數(shù)字電子技術(shù) 第三章 組合邏輯電路

1、第三章 組合邏輯電路學(xué)習(xí)要點(diǎn)2 組合邏輯電路的概念、組成、表示方法組合邏輯電路的概念、組成、表示方法 組合電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法組合電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法 組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)1.1.概概 述述組合邏輯電路特點(diǎn)組合邏輯電路特點(diǎn): :電路中不包含存儲(chǔ)信號(hào)的記電路中不包含存儲(chǔ)信號(hào)的記憶單元，也不存在輸出到輸入的反饋通路，門電憶單元，也不存在輸出到輸入的反饋通路，門電路是組合電路的基本單元。路是組合電路的基本單元。組合邏輯電路的定義：組合邏輯電路的定義：任意時(shí)刻的輸出信號(hào)只與任意時(shí)刻的輸出信號(hào)只與此時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，而與信號(hào)作用前電路的此時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，而與信號(hào)作用

2、前電路的輸出狀態(tài)無(wú)關(guān)輸出狀態(tài)無(wú)關(guān)數(shù)字電路分類：數(shù)字電路分類：組合邏輯電路組合邏輯電路和和時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路。1.1.概概 述述4組合邏輯電路框圖Y0 = F0（I0、I1, In - 1）Y1 = F1（I0、I1, In - 1）Ym-1= Fm-1（I0、I1, In - 1）I0I1In-1Y0Y1Ym-1組合邏輯電路每一個(gè)輸出變量是全部或部分輸入變量的函數(shù)：每一個(gè)輸出變量是全部或部分輸入變量的函數(shù)：3.13.1 組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的分析5確定確定組合邏輯電路分析舉例組合邏輯電路分析舉例6 例例1 1 分析圖中所示電路的邏輯功能分析圖中所示電路的邏輯功能CABCBABC

3、AABCY CBAABC ABCA B C表達(dá)式表達(dá)式功能功能判斷輸入信號(hào)極性是否相同的電路判斷輸入信號(hào)極性是否相同的電路 符合電路符合電路 解解 YA AB BC C& & &11真值表真值表A B CA B CY Y0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 10 0 1 1 0 00 0 1 1 1 1A B CA B CY Y1 1 0 0 0 01 1 0 0 1 11 1 1 1 0 01 1 1 1 1 11 11 10 00 00 00 00 00 07 例例2 2 分析圖中所示電路的邏輯功能分析圖中所示電路的邏輯功能8 解：為了方便寫表達(dá)式，在圖中標(biāo)注中間變量，比如F F1 1

4、、F F2 2和F F3 3。SBABABABABAABBABAABBABABFAFFF)(1132ABABFC19真值表該電路實(shí)現(xiàn)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)相加的功能。S是它們的和，C是向高位的進(jìn)位。由于這一加法器電路沒有考慮低位的進(jìn)位，所以稱該電路為半加器。根據(jù)S和C的表達(dá)式，將原電路圖改畫成圖（b）所示的邏輯圖。（b）邏輯圖10 例例 3 3 分析圖中所示電路的邏輯功能，輸入信號(hào)A、B、C、D是一組二進(jìn)制代碼。& & & & & & & & & & & & &A AB BCCD DY YWWX X11 解解 (1) (1) 逐級(jí)寫輸出函數(shù)的邏輯表達(dá)式逐級(jí)寫輸出函數(shù)的邏輯表達(dá)式BABABAW CWC

5、WCWX DXDXDXY (2) (2) 化簡(jiǎn)化簡(jiǎn)ABCCBACBACBACWCWX BABABABABAW YX DXDABCDABCDABCDABCD ABCDABCDABCDABCD12(3) 列真值表A B C DA B C DYY0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 11111111100000000(4) 功能說明： 當(dāng)輸入四位代碼中 1 的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)輸出為 1，為偶數(shù)時(shí)輸出為 0 檢奇電路。YAB

6、CDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCD3.3 3.3 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)邏輯抽象列真值表寫表達(dá)式化簡(jiǎn)或變換畫邏輯圖邏輯抽象： 根據(jù)因果關(guān)系確定輸入、輸出變量 狀態(tài)賦值 用 0 和 1 表示信號(hào)的不同狀態(tài) 根據(jù)功能要求列出真值表14 設(shè)定變量： 例1 設(shè)計(jì)一個(gè)表決電路，要求輸出信號(hào)的電平與三個(gè)輸入信號(hào)中的多數(shù)電平一致。解輸入 A、B、C ， 輸出 Y 狀態(tài)賦值：A、B、C = 0 表示 輸入信號(hào)為低電平Y(jié) = 0 表示 輸入信號(hào)中多數(shù)為低電平(1) 邏輯抽象A、B、C = 1 表示 輸入信號(hào)為高電平Y(jié) = 1 表示 輸入信號(hào)中多數(shù)為高電平15解 列真值表(

7、2)寫輸出表達(dá)式并化簡(jiǎn)ABCCABCBABCAYCABCBABCABACBC最簡(jiǎn)與或式最簡(jiǎn)與非-與非式ABACBCYABACBCABCY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10001011116解(3) 畫邏輯圖 用與門和或門實(shí)現(xiàn)ABACBCY 用與非門實(shí)現(xiàn) ABACBC A AB BY YC C& & &ABBC11& &AC& &17 例2 一火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光煙感、溫感和紫外光感感三種類型的火災(zāi)探測(cè)器。為了防止誤報(bào)警，只有當(dāng)其中有兩種或兩種以上類型的探測(cè)器發(fā)出火災(zāi)檢測(cè)信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警控制信號(hào)。產(chǎn)生報(bào)警控制信號(hào)。設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)

8、生報(bào)警控制信號(hào)的電路。解：(1)分析設(shè)計(jì)要求，設(shè)輸入輸出變量并邏輯賦值； 輸入變量：煙感A A 、溫感B B，紫外線光感C C； 輸出變量：報(bào)警控制信號(hào)Y Y。 邏輯賦值：用1表示肯定，用0表示否定。18 (2)列真值表； 把邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)換成數(shù)字表示形式； 真值表 (3) 由真值表寫邏輯表達(dá)式，并化簡(jiǎn)； 化簡(jiǎn)得最簡(jiǎn)式：19邏輯電路圖 (4) 畫邏輯電路圖： 如果作以下變換： 用一個(gè)與或非門加一個(gè)非門就可以實(shí)現(xiàn)， 其邏輯電路圖如圖所示。20 例3 某工廠有某工廠有A、B、C三個(gè)車間和一個(gè)自備電站，站三個(gè)車間和一個(gè)自備電站，站內(nèi)有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)內(nèi)有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)G1和和G2。G1的容量是的容量是G2的兩倍。

9、如果的兩倍。如果一個(gè)車間開工，只需一個(gè)車間開工，只需G2運(yùn)行即可滿足要求；如果兩個(gè)車運(yùn)行即可滿足要求；如果兩個(gè)車間開工，只需間開工，只需G1運(yùn)行，如果三個(gè)車間同時(shí)開工，則運(yùn)行，如果三個(gè)車間同時(shí)開工，則G1和和 G2均需運(yùn)行。試畫出控制均需運(yùn)行。試畫出控制G1和和 G2運(yùn)行的邏輯圖。運(yùn)行的邏輯圖。 設(shè)：設(shè)：A、B、C分別表示三個(gè)車間的開工狀態(tài)：分別表示三個(gè)車間的開工狀態(tài)： 開工為開工為“1”，不開工為，不開工為“0”； G1和和 G2運(yùn)行為運(yùn)行為“1”，不運(yùn)行為，不運(yùn)行為“0”。(1) 根據(jù)邏輯要求列狀態(tài)表根據(jù)邏輯要求列狀態(tài)表 首先假設(shè)邏輯變量、邏輯函數(shù)取首先假設(shè)邏輯變量、邏輯函數(shù)取“0”、“1

10、”的含義的含義。21 邏輯要求：如果一邏輯要求：如果一個(gè)車間開工，只需個(gè)車間開工，只需G2運(yùn)行運(yùn)行即可滿足要求；如果兩個(gè)即可滿足要求；如果兩個(gè)車間開工，只需車間開工，只需G1運(yùn)行，運(yùn)行，如果三個(gè)車間同時(shí)開工，如果三個(gè)車間同時(shí)開工，則則G1和和 G2均需運(yùn)行。均需運(yùn)行。開工開工“1”不開工不開工“0”運(yùn)行運(yùn)行“1”不運(yùn)行不運(yùn)行“0”(1) 根據(jù)邏輯要求列狀態(tài)根據(jù)邏輯要求列狀態(tài)表表0111 0 0 1 0 100011 0 11 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 0A B C G1 G222(2) 由狀態(tài)表寫出邏輯式由狀態(tài)表寫出邏輯式ABCCABCB

11、ABCA1GABCCBACBACBA2GABC0010011110111 1或由卡圖諾可得相同結(jié)果或由卡圖諾可得相同結(jié)果ACBCAB1G (3) 化簡(jiǎn)邏輯式可化簡(jiǎn)邏輯式可得：得：1 0 10 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 01 1 10 0 00111 0 0 1 0A B C G1 G2 100011 0 123ACBCAB1GACBCAB ABCCBACBACBA2GABCCBACBACBA2G 由邏輯表達(dá)式畫出由邏輯表達(dá)式畫出卡諾圖，由卡圖諾可卡諾圖，由卡圖諾可知，該函數(shù)不可化簡(jiǎn)。知，該函數(shù)不可化簡(jiǎn)。ABC0010011110111124(5) 畫出邏輯圖畫出邏輯圖

12、A BCA BC&G1G23.4 3.4 組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)組合邏輯電路的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)251. 1. 競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象及其成因冒險(xiǎn)現(xiàn)象及其成因前面分析組合邏輯電路的功能時(shí)，都假定輸前面分析組合邏輯電路的功能時(shí)，都假定輸入信號(hào)處于入信號(hào)處于穩(wěn)定狀態(tài)（靜態(tài)）穩(wěn)定狀態(tài)（靜態(tài)）；若輸入信號(hào)處于；若輸入信號(hào)處于跳變狀態(tài)（動(dòng)態(tài)），跳變狀態(tài)（動(dòng)態(tài)），且門電路的傳輸延遲時(shí)間且門電路的傳輸延遲時(shí)間t tpd pd 不能忽略時(shí)，組合邏輯電路就有可能產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒不能忽略時(shí)，組合邏輯電路就有可能產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)險(xiǎn)現(xiàn)象。現(xiàn)象。1. 1. 競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象及其成因冒險(xiǎn)現(xiàn)象及其成因26競(jìng)爭(zhēng)：競(jìng)爭(zhēng)：某一輸入變量經(jīng)不同途徑傳輸后

13、，到達(dá)電路某一輸入變量經(jīng)不同途徑傳輸后，到達(dá)電路中的某一匯合點(diǎn)的時(shí)間有先有后，這種現(xiàn)象稱為競(jìng)中的某一匯合點(diǎn)的時(shí)間有先有后，這種現(xiàn)象稱為競(jìng)爭(zhēng)。爭(zhēng)。 尖峰脈沖會(huì)使敏感的電路（如觸發(fā)器）誤動(dòng)作，尖峰脈沖會(huì)使敏感的電路（如觸發(fā)器）誤動(dòng)作，因此，設(shè)計(jì)組合電路時(shí)要采取措施加以避免。因此，設(shè)計(jì)組合電路時(shí)要采取措施加以避免。冒險(xiǎn)：冒險(xiǎn)：由于競(jìng)爭(zhēng)的存在，使電路輸出發(fā)生尖峰脈沖由于競(jìng)爭(zhēng)的存在，使電路輸出發(fā)生尖峰脈沖的現(xiàn)象叫做冒險(xiǎn)。的現(xiàn)象叫做冒險(xiǎn)。1. 1. 競(jìng)爭(zhēng)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象及其成因冒險(xiǎn)現(xiàn)象及其成因27結(jié)果，在結(jié)果，在t t1 1tt2 2 時(shí)間內(nèi)，電路時(shí)間內(nèi)，電路輸出端產(chǎn)生了輸出端產(chǎn)生了Y=1Y=1的尖峰脈沖，的

14、尖峰脈沖，Y=A AY=A AY 0Y 0tpdt1t2 t3 t4AYA它不符合靜態(tài)下它不符合靜態(tài)下Y= AAY= AA恒為恒為 0 0 的的邏輯關(guān)系。邏輯關(guān)系。靜態(tài)時(shí)，靜態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)，且動(dòng)態(tài)，且t tpdpd 0 0 時(shí)時(shí),Y=,Y=？tpdAAt tpdpd&1Y2 2、消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的方法、消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的方法281) 修改邏輯設(shè)計(jì) 此方法是利用邏輯代數(shù)中的等式變換。在確保函數(shù)值不變的條件下，對(duì)原邏輯函數(shù)式進(jìn)行適當(dāng)修改，以消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。Y=AB+AC=AB+AC+BC如：2) 輸出端接濾波電容冒險(xiǎn)脈沖是一窄脈沖，在門電路的輸出端接幾百皮法（pF）的電容，利用電容電壓不能突變的特性，也可消除冒險(xiǎn)。本章小節(jié)29組合電路的特點(diǎn)：在任何時(shí)刻的輸出只取決于