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1、数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院 主讲：余庆春 Email：fishhead_,本章内容,第四章 组合逻辑电路,（1）组合逻辑电路的特点与表示方法,（2）组合逻辑电路的分析方法与设计方法,（3）各种数值比较器、译码器、编码器、全加器、数据选择器、数据分配器的逻辑功能与应用 (4)组合逻辑电路中的竞争冒险问题,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,4.1 组合逻辑电路的特点及逻辑功能表示方法,指任何时刻的输出仅取决于该时刻输入信号的组合，而与电路原有的状态无关的电路。,数字电路根据逻辑功能特点的不同分为,组合逻辑电路,时序逻辑电路,指任何
2、时刻的输出不仅取决于该时刻输入信号的组合，而且与电路原有的状态有关的电路。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,4.1 组合逻辑电路的特点及逻辑功能表示方法,组合逻辑电路的特点,组合电路可以有一个或多个输入端,也可以有一个或多个输出端,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,组合逻辑电路的一般框图,表达式形式,第四章 组合逻辑电路,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,4.2 组合逻辑电路的分析,所谓逻辑电路分析，是指对一个给定的逻辑电路，找出其输出与输入之间的逻辑关系。 分析是研究数字系统的一种基本技能。其目的是了解给定逻
3、辑电路的功能，评价设计方案的优劣，吸取优秀的设计思想、改进和完善不合理方案等。,组合逻辑电路的分析步骤： 第一步：根据给定逻辑电路图，写出逻辑表达式 第二步：简化逻辑函数表达式。 第三步：列出逻辑电路的真值表。 第四步：逻辑功能分析。,第四章 组合逻辑电路,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,例：分析左图电路的逻辑功能,解：由逻辑图可知为三输入双输出电路： （1）写出表达式,（2）化简,（3）列真值表,（4）逻辑功能分析,显然，P1是、的异或逻辑函数，具有奇偶校验的功能；当输入A、B、C中有2个或3个为1时，P2为1，否则P2为0。所以这个P2具有3人表决的逻辑功能。,第四章
4、 组合逻辑电路,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,4.3 组合逻辑电路的设计,第四章 组合逻辑电路,与分析过程相反，组合逻辑电路的设计是根据给定的实际逻辑问题，求出实现其逻辑功能的最简单的逻辑电路。,组合逻辑电路的设计步骤： 第一步：根据实际逻辑问题确定输入、输出变量，并定义逻辑状态的含义； 第二步：根据输入、输出的因果关系，列出真值表； 第三步：由真值表写出逻辑表达式，根据需要简化和变换逻辑表达式； 第四步：画出逻辑图。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,第二节 组合逻辑电路的分析与设计,二、组合逻辑电路的设计,组合逻辑电路的设计
5、是根据某一具体逻辑问题的要求，得到实现这一逻辑功能的“最优”电路。 所谓“最优”的逻辑设计，往往需要综合考虑其指标。 在用小规模集成电路进行逻辑设计时，追求的目标是最少逻辑门数和最少的器件种类等，以达到最稳定、最经济的指标。 随着集成电路生产工艺的不断成熟，直接用中、大规模集成电路来实现给定逻辑功能的数字电路已成为目前逻辑电路设计的新思想。其“最优”设计的指标也转为追求合适的集成器件和集成块数的减少。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,第二节 组合逻辑电路的分析与设计,二、组合逻辑电路的设计,已知 逻辑 问题,组合逻辑电路的一般设计方法：,数字逻辑与数
6、字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,第二节 组合逻辑电路的分析与设计,二、组合逻辑电路的设计,在设计过程中要注意考虑几个实际问题：,逻辑门输入 端数的限制,输入变量 的形式（原变 量、反变量）,对电路信 号传输时 间的要求。,单输出函数 与多输出函数,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,第二节 组合逻辑电路的分析与设计,二、组合逻辑电路的设计,组合逻辑电路设计举例,例1 用最少的与非门设计一个三变量“多数表决电路”。 例2 设计一位二进制减法电路。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,第
7、二节 组合逻辑电路的分析与设计,二、组合逻辑电路的设计,例3 设输入只有原变量，在不提供反变量的情况下，用三级与非门实现逻辑函数F=（3，4，5，6）。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,第二节 组合逻辑电路的分析与设计,二、组合逻辑电路的设计,例3 设输入只有原变量，在不提供反变量的情况下，用三级与非门实现逻辑函数F=（3，4，5，6）。,合并具有相同原变量因子的乘积项。,变换尾因子。,寻找公共尾因子。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,第二节 组合逻辑电路的分析与设计,二、组合逻辑电路的设计,例4 用与非门
8、实现下列多输出函数： F1 =（0，1，3）；F2 =（3，5，7）； F3 =（3，4，5，6，7）。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第四章 组合逻辑电路,第二节 组合逻辑电路的分析与设计,二、组合逻辑电路的设计,例4 用与非门实现下列多输出函数： F1 =（0，1，3）；F2 =（3，5，7）； F3 =（3，4，5，6，7）。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第三节 常用MSI组合逻辑器件,在社会实践过程，人们为解决实际逻辑问题而设计的逻辑电路不胜枚举，但其中有些逻辑电路经常、大量地在各种数字系统中。 本节我们用所学的组合逻辑电路分析与设计的
9、基本思想和方法来认识一些典型的组合逻辑单元电路； 这些单元电路通常被制作成中规模集成（MSI）电路，以便于我们在数字系统中广泛的应用； 所谓中规模集成电路是在一块半导体芯片上同时制作10100个等效门，并在内部把这些门互相连接起来，形成具有一定功能的逻辑电路；,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第三节 常用MSI组合逻辑器件,用MSI电路构成数字系统，具有体积小、耗电省、工作可靠、成本低、设计容易等优点； 常用的MSI组合逻辑电路（器件）有： 编码和译码电路； 代码转换电路； 数值比较电路； 数据选择与分配电路； 基本运算电路；,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与
10、工程学院,第三节 常用MSI组合逻辑器件,一、编码器与译码器 1、编码器 把二进制码按一定的规律编排，使每组代码具有一特定的含义称为编码。 具有编码功能的逻辑电路称为编码器。例如：键控8421BCD码编码器、8/3 线优先编码器等。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,键控8421BCD码编码器,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,键控8421BCD码编码器,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,键控8421BCD码编码器,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,键控8421BCD码编码器,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机
11、科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,I 0,I 1,I 2,I 3,I 4,I 5,I 6,I 7,E I,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,I 0,I 1,I 2,I 3,I 4,I 5,I 6,I 7,E I,使能输入 “1”,1,1,1,1,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,I 0,I 1,I 2,I 3,I 4,I 5,I 6,I 7,E I,使能输入 “0”,1,1,1,1,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码
12、器（74LS148）,I 0,I 1,I 2,I 3,I 4,I 5,I 6,“1”,E I,使能输入 “0”,1,1,1,1,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,I 0,I 1,I 2,I 3,I 4,I 5,“1”,“1”,E I,使能输入 “0”,1,1,1,1,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,I 0,I 1,I 2,I 3,I 4,“1”,“1”,“1”,E I,使能输入 “0”,1,1,1,1,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优
13、先编码器（74LS148）,I 0,I 1,I 2,I 3,“1”,“1”,“1”,“1”,E I,使能输入 “0”,1,1,1,1,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,I 0,I 1,I 2,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,E I,使能输入 “0”,1,1,1,1,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,I 0,I 1,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,E I,使能输入 “0”,1,1,1,1,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/
14、3线优先编码器（74LS148）,I 0,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,E I,使能输入 “0”,1,1,1,1,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,E I,使能输入 “0”,1,1,1,1,0,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“0”,E I,使能输入 “0”,0,0,0,0,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院
15、,8/3线优先编码器（74LS148）,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“0”,“0”,E I,使能输入 “0”,0,0,0,0,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,8/3线优先编码器（74LS148）,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“1”,“0”,“1”,E I,使能输入 “0”,1,0,0,0,1,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第三节 常用MSI组合逻辑器件,一、编码器与译码器 2、译码器 将具有特定含义的不同二进制码辨别出来，并转换成控制信号。 二进制译码器的一般原理。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工
16、程学院,第三节 常用MSI组合逻辑器件,2、译码器 A、二进制译码器,E 使能输入,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第三节 常用MSI组合逻辑器件,2、译码器 B、二 十进制译码器 将输入BCD码的10个输入译成10个高、低电平输出信号。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,二十进制译码器（74LS142）逻辑图,二十进制译码器（74LS142） 逻辑表达式：,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第三节 常用MSI组合逻辑器件,2、译码器 C、显示译码器 数码的显示方式一般有三种：字形重叠式，分段式 和点阵式。其中，七段字符显示器（七段数码管）应 用最为广泛。常见的七段字符显示器有半导体数码管 和液晶显示器两种。,数字逻辑与数字系统,湖南科技大学计算机科学与工程学院,第三节 常用MSI组合逻辑器件,二、数字比较器 1、一位数字比较器 数字比较器就是对两数A、B进行比较，以判断其大小的逻辑电路。 对于一位二进制数而言，比较结果可能有AB、AB以及A=
