组合逻辑电路分析
组合逻辑电路的特点、分析、设计方法CH
AND门
实现与运算，常用 作逻辑乘。
NOT门
实现非运算，对输 入信号取反。
NOR门
实现或非运算，常 用作实现或门和非 门的组合。
02
组合逻辑电路的分析
分析方法与步骤
01
02
03
04
05
分析方法
1. 列出输入和输 2. 构建真值表 出变量
3. 化简逻辑表达 4. 波形图分析 式
组合逻辑电路的分析通常 采用真值表、逻辑表达式 和波形图等方法。
仿真与验证
使用仿真工具对设计的电路进 行功能验证，确保电路实现正 确。
设计工具与技术
硬件描述语言（HDL）
使用Verilog或VHDL等硬件描述语言进行电 路设计，便于仿真和综合。
逻辑合成工具
使用逻辑合成工具将HDL代码转换为实际可 用的电路图。
仿真工具
使用仿真工具如ModelSim进行电路功能仿 真，确保电路实现正确。
在设计中加入可测试性元素，提高电路的可 测试性和可靠性。
04
组合逻辑电路的应用与发展
应用领域与实例
数字计算
用于实现基本的算术运算，如加法器、 减法器等。
信号处理
用于信号的逻辑运算、比较等。
控制电路
用于控制各种机械或电子设备的操作。
通信系统
用于信号的编码、解码等。
技术发展趋势与挑战
高速化
随着电子设备速度的不断提高， 组合逻辑电路需要更高的工作频
混合信号处理
研究混合信号处理技术在组合逻 辑电路中的应用，以实现模拟和 数字信号的联合处理。
感谢观看
THANKS
电路结构与特点
电路结构
组合逻辑电路由输入端、输出端和若干门电路组成，其结构相对简单，没有存 储单元。
组合电路分析实验报告
一、实验目的1. 掌握组合逻辑电路的基本概念和特点。
2. 学会分析组合逻辑电路的逻辑功能。
3. 熟悉逻辑门电路的原理和应用。
4. 提高实验操作能力和分析问题能力。
二、实验原理组合逻辑电路是由逻辑门电路组成的，其输出仅与当前输入有关，而与电路历史状态无关。
本实验主要涉及以下几种基本逻辑门电路：1. 与门（AND Gate）：当所有输入都为1时，输出才为1。
2. 或门（OR Gate）：当至少一个输入为1时，输出为1。
3. 非门（NOT Gate）：将输入信号取反。
4. 异或门（XOR Gate）：当输入信号不同时，输出为1。
三、实验仪器与器材1. 74LS00（四2输入与门）2. 74LS02（四2输入或门）3. 74LS04（六反相器）4. 74LS86（四2输入异或门）5. 数字逻辑实验箱6. 万用表7. 导线若干四、实验内容与步骤1. 实验一：验证与门、或门、非门、异或门的功能（1）按照实验指导书连接电路图，并检查无误。
（2）按照表1要求输入信号，观察并记录输出信号。
（3）根据观察到的输出信号，分析各门电路的逻辑功能。
表1：验证与门、或门、非门、异或门的功能| 输入信号 | 与门输出 | 或门输出 | 非门输出 | 异或门输出 || :-------: | :-------: | :-------: | :-------: | :-------: || A | B | A | A | A || 0 | 0 | 0 | 1 | 0 || 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |2. 实验二：设计组合逻辑电路（1）设计一个组合逻辑电路，实现以下功能：当输入A为1，B为0时，输出Y为1，否则Y为0。
（2）根据设计要求，选择合适的逻辑门电路，并画出电路图。
（3）按照电路图连接实验电路，并检查无误。
（4）按照表2要求输入信号，观察并记录输出信号。
表2：设计组合逻辑电路| 输入信号 | 输出信号 || :-------: | :-------: || A | B | Y || 0 | 0 | 0 || 0 | 1 | 0 || 1 | 0 | 1 || 1 | 1 | 0 |3. 实验三：分析组合逻辑电路（1）分析实验二所设计的组合逻辑电路，确定其逻辑功能。
组合逻辑电路分析
实验名称组合逻辑电路分析、设计与测试一、实验目的1.掌握组合逻辑电路的分析与测试方法；2.掌握用门电路设计组合逻辑电路的方法。
二、实验原理1.组合逻辑电路的分析与测试组合逻辑电路是最常见的逻辑电路，即通过基本的门电路（比如与门，与非门，或门，或非门等）来组合成具有一定功能的逻辑电路。
组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑电路，写出其输入与输出之间的逻辑函数表达式，或者列出真值表，从而确定该电路的逻辑功能。
组合逻辑电路的测试，就运用实验设备和仪器，搭建出实验电路，测试输入信号和输出信号是否符合理论分析出来的逻辑关系，从而验证该电路的逻辑功能。
组合逻辑电路的分析与测试的步骤通常是：（1）根据给定的组合逻辑电路图，列出输入量和中间量、输出量的逻辑表达式；（2）根据所得的逻辑式列出相应的真值表或者卡诺图；（3）根据真值表分析出组合逻辑电路的逻辑功能；（4）运用实验设备和器件搭建出该电路，测试其逻辑功能。
2.组合逻辑电路的设计与测试组合逻辑电路的设计与测试，就是根据设计的功能要求，列出输入量与输出量之间的真值表，通过化简获得输入量与输出量之间的逻辑表达式，然后根据逻辑表达式用相应的门电路设计该组合逻辑电路，然后运用实验设备与器件搭建实验电路，测试该电路是否符合设计要求。
组合逻辑电路的设计与测试的步骤通常是：（1）根据设计的功能要求，列出真值表或者卡诺图；（2）化简逻辑函数，得到最简的逻辑表达式；（3）根据最简的逻辑表达式，画出逻辑电路；（4）搭建实验电路，测试所设计的电路是否满足要求。
三、预习要求1.阅读理论教材上有关组合逻辑电路的分析与综合以及半加器等章节内容，以达到明确实验内容的目的。
2.查阅附录有关芯片管脚定义和相关的预备材料。
四、实验设备与仪器1.数字电路实验箱；2.芯片74LS00；74LS20。
五、实验内容1.半加器逻辑电路的分析与测试SC图5.5.1 半加器的逻辑电路（1） 根据图5.5.1写出中间量（1Z 、2Z 和3Z ）和输出量（S 和C ）关于输入量（A 和B ）的逻辑表达式。
组合逻辑电路的分析
数字电子技术基础
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竞争-冒险现象
两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变，
输出端可能会产生尖峰脉冲。
检测
存在 = + ′ 或 = · ′
如 = + ′ 令 = =
消除
修改逻辑设计： = + ′ +
计算机系
数字电子技术基础
(4)由真值表分析电路的逻辑功能。
计算机系
数字电子技术基础
6
实例
例1 分析图1所示电路的逻辑功能。
Bˊ
(AB ˊ) ˊ
((AˊB) ˊ(ABˊ) ˊ) ˊ
Aˊ
SH
(AˊB) ˊ
A
B
((AB) ˊ) ˊ
(AB) ˊ
CH
图1 组合逻辑电路
计算机系
数字电子技术基础
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实例
(1)输出端的逻辑函数式
S H ((A B ) • (AB ) )
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课堂练习
分析图2所示电路的逻辑功能。
A
B
C
Y
图2
计算机系
数字电子技术基础
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组合逻辑电路的分析
计算机系
数字电子技术基础
1
回顾
门电路：
Y=AB
计算机系
Y=A+B
数字电子技术基础
Y=A′
2
回顾
门电路：
计算机系
数字电子技术基础
3
组合逻辑电路的特点:
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。
功能特点：无记忆作用，输出只取决于当
前输入，与电路过去的状态无关。
C H ((AB ) )
组合逻辑电路的分析
组合逻辑电路的分析在分析组合逻辑电路时，我们可以使用真值表、卡诺图或布尔代数等方法。
下面将分别介绍这些方法的基本原理和应用。
1.真值表分析法真值表是列出电路的所有可能输入和对应输出的表格。
通过逐行检查真值表的输出列，可以确定电路的功能。
真值表分析法适用于较小规模的电路，但对于较复杂的电路可能不够实用。
2.卡诺图分析法卡诺图是一种图形表示方法，用于描述逻辑函数之间的关系。
它将所有可能的输入组合表示为一个方格矩阵，每个方格代表一个状态。
相邻的方格表示输入之间只有一个位不同。
通过合并相邻的方格，我们可以找到简化逻辑函数的最小项或最小项组合。
卡诺图分析法可以用来优化逻辑电路，减少门的数量和延迟。
3.布尔代数分析法布尔代数是一种用符号和运算规则描述逻辑函数的代数系统。
我们可以使用布尔代数的运算规则来简化和优化逻辑电路。
常见的布尔代数运算包括与运算、或运算、非运算和异或运算等。
通过应用这些运算规则，我们可以将复杂的逻辑函数简化为最小项或最小项组合，从而简化电路。
在进行组合逻辑电路的分析时，我们首先需要确定电路的输入和输出。
然后，我们可以根据电路的功能和输出要求，绘制真值表或卡诺图。
通过分析真值表或卡诺图，我们可以找到逻辑函数的最小项或最小项组合。
接下来，我们可以将这些最小项或最小项组合转化为逻辑门的输入方式。
最后，我们可以使用布尔代数的运算规则来简化逻辑函数和电路。
组合逻辑电路的分析是电路设计和优化的重要一步。
通过应用不同的分析方法，我们可以更好地理解电路的功能和性质，从而更好地设计和优化电路。
在分析组合逻辑电路时，我们需要注意电路的输入和输出要求，合理选择和配置逻辑门，以及优化电路的延迟和开销。
组合逻辑电路分析
组合逻辑电路分析
1.1 组合逻辑电路的定义
Fi fi ( X1, X 2 , X n )
输 入
X1 X2
信
号 Xn
组合逻辑 电路
( i=1，2，…，m)
F1 输 F2 出信
号 Fm
图4-1 组合逻辑电路框图
特点
由逻辑门电路组成 输出与输入之间不存在反馈回路
1.1 组合逻辑电路的定义
Y1 A Y3 Y1 Y2 A B
Y2 B Y4 A B
A
B
Y
0
0
1
0
1
0
1Leabharlann 0011
1
Y Y3 Y4
（4）该电路实现的是同或逻辑功能。
2．多输出组合逻辑电路的分析 【例4-2】已知逻辑电路如图4-3所示，分析该电路的逻辑功能。
图4-3 多输出组合逻辑电路图（来自QuartusII）
解：（1）写出所有输出逻辑函数表达式，并对其进行化简。
1.3 组合逻辑电路分析
1.单输出组合逻辑电路的分析
【例4-1】已知逻辑电路如图4-2所示，分析该电路逻辑功能。
A
Y1 Y3
Y
B
Y2
Y4
图4-2 单输出组合逻辑电路图
（2）化简逻辑电路的输出函数表达式：
Y Y3 Y4 A B A B
（3）列出真值表 表4-1 例4-1 真值表
解：（1）写出各输出的逻辑函数表达式：
1
1
0
1
1
L1
L2
L3
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
（3）逻辑功能说明。 该电路是一位二进制数比较器，
组合逻辑电路的分析
(3)分析功能：为三位数奇偶校验电路。
2024/4/15
数字电子技术
2
❖ 画波形图进行分析：根据输入波形，逐级画出
输出波形；根据输入、输出波形关系确定电路功能。
L A B C (A B) C Z C 式中：Z A B
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数字电子技术
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例3.3.2 分析所示逻辑电路的功能。 解：(1)据逻辑图写出逻辑表达式,并化简
输出
L0
L1
L2
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
2024/4/15
数字电子技术
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输入
I0
I1
I2
0
0
0
1
×
×
0
1
×
0
0
1
输出
L0
L1
L2
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
(2)据真值表写出各输出逻辑表达式。
L0 I0
L1 I0I1
L2 I0 I1I2
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数字电子技术
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(3)据要求将上式变换为与非形式。
当I0为0且I1为1，无论I2为1还是0，输出L1为1， 其余两个输出为0；
输入
I0
I1
I2
0
0
0
1
×
×
0
1
×
0
0
1
输出
L0
L1
L2
0
0
0
1
0
0
0
组合逻辑电路的分析和设计方法
S F2F3
AF1 BF1
AAB B AB
AAB B AB
(A B)(A B)
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AB AB AB
C F1 AB AB
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表4-2 例4-2真值表
2023/11/29
图4-2（b）逻辑图
该电路实现两个一位 二进制数相加的功能。S 是它们的和，C是向高位 的进位。由于这一加法器 电路没有考虑低位的进位， 所以称该电路为半加器。 根据S和C的表达式，将原 电路图改画成图3-2（b） 所示的逻辑图。
9
2. 组合逻辑电路设计方法举例。
例4-3 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。
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解：(1)分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值；
2023/11/29
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（２） 列真值表： 如表3-4所示。 表 4-4 例 4-3 的真值表
A
B
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
1
1
1
C
Y
G
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
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（３） 化简: 利用卡诺图化简, 如图3.4所示可得:
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任务技能训练一—组合逻辑电路的功能测试
任务要求： 按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告。 测试电路逻辑图如下图所示：
1.电路输入、输出分别接实 验箱的哪里？ 2.连接电路之前你能想到那 些注意事项？
测试步骤：
逻辑功能总结：？
ABC ABC ABC ABC
返回ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电路图
Y ABC ABC ABC ABC
表达式
输 A 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 0 0 1 1
入 C 0 1 0 1 0 1 0 1
输出 Y 0 1 1 0 1 0 0 1
返回
化为最小项 表达式
真值表
输 A 0 0 0 0 1 1 1 1
F
&
F A B A A B B A B A A B B
（ AB ） A （ AB ） B AB AB
F AB AB
真值表
异或门
F
0 1 1 0
A
0 0 1 1
B
0 1 0 1
A B
=1
F
F AB
特点：输入相同为“0”； 输入不同为“1”。
3
0 0 0 0 1 1 1 1
当输入A、B、C 中有2个或3个为1 时，输出Y为1， 否则输出Y为0。 4
所以这个电路实 际上是一种3人表 决用的组合电路：
真值表
4
电路的逻 辑功能
只要有2票或3票 同意，表决就通 过。
分析举例2：试分析下图组合逻辑电路的功能
& A B
&
AB
A B A
&
A B B
TTL门电路的使用知识
1．多余或暂时不用的输入端可以悬空，相当于高电平，如 果不悬空可按以下方法处理： （1）与其它输入端并联使用。
（2）将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地。
比如将与门、与非门的多余输入端接电源，将或门、或非门 的多余输入端接地。
[知识链接]任务:组合逻辑电路的分析
组合逻辑电路概述
组合 逻辑电路
逻 辑 电 路 时序 逻辑电路
功能：输出只取决于 当前的输入。
组成：门电路，不存在 记忆元件。 功能：输出取决于当前的 输入和原来的状态。
组成：组合电路、记忆 元件。
组合电路的研究内容：
给定 分析： 逻辑图
给定 设计： 逻辑功能 分析
得到 逻辑功能 画出 逻辑图
设计
一、组合逻辑电路的分析
《数字电子电路设计与制作》
任务:组合逻辑电路的分析
技能:组合逻辑电路的功能测试
二极管门电路
逻辑关系 逻辑表达式 电路组成 逻辑功能简述 全1出1 见0出0 逻辑符号
与
Y=A· B
或
Y=A+B
全0出0 见1出1
非
YA
见0出1 见1出0
CMOS门电路和TTL门电路的使用知识
CMOS门电路的使用知识
B 0 0 1 1 0 0 1 1
入 C 0 1 0 1 0 1 0 1
输出 Y 0 1 1 0 1 0 0 1
最后一步 大功告成！
真值表
确定电路 功能
A、B、C 三个输入变量中，有奇
数个 1时，输出为 1，否则输出为 0。 因此，图示电路为三位判奇电路，又 称奇校验电路。
返回
例：分析电路逻辑功能。
逻辑图
1 出从 逐输 级入 写到 出输
A B C
& & &
Y1
Y2
& Y
Y
Y3
1
逻辑表 达式
化 简
Y1 AB
Y2 BC
2
Y Y1Y2Y3 AB BC AC
2
最简与或 表达式
Y3 CA
Y AB BC CA
最简与或 表达式
A
Y AB BC CA
3
B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 Y 0 0 0 1 0 1 1 1
1.输入电路的静电保护 （1）所有与CMOS电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。 （2）存储和运输CMOS电路，最好采用金属屏蔽层做包装材料。 2．多余的输入端不能悬空。 输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，造成器件的 永久损坏。对多余的输入端，可以按功能要求接电源或接 地，或者与其它输入端并联使用。
分析的主要步骤：
(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。
[ 例 ] 分析下图所示逻辑电路的功能。 A B C Y1 1 电路图 Y 表达式
解：(1)写出输出逻辑函数式
Y1 A B
Y Y1 C A B C
(2) Y A B C ( A B )C A B C 化为最小项 表达式
练习：写出如下图所示组合逻辑电路的输出函数的最简表达式，
列出真值表，分析逻辑功能
&
A B C
&
& &
≥1
Y
任务技能训练一—组合逻辑电路的功能测试
任务目标与要求
1．巩固组合逻辑电路的分析方法。 2．会用数电实验箱测试典型的组合逻辑电路的逻辑功能。 3．会排除测试过程中出现的故障。 4．会编写任务设计任务书。