组合逻辑电路的设计与仿真

《组合逻辑电路的设计与仿真》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、组合逻辑电路的设计与仿真组合逻辑电路的设计与仿真摘耍：以交通信号灯监控器为例分析了组合逻辑电路设计的过程，运用SSI、MSI为主要元件分别设计了三种实现电路，并总结了这三种电路的特点，最后利用Multisim软件进行了仿真测试，为组合逻辑电路的设计与仿真提供了借鉴方法。关键词：组合逻辑电路；电路设计；Multisim；仿真；交通信号灯；监控器屮图分类号:TP391文献标识码文章编号：1009-3044(2013)29-6625-041概述数字电子技术已广泛应用于各个专业技术领域，组合逻辑电路是数字电路重耍的组成部分，也是时序逻辑电路设计的基础，

2、在实践中被广泛应用。组合逻辑电路的输出仅与当前的输入状态有关，而与输入之前的信号状态无关，因此组合逻辑电路没有记忆功能，在其电路中没有反馈延迟电路[1-2]oMultisim的前身是EWB(ElectronicsWorkbench)软件，是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的交互式SPice仿真和电路分析软件，专用于原理图捕获、交互式仿真、电路板设计和集成测试[3-5]oMultisim软件包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。本文以交通信号灯监控器为例，分别运用与非门74LS00、

3、中规模集成数据选择器74LS151和中规模集成译码器74LS138为主耍元件设计三种实现监控交通信号灯状态的控制电路，并利用Multisim12.0软件进行仿真测试。2组合逻辑电路的设计2.1组合逻辑电路设计的一般步骤组合逻辑电路设计主要是将用户的具体设计要求用逻辑函数加以描述，再用具体的电路加以实现的过程。组合逻辑电路的设计可分为小规模集成电路、中规模集成电路、定制或半定制集成电路的设计[6]。其设计的一般步骤可用图1来表示：1）首先对命题要求进行分析，确定输入变量、输岀变量的个数和状态，并以真值表的形式列出；2）根据真值表写出逻辑函数表达式

4、；3）通过逻辑化简，写出最简的逻辑函数表达式；4）根据逻辑功能要求以及实际情况，选择合适的门器件，把最简的表达式转换为相应的表达式；5）根据表达式画出该电路的逻辑电路图。2.2组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路可以采用分立元件实现，随着微电子技术的迅速发展和集成电路工艺水平的提高，单块芯片的集成度越來越高，价格越来越便宜，也可用通过小规模集成电路SSI,中规模集成电路MSI、定制或半定制集成电路等来实现[7]o本文以监控交通信号灯工作状态的监控器为例分析组合逻辑电路的设计方法。交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言，每一组交

5、通信号灯由红、黄、绿三盏灯组成。正常工作情况下，任何吋刻必有一盏灯点亮，而且也仅有一盏灯亮。当出现其他状态吋，电路发牛故障，这吋监控器发出故障信号以提醒维护人员前去修理。2.2.1命题分析根据交通信号灯监控器的工作原理，确定红、黄、绿三盏灯的状态为输入变量，分别用A、B、C表示；取故障信号为输出变量，用F表示。假设：A、B、C取1时，表示灯亮，A、B、C取0时，表示灯不亮；F为1时，表示工作状态正常，F为1时表示发生故障。2.2.2列写真值表根据命题分析列出逻辑真值表，如表1所示。计算机工程应用技术jxy02.jpg>（1）运用卡诺图化简，可

6、得简化的逻辑函数表达式：2.2.4把最简的表达式转换为相应的表达式逻辑电路图是根据逻辑函数表达式得出的，因此画逻辑电路图之前要根据逻辑功能要求以及实际情况确定元件，将最简的表达式转换为与所选用元件和对应的表达式。1)选用与非门实现选用集成与非门74LS00、74LS20实现交通信号灯监控器，将输出与输入Z间的逻辑关系转换为与非表达式。通过表达式变换，得到式3o

7、端。式4给出了数据选择器输出与输入的逻辑关系，其中，AO、A1、……Ak表示控制信号，Y表示输出信号，Di为数据输入信号，mi为控制信号的最小项表示，2k二n。从表达式4中可以看出，其输出实际上是数据输入与地址输入的最小项相与的关系，所以数据选择器可以实现各种组合逻辑功能。选用中规模集成数据选择器74LS151可实现交通信号监控器。74LS151是八选一数据选择器，对式1进行变换，可得式5：[F=ABC+ABC+ABC+ABC+ABC=m0+m3+m5+m6+m7二m0?1+m1?0+m2?0+m3?l+n)4?0+ni5?1+m6?1+m7?

8、1](5)由式5可以看出，选用74LS151实现交通信号监控器需使F二Y,A二A2,B=A1,C=AO,则有D0=D3=D5=D6=D7=l,D1=D