门电路和组合逻辑电路三
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 。
门电路和组合逻辑电路
E =0
×表示任意态
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三态门应用: 三态门应用: 可实现用一条 可实现用一条总线分时传送几 一条总线分时传送几 个不同的数据或控制信号. 个不同的数据或控制信号. &
A1 B1
如图所示: 如图所示:
A1 B1 "1" E1 A2 B2 "0" E2 A3 B3 "0" E3
第20章 门电路和组合逻辑电路 20章
本章要求: 本章要求:
1. 掌握基本门电路的逻辑功能,逻辑符号,真值 掌握基本门电路的逻辑功能,逻辑符号, 表和逻辑表达式. TTL门电路 CMOS门 门电路, 表和逻辑表达式.了解 TTL门电路,CMOS门 电路的特点. 电路的特点. 2. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数. 3. 会分析和设计简单的组合逻辑电路. 会分析和设计简单的组合逻辑电路. 4. 理解加法器,编码器,译码器等常用组合逻辑 理解加法器,编码器, 电路的工作原理和功能. 电路的工作原理和功能. 5. 学会数字集成电路的使用方法. 学会数字集成电路的使用方法.
"非 " 门
>1
Y
"或非"门 或非" 逻辑表达式: 逻辑表达式: Y=A+B+C
有"1"出"0",全"0"出 出 , 出 "1"
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例:根据输入波形画出输出波形 >1 A A & Y1 B B A B Y1 Y2
Y2
有"0"出"0",全"1"出 1"出 1", 0"出 出 , 出 0" "1"
门电路设计组合逻辑电路的方法
门电路设计组合逻辑电路的方法门电路是数字电路中最基础的电路之一，它由若干个逻辑门组成，用于实现各种逻辑功能。
组合逻辑电路是由多个门电路按照一定的规则连接而成的电路，它的输出仅取决于当前输入的状态，与之前的输入状态无关。
在本文中，将介绍一种常用的方法来设计组合逻辑电路。
在设计组合逻辑电路之前，首先需要明确电路的功能需求，即确定电路的输入和输出信号的关系。
然后，根据这个关系，可以使用逻辑门来实现所需的功能。
常用的逻辑门有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）等。
其中，与门将两个输入信号都为1时输出为1，否则输出为0；或门则是两个输入信号中有一个为1时输出为1，否则输出为0；非门是对输入信号取反；异或门是两个输入信号相同时输出为0，不同时输出为1。
在设计组合逻辑电路时，可以将问题分解为几个较小的子问题，然后分别设计解决。
例如，要设计一个加法器电路，可以将它分解为一个半加器和多个全加器的组合。
半加器用于计算两个输入位的和与进位，而全加器则可以将多个半加器连接起来，实现多位数的加法运算。
在具体设计电路时，可以使用逻辑图来表示电路的结构和信号的传输。
逻辑图使用逻辑门和线连接来表示电路中的元件和信号传输路径。
在逻辑图中，每个逻辑门都有一个标识符，用于表示该门的类型，例如AND、OR等。
线则表示信号的传输路径，可以用直线或弯曲的线段表示。
在设计组合逻辑电路时，还需要考虑电路的延迟和时序问题。
电路的延迟是指输入信号改变后，输出信号发生变化所需要的时间。
时序问题则是指在电路中的不同部分之间有一定的时间差，可能导致错误的结果。
为了解决这些问题，可以使用触发器和时钟信号来同步电路的运行。
总结起来，设计组合逻辑电路的方法包括确定功能需求、选择适当的逻辑门、使用逻辑图表示电路、解决延迟和时序问题等。
通过合理的设计和组合，可以实现各种复杂的逻辑功能。
这种方法不仅适用于门电路，也可以应用于其他类型的数字电路设计。
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
基本逻辑门电路
基本逻辑门电路一、引言逻辑门电路是数字电路中最基本的组成单元，用于实现逻辑运算。
在计算机科学和电子工程领域，逻辑门电路被广泛应用于各种数字系统中，如计算机处理器、存储器、控制单元等。
本文将深入探讨基本逻辑门电路的原理、分类、真值表和应用。
二、逻辑门电路的原理逻辑门电路是由晶体管、二极管等电子元件组成的。
它们能够根据输入信号的逻辑值产生相应的输出信号。
常见的逻辑门电路有与门、或门、非门、异或门等。
1. 与门（AND Gate）与门是最基本的逻辑门之一，它只有在所有输入信号均为高电平时，才会输出高电平信号。
与门的真值表如下：输入A 输入B 输出Y0 0 00 1 01 0 01 1 12. 或门（OR Gate）或门是另一个常见的逻辑门，它只要有一个输入信号为高电平，就会输出高电平信号。
或门的真值表如下：输入A 输入B 输出Y0 0 00 1 11 0 11 1 13. 非门（NOT Gate）非门是最简单的逻辑门之一，它只有一个输入信号，并将其取反输出。
非门的真值表如下：输入A 输出Y0 11 04. 异或门（XOR Gate）异或门是一种特殊的逻辑门，它只有在输入信号不相同时，才会输出高电平信号。
异或门的真值表如下：输入A 输入B 输出Y0 0 00 1 11 0 11 1 0三、逻辑门电路的分类根据逻辑门电路的复杂程度和功能，可以将其分为基本逻辑门电路和组合逻辑电路。
1. 基本逻辑门电路基本逻辑门电路是由单个逻辑门构成的简单电路，如与门、或门、非门等。
它们能够实现基本的逻辑运算，如与、或、非等。
2. 组合逻辑电路组合逻辑电路是由多个逻辑门组合而成的电路，它们能够实现复杂的逻辑运算。
常见的组合逻辑电路有多路选择器、加法器、比较器等。
四、逻辑门电路的真值表逻辑门电路的真值表是描述逻辑门输入输出关系的表格。
通过真值表，我们可以清楚地了解逻辑门在不同输入情况下的输出结果。
五、逻辑门电路的应用逻辑门电路在数字系统中有广泛的应用，下面介绍几个常见的应用场景：1. 计算机处理器计算机处理器是由大量逻辑门电路组成的，它能够完成各种复杂的运算和控制任务。
组合逻辑电路的基本组成单元是门电路
组合逻辑电路的基本组成单元是门电路
门电路是组合逻辑电路的基本组成单元，是组合式电路的体系结构的重要组成部分，也是最基本的逻辑电路元件。
它的功能是根据变量的不同状态来控制元件的输出状态。
门电路的功能多种多样，可以分为逻辑门和存储门两大类。
逻辑门是一种可以根据逻辑表达式中不同状态来控制门电路输出状态的门电路。
主要有AND门（乘法门）、OR门（加法门）、NOT门（反转门）、NAND门（非乘法门）、NOR门（非加法门）等。
它是组合逻辑电路中最重要的构件，可以实现对多个输入信号的处理，使组合逻辑电路可以实现各种复杂的逻辑功能。
存储门又叫延时门，是能够用来产生时间上的逻辑功能而构成的一类门电路。
它具有与输入信号无关的延时时间，并能够根据当前的输入信号和时间的配合，确定最终的输出信号的电路元件。
主要有RS门（重设门）、JK门（加减门）、D门（数据门）、T门（时间存储门）等，这些存储门是实现复杂逻辑功能的重要元件，而且是用来实现定期和定时时钟循环、空间序列逻辑、模拟计算等功能所构成的重要组件。
门电路的功能是非常重要的，它把复杂的逻辑功能简单的表达出来，为组合逻辑电路提供实用的基础。
通过控制门电路的输入和输出是可以完成各种复杂逻辑功能，为控制电路的连接搭建框架，因此它在电子系统中有着非常重要的地位。
第9章电工电子技术 门电路与组合逻辑电路
逻辑或 (逻辑加)
逻辑状态表 全0出0 有1出1
（3）“非”逻辑运算和非门
非逻辑
A具备时 ，事件F不发生；A不具备时，事件F 发生。
开关闭为“1” R
灯不亮为“0”
E
A
F
则开关A与灯F的关系为 “非”逻辑
开关开为“0” 灯亮为“1”
三极管非门电路
+UCC
+3V RC
A RB
F
逻辑符号 1F
A 限幅二极管
B& &
A&
&
F
& C
2.应用卡诺图化简
（1）最小项与逻辑相邻 把逻辑函数的输入、输出关系写成与、或、非
等逻辑运算的组合式，即逻辑代数式，称为逻辑 函数式，我们通常采用“与或”的形式。
比如： F ABC ABC ABC ABC ABC 若表达式中的乘积包含了所有变量的原变量或 反变量，则这一项称为最小项，上式中每一项 都是最小项。
B
C
F
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
注意！
n个变量可以有2n个组合，一般 按二进制的顺序，输出与输入状态一 一对应，列出所有可能的状态。
3. 逻辑函数表示形式的转换 （1）由真值表转换到与或表达式
第一步：取真值表中函数值为“1”的各 项，将变量写成“与”的形式；（变量 为1，取其本身，变量为0，取其反）
AB AC BC
例2：
F ABC ABC ABC 提出AB
习题1-门电路和组合逻辑电路
第20章习题 门电路和组合逻辑电路S10101B为实现图逻辑表达式的功能，请将TTL 电路多余输入端C 进行处理（只需一种处理方法），Y 1的C 端应接 ，Y 2的C 端应接 ，解：接地、悬空S10203G在F = AB +CD 的真值表中，F =1的状态有( )。
A. 2个 B. 4个 C. 3个 D. 7个 解：DS10203N某与非门有A 、B 、C 三个输入变量，当B =1时，其输出为( )。
A. 0 B. 1 C. D. AC 解：CS10204B在数字电路中，晶体管的工作状态为( )。
A. 饱和 B. 放大 C. 饱和或放大 D. 饱和或截止 解：DS10204I逻辑电路如图所示，其逻辑函数式为( )。
A. B.C. D.解：CS10204N已知F =AB +CD ，选出下列可以肯定使F = 0的情况( )。
A. A = 0，BC = 1 B. B = C = 1 C. C = 1，D = 0 D. AB = 0，CD = 0 解：DS10110B三态门电路的三种可能的输出状态是 ， ， 。
解：逻辑1、逻辑0、高阻态S10214B逻辑图和输入A ，B 的波形如图所示，分析当输出F 为“1”的时刻应是( )。
A. t 1B. t 2C. t 3解：AYS10211I图示逻辑电路的逻辑式为( )。
A. B. C. 解：BS10212I逻辑电路如图所示，其功能相当于一个( )。
A. 门B. 与非门C. 异或门 解：CS10216B图示逻辑电路的逻辑式为( )。
A. A +BB.C. AB + 解：CS10217B逻辑图如图（a ）所示，输入A 、B 的波形如图（b ），试分析在t 1瞬间输出F 为( )。
A. “1”B. “0”C. 不定 解：BS10218B图示逻辑符号的逻辑状态表为( )。
A. B. C.解：BS10219B逻辑图和输入A的波形如图所示，输出F的波形为( )。
第3章 组合逻辑电路
F
&
&
&
&
A
B
C
本例采用的是“真值表法”，真值表法的优点是规整、清晰； 缺点是不方便，尤其当变量较多时十分麻烦。
例 设计一个组合逻辑电路，用于判别以余3码表示的1 位十进制数是否为合数（一个数，如果除了一和他本身还有 别的因数，这样的数叫做合数，与之相对的是质数）。 解 设输入变量为ABCD，输出函数为 F，当ABCD表示 的十进制数为合数 (4 、 6 、 8、 9) 时，输出 F 为 1，否则 F为 0。
毛刺
使用卡诺图判断一个组合逻辑电路是否存在着 竞争冒险的一般步骤是： • 先画出该电路逻辑函数的卡诺图； • 然后在函数卡诺图上画出与表达式中所有乘积项 相对应的卡诺圈； • 如果图中有相切的卡诺圈，则该逻辑电路存在着 竞争冒险。（“0”冒险是1构成的圈，“1”冒险是 0构成的圈。
所谓卡诺圈相切即两个卡诺圈之间存在不被同一卡 诺圈包含的相邻最小项。
产生冒险的原因
A
1
≥1
F=A+A=1 理想情况
以例说明
A A
F 实际情况
造成冒险的原因是由于A和 A到达或门的时间不同。
再举一例 A C B
1 & BC & AC ≥1
A B F=AC+BC C C AC BC F
(分析中略去与门和或门的延时）
产生冒险的原因 ： 电路存在由非门产生的互补信 号，且互补信号的状态发生变化 时有可能出现冒险现
有公用项
经变换后，组成电路时可令其共享同一个异或门，从而 使整体得到进一步简化，其逻辑电路图如下图所示。
多数出组合电路达到最简的关键是在函数化简时找出各输 出函数的公用项，使之在逻辑电路中实现对逻辑门的“共享”， 从而达到电路整体结构最简。
电子技术第10讲(逻辑门电路组合逻辑电路)
3) 扇出系数:
TTL门电路的主要参数
扇出系数— 输出端允许驱动的门电路的最大数目
一般，8<= N <=10。
&
≥1 &
&
电子技术第10讲(逻辑门电路组合逻 辑电路)
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/27
电子技术第10讲(逻辑门电路组合逻 辑电路)
方 格。
法
N个输入变量
种组合。
卡诺图
电子技术第10讲(逻辑门电路组合逻 辑电路)
20.3 集成门电路
TTL (Transistor-Transistor Logic
集 成 门
双极型
Integrated Circuit , TTL) ECL
电
PMOS
路 MOS型（Metal-Oxide-
NMOS
Semiconductor，MOS） CMOS
电子技术第10讲(逻辑门 电路组合逻辑电路)
2020/11/27
电子技术第10讲(逻辑门电路组合逻 辑电路)
逻辑函数的表示法
逻辑电路图:
A
1
&
≥1 Y
B
1
&
四 逻辑代数式(逻辑表达式,逻辑函数式)
种
Y=AB +
表 真值表将：逻辑函A数B输入变量取值的不同组合与所对
示 应的输出变量值用列表的方式一一对应列出的表
电子技术第10讲(逻辑门电路组合逻 辑电路)
与非门表示符号
A B&Y C
A
B
&
Y
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课题十三：门电路和组合逻辑电路
【学习内容】
在许多情况下，如果用中、大规模集成电路来实现组合函数，可以取得事半功倍的效果，而组合逻辑电路的设计步骤和具体操作过程是我们这一节要学习的主要内容。
【学习重点】
组合逻辑电路的分析步骤
组合逻辑电路的设计步骤
加法器的设计和实现
【学习难点】
组合逻辑电路的分析和设计
【学习内容】
组合逻辑电路的分析和综合
1、数字电路的分类
在数字系统中，根据逻辑功能的不同，数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
2、概念：若一个数字逻辑电路在某一时刻的输出，仅仅取决于这一时刻的输入状态，而与电路原来的状态无关，则该电路称为组合逻辑电路。
3、组合逻辑电路的结构特点
·只能由门电路组成
·电路的输入与输出无反馈路径
·电路中不包含记忆单元
何为分析？所谓组合逻辑电路的分析就是根据已知的组合逻辑电路，确定其输入与输出之间的逻辑关系，验证和说明该电路逻辑功能的过程。
亦即：对给定的一个组合逻辑电路，确定其输入与输出之间的逻辑关系，验证和说明该电路逻辑功能的过程。
什么是设计？所谓设计就是根据给定的功能要求，求出实现该功能的最简单的组合逻辑电路。
一、组合逻辑电路的分析方法
1、基本分析方法
逻辑图从输入到输出逐级写出逻辑表达式化简最简与或表达式真值表
电路的逻辑功能
2、分析举例
课本[例6.2.1]、[例6.2.2]
[例]分析下列电路的逻辑功能
·逻辑图
Y
1
·逻辑表达式：B
A
Y
2
B
B
A
C
B
A
B
Y
Y
Y
Y
2
1
3
B
Y
X
Y
3
·最简与-或表达式：B
A
B
B
A
B
A
C
B
A
Y
·真值表：
·电路的逻辑功能：电路的输出Y只与输入A、B有关，
而与输入C无关。
Y和A、B的逻辑关系为：A、B中只要一
个为0，Y=1；A、B全为1时，Y=0。
所以Y和A、B的逻辑
关系为与非运算的关系。
可用与非门实现：
AB
B
A
Y
二、组合逻辑电路的设计方法
1、基本设计方法
电路功能描述穷举法真值表逻辑表达式或卡诺图最简与-或表达
式逻辑变换逻辑电路图
2、设计举例
（1）单输出组合逻辑电路的设计
课本[例6.2.3]
[例]：用与非门设计一个举重裁判表决电路。
设举重比赛有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。
杠铃完全举上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。
只有当两个或两个以上裁判判明成功，并且其中有一个为主裁判时，表明成功的灯才亮。
·电路功能描述（见题目）
·真值表（穷举法）：设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示成功与否的灯为Y，根据逻辑要求列出真值表。
·逻辑表达式
ABC
C
AB
C
B
A
m
m
m
Y
7
6
5
·最简与-或表达式（用卡诺图化
简）
AC
AB
Y
·逻辑变换AC
AB
Y✂
·逻辑电路图
（1）多输出组合逻辑电路的设计
例题见课本[例6.2.4] 设计一个将余三码变换为8421BCD码的组合逻辑电路。
加法器
加法器
概念：实现多位二进制数相加的电路称为加法器。
1、串行进位加法器
构成：把n位全加器串联起来，低位全加器的进位输出连接到相邻的高位全加器的进位输入。
逻辑电路图：
特点：进位信号是由低位向高位逐级传递的，速度不高。
2、并行进位加法器（超前进位加法器）
4位超前进位加法器递推公式
集成二进制4位超前进位加法器
加法器的级连：。