Ch2_组合逻辑电路-2014
组合逻辑电路
第 3章 组合逻辑电路逻辑电路按照逻辑功能的不同可分为两大类：一类是组合逻辑电路（简称组合电路）, 另一类是时序逻辑电路（简称时序电路）。
所谓组合电路是指电路在任一时刻的输出状态只与同一时刻各输入状态的组合有关，而与前一时刻的输出状态无关。
组合电路的示意图如图3.1所示。
组合逻辑电路的特点：（１） 输出、输入之间没有反馈延迟通路。
（２） 电路中不含记忆元件。
图 3.1 组合电路示意图3.1 组合逻辑电路的分析方法和设计方法 （1）3.1.1组合逻辑电路的分析方法分析组合逻辑电路的目的是为了确定已知电路的逻辑功能,或者检查电路设计是否合理。
组合逻辑电路的分析步骤如下：(1） 根据已知的逻辑图， 从输入到输出逐级写出逻辑函数表达式。
(2） 利用公式法或卡诺图法化简逻辑函数表达式。
(3) 列真值表, 确定其逻辑功能。
例 1 分析如图3.2所示组合逻辑电路的功能。
解（1）X 1X 2X n12m输入信号输出信号ACBC AB Y ⋅⋅=ACBC AB Y ++=A B B C A CY（2）化简（3）例真值表：如表3·1所示图3.2 例1 的逻辑电路* *表 3.1 例1的真值表由表3.1可知，若输入两个或者两个以上的1(或0), 输出Y 为1(或0), 此电路在实际应用中可作为多数表决电路使用。
例 2分析如图3.3所示组合逻辑电路的功能。
解(1) 写出如下逻辑表达式: (2) 化简ABY =1ABA Y A Y ⋅=⋅=12BAB B Y Y ⋅=⋅=13BAB AB A Y Y Y ⋅⋅==32图 3.3 例2 的逻辑电路（３） 确定逻辑功能: 从逻辑表达式可以看出， 电路具有“异或”功能A BY3.1.2 组合逻辑电路的设计方法（2）组合逻辑电路设计的目的是根据功能要求设计最佳电路。
组合逻辑电路的设计步骤分为四步:（1）根据设计要求, 确定输入、输出变量的个数, 并对它们进行逻辑赋值(即确定0和1代表的含义。
组合逻辑电路
大于A > B 如果高位相等，本位Ai> Bi，则 A > B。 可以推导出 P15、P14、P13 和 P12。 FA>B = P15 + P14 + P13 + P12
四位二进制比较器
五、数据选择器
前面说过的数据分配器是只有一个输入，多个输出（一到 多）。数据选择器与之相反，是多到一。
如8选1数据选择器 在数据选择器的内部可采用 各种电路（如与或逻辑传输门，） 分别建立每位输入数据Di与输出 Y的连接，由选择输入A0、A1、 A2等决定当前哪一个输入可以输出。 书上的74LS153是双—4选1数据选择器
另 一 种 定 义
数据选择器的扩展 （由8选1扩展为32选1）
六、奇偶检验/产生电路（自学） 奇偶校验电路是数字电路中容错的一种基本方法， 在内存校验，串行通讯等方面得到广泛应用。也有奇 偶检验器/发生器专用芯片。
（4）扩展举例 由两片8线—3线编码器扩展为16线—4线编码器
应用举例：
一个呼叫请求控制器，有N条输入线，连接N个按键，请 求有优先级。有唯一按键时，输出其对应编码；有多键同时 按下时，输出优先级最高者的编码。 使用一个优先编码器，就可以满足这一电路。
三、译码器
译码器的工作过程与编码器相反，它将二进制编码翻译成不同 的硬件输出组合。 例如：一个2线—4线译码器。电路如图：
如果不事先说出分析的是全加器，可能不一定会想到是加 法器这类的东西。目前，我们要求能够从真值表归纳出表面的 逻辑规律，如：输入有奇数个 1 时，输出为1。 与全加器对应的还有全减器，即带低位借位，向高位借位 的减法器。实验课将要求设计。 （4）多位加法器 由多个一位全加器可以构成多位加法器。构成的方法有两 种：
组合逻辑电路
• • • • 3 .1 3 .2 3 .3 3 .4
组合逻辑电路
概述 组合逻辑电路的分析方法和设计方法 若干常用的组合逻辑电路 组合逻辑电路中的竞争－ 组合逻辑电路中的竞争－冒险现象
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3.1
概 述
• 图3.1.1 组合逻辑电路举例 • 图3.1.2 组合逻辑电路的框图
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图3.1.1 组合逻辑电路举例
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图3.3.5 二－十进制优先编码器74LS147的逻辑图 十进制优先编码器74LS147的逻辑图
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Байду номын сангаас
图3.3.6 3位二进制（3线－8线）译码器的框图 位二进制（
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图3.3.7 用二极管与门阵列组成的3线－8线译码器 用二极管与门阵列组成的3
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图3.3.8 用与非门组成的3线－8线译码器74LS138 用与非门组成的3 线译码器74LS138
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图3.2.1 例3.2.1的电路 3.2.1的电路
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图3.2.2 组合逻辑电路的设计过程
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图3.2.3 交通信号灯的正常工作状态与故障状态
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图3.2.4 例3.2.2的逻辑图之一 3.2.2的逻辑图之一
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图3.2.5 例3.2.2的逻辑图之二 3.2.2的逻辑图之二
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图3.2.6 例3.2.2的卡诺图 3.2.2的卡诺图
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3.3 若干常用的组合逻辑电路（二） 常用的组合逻辑电路（
• • • • • • • • • • • 图3.3.12 液晶显示器的结构及符号
• （a）未加电场时（b）加电场以后（c）符号 未加电场时（ 加电场以后（
图3.3.13 用异或门驱动液晶显示器 异或门驱动液晶显示器
(完整版)组合逻辑电路
3. 选用小规模SSI器件 4. 化简 Z R' A'G'RA RG AG
5. 画出逻辑图
Z RAG.RA.RG.AG
用与或门实现
用与非门实现
（第4章-16）
多输出组合逻辑电路的设计
多输出组合逻辑电路是指具有两个或两个以上的输出逻 辑变量的组合逻辑电路。
例2： 设计一个故障指示电路，具体要求为： （1）两台电动机同时工作时，绿灯亮； （2）一台电动机发生故障时，黄灯亮； （3）两台电动机同时发生故障时，红灯亮。
（第4章-17）
解：1. 设定A、B分别表示两台电动机这两个逻辑变量，F绿、 F黄、F红分别表示绿灯、黄灯、红灯；且用0表示电动机正常
工作，1表示电动机发生故障；1表灯亮，0表示灯灭 2.建立真值表: 按设计要求可得下表所列的真值表
A
B
F绿
F黄
F红
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
F绿 A B
第四章 组合逻辑电路
§ 4.1 概述 § 4.2 组合逻辑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 § 4.4 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象
（第4章-1）
第四章 组合逻辑电路
本章要求： 1.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法； 2.掌握标准化的中规模集成器件的逻辑功能、使
F黄 AB AB A B
逻辑电路图
F绿 A B
F红 AB
（第4章-20）
4.3 若干常用组合逻辑电路 4.3.1 编码器 • 编码：将输入的每个高/低电平信号变成一
组合逻辑电路
组合逻辑电路
组合逻辑电路，数字电路根据逻辑功能的不同特点，可以分成两大类，一类叫组合逻辑电路（简称组合电路），另一类叫做时序逻辑电路（简称时序电路）。
组合逻辑电路在逻辑功能上的特点是任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。
所谓逻辑问题的描述，就是将文字描述的设计要求抽象为一个逻辑表达式。
通常的方法是：先建立输入输出逻辑变量的真值表，再由真值表写出逻辑表达式。
有些情况下，可由设计要求直接建立逻辑表达式。
数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类，组合逻辑电路的特点是输出信号只是该时的输入信号的函数，与别时刻的输入状态无关，它是无记忆功能的。
第三章 组合逻辑电路PPT课件
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3 、 “与或非” 门
"与或非"门也是一种通用门。
仅当每一个“与项”均为0时，才能使F为1， 否则F为0。
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4、" 异或 " 门
“ 异或 ” 运算是一种特殊的逻辑运算 , 用符号 表示.
变量A、B取值相同，F为0；变量A、B取值相异，F为1。
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3.3组合逻辑电路的分析
分析的任务：根据给定的组合电路，写出逻辑函数表 达式，并以此来描述它的逻辑功能，确定输入与输出 的关系，必要时对其设计的合理性进行评定。
分析的一般步骤： 第一步： 写出给定组合电路的逻辑函数表达式 第二步： 化简逻辑函数表达式 第三步： 根据化简的结果列出真值表 第四步： 功能评述
“ 同或 ” 运算用符号 表示， 逻辑表达式为：
变量A、B取值相同，F为1；变量A、B取值相异，F为0。
由于同或实际上是异或之非，所以实际应用中通常 用异或门加非门实现同或运算。
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3.2逻辑函数的实现
函数的表现形式和实际的逻辑电路之间有着对 应的关系，而实际逻辑电路大量使用 “ 与 非 ” 门、 “ 或非 ” 门、 “ 与或非 ” 门 等。
1、“ 与非 ” 门
使用 “ 与非 ” 门可以实现 “ 与 ” 、 “ 或 ” 、 “ 非 ”3 种基本运算 , 并可构 成任何逻辑电路 , 故称为通用逻辑门。
只要变量有一个为0，则函数F为1；仅当变 量全部为1时，函数F为0。
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2、 “ 或非 ” 门
只要变量中有一个为1，则函数F为0；仅当变 量全部为0时，函数F为1。
闭合 不闭合
闭合 闭合
组合逻辑电路(电子技术课件)
组合逻辑电路•组合逻辑电路的概述•组合逻辑电路的分析•组合逻辑电路的设计•常用的组合逻辑电路在数字电路中，数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
组合逻辑电路：输出仅由输入决定，与电路当前状态无关，电路结构中无反馈环路(无记忆)。
组合逻辑电路的概述1.特点(1)输入、输出之间没有反馈延迟通路；(2)电路中不含记忆元件；(3)电路任何时刻的输出仅取决于该时刻的输入，而与电路原来的状态无关。
2.描述组合电路逻辑功能的方法逻辑表达式、真值表、卡诺图、逻辑图、波形图。
组合逻辑电路的分析[例] 试分析下列组合逻辑电路的功能。
[例] 试分析下列组合逻辑电路的功能。
解：（1）根据给定的逻辑电路，写出所有输出逻辑函数表达式并对其进行变换：（2）根据化简后的逻辑函数表达式列出真值表，如表。
（3）逻辑功能评述该电路是一位二进制数比较器：当A>B时，L1=1；当A<B时，L3=1。
注意在确定该电路的逻辑功能时，输出函数L1、L2、L3不能分开考虑。
组合逻辑电路的设计1.组合逻辑电路设计的目的设计组合电路的目的是根据功能要求设计最佳电路。
即根据给出的实际问题，求出能够实现这一逻辑要求的最简的逻辑电路，这就是组合电路的设计，它是分析的逆过程。
2.设计组合电路的步骤：(1)分析设计要求；(2)根据功能要求列出真值表；(3)根据真值表利用卡诺图进行化简，得到最简逻辑表达式；(4)根据最简表达式画逻辑图。
[例]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，列真值表如表。
（2）根据真值表写出逻辑函数的“最小项之和”表达式：（3）将上述表达式化简，并转换成与非形式：（4）根据逻辑函数表达式画出逻辑电路图，如图。
上述逻辑电路可以用74LS00芯片实现，74LS00为4个2输入与非门芯片，74LS00的逻辑符号和引脚图如图所示。
组合逻辑电路
4.2.1 组合逻辑电路的分析方法
b.化简： Y ((A • (ABC)) • (B • (ABC)) • (C • (ABC)))
A • ( ABC) B • ( ABC) C • ( ABC) ( A B C)(A B C) AB AC AB BC AC BC
设计一个举重裁判表决电路。举重比赛有3个裁判， 一个主裁判和两个副裁判。只有当两个或两个以上 裁判判决成功，并且其中有一个为主裁判时，表明 选手举重成功。
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
分组任务2 设计交通灯监视电路，并用与非门和非门实现
设计一个监视交通灯工作状态的逻辑电路，每一组交 通灯由红、黄、绿3盏灯组成。正常工作情况下，任何 时候必有一盏灯点亮，而且只允许有一盏灯点亮。而 当出现其他5种点亮状态时，电路发生故障，这时要求 发出故障信号，以提醒维修人员前去修理。
1
＆＆
AB
C
图4.2.3 练习中的逻辑电路
解：输出端的逻辑式为
00000 0 0 11 0 0 1010 0 11 0 1 10010 1 01 01
由真值表 可知，为 全加器
YY12
A B AB (A
C
B)C
110 01 11111
4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
组合逻辑电路的设计就是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。
由于输入端为8个，输出
端为3个，故也叫做8线
－3线编码器
4.3.1 编码器
其输出输入的真值表为
输入
输出
I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y2 Y1 Y0
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F2 AB AC BC F1 ( A B C )( AB AC BC) ABC
A B
& ≥1
Y1 Y3 Y2
≥1 1
Y4
F2
& ≥1 &
C
Y5 Y6
&
≥1
F1
图 2 - 9 例2 - 9电路
表2 - 18 例2 - 9真值表
3. 脉冲输入情况下组合逻辑电路的分析 不同时刻的输入不同时，对应的输出也可能不同。对电路进 行分析时，首先将输入分成不同的时段，在确定出每个时段 电路的输出，用波形图表示出输入和输出之间对应的逻辑关 系。 举例2.2，2.3(P42)
用或非门设计组合逻辑电路时， 一般步骤:
a 分析逻辑功能要求，确定输入/输出变量；
b 根据功能要求列出待设计电路的真值表；
c 用逻辑代数公式或卡诺图求出输出函数的最简或与表达式；
d 通过两次求反，利用摩根定律将最简或与表达式转换为
或非-或非表达式； e 用或非门实现所得函数。
4. 设计举例
【例2 - 13】设计一个组合逻辑电路，其输入ABCD为 8421BCD码。当输入BCD数能被4或5整除时，电路输出F=1，否 则F=0。 试分别用或非门和与或非门实现。 解 根据题意，可列出该电路的真值表如表2 - 20所示，卡诺 图如图2 - 48所示。
常用数字集成电路的种类（按集成电路工艺）
3 Bi-CMOS电路 Bi-CMOS技术是一种将CMOS器件和双极型器件集成在 同一芯片上的技术。双极型器件速度高，驱动能力强，模拟 精度高，但是功耗大，集成度低，无法在超大规模集成电路 中实现；而CMOS器件功耗低，集成度高，抗干扰能力强， 驱动能力差。在当代的技术应用中，既要求高集成度又要求 高速度，这是上述两种器件中任何一种单独的器件所不能达 到的。Bi-CMOS技术综合了双极型器件高跨导和强负载驱 动能力及CMOS器件高集成度和低功耗的优点，使这两者取 长补短，发挥各自优点，是高速、高集成度、高性能超大规 模集成电路又一可取的技术路线。
如果将A、B、C分别看作三人对某一提案表决， “1”表示赞成， “0”表示不
赞成； 将F看作对该提案的表决结果， “1”表示提案获得通过， “0”表示提 案未获得通过， 则该电路便实现了一种按照少数服从多数原则进行投票表决 的功能。因此可以判断，该电路是一种“表决电路”。
A B
&
Y1
& C &
Y2
TTL UIH 2V-5V / UIL 0-0.8V /UOH 2.4V-5V /UOL 0-0.4V 5VCMOS UIH 3.5V-5V / UIL 0-0.1.5V /UOH 4.4V-5V /UOL 0-0.33V
3.
扇出系数
逻辑门在正常工作条件下， 门电路输出端最多能驱动同类门电路输 入端的数量称为扇出系数。
要求掌握：TTL 和 CMOS电路
一 TTL门电路 由双极型三极管构成。特点是：速度快、抗静电能力强、 集成度低、功耗大。应用于中、小规模集成电路中。 TTL门电路分为54(军用)和74(商用)两大系列， 每个系 列又有若干子系列。例如74系列就有以下子系列：
L: Low speed H:High speed S: Schottky（肖特基）A: advance
三
集成电路的类型
不同代码表示不同类型： 00: 7400,74ls00，54ALS00, 74HCT00 4路两输入与非门 02: 7402,74ls02，54ALS02, 74HCT02 4路两输入或非门 08: 7408,74ls08，54ALS08, 74HCT08 4路两输入与门 10: 7410,74ls10，54ALS10, 74HCT10 3路3输入与非门 20: 7420,74ls20，54ALS20, 74HCT20 2路4输入与非门 27: 7427,74ls27，54ALS27, 74HCT27 3路3输入或非门 32:7432,74ls32，54ALS32, 74HCT32 4路2输入或门 86:7486,74ls86，54ALS86, 74HCT86 4路2输入异或门
5VCMOS: UIH 3.5V-5V
UOH 4.4V-5V
2.2 组合逻辑电路的分析和设计
一 组合逻辑电路的分析
1. 特点
两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合逻辑电路的特点： a.无反馈，无记忆元件 b.任何时刻的输出只与此时刻的输入有关
x1 x2
xm
组合逻辑电路
y1 y2
yn
Y1=F(x1,x2,…,xm) Y2=F(x1,x2,…,xm) Yn=F(x1,x2,…,xm) …
常用数字集成电路的种类（按集成电路工艺）
2 单极型集成电路（场效应管 MOS） 只有一种载流子（多数载流子）参与导电。 1963年，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）的 Frank Wanlass发明了MOS电路。到了1968年，美国无线电 公司（RCA）一个由亚伯· 梅德温（Albert Medwin）领导的 研究团队成功研发出第一个MOS集成电路（Integrated Circuit）。经过长期的研究与改良，今日的MOS元件无论在 使用的面积、操作的速度、耗损的功率，以及制造的成本上 都比另外一种主流的半导体制程双极型集成电路要有优势。 MOS有PMOS和NMOS之分，对应的分别是PMOS电路 和NMOS电路，主流的由两者共同做成的互补型电路 （CMOS)。
四 集成逻辑门的主要参数 1． 直流电源电压UCC
TTL:5V CMOS:5V和3.3v
2.
输入/输出逻辑电平
低电平输入电压UIL ：能被输入端确认为低电平的电压范围。 高电平输入电压UIH ：能被输入端确认为高电平的电压范围。 低电平输出电压UOL：正常工作时低电平输出的电压范围。 高电平输出电压UOH：正常工作时高电平输出的电压范围。 P39 图2-2 2-3
出变量。由此列出电路的真值表如表2 - 21所示。
表2 - 21
Y、 Z的输出函数表达式为
Y AB BC AC ABBC AC Z ABC ABC ABC ABC A B C
A B
&
& C &
&
YLeabharlann ＝1＝1Z
图 2 - 51 例2 - 14电路
3. 用或非门设计组合逻辑电路 用或非门构造与门、或门和非门图2-16。
2. 不变输入情况下组合逻辑电路的分析 已知逻辑图，分析逻辑功能 （由逻辑图转换为真值表）
2.1 分析步骤 由逻辑门构成的组合逻辑电路， 其分析过程通常分为以下三个步 骤： ① 根据给定的逻辑电路， 写出输出函数的逻辑表达式； ② 根据已写出的输出函数的逻辑表达式， 列出真值表，画出卡 诺图；
③ 根据逻辑表达式或真值表， 判断电路的逻辑功能。
2.2 分析举例
【例2 .1】分析图2 - 7所示组合逻辑电路的功能。
解
F ABBC AC AB BC AC
其真值表如表2 - 3所示。 从真值表可以看出， 三个输入变量中，当有两 个或两个以上的输入变量取值为1时，输出F = 1，否则F = 0。因此。该电路实 际上是对输入变量为“1”的个数的多少进行判断， “多数”为1时， 输出F=1。
1.2 设计举例
例2.4 设计一个有三个输入、一个输出的组合逻辑电路，输 入为二进制。当输入二进制能被3整除时，输出为1，否则，输出 为0。
2. 用与非门设计组合逻辑电路 用与非门构造与门、或门和非门图2-13。 用与非门设计组合逻辑电路时， 一般步骤:
a 分析逻辑功能要求，确定输入/输出变量；
二 CMOS门电路 由场效应管构成。特点是：集成度高、功耗低、速度慢、 抗静电能力差。应用于大规模集成电路和微处理器。 COMS门电路也有54和74两大系列。
74C××系列的功能及管脚设置均与TTL74系列相同， 也 有若干个子系列。 74C××系列为普通CMOS系列， 74HC/HCT××系列为高速CMOS系列， 74AC/ACT×× 系列为先进的CMOS系列， 其中74HCT××和74ACT×× 系列可直接与TTL系列兼容。
F ( B D)C
从卡诺图读出F的最简或与式为 定律对其变换得 ，利用摩根
F ( B D )C B D C BD C
由此得到用或非门和与或非门实现的电路如图2 - 49所示。
表2 - 20 真值表
CD AB 00 01 11 10
00 1 1 1
01
11
10
1
图 2 - 48 例2 - 13卡诺图
由于要求用或非门和与或非门实现， 因此应在卡诺图上圈 “0”，求出最简或与式后，先通过摩根定律将其变换为“或非-
或非”式和“与或非”式， 然后就可以用相应的逻辑门实现。
&
F
Y3
图 2 - 7 例2 .1电路
表2 – 3 真值表
【例2 - 9】分析图2 - 44所示组合逻辑电路的功能。
解 这是一个多输出函数， 其输出表达式为
F AB ( A B)C 2 F1 [( A B) C ][ AB ( A B)C ] ( AB)C
74××
标准系列
74L××
74H×× 74S×× 74LS×× 74AS×× 74ALS××
低功耗系列
高速系列 肖特基系列 低功耗肖特基系列 先进的肖特基系列 先进的低功耗肖特基系列
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。 见P37 表2-1的比较
b 根据功能要求列出待设计电路的真值表；