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1、4.组合逻辑电路4.组合逻辑电路?组合逻辑电路分析组合逻辑电路分析?组合逻辑电路设计组合逻辑电路设计?竞争与冒险竞争与冒险?典型组合逻辑集成电路典型组合逻辑集成电路?组合可编程逻辑器件组合可编程逻辑器件2引 言引 言组合逻辑电路组合逻辑电路：任意时刻电路的输出只取决于该时刻的输入, 而与电路原来的状态无关。yi=f (x1, x2, , xn) (i=1,2, , m)组合电路特点：组合电路特点： 输出与输入之间无反馈延迟通路 电路中不含记忆单元x1x2 xny1y2 ym组 合逻辑电路组 合逻辑电路34.1 组合逻辑电路分析4.1 组合逻辑电路分析逻辑图逻辑图输出逻辑表达式输出逻辑表达式化简
2、或变换各逻辑表达式化简或变换各逻辑表达式真值表真值表分析电路逻辑功能分析电路逻辑功能波形图波形图真值表真值表输出逻辑表达式输出逻辑表达式化简或变换各逻辑表达式化简或变换各逻辑表达式分析电路逻辑功能分析电路逻辑功能?一般分析步骤一般分析步骤?分析目的：分析目的：对一个已知的逻辑电路，找出其输出与输入之间 的逻辑关系，确定电路逻辑功能。4组合分析 例1组合分析 例1功能描述: B&A M Y1M =0时：Y = BM =1时：Y = ABAMYM A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 真值表为:MBAMMBAMY+=该电路为二选一数据选择器二选一数据选择器.51&1&ABZ2
3、Z1Z3组合分析 例2组合分析 例21BA=BA=BABABA=+=A B Z1 Z2 Z3 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 功能描述功能描述： 该电路为1位数值比较器1位数值比较器， 当Z1、Z2、Z3分别输出高电平时 表示AB。真值表为:真值表为:（若A、B为n位二进制信号 则称为n位数值比较器）Z3 ( )Z2 ( )Z1 ( )6组合分析 例3组合分析 例3已知某电路的输入输出波形如图，分析该电路功能。ABCXY输 入输 出解：由波形图可写出真值表7例 3例 3ABCXY 00000 00110 01010 01101 10010 101
4、01 11001 11111表达式：表达式：CBACBACBACBAX+=CBACBACBACBAY+=功能描述：该电路为1位全加器1位全加器， A、B为两个加数，C是低位的进位， 输出X是和，Y是向高位的进位。CBA=ABACBC+=真值表真值表X ( )Y ( )(不考虑低位进位的加法电路称为半加器半加器)84.2 组合逻辑电路设计4.2 组合逻辑电路设计?设计目标设计目标根据逻辑功能要求,作出实现此功能的逻辑电路。?设计要求设计要求 电路简单，所用芯片种类、数目尽可能少等。?电路实现方式电路实现方式 门电路、中规模组合逻辑集成器件、PLD等9一般设计步骤一般设计步骤1. 逻辑抽象根据实际
5、逻辑问题的因果关系确定输入、输出 变量，并定义逻辑状态的含义；逻辑抽象根据实际逻辑问题的因果关系确定输入、输出 变量，并定义逻辑状态的含义；2. 根据逻辑描述列出真值表或功能表；3. 由真值表或功能表写出逻辑表达式；4. 根据器件的类型，化简或变换逻辑表达式；5. 画逻辑图。10组合设计- 例1组合设计- 例1设计一个三人表决逻辑电路，要求: 三人A、B、C各控制 一个按键。多数按下为通过。通过时输出L为1，否则为0。 用与非门实现。LABCLABC+5V+5V表决 电路表决 电路解：电路中按键按下时输入变量为1，不按时为011逻辑图为:组合设计- 例1组合设计- 例1由题意列出真值表: 输出
6、逻辑表达式为:化简:ACBCABL+=ACBCAB=ABC0 10 0 0 11 1 1 0 1111121 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0组合设计- 例2组合设计- 例2某编码电路需要对4个外部设备I3、I2、I1、I0中有操作请求的设备 进行编码，规定处理的优先权从高到低排列为：I3、I2、I1、I0， 相应编码为11、10、01、00。试设计该编码电路。解：解：编码 电路编码 电路I3 I2 I1 I0A1 A0I3 I2 I1 I0 A1 A0 SS1 1 1 1 0232331IIIIIA+=+=12312330IIIIIIIA+=
7、+=0123IIIIS+=(逻辑电路图略)设某外设有操作请求时对应的输入 变量为1；输出编码用A1A0表示,输出 变量S表示电路的工作状态，有编码 输出时为1。 则可作出真值表：13组合设计- 例3组合设计- 例3设计一个将余3码变换成8421BCD码的组合逻辑电路。 解：设输入和输出变量分别用A3A2A1A0和L3L2L1L0表示， 真值表为：其余6个无关项个无关项14例例 3用 卡 诺 图 进 行 化 简用 卡 诺 图 进 行 化 简00AL =013233AAAAAL+=01212022AAAAAAAL+=0101011AAAAAAL=+=（逻辑图略）（逻辑图略）15组合设计组合设计-
8、例例4试设计一个4输入、4输出逻辑电路。当控制信号C=0时，输出 状态与输入状态相反；C=1时，输出状态与输入状态相同。解：设D3 D2 D1 D0为输入，Y3 Y2 Y1 Y0 为相应的输出，另已知C为控制信号，依题意该电路功能表为：iiii DCiCDDCY =+=)3, 2, 1, 0(C Y3 Y2 Y1 Y0 0 D3 D2 D1 D0 1 D3 D2 D1 D0则输出端表达式为16例例 4则可选用四个异或门和反相器构成该逻辑电路。1111=1=1=1=1C D3D2 D1 D0Y3Y2 Y1 Y0)3, 2, 1, 0( =iDCYii174.3 竞争与冒险4.3 竞争与冒险?竞争
9、与冒险竞争与冒险?产生原因及检查方法产生原因及检查方法?消除方法消除方法18竞争冒险现象竞争冒险现象AF&AF 1实际波形理论波形实际波形理论波形F=0AAA ?0=AAFAFAF=1AA1AF 1?1=+=AAF（若A的变化为10，则输出不会出现脉冲）（若A的变化为01，则输出不会出现脉冲）19产生原因与检查方法产生原因与检查方法造成竞争冒险的主要因素造成竞争冒险的主要因素：信号的传输路径不同、延迟 时间差异、存在互补信号等竞争：竞争：一个逻辑门的两输入端信号同时向相反方向变化， 而变化的时间有差异。冒险：冒险：由于竞争可能可能引起输出信号出现干扰脉冲的现象。如何根据函数表达式进行检查？如何
10、根据函数表达式进行检查？代数法检查：对具备竞争条件的某变量(例如A)，将除该变 量以外的其它变量取0或1值，若原函数能够化成A+A或A A 的形式，则对变量A存在冒险。 卡诺图法：将函数表达式做到卡诺图上，若两个卡诺圈存在 着部分相切,而这个相切的部分又没有被另外的卡诺圈包围, 则该电路必然存在冒险。20从表达式检查从表达式检查CBBCBAF+=例：例：当A=1、C=1时，F=B+B变量B存在冒险（1）代数法（）代数法（2）卡诺图法）卡诺图法ABC0 10 0 0 11 1 1 0 1 1111从相切之处对应的变量取值可以 看出当A=1、C=1时，变量B存 在冒险。检查B：检查C： 当B=0时
11、，若A=1，F=1；若A=0，F=C 变量C不存在冒险当B=1时，F=C；图中有一处卡诺圈相切的情况21(1) 增加冗余项(1) 增加冗余项消除方法消除方法例： F= AB+BC当A=1、C=0 时, F=B+B将F 改为：F=AB+BC+ AC 即可消除竞争冒险111ABC010 0 0 11 1 1 01在卡诺图上将相切处用多余的圈连起来即可消除竞争冒险(2) 在输出端并联电容以滤除干扰脉冲在输出端并联电容以滤除干扰脉冲CF（注：这种方法会使输出 波形边沿变缓）22练 习练 习1. 判断下面表达式是否存在冒险？)(BACBAF+=2. 用卡诺图化简函数使得到的函数不产生冒险现象。)15,14,13,11,10, 9 , 5 , 1 , 0(),(=mDCBAFDCADBAZ+=23作 业作 业P192 - 1944.1.1（a），4.1.7， 4.2.7补充习题 2. 如图所示一加热水容器，A、B、C为水位传感器， 当传感器被浸没时输出高电平。试设计一控制电路，当水 面在AB之间时，绿灯G亮(正常状态)；水面在BC之间或在A 以上时，黄灯Y亮(异常状态)；当水面在C以下，红灯R亮(危 险状态)。试求该控制电路的输出最简表达式。CAB补充习题 1. 设计一2位二进制数相乘的逻辑电路，求输出函数 的最简表达式。
