ch3组合逻辑电路ppt课件

1、第第3 3章章 组合逻辑电路组合逻辑电路3.1 概述概述3.2 组合逻辑电路的分析方组合逻辑电路的分析方法和设计方法法和设计方法3.3 常用中规模规范组合逻常用中规模规范组合逻辑电路辑电路3.4 组合电路中的竞争冒险组合电路中的竞争冒险3.1 3.1 概述概述 数字电路按其完成逻辑功能的不同特点，可划分为组数字电路按其完成逻辑功能的不同特点，可划分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。an组合逻辑电路组合逻辑电路a1y1ym),(),(),(nmmnnaaafyaaafyaaafy2121222111 向量函数方式：向量函数方式： Y=F(A)Y=F(A) 所谓逻

2、辑电路的分析，就是找出给定逻辑电路输出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，并确定电路的逻辑功能。分析和输入之间的逻辑关系，并确定电路的逻辑功能。分析过程普通按以下步骤进展：过程普通按以下步骤进展： 根据给定的逻辑电路，从输入端开场，逐级推导根据给定的逻辑电路，从输入端开场，逐级推导出输出端的逻辑函数表达式。出输出端的逻辑函数表达式。 根据输出函数表达式列出真值表。根据输出函数表达式列出真值表。 用文字概括出电路的逻辑功能。用文字概括出电路的逻辑功能。 3.2 3.2 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一、组合逻辑电路的分析方法一、组合

3、逻辑电路的分析方法 直接由逻辑门电路构成的组合逻辑电路称为门级组合逻直接由逻辑门电路构成的组合逻辑电路称为门级组合逻辑电路。辑电路。逻辑图逻辑表达式逻辑图逻辑表达式 最简表达式真值表确定功能最简表达式真值表确定功能 1 1 1 D C B A & & & & & Y CBA例例1 1：分析以下图电路的逻辑功能，知此电路用于数据分类，：分析以下图电路的逻辑功能，知此电路用于数据分类，试指出该电路的用途。试指出该电路的用途。 DCBCABCBACABDCBDAB CBACABDCBDABY DAB解：解：逻辑表达式：逻辑表达式：真值表：真值表：2 2 3 3

4、 5 5 7 7 11 11 13 13 调整：调整：结论：结论：分类出分类出4 4位二位二进制数中的素进制数中的素数数2 2、3 3、5 5、7 7、1111、1313。例例2 2：试分析如下电路图的逻辑功能。：试分析如下电路图的逻辑功能。 &1111DCBAY2Y1Y0逻辑函数表达式：逻辑函数表达式：DBADC DBADCY 2ACDBCDCBD ACDBCDCBDY 1BDCD BDCDY 0解：解：逻辑真值表：逻辑真值表：结论：结论：当当DCBADCBA表示的二进制数小于或等表示的二进制数小于或等于于5 5时时YoYo为为1 1，这个二进制数大于，这个二进制数大于5 5且小于且

5、小于1111时时Y1Y1为为1 1，当这个二进制，当这个二进制数大于或等于数大于或等于1111时时Y2Y2为为1 1。 因此，这个逻辑电路可以用来因此，这个逻辑电路可以用来判别输入的判别输入的4 4位二进制数数值的范位二进制数数值的范围。围。3.2 3.2 门级组合逻辑电路的分析和设计方法门级组合逻辑电路的分析和设计方法二、组合逻辑电路的设计方法二、组合逻辑电路的设计方法 工程上的最正确设计，通常需求用多个目的去衡量，主工程上的最正确设计，通常需求用多个目的去衡量，主要思索的问题有以下几个方面：要思索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，且器件所用的逻辑器件数目最少，

6、器件的种类最少，且器件之间的连线最少。这样的电路称之间的连线最少。这样的电路称“最小化电路。最小化电路。 满足速度要求，应使级数最少，以减少门电路的延迟。满足速度要求，应使级数最少，以减少门电路的延迟。 功耗小，任务稳定可靠。功耗小，任务稳定可靠。 所谓组合逻辑电路设计，就是根据给出的实践逻辑问所谓组合逻辑电路设计，就是根据给出的实践逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最正确逻辑电路。题，求出实现这一逻辑功能的最正确逻辑电路。 逻辑笼统。将文字描画的逻辑命题转换成真值表叫逻辑笼统。逻辑笼统。将文字描画的逻辑命题转换成真值表叫逻辑笼统。首先要分析逻辑命题，确定输入、输出变量；然后用二值逻辑的首先要分

7、析逻辑命题，确定输入、输出变量；然后用二值逻辑的0 0、1 1两种形状分别对输入、输出变量进展逻辑赋值，即确定两种形状分别对输入、输出变量进展逻辑赋值，即确定0 0、1 1 的详的详细含义；最后根据输出与输入之间的逻辑关系列出真值表。细含义；最后根据输出与输入之间的逻辑关系列出真值表。 根据真值表，写出相应的逻辑函数表达式。根据真值表，写出相应的逻辑函数表达式。 将逻辑函数表达式化简将逻辑函数表达式化简, ,并变换为与门电路相对应的最简式。并变换为与门电路相对应的最简式。 根据化简的逻辑函数表达式画出逻辑电路图。根据化简的逻辑函数表达式画出逻辑电路图。 工艺设计。包括设计机箱、面板、电源、显示

8、电路、控制开工艺设计。包括设计机箱、面板、电源、显示电路、控制开关等等。最后还必需完成组装、测试。关等等。最后还必需完成组装、测试。 组合逻辑电路的设计普通可按以下步骤进展：组合逻辑电路的设计普通可按以下步骤进展：逻辑图逻辑图实践逻实践逻辑问题辑问题真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式最简或最最简或最合理表达式合理表达式例例3 3：某工厂有三条消费线，耗电分别为：某工厂有三条消费线，耗电分别为1 1号线号线10kW10kW，2 2号线号线20kW20kW，3 3号线号线30kW30kW，消费线的电力由两台发电机提供，其中，消费线的电力由两台发电机提供，其中1 1号机号机20kW20kW，2 2号机

9、号机40kW40kW。试设计一个供电控制电路，根据消。试设计一个供电控制电路，根据消费线的开工情况启动发电机，使电力负荷到达最正确配置。费线的开工情况启动发电机，使电力负荷到达最正确配置。 解：解：逻辑笼统逻辑笼统输入变量：输入变量：1 13 3号消费线以号消费线以A A、B B、C C表示，表示， 消费线开工为消费线开工为1 1，停工为，停工为0 0；输出变量：输出变量：1 12 2号发电机以号发电机以Y1Y1、Y2Y2表示，表示，发电机启动为发电机启动为1 1，关机为，关机为0 0；逻辑真值表逻辑真值表逻辑函数式逻辑函数式ABCCBABCACBAY 1ABCCABCBABCACBAY 2卡

10、诺图化简卡诺图化简 1 1 1 1ABC0100011110Y1Y1 ABC0100011110Y2Y2 1 1 1 1 1 ABCY 2ABCY 2CBABCBAY 1与或式：与或式：CBABCBAY 1与非与非式：与非与非式：逻辑电路图逻辑电路图 1 1 1 A B C & 1 Y1 & & & 1 Y2 与或式与或式 1 1 1 A B C & & Y1 & & & & Y2 与非与非式与非与非式解：解：逻辑笼统逻辑笼统输入变量：输入变量：主裁判为主裁判为A A，副裁判为，副裁判为B B、C C。判明胜利为判

11、明胜利为1 1，失败为，失败为0 0；输出变量：输出变量：举重胜利与否用变量举重胜利与否用变量Y Y表示，表示，胜利为胜利为1 1，失败为，失败为0 0；逻辑真值表逻辑真值表卡诺图化简卡诺图化简 ABC0100011110Y YACABACABACABY 1 11逻辑电路图逻辑电路图ABACY&课本例题课本例题03.3 3.3 常用中规模规范组合逻辑电路常用中规模规范组合逻辑电路半加器：不思索低位进位将两个一位二进制数半加器：不思索低位进位将两个一位二进制数A A和和B B相加。相加。1.1.一位加法器一位加法器BABABAS ABCO 半加和半加和向高位的进位向高位的进位半加器真值表

12、半加器真值表COSCOAB半加器逻辑符号半加器逻辑符号 =1 & A B S C O半加器电路图 3.3.1 3.3.1 加法器加法器全加器：需思索低位进位将两个一位二进制数全加器：需思索低位进位将两个一位二进制数A A和和B B相加。相加。111111111 )( )()( iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBABACBABACBACBACBACBAS）（)( 111BACBACACBBACiiiiiiiiii全加和全加和向高位的进位向高位的进位=1=111&ABCISCO全加器逻辑电路全加器逻辑电路COSCOABCICI全加

13、器逻辑符号全加器逻辑符号2.2.多位加法器：两个多位二进制数相加。多位加法器：两个多位二进制数相加。串行进位加法器模拟手工计算方式串行进位加法器模拟手工计算方式 首先求最低位的和，并将进位向高位传送，由低向首先求最低位的和，并将进位向高位传送，由低向高逐次求各位的全加和，并依次将进位向高位传送，直高逐次求各位的全加和，并依次将进位向高位传送，直至最高位。每一位的相加结果都必需等到低一位进位产至最高位。每一位的相加结果都必需等到低一位进位产生以后才干建立，传输延迟时间长最差需求经过生以后才干建立，传输延迟时间长最差需求经过4个全个全加器的延迟时间。加器的延迟时间。CIABCOA0B0S0CIAB

14、COA1B1S1CIABCOA2B2S2CIABCOA3B3S3CO4 4位串行进位加法器位串行进位加法器超前进位加法器超前进位加法器例：试用两片例：试用两片4 4位超前进位加法器位超前进位加法器74LS28374LS283构成一个构成一个8 8位位加法器。加法器。解：低位芯片的高位进位输出端接高位芯片的低位进解：低位芯片的高位进位输出端接高位芯片的低位进位输入端。位输入端。高位高位低位低位 用文字、符号或数码表示特定对象的过程称为编码。在用文字、符号或数码表示特定对象的过程称为编码。在数字电路中用二进制代码表示有关的信号称为二进制编码。数字电路中用二进制代码表示有关的信号称为二进制编码。 实

15、现编码操作的电路就是编码器。按照被编码信号的不同特实现编码操作的电路就是编码器。按照被编码信号的不同特点和要求，有普通编码器、优先编码器、二点和要求，有普通编码器、优先编码器、二十进制编码器十进制编码器之分。之分。 运用编码技术可以大大减少数字电路系统中信号传输运用编码技术可以大大减少数字电路系统中信号传输线的条数，同时便于信号的接纳和处置。线的条数，同时便于信号的接纳和处置。例如：一个由例如：一个由8 8个开关组成的键盘，个开关组成的键盘， 直接接入：需求直接接入：需求8 8条信号传输线；条信号传输线； 编码器：只需求编码器：只需求3 3条数据线。每组输入形状对应一条数据线。每组输入形状对应

16、一组组3 3位二进制代码位二进制代码3.3.2 3.3.2 编码器编码器线线编码器线线编码器I3I4I5I6I7I0I1I2Y0Y1Y2输入：输入：I0I0I7 8I7 8个高电平信号，个高电平信号，输出：输出：3 3位二进制代码位二进制代码Y2Y1Y0Y2Y1Y0。 故也称为故也称为8 8线线3 3线编码器。线编码器。1.1.普通编码器普通编码器 用用n n位二进制代码可对位二进制代码可对N2nN2n个输入信号进展编码，输个输入信号进展编码，输出相应的出相应的n n位二进制代码。位二进制代码。特点：输入特点：输入I0I0I7I7当中只允许一个输入变量有效，即取值当中只允许一个输入变量有效，即

17、取值为为1 1高电平有效。高电平有效。三位二进制普通编码器三位二进制普通编码器3 3位二进制编码器的真值表位二进制编码器的真值表逻辑表达式：逻辑表达式：76542IIIIY76321IIIIY75310IIIIY 1 1 1Y2Y1Y0I1I2I3I4I5I6I7两位二进制普通编码器两位二进制普通编码器2. 32. 3位二进制优先编码器位二进制优先编码器3. 3. 集成集成8 8线线-3-3线优先编码器线优先编码器出3.3.3 3.3.3 译码器译码器DecoderDecoder 译码是编码的逆过程，即将具有特定含义的一组代码译码是编码的逆过程，即将具有特定含义的一组代码“翻译出它的原意的过程

18、叫译码。实现译码功能的逻辑翻译出它的原意的过程叫译码。实现译码功能的逻辑电路称为译码器。数字电路中，常用的译码器有二进制译电路称为译码器。数字电路中，常用的译码器有二进制译码器、二十进制译码器和显示译码器。码器、二十进制译码器和显示译码器。二进制译码器二进制译码器 设二进制译码器的输入端为设二进制译码器的输入端为n n个，那么输出端为个，那么输出端为2n2n个，且对应个，且对应于输入代码的每一种形状，于输入代码的每一种形状，2n2n个输出中只需一个有效为个输出中只需一个有效为1 1或为或为0 0，其他全无效为其他全无效为0 0或为或为1 1。2 2线线4 4线译码器：线译码器： 2 线线4 线

19、译码器线译码器 Y0 Y1 Y2 Y3 B A 输入输入输出输出A BY0 Y1 Y2 Y30 01 0 0 00 10 1 0 01 00 0 1 01 10 0 0 12 2线线4 4线译码器真值表线译码器真值表00mBAY 33mABY 22mBAY 11mBAY 逻辑函数：逻辑函数：2线线4线译码器电路线译码器电路液晶显示器液晶显示器LCDLCD：液晶是一种既具有液体的流动性又具：液晶是一种既具有液体的流动性又具有晶体光学特性的有机化合物。外加电场能控制它的透明有晶体光学特性的有机化合物。外加电场能控制它的透明度和显示的颜色，由此制成度和显示的颜色，由此制成LCDLCD。液晶显示器两个

20、电极上加液晶显示器两个电极上加50HZ500HZ 的交变电压。的交变电压。玻璃盖板 透明电极正面电极 反射电极公共电极液晶液晶加电场加电场未加电场未加电场符号符号暗灰色暗灰色优点：功耗极低；缺陷：亮度很低，呼应速度慢。优点：功耗极低；缺陷：亮度很低，呼应速度慢。透明色透明色2液晶显示器液晶显示器LCD000000111译码器的运用译码器的运用 数据选择器又称多路选择器数据选择器又称多路选择器(Multiplexer, (Multiplexer, 简称简称MUX)MUX)。每次在地址输入的控制下，从多路输入数据中选择一路输出，每次在地址输入的控制下，从多路输入数据中选择一路输出，其功能类似于一个

21、单刀多掷开关。其功能类似于一个单刀多掷开关。 数数据据选选择择器器表表示示图图3.3.4 3.3.4 数据选择器数据选择器_+cb3.4 3.4 组合电路中的竞争冒险组合电路中的竞争冒险 一、竞争与冒险景象一、竞争与冒险景象 在组合电路中，某一输入变量经不同途径传输后，由在组合电路中，某一输入变量经不同途径传输后，由于门电路的传输延迟时间的不同，那么到达电路中某一会于门电路的传输延迟时间的不同，那么到达电路中某一会合点的时间有先有后，这种景象称为竞争。合点的时间有先有后，这种景象称为竞争。1A&FFAAtpd 由于竞争而使电路输出出现不符合门电路稳态下的逻由于竞争而使电路输出出现不符合

22、门电路稳态下的逻辑功能的景象，即出现了尖峰脉冲毛刺，这种景象称辑功能的景象，即出现了尖峰脉冲毛刺，这种景象称为冒险。为冒险。0AAF 正脉冲正脉冲“1 1型冒险型冒险1&BACF1AAtpdABACFCAABF ABAC1AAF 当当B=C=1B=C=1时，时，留意：竞争的存在不一定都会产生冒险毛刺。留意：竞争的存在不一定都会产生冒险毛刺。由于不同的传输途径的门电路的延迟呵斥的竞争由于不同的传输途径的门电路的延迟呵斥的竞争 自竞争。自竞争。负脉冲负脉冲“0 0型冒险型冒险&ABYABY 由于门电路的两个输入信号同时向相反的电平跳变时由于门电路的两个输入信号同时向相反的电平跳变时

23、有时间差呵斥的竞争有时间差呵斥的竞争 互竞争。互竞争。 一个变量以原变量和反变量出如今逻辑函数一个变量以原变量和反变量出如今逻辑函数F F中时，那中时，那么该变量是具有竞争条件的变量。假设消去其他变量令么该变量是具有竞争条件的变量。假设消去其他变量令其他变量为其他变量为0 0或或1 1，留下具有竞争条件的变量，留下具有竞争条件的变量，假设函数出现假设函数出现那么产生负的尖峰脉冲的冒险景象，那么产生负的尖峰脉冲的冒险景象，“0 0型冒险；型冒险；假设函数出现假设函数出现那么产生正的尖峰脉冲的冒险景象，那么产生正的尖峰脉冲的冒险景象，“1 1型冒险。型冒险。 二、竞争冒险景象的检查方法二、竞争冒险

24、景象的检查方法1. 1. 代数识别法代数识别法AAF AAF 3.5 3.5 组合逻辑电路中的竞争与冒险组合逻辑电路中的竞争与冒险 CAABY ”型型冒冒险险存存在在“时时，当当0 AAY1CB 例：用代数识别法检查竞争冒险景象。例：用代数识别法检查竞争冒险景象。解：解：A A是具有竞争条件的变量。是具有竞争条件的变量。3.5 3.5 组合逻辑电路中的竞争与冒险组合逻辑电路中的竞争与冒险 CABAACY 例：用代数识别法判别电路能否存在冒险景象。例：用代数识别法判别电路能否存在冒险景象。解：解：A A和和C C是具有竞争条件的变量。是具有竞争条件的变量。型冒险型冒险存在存在变量变量时，时，当当0A AAY1CB 变量变量C C不存在冒险景象。不存在冒险景象。3.5 3.5 组合逻辑电路中的竞争与冒险组合逻辑电路中的竞争与冒险 假设两卡诺圈相切，而相切处又未被其它卡诺圈包围，假设两卡诺圈相切，而相切处又未被其它卡诺圈包围，那么能够发生冒险景象。那么能够发生冒险景象。如图，图上两卡诺圈相切，当输入变量如图，图上两卡诺圈相切，当输入变量ABCABC由由011011变为变为111111时，时，Y Y从一个卡诺圈进入另一个卡诺圈，假设把圈外函数从一个卡诺圈进入另一个卡诺圈，假设把圈外函数值视为值视为0 0，那么函数值能够按，那么函数值能够按