重庆科创职业学院-组合逻辑电路

第3章 组合逻辑电路分析与设计3.1组合逻辑电路概述3.2组合逻辑电路的分析与设计方法3.3常用集成组合逻辑电路3.4组合逻辑电路中的竞争-冒险现象3.1组合逻辑电路概述一、组合逻辑电路的特点从功能上从电路结构上任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入不含记忆（存储）元件二、逻辑功能的描述组合逻辑电路组合逻辑电路的框图给定——逻辑图分析——电路的逻辑功能步骤：根据逻辑图逐级写出表达式根据表达式化简根据最简表达式列真值表根据真值表说明逻辑功能对电路进行评价和改进*3.2.1组合逻辑电路的分析方法3.2组合逻辑电路的分析与设计方法

解：①

②F=AABC+BABC+CABC=ABC(A+B+C)=ABC+ABCABCCABCBABCAABC

ABCABCF【例1】④功能分析ABC

F00010010010001101000101011001111真值表当输入完全一致时，输出为“1”，常称之为“一致电路”=ABC+ABCF③⑤电路评估电路并不是最佳的，进一步转换：

F=ABC+ABC=ABC+A+B+CABCF【例2】ABABBABAY0=ABAABB=ABA+ABB=AB+ABY1=ABABY0Y10000011010101101逻辑功能：一位二进制加法。

Y0:本位和；Y1：进位位。组合电路如图所示，分析该电路的逻辑功能。ABY0Y11&&&&对比P65例3-2【例3】分析下面组合电路的逻辑功能。Y=SA1A0D3SA1A0D2SA1A0D1SA1A0D0Y=SA1A0D3+SA1A0D2+SA1A0D1+SA1A0D0YD3SD2D1D0A0A1&&&&&111逻辑功能D3110D2100D101001D0000YA1A0S四选一数据选择器A1A0:选择控制(地址)D3D2D1D0:数据输入Y=SA1A0D3+SA1A0D2+SA1A0D1+SA1A0D0S:使能端(选通端、片选端)

低电平有效YD3SD2D1D0A0A1&&&&&111D3D2D1D0A1A0S1MUXY【例4】分析下面组合电路的逻辑功能。Y1Y2Y311AB>1>1>1Y1=A+B=ABY3=A+B=ABY2=A+BA+B+=(A+B)(A+B)=AB+ABABY1000010101110Y2Y310010010功能:

当A>B时,Y1=1

当

A=B时,Y2=1

当

A<B时,Y3=1

是一位数值比较器一、逻辑抽象分析因果关系，确定输入/输出变量定义逻辑状态的含意（赋值）列出真值表二、写出函数式三、选定器件类型四、根据所选器件：对逻辑式化简（用门） 变换（用MSI） 或进行相应的描述（PLD）五、画出逻辑电路图，或下载到PLD六、工艺设计3.2.2组合逻辑电路的一般设计方法【例1】设计一三人表决电路。设计要求：多数赞成通过，反之不通过。并用与非门实现该电路。1.设定变量：用A、B、C和Y分别表示输入和输出信号；2.状态赋值:赞成用1表示，反之用0表示。表决结果用指示灯表示；灯亮表示1，不亮表示0；3.列真值表：ABC000001010011100101110111Y000011113.写逻辑函数表达式并化简：Y=ABC+ABC+ABC+ABC=AB+AC+BC=ABACBC5.画出逻辑图：三人表决电路10A+5VBCY&&&&R=ABACBCY设计一个监视交通信号灯状态的逻辑电路如果信号灯出现故障，Z为1RAGZ【例2】1.逻辑抽象并状态赋值输入变量:红（R）、黄（A）、绿（G）1表示灯亮，0表示灯不亮输出变量：故障信号（Z）1表示有鼓掌，0表示无故障2.写出逻辑表达式输入变量输出RAGZ00010010010001111000101111011111解：3.选用小规模SSI器件4.化简5.画出逻辑图3.3.1加法器一、1位加法器1.半加器，不考虑来自低位的进位，将两个1位的二进制数相加输入输出ABSCO00000110101011013.3常用集成组合逻辑电路2.全加器：将两个1位二进制数及来自低位的进位相加输入输出ABCISCO000000011001010011011001010101110011111174LS18374HC183二、多位加法器串行进位加法器优点：简单缺点：慢2.超前进位加法器基本原理：加到第i位的进位输入信号是两个加数第i位以前各位（0~i-1）的函数，可在相加前由A,B两数确定。优点：快，每1位的和及最后的进位基本同时产生。缺点：电路复杂。74LS283超前进位加法器举例：74LS283（P72引脚排列图）相加结果读数为C3S3S2S1S0

4位二进制加数B输入端

4位二进制加数A输入端低位片进位输入端本位和输出端向高位片的进位输出A3A2A1A0B3B2B1B0CI0CO4F3F2F1F0S3S2S1S0C3∑CT74LS283逻辑符号三、用加法器设计组合电路基本原理：若能生成函数可变换成输入变量与输入变量相加若能生成函数可变换成输入变量与常量相加一、将BCD的8421码转换为余3码输入输出DCBAY3Y2Y1Y000000011000101000010010100110110010001110101100001101001011110101000101110011100二、加法器的级联A3A2A1A0B3B2B1B0C0-1C3S3S2S1S0S3S2S1S0∑A3A2A1A0B3B2B1B0C0-1C3S3S2S1S0S7S6S5S4CO∑3.3.2编码器电路分析编码：把二进制代码按一定的规律编排，使每组代码具有一定特定的含义称为编码。编码器：能够实现编码功能的逻辑电路称为编码器。分类普通编码器优先编码器一、普通编码器特点：任何时刻只允许输入一个编码信号。例：3位二进制普通编码器输入输出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y01000000000001000000001001000000100001000001100001000100000001001010000001011000000001111利用无关项（任何时刻I0-I7仅有一个取值为1，输入变量的其他取值情况均为约束项）化简，得：二、优先编码器特点：允许同时输入两个以上的编码信号，但只对其中优先权最高的一个进行编码。例：8线-3线优先编码器（设I7优先权最高…I0优先权最低）输入输出I0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0XXXXXXX1111XXXXXX10110XXXXX100101XXXX1000100XXX10000011XX100000010X100000000110000000000低电平实例：

74LS148选通信号选通信号只有在

=0的条件下，编码器才能正常工作。附

加

输

出

信

号为0时，电路工作无编码输入为0时，电路工作有编码输入输入输出1XXXXXXXX11111011111111111010XXXXXXX0000100XXXXXX01001100XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110状态11不工作01工作，但无输入10工作，且有输入00不可能出现附加输出信号的状态及含意控制端扩展功能举例：例： 用两片8线-3线优先编码器

16线-4线优先编码器其中，的优先权最高···状态11不工作01工作，但无输入10工作，且有输入00不可能出现第一片为高优先权只有(1)无编码输入时，(2)才允许工作第(1)片

时表示对

的编码低3位输出应是两片的输出的“或”3.3.2译码器译码：将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号或另外一个代码。常用的有：二进制译码器，二-十进制译码器，显示译码器等一、二进制译码器例：3线—8线译码器输入输出A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000真值表逻辑表达式：输入输出A2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000集成译码器实例：74LS138低电平输出附加控制端74LS138：还可用作数据分配器74LS138的功能表：输入输出S1A2A1A00XXXX11111111X1XXX1111111110000111111101000111111101100101111101110011111101111010011101111101011101111110110101111111011101111111利用附加控制端进行扩展例：用74LS138（3线—8线译码器）

4线—16线译码器

4线-16线译码器74LS138(1)74LS138(2)D3=1D3=0二、二—十进制译码器将输入BCD码的10个代码译成10个高、低电平的输出信号。

BCD码以外的伪码，输出均无低电平信号产生例：74HC42三、显示译码器1.七段字符显示器如：2.BCD七段字符显示译码器 （代码转换器）7448111100001111400000001111151101001101113110001000111210011001101111011000010110110011110019111111100018000011111107111110001106110110110105110011000104100111111003101101101002000011010001011111100000字形YgYfYeYdYcYbYaA0A1A2A3数字输出输入真值表卡诺图BCD－七段显示译码器7448的逻辑图7448的附加控制信号：（1）灯测试输入当时，Ya~Yg全部置为17448的附加控制信号：（2）灭零输入当时，时，则灭灯7448的附加控制信号：（3）灭灯输入/灭零输出输入信号，称灭灯输入控制端：无论输入状态是什么，数码管熄灭输出信号，称灭零输出端：只有当输入，且灭零输入信号时，才给出低电平因此表示译码器将本来应该显示的零熄灭了

例：利用和的配合，实现多位显示系统的灭零控制

整数部分：最高位是0，而且灭掉以后，输出作为次高位的输入信号小数部分：最低位是0，而且灭掉以后，输出作为次低位的输入信号思考：已知X是3位二进制数（其值小于等于5），试实现Y=3X并用7段数码管进行显示?Y=3X？D2D1D0四、用译码器设计组合逻辑电路1.基本原理

3位二进制译码器给出3变量的全部最小项;

。。。

n位二进制译码器给出n变量的全部最小项;

任意函数 将n位二进制译码输出的最小项组合起来，可获得任何形式的输入变量不大于n的组合函数2.举例例：利用74HC138设计一个多输出的组合逻辑电路，输出逻辑函数式为：3.3.3数据选择器一、工作原理A1A0Y11XX0000D10001D11010D12011D13例：“双四选一”，74HC153

分析其中的一个“四选一”例：用两个“四选一”接成“八选一”“四选一”只有2位地址输入，从四个输入中选中一个“八选一”的八个数据需要3位地址代码指定其中任何一个二、用数据选择器设计组合电路1.基本原理

具有n位地址输入的数据选择器，可产生任何形式的输入变量不大于n+1的组合函数例如：3.3.5数值比较器用来比较两个二进制数的数值大小一、1位数值比较器A,B比较有三种可能结果原理：从高位比起，只有高位相等，才比较下一位。例如：二、多位数值比较器2.集成电路CC14585实现4位二进制数的比较3.比较两个8位二进制数的大小74LS85(1)74LS85(2)数据同比较器—例分析下面组合逻辑电路的逻辑功能S2S1S0ES3S2S1YYD7D6D5

D4D3D2

D1D0

Y7Y6Y5

Y4Y3Y2

Y1Y0

A2A1A074LS15174LS138A2A1A0B2B1B0AB比较结果：若A=B，则Y=0，反之，Y=1。只能比较两个二进制数是否相同，而不能比较其大小。3.4组合电路的竞争与冒险竞争：信号经不同路径到达某一点时，所用的时间不同，这个时间差称之为竞争。冒险：由于竞争使得电路产生了暂时错误输出称之为冒险。说明:(1)一般来说，时延对数字系统是有害的，它会降低系统的工作的速度，还会产生竞争冒险现象。(2)竞争和冒险是对电路的，而不是针对函数的。一、竞争、冒险二、产生原因器件延时不同。信号路径不同。三、冒险举例干扰信号1型冒险0型冒险检查是否存在某个变量X，它同时以原变量和反变量的形式出现在函数表达式中；1、代数法：如果上述现象存在，则检查表达式是否可在一定条件下成为X+X或者