第4章 组合逻辑电路1

第四章组合逻辑电路4.1概述4.2组合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（用集成译码器、数据选择器实现组合电路的设计）4.4组合逻辑电路中的竞争冒险现象1结构特点：组合逻辑电路仅仅由门电路组成，电路中无记忆元件，输入与输出之间无反馈。时序逻辑电路电路中有记忆元件，输入与输出之间有反馈。4.1概述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。一、组合逻辑电路特点组合逻辑电路（功能特点）：该电路在任一时刻输出的稳定状态，仅取决于该时刻的输入信号，而与输入信号作用前电路所处的状态无关。时序逻辑电路（功能特点）：任一时刻的输出信号不但取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来所处的状态。2输出信号S、CO仅仅与输入信号有关系。例如：CI3二、组合逻辑电路逻辑功能的描述：真值表、逻辑函数式、逻辑图、卡诺图如上例：逻辑函数式、逻辑图见上页真值表卡诺图ABCISCO0000000110010100110110010101011100111111

BCIA000111100010111010

BCIA000111100001010111SCO功能全加器4向量函数形式：

Y=F(A)组合逻辑电路……a1any1ym对于多输入多输出的逻辑函数的一般形式，如：组合电路研究的内容：分析、设计给定逻辑图得到逻辑功能分析

给定逻辑功能画出逻辑图设计54.2组合逻辑电路的分析方法和设计方法

分析组合逻辑电路,一般是根据已知的逻辑电路,找出其逻辑函数表达式,或写出其真值表,从而了解其电路的逻辑功能有时分析的目的在于检验所设计的逻辑电路是否能实现预定的逻辑功能。分析过程一般包含4个步骤：4.2.1组合逻辑电路的分析方法电路→电路的逻辑功能(真值表)6例1：分析下图的逻辑功能。

=1011F=A=0101F=B选通电路M=1时，F=AM=0时，F=B二选一电路7

分析组合逻辑电路的一般步骤：①用文字或符号标出各个门的输入或输出。②从输入端到输出端逐级写出输出函数对输入变量的逻辑函数表达式，也可由输出端向输入端逐级推导，最后得到以输入变量表示的输出逻辑函数表达式。③用逻辑代数或卡诺图化简或变换各逻辑函数表达式，或列出真值表。④根据真值表或逻辑函数表达式确定电路的逻辑功能。8例2：试分析如下图电路的逻辑功能。

ⅰ.写出逻辑函数表达式9ⅱ.画出逻辑真值表：总结逻辑功能：

可以看出，当DCBA表示的二进制数小于或等于5时Yo为1，这个二进制数大于5且小于11时Y1为1，当这个二进制数大于或等于11时Y2为1。因此，这个逻辑电路可以用来判别输入的4位二进制数数值的范围。104.2.2、组合逻辑电路的设计方法：根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路。设计步骤如下：1.进行逻辑抽象，将一个实际的逻辑问题抽象为一个逻辑函数。首先分析所给实际逻辑问题的因果关系，将引起事件的原因定为输入变量，所产生的结果作为输出函数，然后定义逻辑状态的含义，再分别以0和1给以逻辑赋值，画出真值表。2.根据真值表可写出输出逻辑函数的“与或”表达式。3.将输出逻辑函数表达式进行化简或变换。4.根据化简或变换后的输出逻辑函数表达式，画出其逻辑图。5.选定器件（门、PLD）、版图工艺设计。包括设计机箱、面板、电源、显示电路、控制开关等等。最后还必须完成组装、测试。基本步骤公式法、图形法11

例1：设计三人表决电路，结果按“少数服从多数”的原则决定（3）化简:（2）由真值表写出逻辑表达式ABCY000001010011100101110111

BCA000111100001010111Y解：（1）列真值表：（4）画出逻辑图。0001011112画出逻辑图用与非门实现：将表达式转换成与非—与非表达式

用与或非门实现：

BCA00011110000101011113解：设红、绿、黄灯分别用A、B、C表示，且灯亮为1，灯灭为0。结果用Z表示，出故障Z=1，正常Z=0。例2：设计一个监视交通信号灯工作状态的电路。正常工作状态下，红、绿、黄灯必须有一盏、而且只允许有一盏灯点亮。ABCZ00010010010001111000101111011111真值表

BCA000111100101010111卡诺图表达式逻辑图14与非与非表达式与或非表达式

BCA000111100101010111ABCABC154.3若干常用的组合逻辑电路4.3.1编码器二进制编码——将特定的逻辑信号编为一组二进制代码。编码器——能够实现编码功能的逻辑电路称为编码器。2个信号→用1位二进制信号进行编码4个信号→用2位二进制信号进行编码8个信号→用3位二进制信号进行编码一般而言，N个不同的信号，至少需要n位二进制数编码。N和n之间满足下列关系:

2n≥N

编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法器等等16N=2nn位二进制普通编码器N=10二---十进制普通编码器编码器普通编码器优先编码器任何时刻只允许输入一个编码信号任何时刻可输入多个编码信号，但编码器只对其中优先级别最高的信号进行编码。N=2nn位二进制优先编码器N=10二---十进制优先编码器17一、普通编码器2位二进制普通编码器：4个输入，2个输出可列出真值表：I0I1I2I3Y1Y0100001000010000100000011010101100111100110101011110011011110111100011011××××××××××××××××××××××××I0I1I2I3Y0Y1编码器18

I2I3I0I10001111000×1×1010×××11×

××

×100×××

I2I3I0I10001111000×1×0011×××11×

××

×100×××Y1=I2+I3Y0=I1+I3电路图：I0I1I2I3Y1Y0100001000010000100011011I3I2I1Y0Y1I019任何时刻只允许输入一个信号：变量互相排斥的逻辑函数变量互相排斥的逻辑函数真值表可以简化。I0I1I2I3Y1Y01000000100010010100001110000××............1111××输入Y1Y0I000I101I210I311Y1=I2+I3Y1=I2+I3Y0=I1+I3Y0=I1+I320

3位二进制编码器有8个输入端，3个输出端，所以常称为8线—3线编码器。3位二进制编码器真值表：（输入为高电平有效）1000000001000000001000000001000000001000000001000000001000000001000001010011100101110111输入编码输出Y1Y0Y2I6I3I7I2I0I4I1I5I0I1I2I3Y0Y2编码器I4I5I6I7Y121简化真值表：Y2Y1Y0I0I1I2I3I4I5I6I7表达式电路图0000010100110010110111I3I2I1I6I5I4I7Y2Y0Y122允许同时输入两个以上信号，不过在设计优先编码器时，事先要对输入信号按优先顺序排队，当几个信号同时输入时，只对其中优先权最高的一个进行编码。二．优先编码器输入信号：I3、I2、I1、I0优先级别：高→┄→低输入信号高电平有效可列出真值表：I0I1I2I3Y1Y0×××1××10×1001000写出表达式:4线----2线优先编码器：11100100画出电路图：I3I2Y1I1Y023I0I1I2I3Y1Y0×××111××1010×10001100000输入信号低电平有效输入信号高电平有效I0’I1’I2’I3’Y1’Y0’×××000××0101×01110011111I3I2Y1I1Y0248个输入I0~I7，3个输出Y2、Y1、Y0，输入高电平有效。输入信号以I7的优先权最高，I0的优先权最低。电路图：用与、或门实现（略）8线－3线优先编码器00000000000问题25若输入低电平有效电路图：用三个与或非门实现。1111111111126选通信号加选通信号S'

S'=0时电路工作

S'=1时电路不工作加选通输出端构成集成8线－３线优先编码器27集成8线－３线优先编码器：74HC148选通输入控制端：选通输出端：扩展端：附

加

输

出

信

号28→选通输入控制端：→选通输出端：→扩展端：时，电路工作时，电路不工作时，电路工作，有编码信号输入。扩展电路功能：G１门、G２门、G３门组成控制电路。时，电路工作，但无编码信号输入时电路不工作或电路工作且有编码信号输入时电路不工作或工作无编码信号输入。2974HC148的真值表：不工作工作、无编码工作、有编码3074HC148集成电路图形符号74LS148集成电路外引线排列74LS1481

2

34

5

6

7

8161514

13

1211109GNDVCC31例：试用两片74HC148接成16线－4线优先编码器，将A0'～A15'