《数字逻辑》第5章 组合逻辑电路

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1、数字逻辑北航计算机学院艾明晶牛建伟amj@buaa.edu.cnniujianwei@buaa.edu.cn2第5章组合逻辑电路本章介绍组合逻辑电路的特点、组合逻辑电路的分析方法和设计方法（基于VerilogHDL）；加法器、编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、奇偶校验器等常用组合逻辑电路的电路结构、工作原理和使用方法。5.1概述5.2常用组合逻辑电路及其设计方法共6学时3本　章　重　点组合逻辑电路的分析方法和设计方法；常用组合逻辑电路的电路结构和逻辑功能；编码器、译码器、数据选择器的应用；基于VerilogHDL的组合逻辑电路设计方法。45.1概述5.1.1组合逻辑电路的结构和特点5

2、.1.2组合逻辑电路的分析方法5.1.3组合逻辑电路的设计方法内容概要55.1.1组合逻辑电路的结构和特点按照逻辑功能的不同特点，数字电路分为两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路组合逻辑电路的特点由逻辑门电路组成没有反馈电路和存储电路当时的输出仅由当时的输入决定——速度快组合逻辑电路是将逻辑门以一定的方式组合在一起，使其具有一定逻辑功能的数字电路。它是一种无记忆电路——任一时刻的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，而与信号作用前电路原来所处的状态无关。X0X1Xi-1Y0Y1Yj-1组合逻辑电路……6组合逻辑电路的表述方法组合逻辑电路可以用逻辑函数表达式、真值表、卡诺图、逻辑图及波形图分析和表

3、述逻辑函数表达式一般为与或式，但形式不唯一，通过变换可实现用不同门电路组成逻辑图；一定程度上可以直接用于自动设计（如HDL）的描述真值表直观反映变量取值与函数值之间的关系，具有唯一性，有利于自动设计（如HDL）的描述卡诺图过去化简逻辑函数的主要工具，现在几乎已不使用逻辑图直观表示变量之间的逻辑关系，一个逻辑函数表达式可以用不同的逻辑图实现；一般只适于简单电路的描述波形图直观表示输入与输出信号的波形，通过分析波形可以得到真值表7时序逻辑电路如果某逻辑电路任一时刻的输出信号不仅取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，则称为时序逻辑电路。时序逻辑电路的特点由组合逻辑电路和存储电路两部分

4、组成。具有“记忆”功能——任一时刻的输出信号不仅取决于该时刻的输入信号，而且还取决于电路原来的状态，即还与以前的输入有关。X0X1Xi-1Y0Y1Yj-1组合逻辑电路存储电路Q0…Ql-1Z0…Zk-185.1.2组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析——根据给定的组合逻辑电路，通过分析确定其逻辑功能【例5.1】分析下图电路AB&&&Y&ABY000011101110电路功能：异或电路逻辑图逻辑表达式真值表电路功能化简95.1.3组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的手工设计方法逻辑抽象——确定输入、输出变量，列出真值表写出逻辑函数表达式——根据真值表写出逻辑函数的标准表达式逻辑化简

5、——用公式化简法或卡诺图化简法化简为最简逻辑函数表达式绘逻辑图——根据最简逻辑函数表达式画出原理图逻辑问题逻辑抽象逻辑表达式逻辑化简组合逻辑电路的设计——根据给定的功能要求，采用某种设计方法，得到满足功能要求、且最简单的组合逻辑电路。逻辑图10组合逻辑电路的自动设计方法基于HDL和EDA工具的组合逻辑电路的设计方法逻辑抽象——确定输入、输出变量，列出真值表（复杂系统也可不写出真值表，而直接用HDL的系统级描述方式）HDL编程——如用case语句、if-else语句，assign语句写出逻辑表达式——根据真值表写出逻辑函数的标准表达式逻辑问题逻辑抽象HDL编程逻辑函数表达式逻辑图设计输入设计

6、仿真编程下载（1）（2）有3种途径（1）逻辑抽象HDL编程（系统级描述，如用case语句或if-else语句）（2）逻辑抽象写出逻辑函数表达式HDL编程（算法级描述，assign语句）（3）逻辑抽象写出逻辑函数表达式绘逻辑图（适于简单电路）（3）11组合逻辑电路的设计方法举例分析余3BCD码由每个8421BCD码加上3得到，直接列出真值表1010~1111不会在输入端出现，作为约束项（输入变量取值组合不允许出现或不会出现，或者出现与否对输出没有影响，这些取值组合代表的最小项称为约束项）处理，对应输出用x表示【例5.2】8421BCD码转换为余3BCD码的码转换器的设计码转换器A3

7、A2A1A0B3B2B1B08421BCD余3BCDA3A2A1A0B3B2B1B0000000110001010000100101001101100100011101011000011010010111101010001011100111001010xxxx1011xxxx1100xxxx1101xxxx1110xxxx1111xxxx12HDL编程modulebcd8421(A,B);input[3:0]A;outp