1、西南交通大学微电子研究所西南交通大学微电子研究所I Institute ofnstitute of M Microelectronics icroelectronics SWJTUSWJTU第3章 组合逻辑电路数字电子技术基础第3章 组合逻辑电路数字电子技术基础第3章 组合逻辑电路u3.1 基本概念u3.2 组合电路分析u3.3 组合电路设计u3.4 组合逻辑模块u3.5 竞争与冒险u小结3.1 基本概念 数字组合逻辑电路是输入、输出之间无反馈延迟，电路中不含记忆单元，可以用逻辑代数来表示的门电路，对组合电路的分析和设计是使用此类电路的基础。3.2 组合电路分析分析步骤：n由逻辑图逐级写出各输
2、出端的逻辑表达式n化简和变换各逻辑表达式n列出真值表n根据真值表和逻辑表达式对电路进行分析，并确定电路的功能，并尽可能对电路加以改进例1：Z1=ABZ3=ABZ2=AB+AB1ABABA B Z1Z2Z300010011001000111010Z1：ABZ2：A=B功能：一位二进制数比较器 1 1 1 D C B A&Y 例2：CBACABDCBDAB CBACABDCBDABY 解：逻辑表达式：真值表：功能：分类出4位二进制数中的素数(质数)2、3、5、7、11、13。3.3 组合电路设计设计步骤：n逻辑抽象n分析问题的因果关系，确定输入输出变量n定义输入输出逻辑状态的含义n列真值表n从真值
3、表表写逻辑表达式n化简或变换表达式n画逻辑电路图例1：用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。只有当两个或两个以上裁判判明成功，并且其中有一个为主裁判时，表明举重成功。解：输入变量：主裁判为A，副裁判为B、C。判明成功为1，失败为0；输出变量：举重成功与否用变量Y表示，成功为1，失败为0；卡诺图化简 ABC0100011110Y YACABACABACABY 1 11逻辑电路图ABACY&例2：设计一个输血-受血判别电路，当输血者和受血者的血型符合下列规则时，配型成功，受血者可接受输血者提供的血液。（1）A型血可以输给A型或AB型血的人；（2）B型血可以
4、输给B或AB型血的人；（3）AB型血只能输给AB型血的人；（4）O型血可以输给A、B、AB或O型血的人。解：配型是否成功用Y表示，1成功 输血者的血型用X1、X2表示；受血者的血型用X3、X4表示；四种血型的编码如表：O 型00A 型01B 型10AB 型 11X10 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1X20 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1X30 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1X40 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1Y1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1输血者输血
5、者受血者受血者O型型A型型B型型AB型型314231424231421432132142121)()()(XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXY例3：有一大水箱由YS、YL两台水泵供水，水箱中设置了三个水位检测元件A、B、C，如图所示。水面低于检测元件时，检测元件输出高电平，水面高于检测元件时，检测元件输出低电平。现要求水位超过C点时，YS、YL停止工作；水位低于C点但高于B点时，YS单独工作；水位低于B点但高于A点时，YL单独工作；水位低于A点时，YS、YL同时工作。试设计此控制电路。Y YS SY YL LB BA AC C示意图示意图解：逻辑抽象输入变量：水位检测元件以
6、A、B、C表示，低于检测元件为1，高于为0；输出变量：水泵以YS、YL表示，水泵工作为1，不工作为0；逻辑真值表卡诺图化简 ABC0100011110Y YL L ABC0100011110Y YS SBYL CBAYS 1 1 1 1 逻辑电路图 1 A B C&1 YL YS 3.4 组合逻辑模块一、数据选择器二、译码器三、编码器四、加法器五、数值选择器一、数据选择器1.四选一选择器原理及符号2.8-1 MUX74151的功能70iiiDmY表达式：3.8-1 MUX 74151符号与引脚排列例1：用8-1选择器74151实现下面的函数解：令74151的通道选择信号S2、S1、S0分别接A
7、、B、C，数据输入端D0、D1、D2、D4接低电平“0”，D3、D5、D6、D7接高电平“1”，即可实现电路。BCACABCBAF),(0)(1)()()()(),(421076537653mmmmmmmmmmmmCABCBABCAABCBCAACBBACCABBCACABCBAF实现电路如下：例2：设计一个输血-受血判别电路，当输血者和受血者的血型符合下列规则时，配型成功，受血者可接受输血者提供的血液。（1）A型血可以输给A型或AB型血的人；（2）B型血可以输给B或AB型血的人；（3）AB型血只能输给AB型血的人；（4）O型血可以输给A、B、AB或O型血的人。O 型00A 型01B 型10A
8、B 型 11解：配型是否成功用Y表示，1成功 输血者的血型用X1、X2表示；受血者的血型用X3、X4表示；四种血型的编码如表：47654434210474545434241414040,43214321432143214321432143214321432101011031221XmmmmXmXmmmXmXmXmXmXmXmXmXmXmXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXYSXSXSX47654434210,01011031221XmmmmXmXmmmYSXSXSX二、译码器1.译码器定义和功能译码：将具有特定含义的输入代码转换成相应的输出信号。译码器：实现
9、译码功能的逻辑电路，译码器主要有二进制、二十进制等。2.3-8译码器功能表2E1E0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7YLHHHHHHHHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHLHHHHHHLHLLHHHHLHHHHLLHLLHHHHHLHHHHHLLLHHHHHHLHHLHLLLHHHHHHHLHHLLLLHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHHLHHHHHHHHHXHHHHHHHHHA2E3输输 出出输输 入入A1A03.8-1 译码器74138符号与引脚排列例：用一片74HC138实现函数ABCAL7620mmmm 74HC138 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 E3
10、 E2 E1 A0 A1 A2 7620mmmm 解：首先将函数式变换为最小项之和的形式在译码器的输出端加一个与非门，即可实现给定的组合逻辑函数.+5V A B C L&7620YYYY ABCCABCBACBAL 三、编码器1.编码器定义和功能 2.集成电路编码器CD4532 CD4532 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y0 Y1 Y2 EI EO GS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 I4 I5 I6 I7 EI Y2 Y1 GND VCC EO GS I3 I2 I1 I0 Y0 输 入输 出EII7I6I5I4I3I2I1
11、I0Y2Y1Y0GSEOLLLLLLHLLLLLLLLLLLLHHHHHHHLHLHHHLHLHLLHHLHHLHLLLHHLLHLHLLLLHLHHHLHLLLLLHLHLHLHLLLLLLHLLHHLHLLLLLLLHLLLHL 3.集成电路编码器CD4532功能表四、加法器 1.半加器2.全加器 Si A B Ci-1 Ci BA 1iCBA AB 1i)(CBA 1 CO CO 表达式：表达式：Si(A i,B i,C i-1)=m(1,2,4,7)=A iB iC i-1Ci(A i,B i,C i-1)=m(3,5,6,7)=A i B i+(A i+Bi)C i-13.4位二进制
12、加法器7483/742831.一位二进制比较五、数值比较器器BALBALBAL:BABABA表达式2.4位二进制比较7485输入输入（A3A0，B3B0）级连输入级连输入（扩展端（扩展端）输出输出A3B3A2B2A1B1A0B0ABABAB3XXXXXX100A3B2XXXXX100A3=B3A2B1XXXX100A3=B3A2=B2A1B0XXX100A3=B3A2=B2A1=B1A0B0XXX010A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0100100A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0010010A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0001001例1：4位数的比较-注意使能端的接法例2：8位数的比较3.5 竞争与冒险1.概念2.判断方法3.消除方法 增加冗余项、电容滤波等AAFAAF小 结组合逻辑电路的分析组合逻辑电路的设计组合逻辑集成电路逻辑图逻辑表达式 最简表达式真值表确定功能逻辑图实际逻辑问题真值表逻辑表达式最简（或最合理）表达式编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法电路THANKS
