数字电路：4 组合逻辑电路
数字电路与逻辑设计(第三版)课件：组合逻辑电路
组合逻辑电路
54 系列和 74 系列具有相同的子系列，两个系列的参数 基本相同，主要在电源电压范围和工作环境温度范围上有所 不同， 54 系列适应的范围更大些，如表2-1 所示。不同子 系列在速度、功耗等参数上有所不同。 TTL 门电路采用 5V 电源供电。
组合逻辑电路
2. 1. 2 CMOS 门电路 CMOS 门电路由场效应管构成，它的特点是集成度高、
组合逻辑电路
图 2-2 标准 TTL 电路的输入/输出逻辑电平
组合逻辑电路
图 2-3 CMOS 电路的输入/输出逻辑电平 (a ) 5VCMOS 电路;( b ) 3. 3VCMOS 电路
组合逻辑电路
当输入电平在 U IL ( max ) 和 U IH ( min ) 之间时，逻辑电路 可能把它当作 0 ，也可能把它当作 1 ，而当逻辑电路因所接 负载过多等原因不能正常工作时，高电平输出可能低于 U OH (min ) ，低电平输出可能高于 U OL (max ) 。
图 2-5 TTL 驱动门与 CMOS 负载门的连接
组合逻辑电路
2. 2 组合逻辑电路
2. 2. 1 组合逻辑电路的特点 逻辑电路可以分为两大类:组合逻辑电路和时序逻辑电
路。组合逻辑电路是比较简单的一类逻辑电路，它具有以下 特点:
(1)从电路结构上看，不存在反馈，不包含记忆元件。 (2)从逻辑功能上看，任一时刻的输出仅仅与该时刻的 输入有关，与该时刻之前电路的状态无关。
组合逻辑电路
图 2-4 74LS 系列门电路的扇出系数和带负载能力 (a )低电平输出时;( b )高电平输出时
组合逻辑电路
4 )传输延时tP 传输延时tP指输入变化引起输出变化所需的时间，它是 衡量逻辑电路工作速度的重要指标。传输延时越短，工作速 度越快，工作频率越高。tPHL 指输出由高电平变为低电平时， 输入脉冲的指定参考点(一般为中点)到输出脉冲的相应指定 参考点的时间。 tPHL 指输出由低电平变为高电平时，输入 脉冲的指定参考点到输出脉冲的相应指定参考点的时间。标 准 TTL 系列门电路典型的传输延时为 11ns ;高速 TTL 系列 门电路典型的传输延时为3. 3ns 。 HCT 系列 CMOS 门电路 的传输延时为 7ns ; AC 系列 CMOS 门电路的传输延时为 5ns ; ALVC 系列 CMOS 门电路的传输延时为 3ns 。
第4章 组合逻辑电路
25
4.3 编码器
主要内容：
编码器的概念 由门电路构成的三位二进制编码器 由门电路构成的二-十进制编码器 优先编码器的概念 典型的编码器集成电路74LS148及74LS147
26
4.3.1 编码器的概念
在数字电路中，通常将具有特定含义的信息（ 数字或符号）编成相应的若干位二进制代码的过程 ，称为编码。实现编码功能的电路称为编码器。 编码器功能框图如下图所示。
A B C D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
F 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1
30
根据上述各表达式可直接画出3位二进制编码 器的逻辑电路图如图所示。
31
2．优先编码器
优先编码器事先对输入端进行优先级别排序，在任何时 刻仅对优先级别高的输入端信号响应，优先级别低的输入端 信号则不响应。如图所示是8-3线优先编码器74LS148的逻辑 符号和引脚图。功能表见表4－10（P86）。
13
4.2.2组合逻辑电路的设计举例
1．用与非门设计组合逻辑电路 例4-4 用与非门设计一个三变量“多数表决电路”。 解：（1）进行逻辑抽象，建立真值表： 用A、B、C表示参加表决的输入变量，“1”代表 赞成，“0”代表反对，用F表示表决结果，“1”代表 多数赞成，“0”代表多数反对。根据题意，列真值表。
15
16
2．用或非门设计组合逻辑电路
例4-6 用或非门设计例4-5(见课本)的逻辑电路。 F(A,B,C,D)=∑m(3,7,11,13,15)
组合逻辑电路
7.2 常用组合逻辑电路
由式（7.2.11）可写出功能表，如表7.2.10 所示。
7.2 常用组合逻辑电路
由功能表可以看出：当使能 端 =1时，不论其他输入端的 状态如何，都不会有输出，F=0； 只有当 =0时，输出数据才决定 于地址输入A1A0的不同组合。数 据选择器相当于一个被地址码控 制的4选1多路开关。
7.2 常用组合逻辑电路
7.2 常用组合逻辑电路
7.2.5 数据选择器
1
数据选择器的功能与电路
数据选择器（multiplexer，MUX）又称多路开关或多路选 择器，它根据地址选择信号，从多路输入数据中选择一路送至输 出端，其作用与图7.2.25所示的单刀多掷开关相似。
7.2 常用组合逻辑电路
7.2 常用组合逻辑电路
7.2 常用组合逻辑电路
7.2 常用组合逻辑电路
7.2 常用组合逻辑电路
7.2.2 译码器
1
二进制编码器
将二进制代码的各种状态按照其原来的含义翻译过来，称为 二进制译码器。例如，二进制代码001可能代表数码管的一字形 灯丝，也可能代表1号机组等。
例7.2.4 试用译码器和门电路实现下列逻辑函数。 F=AB+BC+AC
7.2 常用组合逻辑电路
2
二—十进制编码器
用四位二进制代码来表示一 位十进制数字0、1、2、…、9，
BCD
方案很多，最常用的是8421码。 例如，对十进制数字9进行编
码时，数码盘拨到数字9，输入端 9=1，其余输入端均为0。这时输 出端D=1，C=0，B=0，A=1， 即DCBA=1001，也就是将十进 制数字9 1001。其他编码原理类同。
组合逻辑电路仿真4线二线编码器仿真
组合逻辑电路仿真4线二线编码器仿真组合逻辑电路和编码器是数字电路中的基本组件，对于组合逻辑电路和编码器的仿真，可以使用不同的工具和平台进行。
以下是一个使用Verilog HDL进行4线二线编码器仿真的示例：verilogmodule four_to_two_encoder(input [3:0] in, output reg [1:0] out);always @(posedge in[0]) out[0] <= in[0] ||in[1];always @(posedge in[1]) out[0] <= in[1] || in[2];always @(posedge in[2]) out[0] <= in[2] || in[3];always @(posedge in[3]) out[1] <= in[0] || in[3];endmodule在这个示例中，我们定义了一个名为four_to_two_encoder的模块，该模块有四个输入和一个输出。
输入为3位二进制数，输出为2位二进制数。
在Verilog代码中，我们使用了always语句来定义触发器。
posedge关键字表示在输入信号的上升沿时执行触发器中的代码。
在每个触发器中，我们使用逻辑运算符||来组合输入信号，以计算输出信号的值。
例如，在第一个触发器中，我们计算了out[0]的值，当in[0]或in[1]的任意一个为1时，out[0]的值将为1。
通过这种方式，我们可以使用Verilog HDL编写组合逻辑电路的仿真代码。
在实际仿真过程中，我们需要将输入信号连接到测试数据源，并将输出信号连接到期望结果寄存器中，以验证组合逻辑电路的正确性。
除了Verilog HDL外，还有其他工具和平台可以用于组合逻辑电路和编码器的仿真，例如ModelSim、Quartus等。
无论使用哪种工具和平台，都需要对数字电路的原理和逻辑进行深入理解，并进行适当的测试和验证，以确保数字电路的正确性和可靠性。
数字电路组合逻辑电路
分）,如下图。 2）数字电路与数字系统
元
辑
件
符
号
根据前面所述,提出数字电路地概念。数字电路是指以逻辑门为核心元件
连接关系
,以分立元件为辅助元件,根据设计电路所得元件引脚地连接关系组合而成地电路。
逻辑门地输入输出引脚承载地物理量是稳定地电压,只有高,低两种电平,在逻辑上
认为实现了1,0数字地传递。核心电路组合后,我们主要针对电路（函数）输入
形图体现地随时间数据变化地规律,就能找到时序电路地逻辑功能,但在组合电路里,转化为真值表
方法分析电路功能会更好。
8 1.2组合逻辑电路分析
组组合合逻逻辑析辑电电路路分分析 组合逻辑电路设计 电路竞争与冒险 常用组合逻辑电路
3）组合电路分析步骤 要分析逻辑电路功能,就要得到电路地逻辑图,转变为函数,真值表或波形图,然后按照 前面所述去分析其功能。 （1）根据逻辑门组成地电路,确定输入输出变量,从输入端开始,逐级写出每个逻辑门 地逻辑表达式,直到写出所有输出表达式为止。然后利用化简逻辑函数地方法对函数进 行化简,得到最简化地表达式。 （2）根据逻辑表达式列出真值表,根据真值表分析逻辑功能 （3）根据表达式与真值表分析电路地功能确定最后地电路功能,与实践相联系,确定 应用性功能。 该电路实现了或非门地功能。 （4）观察图形,分析电路可能存在地问题 实例1分析如图所示电路,要求: （1）列出逻辑表达式 （2）列真值表 （3）分析逻辑功能 （4）电路使用了几个芯片,哪里不合理？说明原因。
1
第3章
组合逻辑电路分析 组合逻辑电路设计 电路竞争与冒险 常用组合逻辑电路
言宜慢,心宜善
阅 解
推
逻辑 设计
2
组合逻辑电路分析 组合逻辑电路设计 电路竞争与冒险 常用组合逻辑电路
组合逻辑电路实验原理
组合逻辑电路实验原理
组合逻辑电路的实验原理基于布尔代数和逻辑运算。
布尔代数是一种数学工具，用于描述逻辑运算的规则和性质。
逻辑运算包括与、或、非、异或等运算，这些运算可以用逻辑门实现。
逻辑门是一种基本的数字电路元件，可以用于实现逻辑运算，并将输入信号转换为输出信号。
在组合逻辑电路实验中，通常需要遵循以下步骤：
1. 确定输入和输出信号的类型和数量。
输入信号可以是数字信号、模拟信号或混合信号，而输出信号通常是数字信号。
2. 根据逻辑运算的规则和性质，确定所需的逻辑门的类型和数量。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。
3. 根据逻辑门的输入和输出特性，设计电路的结构，确定逻辑门的连接方式和电路的配置。
逻辑门的输入和输出可以是单个信号或多个信号，可以串联或并联连接。
4. 进行逻辑电路的仿真和测试，验证电路的正确性和可靠性。
可以使用数字电路仿真软件进行仿真测试，并使用数字信号发生器和示波器等测试仪器进行实际测试。
以数据选择器为例，数据选择器也称多路开关，通过改变地址输
入信号，可以在多个数据输入中选择一个传送到输出。
例如，74151是一种常见的8选1数据选择器，具有3位地址输入、8路数据输入、一个使能信号以及一对互补的输出。
如需了解更多信息，可以查阅数字逻辑或计算机组织相关教材，或者咨询相关专业的老师或工程师。
组合逻辑电路仿真4线二线编码器仿真
组合逻辑电路仿真4线二线编码器仿真组合逻辑电路和时序逻辑电路是数字电路的基本类型。
其中，组合逻辑电路用于处理逻辑函数之间的关系，而时序逻辑电路则用于处理带有存储元件的电路。
在组合逻辑电路中，所有的输出信号都只与当前的输入信号有关，而与之前的输入信号无关。
一个组合逻辑电路的仿真过程可以通过以下步骤来完成：确定组合逻辑电路的结构和组成：首先需要明确该电路由哪些基本逻辑元件组成，以及这些元件之间的连接方式。
例如，一个四线二线编码器，它由四个输入信号和两个输出信号组成，输入信号用于选择不同的编码状态，而输出信号则用于表示该编码状态。
确定各个元件的逻辑功能：对于每个元件，需要明确其具体的逻辑功能。
例如，对于一个四线二线编码器，它的逻辑功能是将四个输入信号中的两个进行组合，以产生两个输出信号。
确定输入信号的组合方式：根据组合逻辑电路的要求，所有的输出信号都只与当前的输入信号有关，因此需要确定输入信号的组合方式。
对于一个四线二线编码器，它可以通过四种不同的输入组合方式来产生不同的编码状态。
确定输出信号的处理方式：根据组合逻辑电路的要求，输出信号需要反映当前的输入状态。
对于一个四线二线编码器，它的两个输出信号分别表示当前的编码状态和反码状态。
进行仿真测试：在明确了组合逻辑电路的所有元件和功能之后，可以使用仿真工具进行仿真测试。
例如，对于一个四线二线编码器，可以使用仿真工具来模拟不同的输入组合方式，并观察相应的输出信号。
在进行组合逻辑电路仿真时，需要注意以下几点：确保仿真工具的正确性：由于仿真工具只是模拟电路的行为，因此需要确保仿真工具本身是正确的。
确认输入信号的正确性：在模拟组合逻辑电路时，需要确保输入信号的正确性。
如果输入信号不正确，则可能会导致错误的输出结果。
确认输出信号的正确性：在模拟组合逻辑电路时，需要确保输出信号的正确性。
如果输出信号不正确，则可能会导致错误的判断和决策。
考虑特殊情况：在模拟组合逻辑电路时，需要考虑一些特殊情况，例如输入信号的噪声、干扰等。
第04章 组合逻辑电路习题解
4.7写出下图所示电路的逻辑函数表达式,其中以S3,S2, 写出下图所示电路的逻辑函数表达式,其中以 , , 写出下图所示电路的逻辑函数表达式 S1,S0作为控制信号,A,B作为输入数据,列表说明输出 作为控制信号, , 作为输入数据 列表说明输出Y 作为输入数据, , 作为控制信号 的作用下与A, 的关系 的关系. 在S3–S0的作用下与 ,B的关系. 的作用下与
4.12试画出用 线-8线译码器 试画出用3线 线译码器 线译码器74LSl38和门电路产生如下多输 试画出用 和门电路产生如下多输 出逻辑函数的逻辑图. 出逻辑函数的逻辑图.
Y1 = AC Y2 = AB C + AB C + BC Y3 = B C + AB C
C B A 1
A0 A1 A2 S1 & S2 S3 EN
1,由波形图得到真值表 ,
A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 F 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0
能对输入信号设置优先级并总是对优先级最高的一 个输入信号进行编码的编码器称作优先编码器. 个输入信号进行编码的编码器称作优先编码器. 变量处打" 表示该变量不管取什么值对输出没有 变量处打"X"表示该变量不管取什么值对输出没有 影响, 影响,在写出函数与或式中表示这是一个并项后消 去的因子. 去的因子.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
= (A⊕ B) ⊕ C
A B C Z = A⊕ B L = (A⊕ B⊕C)
= A⊕B⊕C
000
0
0
2. 列写真值表。
001 010
0 1
1 1
3. 确定逻辑功能： 0 1 1
1
0
输入变量的取值中有奇数 1 0 0
1
1
个1时，L为1，否则L为0, 1 0 1
1
0
电路具有为奇校验功能。 1 1 0
0
1 0 1 11 0 1 1 0 10 1
1 1 1 10 0
3、确定电路逻辑功能
当A为0时，输出Y、Z分别与所 A B C X Y Z
对应的输入B、C相同；
00 000 0
当A为1时，输出Y、Z分别是输 0 0 1 0 0 1
入B、C 取反。
01 001 0
01 101 1 这个电路逻辑功能是对输入
10 011 1 的二进制码求反码。最高位为 1 0 1 1 1 0 符号位，0表示正数，1表示负 1 1 0 1 0 1
数，正数的反码与原码相同； 1 1 1 1 0 0
负数的数值部分是在原码的基
础上逐位求反。
例4:分析下图所示逻辑电路。
1、根据逻辑图写出输出函数的逻辑表达式
YY11
Y2Y2
YY33
(1) 由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式； (2) 化简和变换逻辑表达式； (3) 列出真值表；
(4) 根据真值表或逻辑表达式，经分析最后确定其功能。
3、组合逻辑电路的分析举例 A =1 Z
例1 已知逻辑电路如图所
B
示，分析该电路的功能。
C
=1 L
解：1.根据逻辑图写出输出函数的逻辑表达式
L = Z ⊕C
4 组合逻辑电路
教学基本要求
1.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法 2.掌握编码器、译码器、数据选择器、数值比较器的 逻辑功能及其应用； 3.掌握加法器的功能及其应用； 4.学会阅读MSI器件的功能表，并能根据设计要求完 成电路的正确连接。 5.正确理解可编程逻辑器件的结方法；
组合逻辑电路
组合逻辑电路:在任何时刻，电路的输出状态只取决于同 一时刻的输入状态而与电路原来的状态无关。
0011 00 1
0100 00 1
0101 00 1
0110 01 0
0111 01 0
1000 01 0
1001 01 0
1010 01 0
1011 10 0
1100 10 0
1101 10 0
1110 10 0
1111 10 0
3. 确定逻辑功能：
0 ≤ (DCBA)10 ≤ 5, Y3=1 6 ≤(DCBA)10≤10, Y2=1 11≤(DCBA)10 ≤ 15, Y1=1 判断输入4位二进制数的数值范围
组合逻辑电路的一般框图
A =1 Z
B C
=1 LL1
A1
L1
A2 …
… L2
组合逻辑电路
L2
An
Lm
1.输出、输入之间没有反馈延迟通路，
2.不含记忆单元
逻辑函数描述 Li = f (A1, A2 , …, An ) (i=1, 2, …, m)
4.1组合逻辑电路分析
1. 组合逻辑电路分析 根据已知逻辑电路，经分析确定电路的的逻辑功能。 2. 组合逻辑电路的分析步骤：
X
&
X=A
&
&
Y
Y = AB ⋅ AB = AB + AB
&
Z = AC ⋅ AC = AC + AC
&
Z
&
2、列写真值表
真值表
X=A
AB CXY Z 0 0 0 00 0
0 0 1 00 1
Y = AB ⋅ AB = AB + AB
0 0
1 1
0 1
01 01
0 1
1 0 0 11 1
Z = AC ⋅ AC = AC + AC
4.2 组合逻辑电路的设计
组合逻辑电路的设计：根据实际逻辑问题，求出所要求逻辑 功能的最简单逻辑电路。
电路要最简：所用器件数最少；器件种类最少；器件之间的 连线也最少。
组合逻辑电路的设计步骤
1.逻辑抽象：根据实际逻辑问题的因果关系确定输入、 输出变量，并定义逻辑状态的含义； 2、根据逻辑描述列出真值表； 3、由真值表写出逻辑表达式; 4、根据器件的类型,简化和变换逻辑表达式 （1） 采用SSI----与或式：乘积项少；乘积项所含变量数少； （2） 采用MSI----所用芯片数最少; （3） 采用PLD 5、 画出逻辑图。
& Z2 A ⋅ AB
AB
A
& Z1
B
& S
& Z3
B ⋅ AB
1
C
确定逻辑功能：半加器
2. 列出真值表。
输入 AB 00 01 10 11
输出
SC 00 10 10 01
例2 试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。
解：1、根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式，并进行化 简和变换。
A 1
B 1
C 1
AA
11
BB
11
CC
11
DD
11
& &
&
& &
&Leabharlann &&
&
&
&&
&
&
&
&
&
&
&
&
Y1 = DBA* DC = DBA + DC
Y2 = DCB * DBC * DC A = DCB + DC B + DC A
Y3 = DC * DB = DC + DB
2. 列写真值表。
Y1 = DC + DBA= DCB + DC B + DBA = DCBA + DCB A + DC BA + DC B A +DCBA + DCBA = m15 + m14 + m13 + m12 + m11 Y2 = DCB + DC B + DC A
= DCBA + DCB A + DC BA +DC B A + DCB A + DC B A = m6 + m7 + m8 + m9 + m10 Y3 = DC + DB = m0 + m1 + m2 + m3 + m4 + m5
DCBA 0000
Y01 Y02 Y13
0001 00 1
0010 00 1
0
如要实现偶校验，电路？ 1 1 1
0
1
例2 一个双输入端、双输出端的组合逻辑电路如图所示， 分析该电路的功能。
(1) 由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；
S = Z2 ⋅ Z3 = Z2 + Z3 = A⋅ AB + B ⋅ AB
C = Z1 = AB
= A( A + B) + B( A + B) = AB + AB = A ⊕ B
DCBA 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
Y01 Y02 Y31 00 1 00 1 00 1 00 1 00 1 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 10 0 10 0 10 0 10 0 10 0