数字电子技术4

数字电子技术14组合逻辑电路

对于一个逻辑电路，其输出状态在任何时刻只取决于同一时刻的输入状态，而与电路原来的状态无关，这种电路被定义为组合逻辑电路。

24组合逻辑电路组合逻辑电路的逻辑关系组合逻辑电路的结构特点：

(1)输出、输入之间没有反馈延迟通路；

(2)电路中不含具有记忆作用的元件。34组合逻辑电路4.1组合逻辑电路分析4.2组合逻辑电路的设计4.3组合逻辑电路中的竞争冒险4.4若干典型的组合逻辑集成电路4.5组合可编程逻辑器件4.6用VerilogHDL描述组合逻辑电路

作业44.1组合逻辑电路分析目的：步骤：

(1)根据逻辑电路，从输入到输出，写出各级逻辑函数表达式，直到写出最后输出端与输入信号的逻辑函数表达式。

(2)将各逻辑函数表达式化简和变换，以得到最简单的表达式。

(3)根据简化后的逻辑表达式列出真值表。

(4)根据真值表和简化后的逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定其功能。给定电路确定逻辑功能54.1组合逻辑电路分析例：已知逻辑电路如图4.1.1所示，分析该电路的功能。解：1、输出的逻辑表达式

2、真值表

64.1组合逻辑电路分析74.1组合逻辑电路分析

3、确定逻辑功能

分析总结真值表，得到变化规律。

分析真值表后可知，当A、B、C三个输入变量的取值中有奇数个1时，L为1，否则为0。该电路可用于检查3位二进制码的奇偶性，当输入电路的二进制码中含有奇数个l时，输出1为有效信号，所以称为奇校验电路。如果在上述电路的输出端再加一级反相器，当输入电路的二进制码中含有偶数个l时，输出为1，则称此电路为偶校验电路。84.1组合逻辑电路分析94.1组合逻辑电路分析例：试分析图4.1.3所示组合逻辑电路的逻辑功能。104.1组合逻辑电路分析A=0,X=A、Y=B、,Z=C逻辑功能：对输入的二进制数求反码。最高位是符号位。0表示正数，1表示负数。正数的反码与原码相同，负数的反码是符号位不变，数值部分逐位取反。114.2组合逻辑电路的设计

组合逻辑电路的设计与分析过程相反，对于提出的实际逻辑问题，得出满足这一逻辑问题的逻辑电路。通常要求电路简单，所用器件的种类和每种器件的数目尽可能少。用最少的门电路来组成逻辑电路，使电路结构紧凑，工作可靠而且经济。电路的实现可以采用小规模集成门电路、中规模组合逻辑器件或者可编程逻辑器件。因此，逻辑函数的化简也要结合所选用的器件进行。124.2组合逻辑电路的设计

组合逻辑电路的设计步骤：

(1)明确实际问题的逻辑功能。

许多实际设计要求是用文字描述的，因此，需要确定实际问题的逻辑功能，并确定输入、输出变量数及表示符号。

(2)根据对电路逻辑功能的要求，列出真值表。

(3)由真值表写出逻辑表达式。

(4)简化和变换逻辑表达式，从而画出逻辑图。13例：某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试用两输入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路，3个指示灯一、二、三号分别对应特快、直快和慢车。列车的优先级别依次为特快、直快和慢车，要求当特快列车请求进站时，无论其他两种列车是否请求进站，一号灯亮。当特快没有请求，直快请求进站时，无论慢车是否请求，二号灯亮。当特快和直快均没有请求，而慢车有请求时，三号灯亮。4.2组合逻辑电路的设计输入：三种类型（特、直、慢）I0、I1、I2输出：3个指示灯（特、直、慢）L0、L1、L2144.2组合逻辑电路的设计输入输出I0I1I2L0L1L2000001010011100101110111000001010010010000111000154.2组合逻辑电路的设计L0L2L1I0I2I111110000I1I1I2I2I0I00000001110000000164.2组合逻辑电路的设计用两输入与非门和反相器设计表达式变换表达式的变换不能改变逻辑关系！174.2组合逻辑电路的设计三个2输入与非门一片74HC00IC（四2输入与非门）五个反相器一片74HC04IC（六反相器）或者两片74HC00IC（四2输入与非门）18某地下工程施工坑道中安装A、B两台抽水机以排积水，在坑道内按从高到底顺序在H、M、L三点各安装一个传感器。当水位高于H时须同时开动A和B,当水位处于H、M之间时只须开动A，当水位处于M、L之间时只须开动B,当水位低于L时A和B皆停机。设计一个控制两台抽水机工作的逻辑电路。HML输入：H、M、L输出：A、B定义：到位为1开动为1HMLAB194.2组合逻辑电路的设计例：试设计一个码转换电路，将4位格雷码转换为自然二进制码。可以采用任何逻辑门电路来实现。204.2组合逻辑电路的设计输出逻辑函数、化简参看P133变换表达式：变换的宗旨是在满足设计要求的前提下，减少所用器件数目和种类，使电路得到简化。214.2组合逻辑电路的设计观察表达式：两个与门、一个或门、两个反相器3个与非门、两个反相器或5个与非门1个异或门224.3组合逻辑电路中的竞争冒险一、产生竞争冒险的原因A=1,B=0L=0延时竞争冒险234.3组合逻辑电路中的竞争冒险一、产生竞争冒险的原因当一个逻辑门的两个输入端的信号同时向相反方向变化，而变化的时间由差异的现象，称为竞争。由竞争而可能产生输出干扰脉冲的现象称为冒险。或者244.3组合逻辑电路中的竞争冒险二、消去竞争冒险的方法1、发现并消去互补乘积项B=C=0消去254.3组合逻辑电路中的竞争冒险二、消去竞争冒险的方法

2、增加乘积项以避免互补项相加264.3组合逻辑电路中的竞争冒险二、消去竞争冒险的方法

3、输出端并联电容输出电阻外接电容LL’未接电容输出

现代数字电路或数字系统的分析与设计，可以借助计算机进行时序仿真，检查电路是否存在竞争冒险现象。274.4若干典型的组合逻辑集成电路一、编码器1、编码器的定义与工作原理

用一个二进制代码表示特定含义的信息称为编码。具有编码功能的逻辑电路称为编码器。284.4若干典型的组合逻辑集成电路一、编码器1、编码器的定义与工作原理

(1)普通编码器

电路略（参见P138)294.4若干典型的组合逻辑集成电路一、编码器1、编码器的定义与工作原理

(2)优先编码器304.4若干典型的组合逻辑集成电路一、编码器1、编码器的定义与工作原理例：8421BCD码编码器。输入指示314.4若干典型的组合逻辑集成电路324.4若干典型的组合逻辑集成电路2、集成电路编码器334.4若干典型的组合逻辑集成电路2、集成电路编码器优先级输出工作指示优先级输入344.4若干典型的组合逻辑集成电路例：16线-4线优先编码器EI1=0GS1=0EO1=0EI0=0GS0=0EO0=0GS=0L3L2L1L0=0000EI1=1A15~A8=0EO1=1GS1=0L3=0EI0=1A3=1GS0=1Y2Y1Y0=011L3L2L1L0=0011GS=1EI1=1A8=1EO1=0GS1=1GS0=0GS=1L3L2L1L0=1000优先级从高到低：A15~A0354.4若干典型的组合逻辑集成电路集成电路编码器小结：

1、编码器的用途：将输入信息转换为二进制编码。8线-3线。

2、编码器的用法：熟练掌握功能表。（1）信息输入有效信号；优先级；（2）输入控制有效信号；（3）输出：A、编码；B、控制信号

要求：画出应用电路逻辑图。364.4若干典型的组合逻辑集成电路二、译码器/数据分配器

1、译码器的定义与功能译码是编码的逆过程。 功能是将具有特定含义的二进制码转换成对应的输出信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。 分类：唯一地址译码器、代码变换器。

374.4若干典型的组合逻辑集成电路二、译码器/数据分配器

1、译码器的定义与功能

在使能输入端信号有效时，对应每一组输入代码，只有其中一个输出为有效，其余端则为相反电平。特点：384.4若干典型的组合逻辑集成电路二、译码器/数据分配器

1、译码器的定义与功能例：2线-4线译码器使能信号，低有效。394.4若干典型的组合逻辑集成电路二、译码器/数据分配器

2、集成电路译码器（1）二进制译码器

常用IC型号：

74HC138(74LS138)74HC139(74LS139)低有效低有效404.4若干典型的组合逻辑集成电路二、译码器/数据分配器

2、集成电路译码器414.4若干典型的组合逻辑集成电路二、译码器/数据分配器

2、集成电路译码器

译码器应用：5线—32线译码器分析：编码输入译码输出采用74LS138设计，8*4=32，需要四片IC。四片IC至少需要2个输入信号加以选择。

2线-4线译码器：74LS1395位二进制数32位424.4若干典型的组合逻辑集成电路434.4若干典型的组合逻辑集成电路例：用74HC138实现函数444.4若干典型的组合逻辑集成电路二、译码器/数据分配器

2、集成电路译码器

（2）二-十进制译码器

（3）七段码显示译码器454.4若干典型的组合逻辑集成电路二、译码器/数据分配器

2、集成电路译码器

（3）七段码显示译码器Com

Com

abhcdegf464.4若干典型的组合逻辑集成电路输出高电平驱动共阴数码管474.4若干典型的组合逻辑集成电路灭零484.4若干典型的组合逻辑集成电路3、数据分配器功能：

将公共数据线上的数据根据需要送到不同的通道。用途：

信号源共享；分时数据传送。494.4若干典型的组合逻辑集成电路3、数据分配器504.4若干典型的组合逻辑集成电路三、数据选择器

1、数据选择器的定义与功能

数据选择是指经过选择，把多路数据中的某一路数据传送到公共数据线上。514.4若干典型的组合逻辑集成电路三、数据选择器524.4若干典型的组合逻辑集成电路

2、集成电路数据选择器534.4若干典型的组合逻辑集成电路2、集成电路数据选择器544.4若干典型的组合逻辑集成电路2、集成电路数据选择器逻辑函数发生器

例：554.4若干典型的组合逻辑集成电路2、集成电路数据选择器并串转换564.4若干典型的组合逻辑集成电路四、数值比较器

1．数值比较器的定义及功能

数值比较器就是对两个二进制数A、B进行比较的逻辑电路，比较结果有A>B、A<B以及A=B三种情况。

(1)1位数值比较器574.4若干典型的组合逻辑集成电路

(2)2位数值比较器584.4若干典型的组合逻辑集成电路

(2)2位数值比较器594.4若干典型的组合逻辑集成电路2．集成数值比较器604.4若干典型的组合逻辑集成电路2．集成数值比较器数值输入比较输出001FA=BFA<BFA>B614.4若干典型的组合逻辑集成电路五、算术运算电路

1、半加器和全加器

(1)半加器功能：完成1位二进制数相加。624.4若干典型的组合逻辑集成电路(2)全加器功能：加数、被加数、低位进位相加。634.4若干典型的组合逻辑集成电路

2、多位数加法器

(1)串行进位加法器644.4若干典型的组合逻辑集成电路

(2)集成4位超前进位加法器74HC283

超前进位：每一位的进位只由加数和被加数决定。654.4若干典型的组合逻辑集成电路(2)集成4位超前进位加法器74HC283664.4若干典型的组合逻辑集成电路

3、减法运算

A+B反+1A0A1A2A311求补减法运算分析B01B11B21B31674.4若干典型的组合逻辑集成电路减法运算分析（1）A-B≥0，设A=0101B=0001A-B≥0，所得的差值就是差的原码，借位信号为0。684.4若干典型的组合逻辑集成电路减法运算分析（2）A-B<0，设A=0001B=0101A-B<0，所得的差值是差的补码，借位信号为1。694.5组合可编程逻辑器件一、PLD的结构、表示方法及分类

1、PLD的结构704.5组合可编程逻辑器件

2、PLD的表示方法

（1）连接方式固定连接，不可编程改变编程实现“接通”连接编程实现断开状态7