组合逻辑电路的分析与设计
组合逻辑电路的分析与设计实验报告.doc
组合逻辑电路的分析与设计实验报告院系：电子与信息工程学院班级：电信13-2班组员姓名:一、实验目的1、掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法。
2、掌握组合逻辑电路的设计方法。
二、实验原理通常逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
电路在任何时刻，输出状态只取决于同一时刻各输入状态的组合，而与先前的状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。
1.组合逻辑电路的分析过程，一般分为如下三步进行：①由逻辑图写输出端的逻辑表达式；②写出真值表；③根据真值表进行分析，确定电路功能。
2.组合逻辑电路一般设计的过程为图一所示。
图一组合逻辑电路设计方框图3.设计过程中，“最简”是指按设计要求，使电路所用器件最少，器件的种类最少,而且器件之间的连线也最少。
三、实验仪器设备数字电子实验箱、电子万用表、74LS04、74LS20、74LS00、导线若干。
74LS00 74LS04 74LS20四、实验内容及方法1 、设计4线-2线优先编码器并测试其逻辑功能。
数字系统中许多数值或文字符号信息都是用二进制数来表示，多位二进制数的排列组合叫做代码，给代码赋以一定的含义叫做编码。
(1)4线-2线编码器真值表如表一所示输入输出1 0 0 0 0 00 1 0 0 0 10 0 1 0 1 00 0 0 1 1 14线-2线编码器真值表(2)由真值表可得4线-2线编码器最简逻辑表达式为=((0′1′23′)′(0′1′2′3)′) ′=((0′12′3′)′( 0′1′2′3)′)′(3)由最简逻辑表达式可分析其逻辑电路图4线-2线编码器逻辑图（4）按照全加器电路图搭建编码器电路，注意搭建前测试选用的电路块能够正常工谢谢阅读谢谢阅读作。
（5）验证所搭建电路的逻辑关系。
=1 =0 0 =1 =0 1 =1 =1 0 =1 =1 1 2、设计2线-4线译码器并测试其逻辑功能。
译码是编码的逆过程，它能将二进制码翻译成代表某一特定含义的号.(即电路的某种状态)，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。
第四章组合逻辑电路的分析与设计
=1
S
C = AB 画出逻辑电路图。 画出逻辑电路图。
S = AB + AB = A ⊕ B
&
C
2．全加器——能同时进行本位数和相邻低位的进位信号的加法运算。 全加器 能同时进行本位数和相邻低位的进位信号的加法运算。
由真值表直接写出逻辑表达式，再经代数法化简和转换得： 由真值表直接写出逻辑表达式，再经代数法化简和转换得：
每一个输出变量是全部或部分 输入变量的函数： 输入变量的函数： L1=f1（A1、A2、…、Ai） 、 L2=f2（A1、A2、…、Ai） 、 …… Lj=fj（A1、A2、…、Ai） 、
4.1 组合逻辑电路的分析方法
分析过程一般包含4个步骤： 分析过程一般包含4个步骤：
例4.1.1：组合电路如图所示，分析该电路的逻辑功能。 组合电路如图所示，分析该电路的逻辑功能。
第四章 组合逻辑电路的分析与设计
组合逻辑电路的概念： 组合逻辑电路的概念： 电路任一时刻的输出状态只决定于该时刻 各输入状态的组合，而与电路的原状态无关。 各输入状态的组合，而与电路的原状态无关。
组合电路就是由门电路组合而成， 组合电路就是由门电路组合而成 ， 电路中没有记 忆单元，没有反馈通路。 忆单元，没有反馈通路。
= Ai Bi + ( Ai ⊕ Bi )C i- 1
S i = Ai ⊕ Bi ⊕ C i 1
C i = Ai Bi + ( Ai ⊕ Bi )C i- 1
根据逻辑表达式画出全加器的逻辑电路图： 根据逻辑表达式画出全加器的逻辑电路图：
& Ai Bi Ci-1 =1 Si ≥1 =1 Ci
Ai Bi Ci-1 CI ∑ CO Si Ci
4.3.3 译码器
组合逻辑电路的分析和设计方法
数字电路与 系统设计
第三章 组合逻辑电路
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1
第三章 组合逻辑电路
3.1 概述
3.2 组合逻辑电路分析 3.3 组合逻辑电路设计 3.4 典型组合逻辑电路
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2
3.1 概述
1. 组合逻辑电路的描述
Y1 f1 ( X 1 , X 2 , Y2 f 2 (X 1 ,X 2 , Ym f m ( X 1 , X 2 ,
图3.4.2 8线–3线编码器的逻辑图
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19
②优先编码器 特点：允许同时输入两个以上的编码信号，但只对 其中优先权最高的一个进行编码。
8线-3线编码器
表3.4.2 8线-3线优先编码器的真值表
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20
②优先编码器
8线-3线优先编码器 （设I7优先权最高…I0优先权最低） 优先编码器的逻辑表达式：
分析因果关系，确定输入/输出变量
定义逻辑状态（即赋逻辑状态值）
（2）列写真值表 （3）写出函数表达式，并根据器件类型化简 （4）画逻辑图
组合逻辑电路分析与设计实验报告
组合逻辑电路分析与设计实验报告一、实验目的：1. 掌握逻辑设计基本方法2. 能够自己设计简单逻辑电路，并能用VHDL描述3. 理解输出波形和逻辑电路功能之间的关系二、实验设备与器材：1. 实验箱一套（含数字信号发生器、逻辑分析仪等测量设备）2. 电缆若干三、实验原理：组合逻辑电路是指由与或非门等基本逻辑门或它们的数字组合所构成的电路。
对于组合逻辑电路而言，不需要任何时钟信号控制，它的输出不仅能直接受到输入信号的影响，同时还与其输入信号的时序有关，输入信号的任何改变都可能导致输出信号的变化，因此组合逻辑电路的输出总是与它的输入存在着一个确定的逻辑关系。
本实验通过学习与实践，让学生从具体的组合逻辑电路出发，逐步掌握数字逻辑电路设计技术，了解逻辑电路的设计过程，掌握用组合逻辑门件构成数字系统的方法，提高学生设计和分析组合逻辑电路的能力。
四、实验内容及步骤：本实验的基本内容是设计一个可以进行任意二进制数求和的组合逻辑电路，并用VHDL 语言描述该电路。
其主要步骤如下：1. 设计电路的逻辑功能，确定电路所需基本逻辑门电路元件的类型和数量。
2. 画出电路的逻辑图并进行逻辑延迟估算。
3. 利用VHDL语言描述电路功能，并利用仿真软件验证电路设计是否正确。
4. 利用实验箱中的数字信号发生器和逻辑分析仪验证电路设计是否正确。
五、实验结果与分析：我们首先设计了一个可以进行单位位的二进制数求和的电路，即输入两个1位二进制数和一个进位信号，输出一个1位二进制数和一个进位信号。
注意到，当输入的两个二进制数为同等真值时，输出的结果即为原始输入中的异或结果。
当输入的两个二进制数不同时，输出需要加上当前进行计算的进位，同时更新输出进位信号的取值。
我们继续将此电路扩展到多位数的情况。
假设输入两个n位的二进制数a和b，我们需要得到一个(n+1)位的二进制数c，使得c=a+b。
我们需要迭代地对每一位进行计算，并在计算每一位时将其前一位的进位值也列入计算中。
组合逻辑电路的分析与设计
数字电路系统分为两大类：
组合逻辑电路、时序逻辑电路。
组合逻辑电路：是指电路的输出只与当时的输入有关，而与电路 以前的状态无关。
时序逻辑电路：指电路的输出不仅与当时的输入有关，还与电路 以前的状态有关。
特点：
1、电路中不存在输出到输入的反馈网络，因此输出状态不影响 输入状态。
设计任务：根据给定要求的文字描述或逻辑函数，在特定条件下 ，找出用最少的逻辑门来实现给定逻辑功能的方案，并画出逻辑 电路图。
组合电路是由各种单元门电路组成，它的设计步骤：
（1）、根据逻辑功能的要求，列出输入和输出变量的真值表； （2）、由真值表列出逻辑函数表达式； （3）、将逻辑函数式进行化简或变换，得到所需的最简表达式
有三个信号输入端：A、B、C，共有八种不同的组合；对应8个输 出号信端 (低电平有效)：Y0、Y1、Y2……Y7；
另外，还有3个译码使能控制信号(为增强译码器的功能)：G1、 G2A、G2B；当G1为1，且G2A、G2B均为0 时，译码器处于工作状态( 即选通)， 将8个三位二进制代码转成相应的8个输出(注意：输出 为低电平有效，即Y=0)。而对于这三者的其它状态，译码器均处 于非工作状态。
输入
输出
G1 G2A G2B C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
× 1 ×××× 1 1 1 1 1 1 1 1 ×× 1 ××× 1 1 1 1 1 1 1 1 0 ××××× 1 1 1 1 1 1 1 1 10000001111 111 10000110111 111 10001011011 111 10001111101 111 10010011110 111 10010111111 011 10011011111 101 10011111111 110
「组合逻辑电路分析和设计」
「组合逻辑电路分析和设计」组合逻辑电路分析和设计是计算机科学与工程领域中的重要内容。
本文主要从以下几个方面来进行阐述和介绍。
首先，组合逻辑电路是由与门、或门、非门等基本逻辑门按照一定规则组合而成的电路。
相比于时序逻辑电路，组合逻辑电路没有时钟信号的影响，其输出仅取决于输入。
因此，组合逻辑电路的分析和设计相对较为简单。
组合逻辑电路的分析主要涉及输入与输出之间的逻辑关系。
通过给定的真值表或逻辑函数，可以根据组合逻辑电路的输入和输出关系，推导出电路的逻辑表达式。
例如，对于一个4输入与门，当且仅当所有的输入都为1时，输出才为1、通过对输入和输出进行逻辑运算，可以得到逻辑表达式为Y=A*B*C*D。
组合逻辑电路的设计是根据给定的逻辑关系，构造出满足要求的电路结构。
设计的过程主要包括确定逻辑门的类型和数量，以及逻辑门之间的连接方式。
通过逻辑门的级联、并联、或者反馈连接，可以实现各种复杂的逻辑功能。
组合逻辑电路的设计通常采用两种方法：卡诺图和最小项拓展。
卡诺图是一种图形化的方法，将真值表中的1所对应的位置连接起来，形成一个矩形或者一组矩形。
通过对卡诺图进行化简和合并，可以得到最简化的逻辑表达式。
最小项拓展方法则是将逻辑关系转化为多个最小项的组合。
通过对最小项进行合并和优化，可以得到最简化的逻辑电路。
在实际的组合逻辑电路设计中，还需要考虑一些逻辑优化的技巧。
例如，引入分立的反相器可以简化逻辑表达式，减少逻辑门的使用数量。
另外，使用触发器可以引入时序逻辑，实现更复杂的功能。
总之，组合逻辑电路分析和设计是计算机科学与工程中非常重要的内容。
通过对组合逻辑电路的分析，可以得到逻辑表达式；通过对组合逻辑电路的设计，可以构造出满足需求的电路结构。
熟练掌握组合逻辑电路的分析和设计方法对于计算机科学与工程专业的学生来说是非常重要的。
组合逻辑电路的分析和设计
组合、时序逻辑电路的概念和结构
组合逻辑电路结构与特点：
组合逻辑电路结构：由若干个门电路组成。
组合逻辑电路特点：输出仅与该时刻的输入有关，与电路原状态无关。
常见组合逻辑电路：编码器、译码器、数据选择器、数据分配器……
时序逻辑电路结构与特点：
时序逻辑电路结构：由组合逻辑电源自和存储电路组成。时序逻辑电路特点：输出不仅与该时刻的输入有关，还与电路原状态有关。
习题2（P209）
课程
主题13：组合逻辑电路和时序逻辑电路
课题1：组合逻辑电路和时序逻辑电路的简介
授课班级
授课时间
授课时数
教学分析
通过教学，让同学们对组合逻辑电路和时序逻辑电路有更多的了解和认识。
教学目标
知识目标：
了解组合逻辑电路、时序逻辑电路的概念
掌握组合逻辑电路的分析方法和设计步骤
能力目标：
能够快速的进行组合逻辑电路分析及设计
重点
难点
重点：
组合逻辑电路、时序逻辑电路的概念
组合逻辑电路的分析与设计
难点：
组合逻辑电路的分析方法和设计步骤
授课方式、手段、方法
讲授法与课堂提问相结合
PPT多媒体演示技术
课外实践
教学小结
附件说明
教学课件PPT
教学过程及其主要内容
【课堂导入】
数字逻辑电路按逻辑功能不同，可分为组合逻辑电路、时序逻辑电路两大类。
二．组合逻辑电路的设计：
组合逻辑电路的设计：已知要实现的逻辑电路功能，设计实现该功能的逻辑电路图的过程。
设计步骤：
逻辑电路图
最简表达式
逻辑表达式
真值表
实际逻辑功能
讲解例题：（P208例2）
组合逻辑电路的分析和设计方法
A B CI S CO 0 0 000 0 0 110 0 1 010 0 1 101 1 0 010 1 0 101 1 1 001 1 1 111
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④电路的逻辑功能
AB
00
A:被加数 0 0
1 0
位位
10
11
11
CI S CO 000 110 010 101 010 101 001 111
G
Z为1
取红、黄、绿三盏灯的状态为输入变量：
分别用R、A、G表示，灯亮时为1，不亮时为0。
取故障信号为输出变量：以Z表示， 并规定正常工作状态下Z为0，发生故障时Z为1。
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根据题意可列出真值表
例4.2.2的逻辑真值表
RAG
Z
000
1
001
0
010
0
011
1
100
0
101
1
110
1
写出函数 表达式
2
路
化简 3 真值
函数
表
4
述 电 路
图
功
能
9
例： 分析下图电路的逻辑功能，指出其用途。
两个输出变量 S、CO
三个输入变量A 、B、CI
任何时刻， S、CO的取值只与A、B和CI取 值有关，与电路过去的工作状态无关。
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解：①列写输出变量函数表达式
②写出函数最简表达式 ③ 列出逻辑真值表
S：和
CO：向高 位的进位
由真值表可知 ，该电路为带 有低位进位的 加法器。
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4.2.2 组合逻辑电路的设计方法
一、进行逻辑抽象 根据要求设计出最
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组合逻辑电路的分析与设计
稽山人
[内容摘要] 在数字电路中遇到大量组合逻辑电路的分析与设计问题，这是两个互逆的过程。
本文阐述了解决这两个问题的一般思路、步骤与方法。
[关键词] 组合逻辑电路 逻辑抽象 逻辑功能真值表 示意图
一．引言
组合逻辑电路是指任何时刻输出信号的状态值仅决定于该时刻各个输入信号的取值的逻辑电路。
用函数表达式或真值表来描绘已知的逻辑电路，即是组合逻辑电路的分析。
而根据给出的实际逻辑问题求出实现这一逻辑关系的最简逻辑电路，是设计组合逻辑电路时要完成的工作。
由此所见，分析与设计是互逆的过程。
下面就阐述一下解决这两问题的一般思路，步骤与方法。
二．组合逻辑电路的分析
分析逻辑电路的步骤是：已知逻辑图→写出逻辑函数表达式→化简或变换表达式→列真值表→判断逻辑功能。
下面通过一个例题来说明组合逻辑电路的分析。
例：试分析图1中的a)图所示逻辑电路的逻辑功能，并检验该电路是否合理。
解：首先写出图中输出端的逻辑函数式，它们分别为：
F1 = ABC F2 = ABC F3 = ABC F4 = ABC
F = ABC + ABC + ABC
列出上述逻辑函数的真值表，如表1所示。
由表中可知这是一个“3人表决电路”，即3人表决时，有2个及以上投赞成票则通过。
画出该逻辑函数的卡诺图，如图1 b ）所示。
由观察法便可得化简后的逻辑函数为：
F = AC + AB + BC
a )
©©
c )b )
图1
表1：
可见，原逻辑电路并非最简。
化简后的逻辑电路如图1c）所示。
三．组合逻辑电路的设计
组合逻辑电路的设计步骤是：已知逻辑要求→列真值表→写逻辑函数表达式，或画卡诺图→化简或变换逻辑函数→画出逻辑图。
下面详细阐述一下具体的方法。
1、对设计要求进行逻辑抽象
在许多情况下，提出的设计要求是用文字描述的一个固定因果关系的事件。
这时，必须通过逻辑抽象的方法，用一个逻辑函数对这一具有因果关系的事件进行描述，并以此为基础，进行下一步的设计工作。
逻辑抽象分以下几步：
（1）分析事件的因果关系，确定输入变量和输出变量。
一般情况下，总是把引起事件的原因定为输入变量，把事件的结果作为输出变量。
（2）进行逻辑赋值
用二值逻辑的0、1两个状态分别来表示输入变量或输出变量的两种不同状态。
至于0和1具体所表示的含意（变量的状态），由设计者人为的决定。
（3）列出逻辑真值表
根据逻辑抽象和逻辑赋值的结果，将事件的因果关系用逻辑真值表的形式给出。
至此，整个逻辑抽象结束，事件因果关系已经用逻辑真值表的形式给出。
2、写逻辑函数表达式，并进行化简
根据逻辑真值表，写出逻辑函数表达式，并用公式或卡诺图法进行化简，得出最简逻辑表达式。
一般当输入变量较少时，可用卡诺图化简，会显得比较简单；而当输入变量较多（超过5个）时，通常用公式法化简比较简单。
在进行逻辑函数化简时，要注意两点：一是要充分利用约束条件化简，以得到最简的表达式；二是要结合具体的元器件类型，求得最佳逻辑函数表达式（不一定是最简表达式）。
所以，有时最简逻辑函数表达式，用给定的门电路去实
现时，得到的并不一定是简单电路。
而组合逻辑电路设计的最终结果是在实现相同功能的前提下，要求电路结构最简单。
用逻辑门实现组合逻辑电路，除了注意选择“门”的类型外，还要考虑电路中的一些实际条件，如输入变量的形式、“门”的扇出系数等问题。
3、根据化简后的最简逻辑函数表达式，画出逻辑电路的接线图
到这里为止，原理性设计（亦称为逻辑设计）已经完成。
下面用一个方框图来总结这一
最后需要指出的是，上述的设计步骤并不是一成不变的，根据实际给出的问题有时要作相应的调整。
同时，为了把原理性设计变成实际装置，还必须完成工艺设计并进行组装、调试。
4、实例分析
设计一个监测信号灯工作状态的逻辑电路。
信号灯由红、黄、绿三盏组成，正常工作时，任何时刻点亮的状态只能是红、绿或黄和绿当中的一种，而当出现其他五种状态时，要求逻辑电路给出报警信号。
（要求：用与非门实现）
解：1、首先进行逻辑抽象
取红、黄、绿三盏灯的状态为输入变量，分别用R 、A 、G 表示，并段定灯亮时为1，不亮时为0。
取报警信号为输出变量，用Y 表示，并段定正常工作状态下Y 为0，报警时为1。
按照控制要求，可列出逻辑真值表，如表2。
2、写出逻辑函数表达式
根据真值表，可方便的写逻辑函数表达式，得：
3、将逻辑函数表达式进行化简
由于该逻辑函数只有三个输入变量，因此采用卡诺图化简。
并根据要要求，求出最简与非表达式。
4、根据最简与非式，画出逻辑电路图
组合逻辑电路设计过程
Y =R A G +R A +R G +R A +R A G
R
Y A G 0001111001
1
1
1
11卡诺图
Y =R G +R G +R A
=R G +R G +R A =
输入输出R A G Y 0000010100111001011101
1
1
10100111
逻辑真值表表2
总之，组合逻辑电路的设计，应尽量做到使用元器件少、电路简单、成本低。
若元器件数目相同，输入端总个数最少的方案为好。
四．总结
通过上述分析可知，组合电路的分析和设计是两个互逆的过程：分析是根据逻辑电路图得出其逻辑功能，而设计则是根据给定的逻辑功能，最终得出逻辑电路图。
&&&
&
A
R G
Y
逻辑电路图。