第4章組合邏輯電路PPT課件

1、第一部分?jǐn)?shù)字電路第一部分?jǐn)?shù)字電路第第4章組合邏輯電路章組合邏輯電路主講教師：喻紅主講教師：喻紅華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院2第第4章組合邏輯電路章組合邏輯電路 4.1基本概念基本概念 4.2組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的分析 4.3組合邏輯電路的設(shè)計(jì)組合邏輯電路的設(shè)計(jì) 4.4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)華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院31組合電路組合電路：在任何時(shí)刻，輸出狀態(tài)只取決于同一時(shí)刻：在任何時(shí)刻，輸出狀態(tài)只取決于同一時(shí)刻各輸入狀態(tài)的組合，而與輸入信號(hào)作用前的電路狀態(tài)無(wú)關(guān)的邏各輸入狀態(tài)的組合，而與輸入信號(hào)作

2、用前的電路狀態(tài)無(wú)關(guān)的邏輯電路稱為組合邏輯電路。輯電路稱為組合邏輯電路。組 合 邏 輯 電 路I0I1In-1Y0Y1Ym -1輸入輸出),( ),(),(110111101111000nmmnnIIIfYIIIfYIIIfY4.1基本概念基本概念華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院42結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）輸出與輸入之間沒(méi)有反饋延遲通路；）輸出與輸入之間沒(méi)有反饋延遲通路；（2）電路由邏輯門構(gòu)成，電路中不含記憶元件。）電路由邏輯門構(gòu)成，電路中不含記憶元件。 3電路類型電路類型根據(jù)電路輸出端是一個(gè)還是多個(gè)，通常將組合邏輯電路根據(jù)電路輸出端是一個(gè)還是多個(gè)，通常將組合邏輯電路分

3、為單輸出組合邏輯電路和多輸出組合邏輯電路兩種類型。分為單輸出組合邏輯電路和多輸出組合邏輯電路兩種類型。4功能描述功能描述 任何一個(gè)組合邏輯電路，其功能均可用邏輯函數(shù)表達(dá)式、任何一個(gè)組合邏輯電路，其功能均可用邏輯函數(shù)表達(dá)式、真值表以及時(shí)間圖等進(jìn)行描述。真值表以及時(shí)間圖等進(jìn)行描述。華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院5邏輯電邏輯電路路寫邏輯寫邏輯 表表達(dá)式達(dá)式 列真列真 值表值表分析分析功能功能一般分析方法：一般分析方法：4.2組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的分析華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院6 1、由邏輯電路圖寫出邏輯表達(dá)式。（從輸入端開始，

4、逐、由邏輯電路圖寫出邏輯表達(dá)式。（從輸入端開始，逐級(jí)寫出各輸出端的邏輯表達(dá)式。）級(jí)寫出各輸出端的邏輯表達(dá)式。）分析步驟：分析步驟： 2、列出相應(yīng)的真值表；、列出相應(yīng)的真值表； 3、對(duì)邏輯函數(shù)表達(dá)式或真值表的進(jìn)行分析判斷，以、對(duì)邏輯函數(shù)表達(dá)式或真值表的進(jìn)行分析判斷，以確定電路的邏輯功能。確定電路的邏輯功能。邏輯邏輯電路電路寫邏輯寫邏輯 表達(dá)式表達(dá)式 列真列真 值表值表分析分析功能功能華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院7ABCY& 組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的分析邏輯圖邏輯圖邏輯表達(dá)邏輯表達(dá)式式 1 1 最簡(jiǎn)與或表最簡(jiǎn)與或表達(dá)式達(dá)式化簡(jiǎn)化簡(jiǎn) 2 ABY 1BC

5、Y2CAY31Y2Y3YY 2 CABCABY從輸入到輸出從輸入到輸出逐級(jí)寫出逐級(jí)寫出ACBCABYYYY 321華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院8A B CY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 100010111最簡(jiǎn)與或表最簡(jiǎn)與或表達(dá)式達(dá)式 3 真值表真值表CABCABY 3 4 電路的邏輯電路的邏輯功能功能當(dāng)輸入當(dāng)輸入A、B、C中有中有2個(gè)或個(gè)或3個(gè)為個(gè)為1時(shí)，輸時(shí)，輸出出Y為為1，否，否則輸出則輸出Y為為0。所以這個(gè)電路所以這個(gè)電路實(shí)際上是一種實(shí)際上是一種3人表決用的人表決用的組合電路：只組合電路：只要有要有2票或票或

6、3票票同意，表決就同意，表決就通過(guò)。通過(guò)。 4 華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院9Y31111ABCYY1Y21邏輯圖邏輯圖BBACBABYYYYBYYYBAYCBAY21321321邏輯表達(dá)邏輯表達(dá)式式例：例：BABBABBACBAY最簡(jiǎn)與或表最簡(jiǎn)與或表達(dá)式達(dá)式華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院10真值表真值表A B CY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 111111100ABCY&用與非門實(shí)現(xiàn)用與非門實(shí)現(xiàn)電路的輸出電路的輸出Y只與只與A、B有關(guān)，有關(guān)，而與而與C無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 邏輯關(guān)系為

7、：邏輯關(guān)系為：A、B中只要一個(gè)為中只要一個(gè)為0，Y=1；A、B全為全為1時(shí)，時(shí)，Y=0。所以。所以Y和和A、B的邏輯關(guān)系為與非運(yùn)算的關(guān)的邏輯關(guān)系為與非運(yùn)算的關(guān)系。系。電路的邏輯功能電路的邏輯功能ABBAY華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院11例例1 1：分析下圖的邏輯功能。：分析下圖的邏輯功能。 ABABBABABABABAFBABABABA同或邏輯同或邏輯&ABF11華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院12ABF001010100111真值表真值表相同為相同為“1”不同為不同為“0”同或門同或門=BAFBABAF華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)

8、教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院13例例2：分析下圖的邏輯功能。：分析下圖的邏輯功能。 BAABABBABABAABF BABAABBBAABA）（）（BABA異或邏輯異或邏輯華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院14ABF000011101110真值表真值表相同為相同為“0”不同為不同為“1”異或門異或門=1BAFBABAF華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院15例例3：分析下圖的邏輯功能。：分析下圖的邏輯功能。 &2&3&4AMB1F=101被封鎖被封鎖11華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)

9、院16&2&3&4AMB1F=010被封鎖被封鎖1選通電路選通電路華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院17設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法任務(wù)任務(wù)要求要求邏輯電邏輯電路路1建模，指定實(shí)際問(wèn)題的邏輯含義，建模，指定實(shí)際問(wèn)題的邏輯含義，分析步驟：分析步驟：3用邏輯代數(shù)式或卡諾圖法對(duì)邏輯代數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)、變換。用邏輯代數(shù)式或卡諾圖法對(duì)邏輯代數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)、變換。4畫出邏輯電路圖。畫出邏輯電路圖。列真列真值表值表邏輯表達(dá)邏輯表達(dá)式式化簡(jiǎn)化簡(jiǎn)變換變換2列出真值表。列出真值表。4.3組合電路的設(shè)計(jì)組合電路的設(shè)計(jì)華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院18真值表真

10、值表電路功能電路功能描述描述：用與非門設(shè)計(jì)舉重裁判表決電路。設(shè)有用與非門設(shè)計(jì)舉重裁判表決電路。設(shè)有3個(gè)裁判，個(gè)裁判，一個(gè)主裁判和兩個(gè)副裁判。杠鈴舉起的裁決由每一個(gè)一個(gè)主裁判和兩個(gè)副裁判。杠鈴舉起的裁決由每一個(gè)裁判按一下按鈕來(lái)確定。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上裁判判明裁判按一下按鈕來(lái)確定。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上裁判判明成功，且其中有一個(gè)為主裁判時(shí)，表明成功的燈才亮。成功，且其中有一個(gè)為主裁判時(shí)，表明成功的燈才亮。設(shè)主裁判為設(shè)主裁判為A，副裁判分別為，副裁判分別為B和和C；表示成功；表示成功與否的燈為與否的燈為Y，根據(jù)邏輯要求列出真值表。，根據(jù)邏輯要求列出真值表。 1 窮舉法窮舉法 1 A B CYA B CY0

11、0 00 0 10 1 00 1 100001 0 01 0 11 1 01 1 10111 2 ABCCABCBAmmmY765 2 邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院19 ABC0001111001ABACY& 3 卡諾圖卡諾圖最簡(jiǎn)與或表最簡(jiǎn)與或表達(dá)式達(dá)式化簡(jiǎn)化簡(jiǎn) 4 5 邏輯變換邏輯變換 6 邏輯電路圖邏輯電路圖 3 化簡(jiǎn)化簡(jiǎn) 4 111Y=AB+AC 5 ACABY 6 華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院20理想狀態(tài)理想狀態(tài)實(shí)際狀態(tài)實(shí)際狀態(tài) ：輸入信號(hào)變化先后不同、信號(hào)傳輸?shù)穆窂讲煌?，：輸入信?hào)變化先后不同

12、、信號(hào)傳輸?shù)穆窂讲煌?，或是各種器件延遲時(shí)間不同?；蚴歉鞣N器件延遲時(shí)間不同。冒險(xiǎn)現(xiàn)象冒險(xiǎn)現(xiàn)象 ：輸出波形產(chǎn)生不應(yīng)有的尖脈沖。：輸出波形產(chǎn)生不應(yīng)有的尖脈沖。Hazard1 AA4.4組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院211產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的原因產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的原因在組合電路中，當(dāng)輸入信號(hào)的狀態(tài)改變時(shí)，輸出端可能會(huì)出在組合電路中，當(dāng)輸入信號(hào)的狀態(tài)改變時(shí)，輸出端可能會(huì)出現(xiàn)不正常的干擾信號(hào)，使電路產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出，這種現(xiàn)象稱現(xiàn)不正常的干擾信號(hào)，使電路產(chǎn)生錯(cuò)誤的輸出，這種現(xiàn)象稱為競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。為競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的原因：主要是門電路的延遲時(shí)

13、間產(chǎn)生的。產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的原因：主要是門電路的延遲時(shí)間產(chǎn)生的。AA1&Y1AAY1(a)(b)11Y2AAY2(a)(b)干擾信號(hào)干擾信號(hào)01AAY12AAY華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院22邏輯冒險(xiǎn)邏輯冒險(xiǎn) :由于邏輯門的延遲作用而產(chǎn)生的冒險(xiǎn)。由于邏輯門的延遲作用而產(chǎn)生的冒險(xiǎn)。 CAABY當(dāng)當(dāng)B=C=1時(shí)，時(shí)， 總有總有 。1AAY注：不是所有變化都產(chǎn)生冒險(xiǎn)！注：不是所有變化都產(chǎn)生冒險(xiǎn)！冒險(xiǎn)冒險(xiǎn)11華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院232冒險(xiǎn)現(xiàn)象的判斷冒險(xiǎn)現(xiàn)象的判斷 邏輯冒險(xiǎn)邏輯冒險(xiǎn) 從從邏輯式邏輯式或或卡諾圖卡諾圖均可判斷邏輯冒

14、險(xiǎn)現(xiàn)象。均可判斷邏輯冒險(xiǎn)現(xiàn)象。 1 AA0 AA邏輯式邏輯式: BCACBAABCCABCAABY卡諾圖卡諾圖: 只有相鄰，沒(méi)有相交。只有相鄰，沒(méi)有相交。有可能發(fā)生冒險(xiǎn)現(xiàn)象。有可能發(fā)生冒險(xiǎn)現(xiàn)象。有可能發(fā)生冒險(xiǎn)現(xiàn)象。有可能發(fā)生冒險(xiǎn)現(xiàn)象。華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院243消除競(jìng)爭(zhēng)消除競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)的方法冒險(xiǎn)的方法 1）增加）增加乘積項(xiàng)乘積項(xiàng) : 可消除邏輯冒險(xiǎn)可消除邏輯冒險(xiǎn) 。BCCAABCAABY華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院25消除競(jìng)爭(zhēng)消除競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)的方法冒險(xiǎn)的方法 1）增加）增加冗余項(xiàng)冗余項(xiàng) : 可消除邏輯冒險(xiǎn)可消除邏輯冒險(xiǎn) 。2）增

15、加）增加選通電路選通電路 : 可消除邏輯冒險(xiǎn)和功能冒險(xiǎn)可消除邏輯冒險(xiǎn)和功能冒險(xiǎn) 。原理：競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)都是在信號(hào)變化時(shí)產(chǎn)生的。原理：競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)都是在信號(hào)變化時(shí)產(chǎn)生的。 方法：在組合電路中加一個(gè)選通門，選通信號(hào)在輸入信號(hào)變方法：在組合電路中加一個(gè)選通門，選通信號(hào)在輸入信號(hào)變化時(shí)使輸出門關(guān)閉，待電路穩(wěn)定后才讓選通信號(hào)打開輸出門?；瘯r(shí)使輸出門關(guān)閉，待電路穩(wěn)定后才讓選通信號(hào)打開輸出門。 華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院26消除競(jìng)爭(zhēng)消除競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)的方法冒險(xiǎn)的方法 1）增加）增加乘積項(xiàng)乘積項(xiàng) : 可消除邏輯冒險(xiǎn)可消除邏輯冒險(xiǎn) 。2）增加）增加選通電路選通電路 : 可消除邏輯冒險(xiǎn)?？上?/p>

16、邏輯冒險(xiǎn)。3）增加）增加濾波電容濾波電容 : 可消除冒險(xiǎn)產(chǎn)生的窄脈沖可消除冒險(xiǎn)產(chǎn)生的窄脈沖 。注：對(duì)高頻電路影響較大，注：對(duì)高頻電路影響較大，只適用于工作頻率不高的電只適用于工作頻率不高的電路。路。 華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院27消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的方法消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)的方法BCBAYY1 ABC000111100000110111ABC12314&有圈相切，則有競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)有圈相切，則有競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)ACBCBAY增加冗余項(xiàng)，增加冗余項(xiàng)，消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)Y1ABC125341&華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院華中科技大學(xué)遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院28小結(jié)小結(jié)1組合電路的特點(diǎn)組合電路的特點(diǎn)：在任何時(shí)刻的輸出只取決于當(dāng)時(shí)：在任何時(shí)刻的輸出只取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而與電路原來(lái)所處的狀態(tài)無(wú)關(guān)。實(shí)現(xiàn)組合電路的輸入信號(hào)，而與電路原來(lái)所處的狀態(tài)無(wú)關(guān)。實(shí)現(xiàn)組合電路的基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)和門電路。的基礎(chǔ)是邏輯代數(shù)和門電路。2組合電路的邏輯功能組合電路的邏輯功能可用邏輯圖、真值表、邏輯表可用邏輯圖、真值表、邏輯表達(dá)式、卡諾圖和波形圖等達(dá)式、卡諾圖和波形圖等5種方法來(lái)描述，它們?cè)诒举|(zhì)上是種方法來(lái)描述，它們?cè)诒举|(zhì)上是相通的，