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1、4 组合逻辑电路,4.1 组合逻辑电路的分析方法,4.2 组合逻辑电路设计,4.3 组合逻辑电路中的竞争和冒险,4 组合逻辑电路,作业：4.2，4.5奇数，4.9，4.10，4.12,基本要求,1）熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法； 2）了解竞争-冒险的概念、产生原因、消除方法。,组合逻辑电路的一般框图,Li = f (A1, A2 , , An ) (i=1, 2, , m),工作特征:组合逻辑电路工作特点:在任何时刻，电路的输出状态只取决于同一时刻的输入状态而与电路原来的状态无关。,序 关于组合逻辑电路,结构特征: （1）输出、输入之间没有反馈延迟通路， （2）不含记忆单元,4 组
2、合逻辑电路,2）组合逻辑电路的分析步骤：,4.1 组合逻辑电路分析,（1） 由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；,（2） 化简和变换逻辑表达式；,（3） 列出真值表；,（4） 根据真值表或逻辑表达式，经分析最后确定其功能。,根据已知逻辑电路，经分析确定电路的的逻辑功能。,1）组合逻辑电路分析,4.1 组合逻辑电路分析,三、组合逻辑电路的分析举例,例1 分析如图所示逻辑电路的功能。,1.根据逻辑图写出输出函数的逻辑表达式,2. 列写真值表。,3. 确定逻辑功能：,解：,输入变量的取值中有奇数个1时，L为1，否则L为0,电路具有为奇校验功能。,4.1 组合逻辑电路分析,若将A,B作为二进制数码,C作
3、为低位的进位，则该电路的功能？,1.根据逻辑功能写出真值表,2.由真值表写出表达式。,或,解：,如要实现偶校验(包括0个1)，电路应做何改变？,4.1 组合逻辑电路分析,3.电路图,设计过程,例2 试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。,解：1、根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式，并进行化简和变换。,X = A,4.1 组合逻辑电路分析,2、列出真值表,X = A,真值表,4.1 组合逻辑电路分析,这个电路逻辑功能是对输入的二进制码求反码。最高位为符号位，0表示正数，1表示负数，正数的反码与原码相同；负数的数值部分是在原码的基础上逐位求反。,3、确定电路逻辑功能,真值表,4.1 组合逻辑电路
4、分析,例：分析该电路的逻辑功能,解：第一步：根据逻辑电路写出逻辑表达式：,4.1 组合逻辑电路分析,第三步：分析真值表后可知，当D,C,B, A, 4个变量所代表的二进制小于或等于5时，Y0=1；当这个数等于6与10之间时，Y1=1；当这个数大于或等于11时；Y2=1。结论：这个逻辑电路可以用来判断4位二进制数的数值范围。,第二步：Y的真值表:,4.1 组合逻辑电路分析,（1）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；,（3）由真值表写出逻辑表达式;,（5） 画出逻辑图。,（4）根据器件的类型,简化和变换逻辑表达式,2）组合逻
5、辑电路的设计步骤,根据实际逻辑问题，求出所要求逻辑功能的最简单逻辑电路。,4.2 组合逻辑电路设计,4.2 组合逻辑电路的设计,1）组合逻辑电路的设计,例1 某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试用两输入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路，3个指示灯一、二、三号分别对应特快、直快和慢车。列车的优先级别依次为特快、直快和慢车，要求当特快列车请求进站时，无论其它两种列车是否请求进站，一号灯亮。当特快没有请求，直快请求进站时，无论慢车是否请求，二号灯亮。当特快和直快均没有请求， 而慢车有请求时，三号灯亮。,4.2 组合逻辑电路的设计,解：(1) 逻辑抽象。,输入信号: I
6、0、I1、I2分别为特快、直快和慢车的进站请求信号 且有进站请求时为1，没有请求时为0。,输出信号: L0、L1、L2分别为3个指示灯的状态， 且灯亮为1，灯灭为0。,根据题意列出真值表,(2) 写出各输出逻辑表达式。,L0 = I0,4.2 组合逻辑电路的设计,真值表,（2） 根据真值表写出各输出逻辑表达式。,L0 = I0,（3）根据要求将上式变换为与非形式,4.2 组合逻辑电路的设计,(4) 根据输出逻辑表达式画出逻辑图。,4.2 组合逻辑电路的设计,例2 试设计一个码转换电路，将4位格雷码转换为自然二进 制码。可以采用任何逻辑门电路来实现。,解：(1) 明确逻辑功能，列出真值表。,设输
7、入变量为G3、G2、G1、G0为格雷码，,当输入格雷码按照从0到15递增排序时， 可列出逻辑电路真值表,输出变量B3、B2、B1和B0为自然二进制码。,4.2 组合逻辑电路的设计,逻辑电路真值表,4.2 组合逻辑电路的设计,(2) 画出各输出函数的卡诺图，并化简和变换。,4.2 组合逻辑电路的设计,4.2 组合逻辑电路的设计,(3) 根据逻辑表达式，画出逻辑图,4.2 组合逻辑电路的设计,例：设计一个监视交通灯工作状态控制的逻辑电路。每一组信号灯由红，黄，绿三盏灯组成，正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且只允许一盏灯点亮，而出现其他五种点亮状态时，电路发生故障，这时要求发出故障信号，以
8、提醒维护人员前去修理。,正常工作状态,故障工作状态,解：1)首先进行逻辑抽象。,取红R，黄A，绿G，三盏灯的状态作为输入状态，取故障信号作为输出信号Z。故障时，输出赋值为1，反之为0，灯亮赋值为1，反之为0。,根据题意列出满足命题要求的真值表。,4.2 组合逻辑电路的设计,2）写出逻辑表达式,化简：,或者：,若采用与非门小规模集成电路模块构成逻辑电路：,4.2 组合逻辑电路的设计,2）写出逻辑表达式,化简：,若采用与或非门小规模集成电路模块构成逻辑电路：,4.2 组合逻辑电路的设计,据下式作出逻辑电路图,据下式作出逻辑电路图,4.2 组合逻辑电路的设计,据下式作出逻辑电路图,4.2 组合逻辑电
9、路的设计,4.3 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象,4.3.1 竞争-冒险现象及其成因,4.3.2 检查-竞争冒险现象的方法,4.3 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象,4.3.3 消去竞争-冒险现象的方法,对如下电路，,若考虑非门的延时，当A由01跳变时，则B迟于A从10跳变，则L不会恒等于1，会产生干扰脉冲。,4.3.1 竞争-冒险现象及其成因冒险,若B=A非，,若不考虑门的延时,则,若A=B非，,若不考虑门的延时,则,若考虑非门的延时，当B由10跳变时，则A迟于B从01跳变，则L不会恒等于0，会产生干扰脉冲。,对如下电路，若不考虑门的延时时间,若A=B非，当B由10跳变时，考虑非门的延时，则A
10、迟于B从01跳变，B=1，同时反向跳变，但有时差，且考虑门的延时时间,4.3.1 竞争-冒险现象及其成因冒险,竞争-当一个逻辑门的两个输入端的信号同时向相反方向变化，而变化的时间有差异的现象。,冒险-两个输入端的信号取值的变化方向是相反时，如门电路输出端的逻辑表达式简化成两个互补信号相乘或者相加，由竞争而可能产生输出干扰脉冲的现象。,4.3.1 竞争-冒险现象及其成因冒险,4.3.2 检查竞争-冒险现象的方法,1）代数法,当两包围圈相切，且相切处又没有被其他包围圈包围时，则可能引起冒险。,当逻辑表达式在一定条件下可以简化成仅由,决定输出结果时，则可能引起冒险。,2）卡诺图法,3）实验法,利用示
11、波器观察输出信号，看是否有毛刺。,1）输出端并联滤波电容,如果逻辑电路在较慢速度下工作，为了消去竞争冒险，可以在输出端并联一电容器，致使输出波形上升沿和下降沿变化比较缓慢，可对于很窄的负跳变脉冲起到平波的作用。,420pF,4.3.3 消除竞争-冒险现象的方法,2）加选通控制信号,4.3.3 消除竞争-冒险现象的方法,等待输入变量都稳定达到输出门电路时加入选通信号，可以消除加入选通信号之前出现的冒险尖峰脉冲。,3）增加冗余项,，,当A=B=1时，根据逻辑表达式有,当A=B=1时,4.3.3 消除竞争-冒险现象的方法,4.3.3 消除竞争-冒险现象的方法,3）增加冗余项,B = C = 0时,小
12、 结,分析步骤：,（1） 由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；,（2） 化简和变换逻辑表达式；,（3） 列出真值表；,（4） 根据真值表或逻辑表达式，经分析最后确定其功能。,1）组合逻辑电路分析-已知电路，分析确定逻辑功能,（1）逻辑抽象：确定输入、输出变量，及逻辑状态的含义；,（2）根据逻辑描述列出真值表；,（3）由真值表写出逻辑表达式，并根据器件转换或化简;,（4） 画出逻辑图。,设计步骤,2）组合逻辑电路的设计-已知逻辑问题，得到逻辑电路,3）竞争冒险概念、产生原因、消除方法,例2:某图书馆上午8时至12时、下午2时至6时开馆，在开馆时间内图书馆门前的指示灯要亮，利用电子时钟的输出信号设计一控制指示灯亮的逻辑电路。,解：根据题目的条件，可将电子计时装置的输出ABCD设为输入变量，再加上一个区分上午、下午的标志信号T，其中T=0表示1点至12点，T=1表示13点至24点。4位二进制数ABCD表示112点。根据题目要求，列真值表如右图示：,4 组合逻辑电路,根据真值表，写出化简后的逻辑表达式为：,画逻辑图:,4 组合逻辑电路,
