数字电路答案第三章.doc

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1、第三章组合逻辑电路本章以逻辑代数为数学工具，从逻辑门构成的组合逻辑电路入手，介绍分析和设计组合逻辑电路的基本方法，并讨论组合逻辑电路中的竞争冒险现象，为进一步学习带记忆功能的电路奠定基础。同时重点讨论若干常用中规模集成电路模块及其应用，利用VHDL语言实现数字电路的描述及设计。第一节基本知识、重点与难点一、基本知识（一）组合电路的分析与设计1.组合电路基本概念任一时刻的输出状态只取决于该时刻各输入状态的组合，与电路的原状态无关。电路只有从输入到输出的通路，没有从输出到输入的反馈回路。电路由逻辑门构成，不含记忆元件。2.组合电路分析用逻辑函数描述已知的电路，找出

2、输入、输出间的逻辑关系，从而判断电路功能。组合电路的分析步骤：（1）由已知逻辑电路图逐级写出逻辑表达式；（2）化简逻辑表达式，可以采用代数法或卡诺图法化简表达式；（3）由表达式列出真值表；（4）根据表达式或真值表分析并说明电路实现的逻辑功能。3.组合电路设计组合电路的设计是根据实际逻辑问题提出的要求，设计出满足要求的最简单或者最合理的组合电路。实现逻辑电路的方法有多种，采用小规模、中规模以及可编程逻辑器件，采用的器件不同，其设计方法有所不同，但是设计过程中对基本逻辑问题的描述、设计思路有其共性。（二）组合电路的竞争冒险1.组合电路中的竞争冒险现象在组合电路中，

3、信号由不同的途径达到门电路输入端的时间有先有后，这种现象称为竞争。由于竞争可能引起电路输出发生的瞬间尖峰脉冲现象称为冒险。竞争冒险现象将影响电路的工作速度、限制电路的最高工作频率，有时会导致电路无法正常工作。2.竞争的类型有两种类型的竞争可能产生冒险现象，一个门电路的多个输入信号同时变化引起的竞争；一个信号经不同路径传到同一个门的输入端，由于信号到达时间不同引起的竞争。3.冒险现象的判断在电路输入端只有一个信号改变的情况下，可根据逻辑表达式，采用代数法和卡诺图法判断组合电路是否存在冒险。4.竞争冒险现象的消除（1）加冗余项；（2）接滤波电容；（3）加选通信号。

4、（三）常用组合电路模块的功能常用组合电路模块有编码器、译码器、数据选择器、数值比较器和加法器等。1.编码器数字系统中常采用多位二进制数码的组合对具有某种特定含义的信号进行编码，完成编码功能的逻辑电路称为编码器。编码器是一个多输入多输出电路，如果需要对m个输入信号进行编码，则需要n位二进制编码，≥m。常用的编码器有二进制编码器、优先编码器和二—十进制编码器等。2.译码器译码器将二进制代码翻译成具有特定含义的输出信号。常用的译码器有二进制译码器、二—十进制译码器和数字显示译码器等。常用的有3线-8线译码器74138、4线-10线8421BCD译码器7442等。3.

5、数据选择器数据选择器根据地址选择信号从多路输入数据中选择一路送到输出端。数据选择器可等效成一个单刀多掷开关。常用的有4选1数据选择器74153、8选1数据选择器74151。4.数值比较器数值比较器可以对两个位数相同的二进制整数进行数值比较，判定其大小。常用的有4位二进制数值比较器7485。5.加法器实现二进制数加法运算的电路有半加器和全加器。将来自低位的进位以及两个1位二进制数相加产生和、进位称为全加；不考虑来自低位的进位的加法运算为半加器。实现半加运算的电路称为半加器，实现全加运算的电路称为全加器，常用的有快速进位4位加法器74283。（四）常用组合电路模块

6、的应用常用组合电路模块属于中规模集成器件（MSI），其应用主要有几个方面：模块本身功能的使用、模块的扩展、用MSI设计其它功能的组合电路。这里主要总结最后一个方面。1.用MSI设计组合电路的步骤用MSI器件进行组合电路的设计没有固定的模式和统一的设计方法，通常不用考虑逻辑函数的最简形式。设计步骤的一般原则是：分析设计要求、求逻辑函数、选择适当形式的函数式、画逻辑图。选择的MSI器件不同，其函数的表达形式有所不同，因此需要根据器件的选择，灵活改变逻辑函数的表达方式。2.用加法器设计组合电路加法器除用作二进制加法运算外，还可以外加一些门电路实现其他算术运算，如减法

7、运算、乘法运算、数码比较、代码转换、BCD码的加减法等。3.用译码器设计组合电路由于二进制译码器的n变量输入可以提供2n个输出，且为n变量的全部最小项或全部最小项的非。例如2-4线译码器有输入信号A、B，有4个输出信号Y0、Y1、Y2、和Y3，这4个输出分别是输入信号A、B的全部最小项。任何组合逻辑函数都可以展开成最小项表达式，因此，用译码器可以实现任意组合逻辑电路。n变量逻辑函数可以用n变量二进制译码器和门电路实现。用译码器实现组合逻辑电路的优点是：不用化简函数，可以直接利用函数的最小项形式；用一个译码器可同时实现多输出函数。4.用数据选择器设计组合电路用数

8、据选择器可以实现组合逻辑函数的步骤如下