组合逻辑电路的分析ppt课件.ppt

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1、第4章组合逻辑电路4.1组合逻辑电路的分析4.2组合逻辑电路的设计4.3常用中规模组合逻辑器件及应用4.4组合逻辑电路中的竞争与冒险4.1组合逻辑电路的分析所谓逻辑电路的分析，就是找出给定逻辑电路输出和输入之间的逻辑关系，并指出电路的逻辑功能。分析过程一般按下列步骤进行：(1)根据给定的逻辑电路，从输入端开始，逐级推导出输出端的逻辑函数表达式。(2)根据输出函数表达式列出真值表。(3)用文字概括出电路的逻辑功能。【例4.1.1】分析图4.1.1所示组合逻辑电路的逻辑功能。解：根据给出的逻辑图，逐级推导出输出端的逻辑函数表达式：图4.1.1　例4.1.1的

2、逻辑电路表4.1.1　例4.1.1的真值表ABCF00000101001110010111011100010111由真值表可以看出，在三个输入变量中，只要有两个或两个以上的输入变量为1，则输出函数F为1，否则为0，它表示了一种“少数服从多数”的逻辑关系。因此可以将该电路概括为：三变量多数表决器。【例4-2】分析图4-3(a)所示电路，指出该电路的逻辑功能。图4.1.2　例4.1.2电路解(1)写出函数表达式。(2)列真值表。AiBiCiCi+1Si0000010100111001011101110001011001101011表4.1.2　例4.1.2的真值表(

3、3)分析功能。由真值表可见，当三个输入变量Ai、Bi、Ci中有一个为1或三个同时为1时，输出Si=1，而当三个变量中有两个或两个以上同时为1时，输出Ci+1=1，它正好实现了Ai、Bi、Ci三个一位二进制数的加法运算功能，这种电路称为一位全加器。其中，Ai、Bi分别为两个一位二进制数相加的被加数、加数，Ci为低位向本位的进位，Si为本位和，Ci+1是本位向高位的进位。一位全加器的符号如图4.1.2(b)所示。如果不考虑低位来的进位，即Ci=0，则这样的电路称为半加器，其真值表和逻辑电路分别如表4.1.3和图4.1.3所示。表4.1.3半加器真值表AiBiCi+

4、1Si0001101100010110图4.1.3半加器4.2组合逻辑电路的设计工程上的最佳设计，通常需要用多个指标去衡量，主要考虑的问题有以下几个方面：(1)所用的逻辑器件数目最少，器件的种类最少，且器件之间的连线最简单。这样的电路称“最小化”电路。(2)满足速度要求，应使级数尽量少，以减少门电路的延迟。(3)功耗小，工作稳定可靠。上述“最佳化”是从满足工程实际需要提出的。显然，“最小化”电路不一定是“最佳化”电路，必须从经济指标和速度、功耗等多个指标综合考虑，才能设计出最佳电路。组合逻辑电路可以采用小规模集成电路实现，也可以采用中规模集成电路器件或存储

5、器、可编程逻辑器件来实现。虽然采用中、大规模集成电路设计时，其最佳含义及设计方法都有所不同，但采用传统的设计方法仍是数字电路设计的基础。因此下面先介绍采用设计的实例。组合逻辑电路的设计一般可按以下步骤进行：①逻辑抽象。将文字描述的逻辑命题转换成真值表叫逻辑抽象，首先要分析逻辑命题，确定输入、输出变量；然后用二值逻辑的0、1两种状态分别对输入、输出变量进行逻辑赋值，即确定0、1的具体含义；最后根据输出与输入之间的逻辑关系列出真值表。②选择器件类型。根据命题的要求和器件的功能及其资源情况决定采用哪种器件。例如，当选用MSI组合逻辑器件设计电路时，对于多输出函数来

6、说，通常选用译码器实现电路较方便，而对单输出函数来说，则选用数据选择器实现电路较方便。③根据真值表和选用逻辑器件的类型，写出相应的逻辑函数表达式。当采用SSI集成门设计时，为了获得最简单的设计结果，应将逻辑函数表达式化简，并变换为与门电路相对应的最简式。④根据逻辑函数表达式及选用的逻辑器件画出逻辑电路图。【例4.2.1】设计一个一位全减器。解:(1)列真值表。全减器有三个输入变量：被减数An、减数Bn、低位向本位的借位Cn；有两个输出变量：本位差Dn、本位向高位的借位Cn+1，其框图如图4.2.1(a)所示。表4.2.1全减器真值表AnBnCnCn+1Dn00

7、00010100111001011101110011111001000011图4.2.1全减器框图及卡诺图(2)选器件。选用非门、异或门、与或非门三种器件。（3）写逻辑函数式。首先画出Cn+1和Dn的卡诺图，如图4.2.1(b)所示，然后根据选用的SSI器件将Cn+1、Dn分别化简为相应的函数式。由于该电路有两个输出函数，因此化简时应从整体出发，尽量利用公共项使整个电路门数最少，而不是将每个输出函数化为最简。（4）画出逻辑电路。根据以上表达式画出的逻辑电路如图4.2.2所示。本例也可以采用其他SSI集成门实现，读者可以自行分析。图4.2.2　全减器的逻辑

8、图【例4.2.2】用门电