果关系，确定输入变量和输出变量；分析事件的逻辑因果关系，确定输入变量和输出变量；2.定义逻辑状态的含义，即逻辑状态的赋值；定义逻辑状态的含义，即逻辑状态的赋值；3.根据给定的逻辑因果关系列出逻辑真值表。根据给定的逻辑因果关系列出逻辑真值表。二二 、写出逻辑函数式、写出逻辑函数式由得到的真值表写出输出变量的逻辑函数式。由得到的真值表写出输出变量的逻辑函数式。4.2 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

8、法三三、 选定器件的类型选定器件的类型根据对电路的具体要求和实际器件的资源情况而定。根据对电路的具体要求和实际器件的资源情况而定。四四、将逻辑函数化简或变换成适当地形式、将逻辑函数化简或变换成适当地形式如与非与非式，或非或非式等。如与非与非式，或非或非式等。五五、根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路的连接图。、根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路的连接图。六六、工艺设计、工艺设计 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设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路解：解：a、逻辑抽象、逻辑抽象输入输出定义、逻辑表示等输入输出定义、逻辑表示等4.2 组合逻辑电路的分析方法

9、和设计方法组合逻辑电路的分析方法和设计方法b、写出逻辑函数式、写出逻辑函数式4.2 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c、选定器件类型为小规模集成门电路；、选定器件类型为小规模集成门电路；d、化简逻辑函数式、化简逻辑函数式e、画出逻辑电路图、画出逻辑电路图4.2 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4.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路4.3.1 编码器编码器编码编码：为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用：为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用二值代二值代 码表示。码表示。编码器编码器：由于在二值逻辑电路中，

10、信号是以高低电平给出：由于在二值逻辑电路中，信号是以高低电平给出的，故编码器就是把输入的每一个高低电平信号变成一的，故编码器就是把输入的每一个高低电平信号变成一个对应的二进制代码。个对应的二进制代码。编码器分为普通编码器和优先权编码器。根据进制可分为编码器分为普通编码器和优先权编码器。根据进制可分为二进制编码器和二十进制编码器二进制编码器和二十进制编码器4.3 若干常用的组合逻若干常用的组合逻辑电路辑电路一、普通编码器一、普通编码器以以3位二进制普通编码器，位二进制普通编码器，也称为也称为8线线3线编码器为例，线编码器为例，其框图如右图所示。其框图如右图所示。I0I7为信号输入端，高为信号输入

11、端，高电平有效；电平有效；Y2Y1Y0为三位二为三位二进制代码输出端，由于输入端为进制代码输出端，由于输入端为8个，输出端为个，输出端为3个，故也个，故也叫做叫做8线线3线编码器线编码器。4.3 若干常用的组合逻若干常用的组合逻辑电路辑电路其输出输入的真值表为其输出输入的真值表为753107632176542IIIIYIIIIYIIIIY无关项。无关项。4.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路其逻辑电路如图所示其逻辑电路如图所示753107632176542IIIIYIIIIYIIIIY4.3 若干常用的组合若干常用的组合逻辑电路逻辑电路二二 、优先编码器、优先编码器普通编码器每次

12、只能输入一普通编码器每次只能输入一个信号。而优先编码器个信号。而优先编码器可以同时输入几个信号可以同时输入几个信号，但在设计时已经将各，但在设计时已经将各输入信号的优先顺序排输入信号的优先顺序排好。当几个信号同时输好。当几个信号同时输入时，优先权最高的信入时，优先权最高的信号优先编码。号优先编码。以以8线线3线优先编码器线优先编码器74HC148为例，其内为例，其内部电路如右图所示。部电路如右图所示。4.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路由图可知，如果不考虑输出扩展端，由图可知，如果不考虑输出扩展端，8线线-3线优先编码器线优先编码器（设（设I7优先权最高，优先权最高，I0优先权

13、最低）其输出端的优先权最低）其输出端的逻辑式为逻辑式为)()()(SIIIIIIIIIIYSIIIIIIIIYSIIIIY6421643567054234567145672其中其中S为选通输入端，当为选通输入端，当S0时，时，S 1时所有输出端均被锁定在高电平，时所有输出端均被锁定在高电平，即即 I 7 I 011。当。当S1时，时，S 0，编码器正常工作。，编码器正常工作。4.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路o 不考虑扩展不考虑扩展端，端，8线线-3线优先编码线优先编码器（设器（设I7优优先权最高，先权最高，I0优先优先权最低）其权最低）其真值表如表真值表如表所示所示输输 入

14、入输输 出出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0XXXXXXX1111XXXXXX10110XXXXX100101XXXX1000100XXX10000011XX100000010X100000000110000000000 为了扩展电路的功能为了扩展电路的功能74HC148中附加中附加了选通输出端了选通输出端Y S和扩展端和扩展端Y EX，和使用的和使用的灵活性，在灵活性，在8线线3线优先编码器线优先编码器且由且由图图4.3.3可知可知4.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路)()()(SIIIIIIIISSIIIIIIIIYSIIIIIIIIYEXS0123456701234567012345674.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路 74HC148的真值表如下表的真值表如下表不可能出现00工作，且有输入01工作，但无输入10不工作11状态SYEXY预习预习4.3.2译码器译码器译码器就是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、译码器就是将