组合逻辑电路.ppt

1、电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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(5-2)，4.5(5-4)奇数，4.6(5-5)奇数，4.9(5-8)，4.10(5-9)，4.12(5-11),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。,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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

2、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 组合逻辑电路,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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

3、。,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作为低位的进位，则该电路的功能？,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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。

4、,X = A,4.1 组合逻辑电路分析,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,2、列出真值表,X = A,真值表,4.1 组合逻辑电路分析,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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 组合逻辑电路分析,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,第三步：分析真值表后可知，当D,C,B, A, 4

5、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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,（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

6、逻辑电路的设计,1）组合逻辑电路的设计,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,解：(1) 逻辑抽象。,输入信号: I0、I1、I2分别为特快、直快和慢车的

7、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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,(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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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

8、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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,逻辑电路真值表,4.2 组合逻辑电路的设计,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,(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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,4.2 组合逻辑电路的设计,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,(3) 根据逻辑表达式，画出逻辑图,4.2 组合逻辑

9、电路的设计,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,2）写出逻辑表达式,化简：,或

10、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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,据下式作出逻辑电路图,4.2 组合逻辑电路的设计,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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

11、-冒险现象,4.3.3 消去竞争-冒险现象的方法,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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。,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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

12、.1 竞争-冒险现象及其成因冒险,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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

13、波器观察输出信号，看是否有毛刺。,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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。,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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

14、.3.3 消除竞争-冒险现象的方法,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,4.3.3 消除竞争-冒险现象的方法,3）增加冗余项,B = C = 0时,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,小 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

15、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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,电子技术基础精品课程数字电子技术基础,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,