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)計方法組合電路的分析方法和設(shè)計方法 組合邏輯電路的競爭冒險組合邏輯電路的競爭冒險1.1.概概 述述組合邏輯電路特點組合邏輯電路特點: :電路中不包含存儲信號的記電路中不包含存儲信號的記憶單元，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：任意時刻的輸出信號只與任意時刻的輸出信號只與此時刻的輸入信號有關(guān)，而與信號作用前電路的此時刻的輸入信號有關(guān)，而與信號作用

2、前電路的輸出狀態(tài)無關(guān)輸出狀態(tài)無關(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序邏輯電路時序邏輯電路。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輸出變量是全部或部分輸入變量的函數(shù)：每一個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表達式表達式功能功能判斷輸入信號極性是否相同的電路判斷輸入信號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：為了方便寫表達式，在圖中標注中間變量，比如F F1 1

4、、F F2 2和F F3 3。SBABABABABAABBABAABBABABFAFFF)(1132ABABFC19真值表該電路實現(xiàn)兩個一位二進制數(shù)相加的功能。S是它們的和，C是向高位的進位。由于這一加法器電路沒有考慮低位的進位，所以稱該電路為半加器。根據(jù)S和C的表達式，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A、B、C、D是一組二進制代碼。& & & & & & & & & & & & &A AB BCCD DY YWWX X11 解解 (1) (1) 逐級寫輸出函數(shù)的邏輯表達式逐級寫輸出函數(shù)的邏輯表達式BABABAW CWC

5、WCWX DXDXDXY (2) (2) 化簡化簡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： 當輸入四位代碼中 1 的個數(shù)為奇數(shù)時輸出為 1，為偶數(shù)時輸出為 0 檢奇電路。YAB

6、CDABCDABCDABCDABCDABCDABCDABCD3.3 3.3 組合邏輯電路的設(shè)計組合邏輯電路的設(shè)計邏輯抽象列真值表寫表達式化簡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)計一個表決電路，要求輸出信號的電平與三個輸入信號中的多數(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 輸入信號為低電平Y(jié) = 0 表示 輸入信號中多數(shù)為低電平(1) 邏輯抽象A、B、C = 1 表示 輸入信號為高電平Y(jié) = 1 表示 輸入信號中多數(shù)為高電平15解 列真值表(

7、2)寫輸出表達式并化簡ABCCABCBABCAYCABCBABCABACBC最簡與或式最簡與非-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 用與門和或門實現(xiàn)ABACBCY 用與非門實現(xiàn) ABACBC A AB BY YC C& & &ABBC11& &AC& &17 例2 一火災(zāi)報警系統(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)探測器。為了防止誤報警，只有當其中有兩種或兩種以上類型的探測器發(fā)出火災(zāi)檢測信號時，報警系統(tǒng)產(chǎn)生報警控制信號。產(chǎn)生報警控制信號。設(shè)計一個產(chǎn)

8、生報警控制信號的電路。解：(1)分析設(shè)計要求，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：報警控制信號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式，并化簡； 化簡得最簡式：19邏輯電路圖 (4) 畫邏輯電路圖： 如果作以下變換： 用一個與或非門加一個非門就可以實現(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三個車間和一個自備電站，站三個車間和一個自備電站，站內(nèi)有兩臺發(fā)電機內(nèi)有兩臺發(fā)電機G1和和G2。G1的容量是的容量是G2的兩倍。

9、如果的兩倍。如果一個車間開工，只需一個車間開工，只需G2運行即可滿足要求；如果兩個車運行即可滿足要求；如果兩個車間開工，只需間開工，只需G1運行，如果三個車間同時開工，則運行，如果三個車間同時開工，則G1和和 G2均需運行。試畫出控制均需運行。試畫出控制G1和和 G2運行的邏輯圖。運行的邏輯圖。 設(shè)：設(shè)：A、B、C分別表示三個車間的開工狀態(tài)：分別表示三個車間的開工狀態(tài)： 開工為開工為“1”，不開工為，不開工為“0”； G1和和 G2運行為運行為“1”，不運行為，不運行為“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：如果一個車間開工，只需個車間開工，只需G2運行運行即可滿足要求；如果兩個即可滿足要求；如果兩個車間開工，只需車間開工，只需G1運行，運行，如果三個車間同時開工，如果三個車間同時開工，則則G1和和 G2均需運行。均需運行。開工開工“1”不開工不開工“0”運行運行“1”不運行不運行“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) 化簡邏輯式可化簡邏輯式可得：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 由邏輯表達式畫出由邏輯表達式畫出卡諾圖，由卡圖諾可卡諾圖，由卡圖諾可知，該函數(shù)不可化簡。知，該函數(shù)不可化簡。ABC0010011110111124(5) 畫出邏輯圖畫出邏輯圖

12、A BCA BC&G1G23.4 3.4 組合邏輯電路的競爭與冒險組合邏輯電路的競爭與冒險251. 1. 競爭競爭冒險現(xiàn)象及其成因冒險現(xiàn)象及其成因前面分析組合邏輯電路的功能時，都假定輸前面分析組合邏輯電路的功能時，都假定輸入信號處于入信號處于穩(wěn)定狀態(tài)（靜態(tài)）穩(wěn)定狀態(tài)（靜態(tài)）；若輸入信號處于；若輸入信號處于跳變狀態(tài)（動態(tài)），跳變狀態(tài)（動態(tài)），且門電路的傳輸延遲時間且門電路的傳輸延遲時間t tpd pd 不能忽略時，組合邏輯電路就有可能產(chǎn)生競爭冒不能忽略時，組合邏輯電路就有可能產(chǎn)生競爭冒險險現(xiàn)象?，F(xiàn)象。1. 1. 競爭競爭冒險現(xiàn)象及其成因冒險現(xiàn)象及其成因26競爭：競爭：某一輸入變量經(jīng)不同途徑傳輸后

13、，到達電路某一輸入變量經(jīng)不同途徑傳輸后，到達電路中的某一匯合點的時間有先有后，這種現(xiàn)象稱為競中的某一匯合點的時間有先有后，這種現(xiàn)象稱為競爭。爭。 尖峰脈沖會使敏感的電路（如觸發(fā)器）誤動作，尖峰脈沖會使敏感的電路（如觸發(fā)器）誤動作，因此，設(shè)計組合電路時要采取措施加以避免。因此，設(shè)計組合電路時要采取措施加以避免。冒險：冒險：由于競爭的存在，使電路輸出發(fā)生尖峰脈沖由于競爭的存在，使電路輸出發(fā)生尖峰脈沖的現(xiàn)象叫做冒險。的現(xiàn)象叫做冒險。1. 1. 競爭競爭冒險現(xiàn)象及其成因冒險現(xiàn)象及其成因27結(jié)果，在結(jié)果，在t t1 1tt2 2 時間內(nèi)，電路時間內(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，靜態(tài)時，動態(tài)，且動態(tài)，且t tpdpd 0 0 時時,Y=,Y=？tpdAAt tpdpd&1Y2 2、消除競爭冒險的方法、消除競爭冒險的方法281) 修改邏輯設(shè)計 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，對原邏輯函數(shù)式進行適當修改，以消除競爭冒險。Y=AB+AC=AB+AC+BC如：2) 輸出端接濾波電容冒險脈沖是一窄脈沖，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。本章小節(jié)29組合電路的特點：在任何時刻的輸出只取決于