第三章组合逻辑电路
第三章 组合逻辑电路
第三章组合逻辑电路一、概述1、概念逻辑电路分为两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路数字逻辑电路中，当其任意时刻稳定输出仅取决于该时刻的输入变量的取值，而与过去的输出状态无关，则称该电路为组合逻辑电路，简称组合电路2、组合逻辑电路的方框图和特点（1）方框图和输出函数表达式P63输出变量只与当前输入变量有关，无输出端到输入端的信号反馈网络，即组合电路无记忆性，上一次输出不对下一次输出造成影响3、组合逻辑电路逻辑功能表示方法有输出函数表达式、逻辑电路图、真值表、卡诺图4、组合逻辑电路的分类（1）按功能分类常用的有加法器、比较器、编码器、译码器等（2）按门电路类型分类有TTL、CMOS（3）按集成度分类小、中、大、超大规模集成电路二、组合逻辑电路的分析方法 由电路图---电路功能 1、分析步骤（1）分析输入输出变量、写出逻辑表达式 （2）化简逻辑表达式 （3）列出真值表（4）根据真值表说明逻辑电路的功能 例：分析下图逻辑功能第一步：Y=A ⊕B ⊕C ⊕D 第二步： 第三步：Y第四步：即0和1出现的个数不为偶则输出1，奇偶个数的检验器三、组合逻辑电路的设计方法1、概念根据要求，最终画出组合逻辑电路图，称为设计2、步骤（1）确定输入输出变量个数（2）输入输出变量的状态与逻辑0或1对应（3）列真值表（4）根据真值表写出输出变量的逻辑表达式（5）对逻辑表达式化简，写出最简逻辑表达式（6）根据逻辑表达式，画出逻辑电路图例：三部雷达A、B、C, 雷达A、B的功率相等，雷达C是它们的两倍，发电机X最大输出功率等于A的功率，发电机Y输出功率等于A与C的功率之和，设计一个组合逻辑电路，根据雷达启停信号以最省电的方式开关发电机第一步：输入变量3个，输出变量2个第二步：雷达启动为1、发电机发电状态为1第三步：第四步：卡诺图化简第五步：写逻辑表达式第六步：画逻辑电路图四、常用中规模标准组合模块电路一些常用的组合逻辑电路，如编码器、译码器、加法器等制成中规模电路，称为中规模标准组合模块电路1、半加器进行两个1位二进制数相加的加法电路称为半加器，如图3-11所示真值表如下：根据真值表，写出逻辑表达式如下：S=AB+AB=A⊕BC=AB2、全加器即带低位上产生的进位的加法器真值表如下：根据真值表，卡诺图化简后写出逻辑表达式如下：S i=A i⊕B i⊕C i-1C i=A i B i+C i-1(A i⊕B i)（为便于实现）根据逻辑表达式，画出电路图如图3-13所示3、加法器可以实现多位二进制数加法的电路（1）串行进位加法器低位全加器的进位输出端连到高位全加器的进位输入端，如图3-3所示（2）超前进位加法器C i=A i B i+C i-1(A i⊕B i)= A i B i+C i-1(A i B i+ A i B i）= A i B i C i-1+A i B i C i-1+A i B i C i-1+ A i B i C i-1=A i B i+ B i C i-1+ A i C i-1= A i B i+C i-1（A i+B i）令P i=A i+B i，称P i为第i位的进位传输项，令G i=A i B i,称G i 为第i位的进位产生项，则第0位的进位为C0=G0+P0C-1,第1位的进位为C1=G1+P1 C0, C0带入C1，消去C0，得C1=G1+P1（G0+P0 C-1），同理，得C2= G2+P2（G1+ P1（G0+P0 C-1）），，C3= G3+ P3（G2+ P2（G1+P1（G0+P0 C-1））），即知道相加的二进制数的各位和最低位进位就可以超前确定进位，提高了速度，如图3-4所示4、乘法器完成两个二进制乘法运算的电路（1）乘法器P85（2）并行乘法器P855、数值比较器比较二进制数大小，输入信号是要比较的数，输出为比较结果（1）1位数值比较器M=AB（便于逻辑实现）L=AB逻辑电路图如图3-5所示（2）4位数值比较器多位二进制数比较大小，先看最高位情况，如相等再看次高位情况，以此类推4位比较器为例，8个输入端（A3A2A1A0，B3B2B1B0），三个输出端（L，G，M）A>B，则A3>B3，或A3=B3且A2>B2，或A3=B3，A2=B2，A1>B1，或A3=B3，A2=B2，A1=B1，A0>B0设定AB的第i位比较结果为L i=A i B i，G i=A i B i+A i B i，M i=A i B i，则L=L3+G3L2+G3G2L1+G3G2G1L0同理, A=B 时，G=G3G2G1G0，A<B时，M=M3+G3M2+G3G2M1+G3G2G1M0,因A不大于也不等于B时即小于B，故M=LG=L+G（便于逻辑实现）逻辑电路图如P87图3-18所示（3）集成数值比较器4位数值比较器封装在芯片中，构成4位集成数值比较器，74ls85真值表如图3-6所示考虑到级联，增加了级联输入端（更低位的比较结果），级联时，如构成8位数值比较器，低四位比较结果为高四位数值比较器的级联输入端，而低四位的级联输入端应结为相等的情况（010），74ls85级联如图3-7所示cc14585真值表如图3-8所示，cc14585级联如图3-9所示6、编码器将输入信号用二进制编码形式输出的器件，若有N个输入信号，假设最少输出编码位数为m位，则2m-1<N<2m（1）二进制编码器以2位输出编码为例故Y1=I2+I3，Y0=I1+I3逻辑电路图如P89图3-22所示但当不止一个输入端有编码要求时该电路不能解决问题（2）二进制优先编码器3位二进制优先编码器为例8个输入端为0~I7输出端为Y2~Y1,假设I7的编码优先级最高，则对应真值表为：“×”为任意值根据真值表，列出逻辑表达式如P90所示，逻辑图过于麻烦，略以上为低电平有效的情况，高电平有效真值表如图3-10所示，得A2=I4+I5+I6+I7,A1=I2+I3+I6+I7，A0=I1+I3+I5+I7, 逻辑图便于实现（3）8线-3线编码器74ls148编码器图形符号如图3-11所示，真值表如图3-12所示74ls148编码器级联，注意控制信号线的连接，级联图如图3-13所示选通信号有效，当高位芯片输入不全为1时，选通输出端为1，低位芯片不工作且二进制反码输出端为1，与门受高位芯片二进制反码输出端影响，扩展输出端为0，作为A3，根据输入情况不同，得编码0000~0111；选通信号有效，当高位芯片输入全为1时，高位芯片不工作，选通输出信号为0，低位芯片工作，高位芯片扩展输出端为1，作为A3，高位芯片二进制反码输出端全1，与门受低位芯片二进制反码输出端影响，根据输入情况不同，得编码1000~1111，即实现16线-4线编码器功能（4）9线-4线编码器74ls147编码器图形符号、真值表如图3-14所示注意，其输出对应十进制数的8421BCD码的反码（5）码组变换器将输入的一种编码转换为另一种编码的电路参见P92例3-5原理：加0011和加1011的原因7、译码器译码是编码的逆过程，将二进制代码转换成相应十进制数输出的电路（1）3线-8线译码器真值表如图3-15所示逻辑表达式如下：Y0=CBA、Y1=CBA……Y6=CBA、Y7=CBA（2）集成3线-8线译码器74LS138译码器符号如图3-16所示，真值表如图3-17所示注意三个选通信号，在级联时的作用，级联如图3-18所示74LS138译码器典型应用如图3-19所示（3）集成4线-10线译码器74LS42符号如图3-20所示，真值表如图3-21所示逻辑表达式如图3-22所示（4）显示译码器是用来驱动显示器件的译码器（A）LED数码管电能---光能（发光二极管构成）具有共阴极和共阳极两种接法，如图3-23所示，注意非公共端连接高电平或低电平时要串接限流电阻（B）显示译码器74LS47（驱动LED为共阳极接法的电路，驱动共阴极要用74LS48）引脚图如图3-24所示，真值表如图3-25所示要具有一定的带灌电流负载能力才能驱动LED相应段发光，显示效果如P99图3-35所示附加控制端用于扩展电路功能：灯测试输入LT：全亮灭零输入RBI：将不需要的“0”不显示以使得要显示的数据更醒目灭灯输入\灭零输入BI\RBO:作为输入使用，一旦为0则灯灭。
第三章 组合逻辑电路
特点
应用举例 8421 BCD 码 → 余 3 码
优点：速度快 缺点：电路比较复杂
集成芯片
CMOS：CC4008 TTL：74283 74LS283
C3 超前进位电路
A3 B3
A2 B2 A1 B1 A0 B0 C0-1 逻辑结构示意图
Σ CI
加法器 比较器 数据选择器和分配器 2. 按开关元件不同：
3. 按集成度不同：
编码器 译码器 只读存储器
CMOS SSI MSI TTL LSI VLSI
3. 1 组合电路的分析方法和设计方法
3. 1. 1 组合电路的基本分析方法
一、分析步骤
逻辑图
逻辑表达式
化简
真值表
说明功能
二、分析举例 [例] 分析图中所示电路的逻辑功能 A 0 0 0 0 1 1 1
4.化简或变换： 根据所用元器件的情况将 函数式进行化简或变换。
5.画逻辑图
3.2 加法器和数值比较器
3.2.1 加法器 一、半加器和全加器
1. 半加器（Half Adder）
两个 1 位二进制数相加（不考虑低位进位）。 Ai+Bi = Si (和) Ci (进位)
真 值 表
Ai 0 0 1 1
比 较 输 入
B = B3B2B1B0
输
A0 B0
真值表
出
A3 B3 A2 B2 A1 B1 L G M
4位数值比较器
A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0
A> B A= B A< B
L=1 G=1 M=1
> = = = = < = = =
电路第03章 组合电路的分析与设计
0 0 0 1 1 ＝0 0 0 1 1 • 0 1 1 1 1
10 0 0 1
10 0 1 1 11 0 0 1
F
F1 A
F2 BC
F F1 F2 A BC
AB AC
注: 为使阻塞圈所代表的积项中各变量不再具有非的形式， 阻塞圈也应该围绕1重心来圈。
版权：孙文生
版权：孙文生
2. 用阻塞逻辑设计三级与非电路
解: 将函数填入卡诺图
AB CD
00
01
11
10
00 1 1
01 1 1 1 1
11
1
10 1
11
采用阻塞法化简逻辑函数
F 1 ACD BC AD BC AC CD
ACD BC AD BC AC CD
版权：孙文生
用阻塞逻辑设计三级与非电路
版权：孙文生
【应求】
例: 输入只有原变量，用最少的三级与非门实现下列函数 F(A, B,C, D) M (3,6,7,8,12,15)
1
01 1 1
1
11
11
10
11
F
(2) 求最简与或式，并变换
F A C AC AB A C AC AB A C AC AB
(3) 画出逻辑图
版权：孙文生
版权：孙文生
3.3.2 逻辑函数的两级门实现
2. 两级或非门电路的实现
求出函数的最简或与式; 对函数两次取反，再运用反演率，变成或非-或非式；
版权：孙文生
当需要用原变量标注时，在化简时应围绕1重心来圈。
版权：孙文生
积项的阻塞逻辑
阻塞逻辑:
乘积项可以用被扣除的最小项的反乘之，使积项受其控制，其 逻辑关系保持不变。
数字电子技术 第三章 组合逻辑电路
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23
3.2.2 二进制编码器
由于每次操作只有一个输入信号，即输入IR、IY、IG 具有互斥性，根据表3.5，将输出变量取值为1对应的输入 变量相加，可得输出Y1、Y0与输入IR、IY、IG之间的逻辑 关系表达式如下。
Y0 = IR + IG Y1 = IY + IG
对Y1、Y0两次取非，得
5. 断开开关S1、S2，观察发光二极管的发光情况，记 录观察到的结果。
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3.3.1 任务描述
图3.18所示是开关S1闭合、S2断开时，观察到的现象。
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图3.18 闭合S1、断开S2时观察到的现象
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3.3.2 二进制译码器
1. 译码器的基本功能 二进制译码真值表如表3.11所示。
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3.2.2 二进制编码器
表中的“×”号表示：有优先级高的输入信号输入时， 优先级低的输入信号有输入还是无输入，不影响编码器的 输出。
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3.2.2 二进制编码器
3. 集成8线-3线优先编码器 集成8线-3线优先编码器74LS148、74LS348的引脚排 列完全相同，如图3.12（a）所示。
第四步，判断逻辑电路的逻辑功能。其方法是：根据
真值表进行推理判断。在实际应用中，当逻辑电路很复杂
时，一般难以用简明扼要的文字来归纳其逻辑功能，这时
就用真值表来描述其逻辑功能。
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3.1.2 组合逻辑电路的分析
2. 分析举例 【例3.1】 试分析图3.1所示电路的逻辑功能。
解：画出图3.1所示电路的逻辑图如图3.4所示。
电子技术 数字电路 第3章 组合逻辑电路
是F，多数赞成时是“1”， 否则是“0”。
0111 1000 1011
2. 根据题意列出真值表。
1101 1111
（3-13）
真值表
ABCF 0000 0010 0100 0111 1000 1011 1101 1111
3. 画出卡诺图，并用卡 诺图化简：
BC A 00
00
BC 01 11 10
010
3.4.1 编码器
所谓编码就是赋予选定的一系列二进制代码以 固定的含义。
一、二进制编码器
二进制编码器的作用：将一系列信号状态编制成 二进制代码。
n个二进制代码（n位二进制数）有2n种 不同的组合，可以表示2n个信号。
（3-17）
例：用与非门组成三位二进制编码器。 ---八线-三线编码器 设八个输入端为I1I8，八种状态，
全加器SN74LS183的管脚图
14 Ucc 2an 2bn2cn-1 2cn
2sn
SN74LS183
1 1an 1bn 1cn-11cn 1sn GND
（3-39）
例：用一片SN74LS183构成两位串行进位全加器。
D2
C
D1
串行进位
sn
cn
全加器
an bn cn-1
sn
cn
全加器
an bn cn-1
1 0 1 1 1 AB
AC
F AB BC CA
（3-14）
4. 根据逻辑表达式画出逻辑图。 (1) 若用与或门实现
F AB BC CA
A
&
B
C
&
1 F
&
（3-15）
(2) 若用与非门实现
第3章-组合逻辑电路
例：3位二进制（3线－8线）译码器框图如下所示：
图3.3.5
3线－8线译码器框图
二进制译码器可采用二极管与门阵列或三极管集 成门电路等构成。
（1）二极管与门阵列译码器电路 0(0V) 1(3V)
表3-3-4
74LS42功能表
74LS42逻辑电路图及各输出表达式如下所示：
Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y5 Y 6 Y 7 Y8 Y9 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0
Y3
Y2
Y1
Y0
§3.3 若干常用的组合逻辑电路
目前，一些常用的逻辑电路已经制成了中、小 规模集成化电路产品。
§3.3.1 编码器（Encoder）
“编码”：即为了区分一系列不同的事物，将其 中的每个事物用一个二值代码表示。 编码器的逻辑功能：把输入的每一个高、低电平 信号变成一个对应的二进制代码。
第三章
Chapter 3
组合逻辑电路
Combinational Logic Circuit
本章主要内容
第一节 第二节 第三节 概述 组合逻辑电路的分析和设计方法 若干常用组合逻辑电路
§3.3.1 编码器(Encoder) §3.3.2 译码器(Decoder) §3.3.3 数据分配器(Demultiplexer)
数字电子电路技术 第三章 SSI组合逻辑电路的分析与设计 课件
表3-1 例3-1真值表
第四步：确定电路的逻 辑功能。
由真值表可知，三个变
量输入Ａ，Ｂ，Ｃ，只有两
个及两个以上变量取值为1 时，输出才为1。可见电路 可实现多数表决逻辑功能。
Ａ ＢＣ F ０ ００ ０ ０ ０１ ０ ０ １０ ０ ０ １１ １ １ ００ ０ １ ０１ １
１ １０ １
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h
11
2. 组合逻辑电路设计方法举例。
例3-3 一火灾报警系统，设有烟感、温感和 紫外光感三种类型的火灾探测器。为了防止误报警， 只有当其中有两种或两种以上类型的探测器发出火 灾检测信号时，报警系统产生报警控制信号。设计 一个产生报警控制信号的电路。
解：(1)分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值；
用方法和应用举例。
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h
4
３.1 SSI组合逻辑电路的分析和设计
小规模集成电路是指每片在十个门以下的集成芯片。
3.1.1 组合逻辑电路的分析方法
所谓组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑 电路图，求出电路的逻辑功能。
1. 分析的主要步骤如下： (1)由逻辑图写表达式； (2)化简表达式； (3)列真值表； (4)描述逻辑功能。
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18
对M个信号编码时，应如何确定位数N？
N位二进制代码可以表示多少个信号？
例：对101键盘编码时，采用几位二进制代码？ 编码原则：N位二进制代码可以表示2N个信号， 则对M个信号编码时，应由2N ≥M来确定位数N。
例：对101键盘编码时，采用了7位二进制代码 ASCⅡ码。27＝128＞101。
０１１１
１０００
１０１１
１１０１
１ １ １ １ 21.10.2020
电子教案--数字电子技术-第三章组合逻辑电路-XXXX-1
L ABC ABC ABC ABC m1 m2 m4 m7 m1 m2 m4 m7
F ABC ABC ABC m3 m5 m6 m3 m5 m6 G ABC ABC ABC ABC m0 m2 m4 m6 m0 m2 m4 m6
G
F
=m3+m5+m6+m7
= m3 m5 m6 m7 用一片74138加一个与非门
Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 74138
G1 G2AG2B A2 A1 A0
就可实现该逻辑函数。
1 00 AB C
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第三章 组合逻辑电路
例3.4.2.2 某组合逻 辑电路的真值表如表 4.2.4所示，试用译码器 和门电路设计该逻辑电路。 解： 写出各输出的最小项 表达式，再转换成与 非—与非形式:
1．七段数字显示器原理
COM
g f ab
a fgb
e
c
d DP
COM
e d c DP
中北大学电子信息工程系
COM
a b c d e f g DP
第三章 组合逻辑电路
a b c d e f g DP
COM
按内部连接方式不同，七段数字显示器分为共阴极和共阳极两 种。
2．七段显示译码器7448 七段显示译码器7448是一种 与共阴极数字显示器配合 使用的集成译码器。
S4 S5 S6 S7 S8 S9
中北大学电子信息工程系
解：（1）列出真值表：
第三章 组合逻辑电路
（2）由真值表写出各输出的逻辑表达式为：
A S8 S9 S8S9
B S4 S5 S6 S7 S4S5S6S7 中北大学电子信息工程系
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第三章 组合逻辑电路
一、选择题
1．下列表达式中不存在竞争冒险的有 。
A.Y =B +A B
B.Y =A B +B C
C.Y =A B C +A B
D.Y =(A +B )A D
2．若在编码器中有50个编码对象，则要求输出二进制代码位数为 位。
A.5
B.6
C.10
D.50
3.一个16选一的数据选择器，其地址输入（选择控制输入）端有 个。
A.1
B.2
C.4
D.16
4.下列各函数等式中无冒险现象的函数式有 。
A.B A AC C B F ++=
B.B A BC C A F ++=
C.B A B A BC C A F +++=
D.C A B A BC B A AC C B F +++++=
E.B A B A AC C B F +++=
5．函数C B AB C A F ++=，当变量的取值为 时，将出现冒险现象。
A.B =C =1
B.B =C =0
C.A =1，C =0
D.A =0，B =0
6．四选一数据选择器的数据输出Y 与数据输入X i 和地址码A i 之间的
逻辑表达式为Y = 。
A.3X A A X A A X A A X A A 01201101001+++
B.001X A A
C.101X A A
D.3X A A 01
7.一个8选一数据选择器的数据输入端有 个。
A.1
B.2
C.3
D.4
E.8
8．在下列逻辑电路中，不是组合逻辑电路的有 。
A.译码器
B.编码器
C.全加器
D.寄存器
9．八路数据分配器，其地址输入端有 个。
A.1
B.2
C.3
D.4
E.8
10．组合逻辑电路消除竞争冒险的方法有 。
A. 修改逻辑设计
B.在输出端接入滤波电容
C.后级加缓冲电路
D.屏蔽输入信号的尖峰干扰
11．101键盘的编码器输出 位二进制代码。
A.2
B.6
C.7
D.8 12．用三线-八线译码器74L S 138实现原码输出的8路数据分配器，应 。
A.A ST =1，B ST =D ，C ST =0
B. A ST =1，B ST =D ，C ST =D
C.A ST =1，B ST =0，C ST =D
D. A ST =D ，B ST =0，C ST =0
13．以下电路中，加以适当辅助门电路， 适于实现单输出组合逻辑电路。
A.二进制译码器
B.数据选择器
C.数值比较器
D.七段显示译码器
14．用四选一数据选择器实现函数Y =0101A A A A +，应使 。
A.D 0=D 2=0，D 1=D 3=1
B.D 0=D 2=1，D 1=D 3=0
C.D 0=D 1=0，D 2=D 3=1
D.D 0=D 1=1，D 2=D 3=0
15．用三线-八线译码器74L S 138和辅助门电路实现逻辑函数Y =122A A A +，应 。
A.用与非门，Y =765410Y Y Y Y Y Y
B.用与门，Y =32Y Y
C.用或门，Y =32Y Y +
D.用或门，Y =7
65410Y Y Y Y Y Y +++++
二、判断题（正确打√，错误的打×）
1. 优先编码器的编码信号是相互排斥的，不允许多个编码信号同时有效。
（ ）
2. 编码与译码是互逆的过程。
（ ）
3. 二进制译码器相当于是一个最小项发生器，便于实现组合逻辑电路。
（ ）
4. 液晶显示器的优点是功耗极小、工作电压低。
（ ）
5. 液晶显示器可以在完全黑暗的工作环境中使用。
（ ）
6. 半导体数码显示器的工作电流大，约10mA 左右，因此，需要考虑电流驱动能力问题。
（ ）
7. 共阴接法发光二极管数码显示器需选用有效输出为高电平的七段显示译码器来驱动。
（ ）
8. 数据选择器和数据分配器的功能正好相反，互为逆过程。
（ ）
9. 用数据选择器可实现时序逻辑电路。
（ ）
10. 组合逻辑电路中产生竞争冒险的主要原因是输入信号受到尖峰干扰。
（ ）
三、填空题
1．半导体数码显示器的内部接法有两种形式：共 接法和共 接法。
2．对于共阳接法的发光二极管数码显示器，应采用 电平驱动的七段显示译码器。
3．消除竟争冒险的方法有 、 、 等。
答案
一、选择题
1．CD
2．B
3．C
4．D
5．ACD
6．A
7．E
8．D
9．C
10．AB
11．C
12．ABC
13．AB
14．A
15．AB
二、判断题
1．×2.√ 3.√ 4.√5.×6.√ 7.√ 8.√ 9．×10．×
三、填空题
1．阴阳
2．低电平
修改逻辑设计接入滤波电容加选通脉冲。