1、数字逻辑与数字电路数字逻辑与数字电路作者：徐晓光附录附录C C 二进制逻辑单元的图形符号二进制逻辑单元的图形符号l 在实际应用中，同一个二进制逻辑元件有几种不同的画法。因而有必要介绍和学习逻辑元件图形符号的有关知识，以便于能够读懂用不同符号绘制的逻辑图，并且掌握使用国际标准和国家标准规定的二进制逻辑图形符号绘图的方法。l 在逻辑电路技术发展的历史上，出现过一些不同形式的逻辑元件图形符号。其中图C-1所示的是一种在外国文献中十分常见的逻辑符号“特异形符号”，它采用特定形 状的图形符号来区分不同的逻辑功能。l 虽然这种以形状区分功能的图形符号目前仍有大量的使用，但是当所表示的逻辑系统比较复杂时，就
2、显现出它的不足之处了。为此出现了标准化的二进制逻辑元件图形符号，并得到了越来越多的应用。图C-1逻辑单元的“特异形”符号l 目前逻辑元件图形符号的标准，有由国际电工委员会制定的IEC标准，以及由美国电气电子工程师协会制定的IEEE标准。我国采用的是与IEC标准完全相同的国家标准，其中常用门电路的图形符号如图C-2所示。l IEC标准化逻辑符号的基本形状均为一个，框内用各种、等来表示特定的逻辑功能。l 对于图C-2a的“与门”符号而言，其意义为：当所有输入为1时，输出才为1。图C-2 逻辑门的IEC符号l 对于图C-2b的“或门”符号而言，其意义为：当所有输入为1的数目大于等于1时，输出才为1。
3、l 对于图C-2c的“缓冲器”符号而言，其意义为：当输入为1时，输出才为1。l 对于图C-2d的“非门”符号而言，其意义为：在缓冲器基础上逻辑信号反相。l 对于图C-2g的“异或门”符号而言，其意义为：当输入为1的数目等于1时，输出才为1。l 对于图C-2h的“同或门”符号而言，其意义为：当所有输入信号相等时，输出才为1。l IEC标准的二进制逻辑符号具有十分明显的优点，它是一种功能强大的，能够很好地描述二进制逻辑元件的逻辑功能。l 二进制逻辑元件的IEC标准能够直接由符号给出逻辑元件的功能信息，而不再依赖元件的真值表和原理图。从而能够使我们通过元件符号直接把握元件的功能和特性。l 下面我们对
4、二进制逻辑元件的图形符号国家标准进行介绍。l 2.l （1）l 1）l 逻辑电路中的只能有两个取值0 0和1 1，它们对应于电路中具体的两种不同的物理状态。我们将这两种不同的状态称之为，通常也称0 0状态和1 1状态。l 0 0状态和1 1状态的与物理状态的具体对应关系，依而定。l 2）l 在逻辑电路中是用电位的高低来表示和区分两种不同的逻辑状态的。然而，一般不用具体的电位大小来表示逻辑状态，而是将代数值较多的电位称为，并用 表示；将代数值较少的电位称为，并用 表示。这就是的概念。l 3）内部逻辑状态和外部逻辑状态l 为了更好地表达逻辑功能和简化叙述，引入了内部逻辑状态和外部逻辑状态两个术语。
5、是指符号框内部输入、输出的逻辑状态。是指符号框外部输入、输出的逻辑状态。l 4）“逻辑非”符号体系和“极性”符号体系l 存在两种体系来表示逻辑元件符号输入、输出物理量与其内部逻辑状态之间的对应关系。一种是“逻辑非”符号体系，另一种是“极性”符号体系。l 在“逻辑非”符号体系中，图形符号只有带逻辑非符号和不带逻辑非符号的输入和输出。这种体系直接表示输入、输出内部逻辑状态和外部逻辑状态之间的关系；而外部逻辑状态和物理量之间的对应关系，是用正逻辑和负逻辑的逻辑约定加以规定的。因此，这种体系也称为单一逻辑约定。l “逻辑非”符号为输入、输出线上的靠近符号框的小圆圈。小圆圈l “极性指示”符号为输入、输
6、出线上的靠近符号框的小三角形。l 有极性指示符时，表示内部的逻辑状态的0和外部逻辑H电平相对应，内部的逻辑状态的1和外部逻辑L电平相对应。 l 而没有极性指示符时，表示内部的逻辑状态的1和外部逻辑H电平相对应，内部的逻辑状态的0和外部逻辑L电平相对应。三角形l 按照规定，在同一逻辑图上，“逻辑非”符号和“极性”符号不能同时出现，但在“极性”符号体系中的内部连接允许出现“逻辑非”符号。l 分别用“逻辑非”符号体系和“极性”符号体系绘制逻辑符号的例子，如下图(图C-3)所示。l 图中符号框内部的x、y、z、w、v均表示内部逻辑状态。图a中的a、b、c、d、e表示外部的逻辑状态。图b中的a、b、c、
7、d、e表示外部的逻辑电平。l 5）用物理量正的较多值（H电平）对应逻辑1状态；用物理量正的较少值（L电平）对应逻辑0状态。用物理量正的较少值（L电平）对应逻辑1状态；用物理量正的较多值（H电平）对应逻辑0状态。l 在符号框内只存在逻辑状态而没有逻辑电平概念。在极性符号体系中，符号框外只有逻辑电平概念而没有逻辑状态概念。l 在逻辑非符号体系中，符号框外既有逻辑电平概念又有逻辑状态概念。极性符号和逻辑非符号不能出现在同一份图上，但采用极性符号的内部连接可以出现逻辑非符号。总结:l 例：正逻辑约定时，负逻辑约定时，LLL111HL01H0l （2）IEC逻辑元件图形符号的优点l 1）IEC的二进制元
8、件图形符号是一种，能够在不表示或少表示内部逻辑元件及其连接的条件下，由符号提供元件功能及输入输出之间的关系。l 2）IEC的二进制元件图形符号规定了、和，减少了逻辑元件图形符号中的连线和元件符号，从而使图面清楚，易于识别。l 3）IEC的二进制元件图形符号标准不是按器件给定符号，而是规定图形符号的各种要素及构成原则。人们可根据这些要素和原则绘制逻辑元件图形符号，因而它具有较强的适应性。l （3）逻辑元件图形符号的构成l 1）二进制逻辑单元图形符号标准规定，所有二进制逻辑单元的图形符号皆由（或方框的组合）和标注其上的各种限定性符号组成。对方框的长宽比没有限制。l 二进制逻辑单元的图形符号规定见图
9、C-4所示。图中XX表示总限定符号，*表示与输入输出有关的限定符号。输入输出图C-4l 2）符号框l （a）符号框的种类l 标准规定了三种符号框：元件框，公共控制框和公共输出元件框，见右图(图C-5)所示。l （b）符号框的组合l 为了缩小一组相邻逻辑元件图形符号所需的幅面，只要遵守下列规则，元件框就可以或。l a）相邻的元件框公共线平行于信息流方向时，两元件之间不存在逻辑连接。l b）组合后的元件框公共线垂直于信息流方向时，两元件之间至少有一种逻辑连接。这时每一种逻辑连接可用在公共线一边或两边的限定符号、关联标记表示。l 这两种邻接表示，如图C-6所示。图C-6表附C-1 几种常见的内部连接
10、符号l 具有的内部连接（右边单元输入端的内部逻辑状态与左边单元输出端的内部逻辑状态的补状态相对应）。l 内部连接（右边单元输入端的内部逻辑状态与左边单元输出端的内部逻辑状态相对应）。表附C-1 几种常见的内部连接符号（续）l 具有动态特性的内部连接。l 具有逻辑非和动态特性的内部连接。l 元件框组合的例子，见下图(图C-7)所示。l （c）公共输入、公共输出和公共输出元件l a）公共输入l 公共输入是指全部阵列元件或部分阵列元件所公用的输入。公共输入可表示在公共控制框内。当公共控制框中的输入不是关联标记的影响输入时，则该输入是所有阵列元件的公共输入，如下图(图C-8)所示。l 当公共控制框中的
11、输入是关联标记的影响输入时，则该输入仅是出现其标识号的那些阵列元件的公共输入，如下图(图C-9)所示。l b）公共输出l 公共输出是指和部分阵列元件或全部阵列元件输出有关的输出。公共输出可以表示为公共控制框中的一个输出，如下图(图C-10)所示。l 图C-10a表示当计数器的输出内容值（与4个输出端有关）达到9时，输出端b输出为1。图C-10b表示输出端b和输出端1、2、3、4是“与”逻辑关系，只有当1、2、3、4皆为1时，b才输出1。图C-10c表示输出端b和输出端1、2是“或”逻辑关系，只要1、2中有一个为1时，b就输出1。l c）公共输出元件l 公共输出元件是指和所有阵列元件输出都有关的
12、一种逻辑元件。公共输出元件可以画在公共控制框内，也可以画在阵列的未端，如图C-11a所示。l 图C-11b为一个公共输出元件的例子。图C-11 公共输出元件的表示及举例l （4）总限定符号是用来规定逻辑元件所完成的逻辑功能的符号。l 通过总限定符号就可以明确元件框的总的逻辑功能。总限定符号的位置，由图附C-4指定。 l 总限定符号给出的条件，是使元件内部输出状态为1的内部输入条件。即当输入条件满足时，输出才为1。l 常用的逻辑元件总限定符号见表附C-2所示。表附C-2 总限定符l 说明&只有所有的输入为1状态时，输出才是1状态。1只要有1个或者1个以上的输入为1状态时，输出就是1状态。或者当状
13、态为1的输入端数目大于等于1时，输出才是1状态。l 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明=1当状态为1的输入端数目为1时，输出才是1状态。=当所有的输入状态都相等时，输出才是1状态。l 符号表附C-2 总限定符（续）m当状态为1的输入端数目大于等于m时，输出才是1状态。m当状态为的输入端数目等于m时，输出才是1状态。l 符号l 说明表附C-2 总限定符（续）l 说明n/2当多数输入端的状态为时，输出才是1状态。2k当状态为的输入端数目为偶数时，输出才是1状态。l 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明2k+1当状态为的输入端数目为奇数时，输出才是1状态。当输入端状态为时，输出才是1状态。l
14、符号表附C-2 总限定符（续）l 说明在总限定符“*”限定的逻辑功能之外，具有磁滞特性。即输入具有双门槛特性。“*”应当用指定逻辑功能的总限定符号代替。只有当总限定符号为1时，才可以省略。*l 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明可重复触发的单稳态触发器l 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明非稳态电路不可重复触发的单稳触发器l 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明完成最后一个脉冲后停止输出的非稳态电路同步启动的非稳态电路|l 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明编码、代码转换。和可以分别用表示输入输出信息代码的适当符号代替。同步启动，完成最后一个脉冲后停止输出的非稳态电路|l 符号表
15、附C-2 总限定符（续）l 说明加法运算P-Q乘法运算减法运算数值比较COMPl 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明超前进位ALUCPGDUX算术逻辑单元多路选择多路分配DXl 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明m位的移位寄存CTRmSRGmCTRDIVm循环长度为2m的计数循环长度为m的计数l 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明只读存储器* *用存储器的“字数位数”代替ROM* *可编程只读存储器* *用存储器的“字数位数”代替PROM* *l 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明随机存储器* *用存储器的“字数位数”代替RAM* *由TTL到CMOS的电平转换TTL/CMOS
16、由ECL到 TTL的电平转换ECL/TTLl 符号表附C-2 总限定符（续）l 说明触发器的初始状态为1I=1触发器的初始状态为0I=0l 符号l （5）输入输出限定符号是用于规定逻辑元件输入输出的逻辑或物理特性的符号。表附C-3 常用的输入输出限定符号l 符号l 说明逻辑非，示在输入端逻辑非，示在输出端极性指示符，示在输入端极性指示符，示在输出端l 表附C-3 常用的输入输出限定符号(续)动态输入（内部状态1与外部输入从0到1的转换过程或从L到H的电平转换过程相对应，其它时间内部状态为0）带逻辑非的动态输入（内部状态1与外部输入从1到 0的转换过程相对应，其它时间内部状态为0）l 表附C-3
17、 常用的输入输出限定符号(续)内部连接带极性指示符的动态输入（内部状态1与外部输入从H 到L的电平转换过程相对应，其它时间内部状态为0）具有逻辑非的内部连接l 表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）内部输入延迟输出(输出状态的改变相对于输入状态改变延迟一个脉冲宽度。即当输入信号返回到初始状态或初始电平时，输出逻辑状态才改变)具有动态特性的内部连接具有逻辑非和动态特性的内部连接内部输出l 表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）开路输出(集电极开路、发射极开路、漏极开路、源极开路等)具有磁滞现象的输入使能输入ENH型开路输出(当晶体管导通时，输出为H电平)L型开路输出(当晶体管导通时，输出为L
18、电平)l 表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）无源输出（当晶体管导通时，输出为H电平；且内部电阻接在输出与地之间。当输出晶体管截止时，输出被电阻下拉为L电平）无源输出（当晶体管导通时，输出为L电平；且内部电阻接在输出与正电源之间。当输出晶体管截止时，输出被电阻上拉为H电平）l 表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）扩展输出三态输出扩展输入存储单元的R输入EER存储单元的S输入S存储单元的J输入J存储单元的K输入Kl 表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）存储单元的D输入D存储单元的T输入T数值比较器的“小于”输入数值比较器的“大于”输入数值比较器的“等于”输入=* *数值比较器的“小于
19、”输出* *数值比较器的“大于”输出l 表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）移位输入（右移）* = *数值比较器的“等于”输出 m移位输入（左移）m正计数输入+m逆计数输入-m运算单元的进位输入CI运算单元的借位输入BIl 表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）COCT = m运算单元的进位输出BO运算单元的借位输出内容输入（当输入为1时，将 内容置为m）CT *内容输出（当内容满足“*”指定的条件时，输出才为1）l （6）是用元件框内的关联标注字母字母和数字数字来表示输入之间、输入和输出之间、输出之间关系的一种方法。l 在使用关联标注法时，字母指示关联性质、数字指示互相关联的对象。具有
20、相同数字的对象之间存在关联关系。l 标准规定：l 用表示关联性质的字母字母和来标记“影响输入（或输出）”。l 影响输入（或输出）是影响的施加者。l 用和“影响输入（或输出）”相同的数字来标记“受影响的输入（或输出）”。l 受受影响输入（或输出）是影响的承受者。字母开头的是影响的施加者数字开头的是影响的承受者l 如果“受影响输入（或输出）”另有其它标记（输入输出限定符、关联标记字母等），则应在这个标记之前加上“影响输入（或输出）” 相同的数字。l 如果一个输入或输出受两个以上“影响输入（或输出）”的影响，则这些“影响输入（或输出）”的数字均应出现在“受影响输入（或输出）”的标记之前，并用逗号隔开
21、。l 如果是“影响输入（或输出）”内部状态的补去影响“受影响输入（或输出）”，则应在“受影响输入（或输出）”的数字上加上一个横线。l 图附C-12是一个D触发器的图形符号。图中a是时钟输入端，是“影响输入”端，C是关联标注的控制字母。b是“受影响输入”端，同时又是D输入端。所以将时钟输入标注为C1，而将D输入端标注为1D，以表示b既受a的控制、同时又是D输入功能。l 各种关联标注字母及意义见下表（表附C-4）所示。表附C-4 各种关联标注字母及意义l 关联类型A用于标识存储器的地址输入C它仅适用于时序元件，如边沿触发器的时钟等。当Cm处于内部状态1时，受影响的输入才正常工作。l 字母表附C-4
22、 各种关联标注字母及意义(续)EN用于标识使能输入，并指出由它控制的输入和/或输出（例如哪些输出呈现高阻抗状态）G它用于表明“影响输入(输出)”和“受影响输入(输出)”内部逻辑状态之间是“与”逻辑关系。表附C-4 各种关联标注字母及意义(续)M用于标识选择单元操作方式的输入，并指出取决于该方式的输入和/或输出。（有些元件的工作方式有多种，且取决于输入信号的译码，这时就要用方式关联来标注）表附C-4 各种关联标注字母及意义(续)NNm处于内部状态1时，受影响输入输出的逻辑状态求补。Nm处于内部状态0时，受影响输入输出的逻辑状态不受影响。因此非非关联是指“影响输入(输出)”与指“影响输入(输出)”
23、之间的逻辑状态是“异或”关系。表附C-4 各种关联标注字母及意义(续)R用于表明R输入处于内部状态1时，受影响的输出呈现R=1，S=0的内部逻辑状态。S用于表明S输入处于内部状态1时，受影响的输出呈现S=1，R=0的内部逻辑状态。表附C-4 各种关联标注字母及意义(续)V它用于表明“影响输入(输出)”和“受影响输入(输出)”内部逻辑状态之间是“或”逻辑关系。X用于表明受影响端口之间的可控传输通路。当Xm处于内部状态1时，则建立受影响的全部端口之间的连接通路。表附C-4 各种关联标注字母及意义(续)Z用于表明一个输入(输出)将其逻辑状态强加到另一个或多个输入和/或输出之上。l （7）与输入输出有关的标记的排列l 在输入输出上，用“，”分开、顺序排列的多个关联标识号，表示该输入输出受到几个关联影响。如果其中任一个关联不起作用，则该输入或输出就不起作用。l 例如：l 在输入端，用的多个关联标记组，表示它们是有着多个影响的输入标记组。l 在输出端，用斜线分开的多个关联标记组，表示它们是以“或”方式起作用的。即其中任一个关联组起作用，该输出就起作用。l 例如：l再见！再见！
