第8章逻辑电路的分析

1、电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用第第8章章 逻辑电路的分析逻辑电路的分析 洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术本章小结本章小结第第3节时序逻辑电路的分析节时序逻辑电路的分析 第第2节触发器电路节触发器电路 第第1节组合逻辑电路的分析与设计节组合逻辑电路的分析与设计 第第8 8章章逻辑电路逻辑电路的分析的分析 洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计v 在任何时刻，输出状态只取决于同一时刻各输入状态的组合，而与先前状态无关的逻辑电路称为组合逻

2、辑电路。组合逻辑电路有两大任务：一是组合逻辑电路的分析；二是组合逻辑电路的设计。所谓分析，就是对给定的组合逻辑电路，找出其输入与输出的逻辑关系，或者描述其逻辑功能、评价其电路是否为最佳设计方案。而设计则是依据给定的逻辑功能设计出所用门电路最少并且连线简单的逻辑电路。v 其特点是：（1）输入、输出之间没有反馈延迟通路；（2）电路中不含记忆单元。 洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析 步骤步骤v (1)根据给定的逻辑电路写出输出逻辑函数式v 在列写逻辑电路的表达式时首先从输入端向输出端逐级写出各个门输出对其输入的

3、逻辑表达式，然后写出整个逻辑电路的输出状态对输入变量的逻辑函数，并对写出的逻辑函数式进行化简，即可求出输出逻辑函数的最简表达式。v (2)列出逻辑函数的真值表v 将输入变量的状态以自然二进制数顺序的各种取值组合代入逻辑函数式，求出相应的输出状态并填入表中，即可得到逻辑函数的真值表。v (3)分析逻辑功能v 根据真值表的特点分析该电路的逻辑功能。洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析 步骤步骤v 注意：v 以上步骤应视具体情况灵活处理，不要生搬硬套。在许多情况下，分析的目的或者是为了确定输入变量不同取值时功能是否

4、满足要求：或者是为了变换电路的结构形式，例如将与或结构变换成与非结构等；或者是为了得到输出函数的标准与或表达式，以便用中、大规模集成电路实现之。 洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的分析v 【例】分析如图所示电路的逻辑功能v 解：（1）写出函数的逻辑表达式并化简可得&G1&G2&G3&G4ABY1XY2YABBABXAXBXAXYYY)(21BABABABA)(（2）列出该逻辑函数的真值表如表 ABY000011101110由此表可见，该电路具有“相同出0，不同出1”的逻辑功能，这样的电路叫异或门电路，逻辑符号：

5、BAY来表示。洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计 v 组合逻辑电路的设计主要是依据给定的逻辑功能，找出输出信号与输入信号的关系，由真值表写出逻辑表达式并化简，设计出所用门电路最少且连线简单的逻辑电路。逻辑电路的设计主要由以下步骤：v (1)确定逻辑变量v 根据设计要求，确定输入与输出变量的个数，以及确定“1”与“0”的含义。v (2)列真值表v 根据题设要求及以上分析，列出该逻辑功能的真值表。v (3)写表达式v 根据列出的真值表写出逻辑表达式并化简。 洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术

6、基础与工程应用-电子电子技术技术8.28.2触发器电路触发器电路 v 在组合逻辑电路中，电路是由各种类型的门电路组合而成的。这些电路的共同特点是：任何时刻电路的输出逻辑值与该时刻输入的逻辑值有关，逻辑电路的输出没有回送到输入，不具备存储记忆功能，其逻辑功能也比较简单。在数字系统中，为了按一定程序进行运算，有时还需要电路具有存储和记忆功能，且需要按时间顺序变化，即电路的输出状态只有在某些特定的时候才可能发生变化。输出状态不仅取决于当时的输入状态，而且还和电路原来的输出状态以及时钟脉冲信号有关，实现这一功能的基本器件就是触发器。 洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用

7、-电子电子技术技术8.28.2触发器电路触发器电路v 触发器是构成数字逻辑系统的基本逻辑单元。具有以下两个明显的特征：v 第一、具有两个能自行保持的稳定状态，并且这两个稳定状态可以用二进制数。0和1来表示。当没有外来触发信号时，将维持一个稳定状态永久不变。v 第二、根据不同的实际需要，触发器可以预置成0，也可以预置成1。洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术基本基本RSRS触发器触发器 v 触发器的逻辑功能可以用特性表，特性方程和波形图以及状态转换图等描述。 图8.1 基本RS触发器构成 图8.2图形符号洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程

8、应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术基本基本RSRS触发器触发器v （1）当 =0， =1时，不论现态是0还是1，G2门输出为“1”，然后可以得到G1门的两个输入端都为高电平，从而使其输出为“0”v （2）当 =1， =0时，不论现态是0还是1，都有强制使G1门输出为“1”，然后可以得到G2门的两个输入端都为高电平使输出为“0” v （3）当 = =1时，两个与非门的状态由原来的输出状态决定，显然，触发器保持原来的状态不变。DSDSDSDSDRDRDRDR洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术基本基本RSRS触发器触发器v ）当 = =0

9、时，显然不论原来触发器的输出为何种状态，都将有两个与非门的输出端同时为“1”，但是在两个输入脉冲同时消失后，触发器的输出将不能保持刚才的状态，最后的稳定状态是0还是1将由各种偶然的因素决定，因此这种情况被称为不确定状态，在电路中应当避免的。 DSDR洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术可控可控RSRS触发器触发器v 基本的RS触发器结构简单，但其功能单一，在较复杂的数字逻辑系统中可能要用到很v 多的触发器，如此多的逻辑器件要能够有条不紊地工作，应该有一个统一的指挥，这就是时v 钟脉冲，将时钟脉冲应用到基本Ks触发器中，即为可控RS触发器 (也称

10、为同步Rs触发器)。v 当时钟脉冲信号没有来到时，即便输入信号发生变化，输出也不会发生变化，只有当时钟脉冲信号来到后，输入信号才起作用，并引起触发器输出状态的转换，按照时钟脉冲控制触发方式的不同，又可以把触发方式分为电平触发和边沿触发。洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术可控可控RSRS触发器触发器图8.3 可控RS触发器构成 图8.4图形符号洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术可控可控RSRS触发器触发器v 当时钟脉冲信号CP=0时，不论输入信号是否变化，G3，G4被封锁，其两个输出端输出“1

11、“，而G1，G2 基本触发器的输出状态将保持初始化时的状态不变。只有当时钟脉冲信号CP=1时，R、S端的输入信号才可以通过导引电路使基本RS触发器的状态翻转，输出状态由输入端和电路原来的状态共同决定 洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术可控可控RSRS触发器触发器nQSR0011010101不确定1nQn状态表洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术 JK JK触发器触发器v 为了克服同步RS触发器的空翻现象，可以采用边沿触发器，这种触发器的特点是触发器只在时钟脉冲CLK发生跳变的时刻才发生翻转，并

12、且触发器的次态仅取决于现态和CLK跳变前输入端的状态，在其它时刻输入端的变化都不会对输出产生影响。避免了高电平持续期间发生空翻现象，大大提高了触发器的抗干扰能力，增加了电路工作的可靠性，可以直接用于信号的计数和存储；由于JK触发器没有约束条件，故在工作中不用考虑到两个输入端之间的约束关系。洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术 JK JK触发器触发器 图8.7 JK触发器构成 图8.8图形符号洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术 JK JK触发器触发器v 【例】 设下降沿触发的JK触发器的时钟脉冲

13、和J、K信号波形如图所示，画出输出端Q的波形。（设触发器的初始状态为0）洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术各触发器之间的转换各触发器之间的转换 CP DS DR。QQ。TCPJK DS DR。QQ。1Dn图8.9 K触发器转换为D触发器 图8.10 JK触发器转换T触发器洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析 洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析【例】 分析如下图所示的时序逻

14、辑电路的功能洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析v 解: 了解电路的组成： 电路是由二个T触发器组成的同步时序电路。v 根据电路列出三个方程组v 输出方程组：v Y=AQ1Q0 ，v 激励方程组：T0=A T1=AQ0。v 将激励方程组代入T触发器的特性方程组得状态方程组：洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析nnnnQTQTQTQ1nnQAQ010nnnQAQQ1011)(n状态方程组：洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与

15、工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析nnQQ01YQQnn/1011A=0A=10000/001/00101/010/01010/011/01111/000/1状态表 洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析v画出时序图洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析v 逻辑功能分析v 观察时序图可知，电路是由一个信号A控制的可控二进制计数器。当A等于0时停止计数；当A等于1时，CP上升沿到来

16、后，电路状态值加1，一旦计数到11时，Y输出1，且电路状态在下一个CP上升沿回到00，输出信号Y的下降沿可用于触发进位操作。洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术小小 结结v 组合逻辑电路是输出状态只决定于同一时刻输入而不具备记忆功能的一种逻辑电路，可以由门电路或其它器件构成。v 分析组合逻辑电路的目的是为了确定其功能，大致步骤是首先根据逻辑图写出表达式并化简后列出真值表，并根据真值表来判断其逻辑功能。v 设计逻辑电路是根据实际需要按照简单、经济、实用的原则通过逻辑电路来实现。大致步骤是首先根据要求列出真值表，然后根据真值表写出逻辑表达式并化简，根据化简后的表达式画出逻辑图。洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子电子技术技术小小 结结v 触发器是具有记忆功能的基本逻辑单元，常用来保存二进制信息和组成计数器等时序逻辑电路。描述触发器逻辑功能的方法主要有特性表，特性方程以及状态转换图和时序图等。v 时序逻辑电路是由触发器组成的，其输出不仅和输入有关，还与电路原来的状态有关，电路的状态由触发器记忆和表现出来。洁明过滤系统洁明过滤系统电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用