组合逻辑电路分析与设计

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1、第十二章组合逻辑电路分析与设计·1·第十二章组合逻辑电路分析与设计30212.1组合逻辑电路的分析30312.1.1组合电路的一般分析方法30312.1.2加法器电路分析30412.1.3编码器电路分析30912.1.4译码器电路分析31212.2组合逻辑设计31912.2.1组合逻辑电路设计的基本思想31912.2.2组合逻辑电路的一般设计方法32012.2.3组合逻辑电路的设计举例32112.3组合逻辑电路中的竞争—冒险现象32412.3.1组合逻辑电路中的竞争—冒险现象32412.3.2竞争—冒险现象的

2、判断32512.3.3冒险现象的消除326习题328第十二章组合逻辑电路分析与设计·327·第十二章组合逻辑电路分析与设计随着半导体技术的发展，在一个半导体芯片上集成的电子元件的数目越来越多，并按集成电子元件数目的多少可分为小规模集成电路（SSI—SmallScaleIntegratedcircuit）、中规模集成电路（MSI—MiddleScaleIntegratedcircuit）、大规模集成电路（LSI—LargeScaleIntegratedcircuit）和超大规模集成电路（VLSI—veryLar

3、geScaleIntegratedcircuit）。小规模集成电路主要完成基本逻辑运算的逻辑器件，例如各种门电路和后面将要讲的触发器都属于SSI电路；中规模集成电路能够完成一定的逻辑功能（如编码器、译码器、计数器等），通常称为逻辑组件（也称为逻辑部件，或称为模块）；大规模、超大规模集成电路是一个逻辑系统，例如微型计算机中的中央处理器（CPU—CentralProcessingUnit）、单片微机及大容量的存储器等。我们将分析由门电路构成的电路功能和由MSI构成的一些逻辑部件的功能，除此之外，还探讨如何设计一个

4、满足具体逻辑问题或逻辑功能的逻辑电路的方法。ABSCICO图12-1组合逻辑电路举例=1&≥11=1一个数字系统，通常包含许多数字逻辑电路。根据逻辑功能的不同特点，可以把这些逻辑电路分为两大类，一类叫做组合逻辑电路（简称组合电路—combinationallogiccircuit），另一类叫做时序逻辑电路（简称时序电路—sequentiallogiccircuit）。本章将对组合逻辑电路的分析和设计方法进行讨论。所谓组合逻辑电路，就是任意时刻的输出稳定状态仅仅取决于该时刻的输入信号，而与输入信号作用前电路所处

5、的状态无关。这是组合逻辑电路在逻辑功能上的共同特点。图12-1就是一个组合逻辑电路的例子。它是三个输入变量A、B、CI和两个输出变量S、CO。由图可知，在任何时刻，只要A、B和CI的取值确定了，则S和CO的取值也随之确定，与电路的过去工作状态无关。从组合电路逻辑功能的特点不难想到，既然它的输出与电路的历史状况无关，那么电路中就不能包含有存储单元。这就构成了组合逻辑电路在电路结构上的共同特点。对于任何一个多输入、多输出的组合逻辑电路，都可以用图12-2所示的框图表示。图中a1，a2，…，an表示输入变量，y1，

6、y2，…，ym表示输出变量。输出与输入的逻辑关系可以用一组逻辑函数表示：(12-1)第十二章组合逻辑电路分析与设计·327·a1y1a2y2┇┇anym图12-2组合逻辑电路框图组合逻辑电路或者写成向量函数的形式：Y=F（A）(12-2)本章将运用前两章所介绍的逻辑代数和逻辑门电路等基本知识，介绍对组合逻辑电路进行分析和设计的方法。12.1组合逻辑电路的分析12.1.1组合电路的一般分析方法分析组合逻辑电路，就是根据已知的电路，确定其逻辑功能。对逻辑电路进行分析，一方面可以更好地对其加以改进和应用，另一方面也

7、可以用于检验所设计的逻辑电路是否优化，以及是否能实现预定的逻辑功能。分析组合逻辑电路通常可以按以下方法进行：①根据题意，由已知条件—逻辑电路图写出各输出端的逻辑函数表达式；②用逻辑代数和逻辑函数化简等基本知识，对各逻辑函数表达式进行化简和变换；③根据简化的逻辑函数表达式列出相应的真值表；④依据真值表和逻辑函数表达式对逻辑电路进行分析，确定逻辑电路的功能，给出对该逻辑电路的评价。值得注意的是：在确定电路的逻辑功能时，其描述术语要尽量规范、简短和准确。在数字系统中，常见的组合逻辑电路的逻辑功能主要有：二进制数的运

8、算、二进制数的比较、编码与译码、数字信号的选择与分配、二进制代码的变换、奇偶校验等。下面通过举例来说明组合逻辑电路的方法。ABCF(b)AP2P1AP3FBBCP4C(a)图12-3例12-1逻辑电路图&≥1&≥1&&&&例12-1分析图12-3(a)给定的组合逻辑电路。解：第一步：根据给定的逻辑电路图，写出逻辑函数表达式。根据电路中每种逻辑门电路的功能，从输入到输出，逐渐写出各逻辑门的函数表达式：