1、Chapter 3 Combinational Logic Circuit概述概述若干常用中规模组合逻辑电路若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路中的竞争组合逻辑电路中的竞争-冒险现象冒险现象第三章第三章 组合逻辑电路组合逻辑电路数字电子技术数字电子技术组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析和设计方法概述概述3.1 3.1 概述概述数字电子技术数字电子技术 根据逻辑功能的不同，可把数字电路分为根据逻辑功能的不同，可把数字电路分为组合逻组合逻辑电路辑电路（Combinational Logic Circuit）和）和 时序逻辑电时序逻辑电路路（Sequential Logic Circu
2、it）两大类。）两大类。一、组合逻辑电路的特点一、组合逻辑电路的特点 功能上功能上：任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入入，而与电路原来的状态无关，即无记忆功能。，而与电路原来的状态无关，即无记忆功能。电路结构上电路结构上：只由逻辑门组成只由逻辑门组成，不包含记忆元件不包含记忆元件，输出和输入之间输出和输入之间无反馈无反馈。二、逻辑功能的描述方式二、逻辑功能的描述方式 逻辑函数表达式逻辑函数表达式3.1 3.1 概述概述数字电子技术数字电子技术 由框图可知，输入与输出之间的逻辑关系可用一由框图可知，输入与输出之间的逻辑关系可用一组逻辑函数表示：组逻辑函数表示：
3、)(),(),(212111AFYaaafyaaafynmmn即图图3.1.1 3.1.1 组合逻辑电路的框图组合逻辑电路的框图3.1 3.1 概述概述数字电子技术数字电子技术 逻辑电路图逻辑电路图 真值表真值表 卡诺图卡诺图 波形图波形图 语言描述语言描述组合逻辑电路的其它描述方式组合逻辑电路的其它描述方式 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析和设计方法3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析和设计方法数字电子技术数字电子技术分析和设计是一对逆过程。分析和设计是一对逆过程。3.2.1 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法 所谓所谓“分析分析”，即根据逻
4、辑电路找出电路的，即根据逻辑电路找出电路的逻辑功能。逻辑功能。分析的分析的目的目的：求出逻辑功能或证明给定的逻：求出逻辑功能或证明给定的逻辑功能正确与否。辑功能正确与否。3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析和设计方法数字电子技术数字电子技术一、分析步骤：一、分析步骤：（1）分别用符号标注各级门的输出端。）分别用符号标注各级门的输出端。（2）从输入端到输出端逐级写出输出变量对输入）从输入端到输出端逐级写出输出变量对输入变量的逻辑表达式，最后得到输入变量表示的输出函变量的逻辑表达式，最后得到输入变量表示的输出函数表达式。数表达式。需要时需要时用卡诺图或公式化简法化简逻辑函
5、用卡诺图或公式化简法化简逻辑函数成最简形式。数成最简形式。（3）列）列真值表真值表。（4）根据真值表或函数表达式确定电路的逻辑功）根据真值表或函数表达式确定电路的逻辑功能。能。有时功能难以用简练的语言描述，此时列真值表有时功能难以用简练的语言描述，此时列真值表即可。即可。3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析和设计方法数字电子技术数字电子技术 二、分析举例二、分析举例 【例例1 1】分析图分析图3.2.13.2.1所示电路的逻辑功能。所示电路的逻辑功能。图图3.2.1 3.2.1【例【例1 1】逻辑电路图】逻辑电路图表表3 32 21 1【例【例1 1】真值表】真值表3
6、.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析和设计方法数字电子技术数字电子技术3.2.2 组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法 所谓所谓“设计设计”：即根据给出的实际逻辑问题，求出实：即根据给出的实际逻辑问题，求出实现这个逻辑功能的最简逻辑电路。现这个逻辑功能的最简逻辑电路。所谓所谓“最简最简”：是指所用：是指所用器件最少器件最少，器件，器件种类最少种类最少，而且器件之间的而且器件之间的连线也最少连线也最少。（1）进行逻辑抽象）进行逻辑抽象 分析事件的因果关系，确定输入和输出变量；分析事件的因果关系，确定输入和输出变量；定义逻辑状态的含意；定义逻辑状态的含意；根据因果关
7、系列出真值表；根据因果关系列出真值表；一、设计步骤一、设计步骤3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析和设计方法数字电子技术数字电子技术【例【例2 2】三人裁判举重比赛，一个主裁判，两个副裁判。认为杠三人裁判举重比赛，一个主裁判，两个副裁判。认为杠铃举上时，各裁判按自己前面的电键（为铃举上时，各裁判按自己前面的电键（为1 1），否则不按（为），否则不按（为0 0）；裁判结果用红绿灯表示，红绿灯均亮（为）；裁判结果用红绿灯表示，红绿灯均亮（为1 1）表示）表示“完全完全举上举上”，只红灯亮表示，只红灯亮表示“需研究录像决定需研究录像决定”，其余为未举上。，其余为未举上。（1
8、 1）三个裁判均按下自己的电键，红绿灯全亮；）三个裁判均按下自己的电键，红绿灯全亮；（2 2）两个裁判（其中一个为主裁判）按下自己的电键，红绿灯全亮；）两个裁判（其中一个为主裁判）按下自己的电键，红绿灯全亮；（3 3）两个副裁判或一个主裁判按下自己的电键，只红灯亮；）两个副裁判或一个主裁判按下自己的电键，只红灯亮；（4 4）其余情况红绿灯全灭。）其余情况红绿灯全灭。试用两级与或电路实现满足上述四种要求的逻辑控制电路。试用两级与或电路实现满足上述四种要求的逻辑控制电路。3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析和设计方法数字电子技术数字电子技术 （2）根据真值表求出最简逻辑表
9、达式；）根据真值表求出最简逻辑表达式；（3）选定器件的类型）选定器件的类型：SSI、MSI或或PLD等；等；（4）根据器件类型将逻辑函数根据器件类型将逻辑函数化简或变换成适化简或变换成适当的形式。当的形式。（5）根据根据(4)得出的函数式得出的函数式画出逻辑电路图画出逻辑电路图。图图3.2.23.2.2【例【例2 2】举重裁判电路逻辑图】举重裁判电路逻辑图3.2 3.2 组合逻辑电路的分析和设计方法组合逻辑电路的分析和设计方法数字电子技术数字电子技术二、完整设计举例二、完整设计举例【例【例3 3】试用与非门设计一个将试用与非门设计一个将8421-BCD8421-BCD码转换为余码转换为余3 3
10、码的码的码制转换电路（码制转换电路（9999级国教考题）。级国教考题）。Y Y3 3B B1 1B B0 0B B3 3B B2 2000001011111 10100000010111111010B B1 1B B0 0000001011111 10100000010111111010B B1 1B B0 0000001011111 10100000010111111010B B1 1B B0 0000001011111 10100000010111111010B B3 3B B2 2B B3 3B B2 2B B3 3B B2 21 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1
11、1 11 11 11 11 11 11 11 11 11 1Y Y2 2Y Y1 1Y Y0 0若干常用中规模组合逻辑电路若干常用中规模组合逻辑电路3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路数字电子技术数字电子技术3.3.1 编码器（编码器（EncoderEncoder）“编码编码”：即为了区分一系列不同的事物，将其：即为了区分一系列不同的事物，将其中的每个事物用一个二值代码表示。中的每个事物用一个二值代码表示。编码器的逻辑功能：把输入的每一个高、低电平编码器的逻辑功能：把输入的每一个高、低电平信号变成一个对应的二进制代码。信号变成一个对应的二进制代码。目前，一些常用
12、的逻辑电路已经制成了中、小规目前，一些常用的逻辑电路已经制成了中、小规模集成化电路产品。模集成化电路产品。数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路一、普通编码器（一、普通编码器（Common EncoderCommon Encoder）特点：特点：任何时刻只允许输入一个编码信号任何时刻只允许输入一个编码信号，否则将，否则将发生混乱。发生混乱。3位二进制普通编码器示例：位二进制普通编码器示例：图图3.3.1 33.3.1 3位二进制普通编码器框图位二进制普通编码器框图数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电
13、路组合逻辑电路表表3-3-1 33-3-1 3位二进制普通编码器真值表位二进制普通编码器真值表数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路由于普通编码器在任何时刻由于普通编码器在任何时刻 当中仅有一个当中仅有一个取值为取值为1，即只有真值表中所列的，即只有真值表中所列的8种状态，而且它种状态，而且它的（的（）种状态均为）种状态均为约束项约束项。因此，由真值表。因此，由真值表可得到逻辑式：可得到逻辑式：70 II828753107632176542IIIIYIIIIYIIIIY思考思考1：如何用与非门实现如何用与非门实现8421-BCD码普通编码器
14、？码普通编码器？753107632176542IIIIYIIIIYIIIIY或门实现或门实现与非门实现与非门实现数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路二、优先编码器（二、优先编码器（Priority EncoderPriority Encoder）特点特点：允许同时输入两个以上编码信号允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个只对其中优先权最高的一个进行编码
15、进行编码。下面以下面以8线线-3线优先编码器线优先编码器74LS148为例分析优先编码为例分析优先编码器的工作原理。器的工作原理。74LS148框图（俯视图）如下：框图（俯视图）如下：图图3.3.2 74LS1483.3.2 74LS148的俯视图的俯视图数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路图图3.3.3 74LS1483.3.3 74LS148的的逻辑图逻辑图数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路国产半导体集成电路型号命名法国产半导体集成电路型号命名法C C T T 74LS148
16、74LS148 E E D D 符合中国标准符合中国标准器件系列及品种代号器件系列及品种代号工作温度范围工作温度范围封装形式封装形式器件类型器件类型T:TTLH:HTLE:ECLC:CMOSM:MemoryE:-4085CC:070CR:-5585CM:-55125CD:陶瓷直插陶瓷直插P:塑料直插塑料直插W:陶瓷扁平陶瓷扁平B:塑料扁平塑料扁平T:金属圆形金属圆形数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路表表3-3-2 74LS1483-3-2 74LS148功能表功能表数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合
17、逻辑电路组合逻辑电路由逻辑图和功能表可知：由逻辑图和功能表可知：S（1）为为选通输入端选通输入端，只有在，只有在 （即（即S=1时）时）编码器才能正常工作；而在编码器才能正常工作；而在 （即（即S=0时）时）所有的输出端均被封锁在高电平。且此时，输出所有的输出端均被封锁在高电平。且此时，输出0S1SSIIIIIIIIIIYSIIIIIIIIYSIIIIY)()()(7656436421076543542176542（由功能表第一行体现）（由功能表第一行体现）。数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路（2）为为选通输出端选通输出端，其表达式为：
18、，其表达式为：SYSIIIIIIIIYS76543210 此式表明：只有当所有的编码输入端均为高此式表明：只有当所有的编码输入端均为高电平（即没有编码输入），且电平（即没有编码输入），且S=1（）时，时，才为低电平。才为低电平。为低电平表示为低电平表示“电路工电路工作，但无编码输入作，但无编码输入”。（功能表第二行所示）（功能表第二行所示）。0SSYSY数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路（3）为为扩展端扩展端，用于扩展编码功能，其表达，用于扩展编码功能，其表达式为：式为：此式表明：只要任何一个编码输入端有低电此式表明：只要任何一个编码输
19、入端有低电平信号输入（即有编码信号），且平信号输入（即有编码信号），且S=1（即（即 ），），即为低电平。所以，即为低电平。所以，低电平输低电平输出信号表示出信号表示“电路工作，且有编码输入电路工作，且有编码输入”。（功能表第（功能表第310行所示）行所示）。0SSIIIIIIIIYEX)(76543210EXYEXYEXY数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路（4）在）在 ，且有编码输入的工作状态下，允，且有编码输入的工作状态下，允许许 当中同时有几个输入端低电平，且其当中同时有几个输入端低电平，且其中中 优先权最高，优先权最高，优先权最
20、低。优先权最低。0S70 II7I0I【例【例1 1】试用两片试用两片74LS14874LS148接成接成1616线线-4-4线优先编码器，将线优先编码器，将 1616个低电平输入信号个低电平输入信号 编为编为000000001111 1111 1616个个4 4位二进制代码，其中位二进制代码，其中 的优先权最高，的优先权最高，的优的优先权最低。先权最低。150 AA15A0A接成的电路图如图接成的电路图如图3.3.43.3.4所示：所示：数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路思考思考2：如何用一片如何用一片74LS148实现实现8421-
21、BCD码优先编码器？码优先编码器？图图3.3.4 3.3.4 用两片用两片74LS14874LS148接成的接成的1616线线4 4线优先编码器逻辑图线优先编码器逻辑图数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路3.3.2 译码器（译码器（DecoderDecoder）逻辑功能：将每个输入的二进制代码对应的输出为逻辑功能：将每个输入的二进制代码对应的输出为高、高、低电平信号低电平信号。译码是编码的反操作。译码是编码的反操作。常用的译码器有常用的译码器有二进制译码器二进制译码器（binary decoder）、）、二二十进制译码器十进制译码器（bi
22、nary-coded decimal decoder）、）、显显示译码器示译码器（display decoder）等。）等。一、二进制译码器（最小项译码器）一、二进制译码器（最小项译码器）输入：一组二进制代码输入：一组二进制代码 输出：一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。输出：一组与输入代码一一对应的高、低电平信号。数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路例：例：3位二进制（位二进制（3线线8线）译码器框图如下所示：线）译码器框图如下所示：二进制译码器可采用二极管与门阵列或三极管集二进制译码器可采用二极管与门阵列或三极管集成门电路等构成。
23、成门电路等构成。图图3.3.5 3线线8线译码器框图线译码器框图数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路（1）二极管与门阵列译码器电路）二极管与门阵列译码器电路图图3.3.6 3.3.6 二极管与二极管与门阵列构成的门阵列构成的3 3位二位二进制译码器电路图进制译码器电路图1(3V)1(3V)0(0V)+5V数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路用二极管与门阵列构成的译码器：用二极管与门阵列构成的译码器：（2）三极管集成门译码器电路）三极管集成门译码器电路 中规模（中规模（MSI）集成电路
24、通常采用三极管集成门）集成电路通常采用三极管集成门（如（如TTL）电路。）电路。下面以下面以74LS138 3线线8线译码器为例来分析译码线译码器为例来分析译码器的工作原理：器的工作原理：优点优点：结构简单结构简单缺点缺点：1、电路的输入电阻较低而输出电阻较高；、电路的输入电阻较低而输出电阻较高；2、输出的高、低电平信号发生偏移（、输出的高、低电平信号发生偏移（0.7V）。）。因此，二极管门阵列译码器通常用于大规模因此，二极管门阵列译码器通常用于大规模（LSI）集成电路中。）集成电路中。数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路图图3.3.7
25、74LS1383.3.7 74LS138框图及实物图框图及实物图数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路表表3-3-3 74LS1383-3-3 74LS138功能表功能表&1111111&61G 42G A 52G B 01A 12 A 23 A 015Y 114Y 213Y 411Y 510Y 69Y 77Y 312Y3-8译码器译码器74xx138内部逻辑图内部逻辑图数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路74LS138框图及其各输出函数表达式如下：框图及其各输出函数表达式如下：最小项
26、译码器最小项译码器数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路 二、二十进制译码器二、二十进制译码器 逻辑功能：将输入的逻辑功能：将输入的BCD码的码的10个代码译成个代码译成10个个高、低电平输出信号。它属于码制变换译码器中的一高、低电平输出信号。它属于码制变换译码器中的一种。种。4线线10线译码器线译码器74LS42是二十进制译码器的是二十进制译码器的一个典型例子，它将所输入的一个典型例子，它将所输入的8421BCD码二进制代码二进制代码译成十进制代码码译成十进制代码09。74LS42的功能表（真值表）如下所示：的功能表（真值表）如下所示：数
27、字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路表表3-3-4 74LS423-3-4 74LS42功能表功能表数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路图图3.3.8 74LS423.3.8 74LS42逻辑电路图逻辑电路图01239012380123701236012350123401233012320123101230AAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAYAAAAY74LS42逻辑电路图及各输出表达式如下所示：逻辑电路图及各输出表达式如下所示：思
28、考：如何实现思考：如何实现5421、2421、余、余3码等码等BCD码的译码转换？码的译码转换？数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路 三、显示译码器三、显示译码器 逻辑功能：将数字（逻辑功能：将数字（09）、文字、符号（）、文字、符号（AF)等的二等的二进制代码翻译并显示出来的电路叫显示译码器。它包括进制代码翻译并显示出来的电路叫显示译码器。它包括译码译码驱动电路驱动电路和和数码显示器数码显示器两部分。两部分。按发光物质分，数码显示器可以分为以下四种类型：按发光物质分，数码显示器可以分为以下四种类型：1）半导体显示器，亦称发光二极管（）半
29、导体显示器，亦称发光二极管（LED）显示器；）显示器；2）荧光数字显示器，如荧光数码管、场效发光数字板等；）荧光数字显示器，如荧光数码管、场效发光数字板等；3）液晶数字显示器，如液晶显示器（）液晶数字显示器，如液晶显示器（LCD)、电泳显示、电泳显示器等；器等；4）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子显示板等。）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子显示板等。数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路数码显示实物图数码显示实物图数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路半导体数码管（八段）外形图及
30、等效电路半导体数码管（八段）外形图及等效电路缺点缺点:工作电流较大，每一段工作电流在工作电流较大，每一段工作电流在10mA左右。左右。优点优点:工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高，响应时工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高，响应时 间短（间短（），亮度较高。），亮度较高。s1.0数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路LEDLED的驱动电路的驱动电路 既可以用半导体三极管驱动，也可以用既可以用半导体三极管驱动，也可以用TTL与非门驱动。与非门驱动。数字电子技术数字电子技术3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路有
31、机化合物液晶显示器结构及工作原理（动态散射效应）有机化合物液晶显示器结构及工作原理（动态散射效应）缺点缺点:亮度很差，响应速度较低（亮度很差，响应速度较低（10200ms）。）。优点优点:功耗极小功耗极小 ，工作电压很低（，工作电压很低（B（即（即A=1,B=0），则），则 ，所以可用，所以可用 作为作为AB的输出信号的输出信号 。同理可用同理可用 作为作为AB的输出信号的输出信号 。同理可用同理可用A B 作为作为A=B的输出信号的输出信号 。于是，于是，1位数值比较器的电路图可如下设计：位数值比较器的电路图可如下设计：1BABA)(BAYBA)(BAY)(BAY图图3.3.23 13.3.
32、23 1位数值比较器逻辑图位数值比较器逻辑图数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路二、多位数值二、多位数值比较器比较器 在比较两在比较两个多位数的大个多位数的大小时，必须自小时，必须自高而低的逐位高而低的逐位比较，而且只比较，而且只有在高位相等有在高位相等时，才需比较时，才需比较较低位。较低位。下图示出下图示出了了4位比较器位比较器CC14585的逻辑的逻辑图。图。)(BAY)(BAY数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路 在比较两个在比较两个4位以上的二进制数时，应将两
33、片以上位以上的二进制数时，应将两片以上的的CC14585级联，组合成位数更多的比较电路。级联，组合成位数更多的比较电路。例：例：试用两片试用两片CC14585组成一个组成一个8位比较器。位比较器。图图3.3.25 3.3.25 将两片将两片CC14585CC14585接成接成8 8位数值比较器位数值比较器数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路 两个二进制数之间的算术运算无论是加、减、乘、除，两个二进制数之间的算术运算无论是加、减、乘、除，目前在数字计算机中都是化为若干步加法运算加移位进行的。目前在数字计算机中都是化为若干步加法运算加
34、移位进行的。因此，加法器是构成算术运算器的基本单元。因此，加法器是构成算术运算器的基本单元。一、一、1 1位加法器位加法器 1、半加器（、半加器（Half Adder）若若不考虑不考虑有来自低位的进位将两个有来自低位的进位将两个1位二进制数相加，位二进制数相加，称为半加。实现半加运算的电路叫做半加器。称为半加。实现半加运算的电路叫做半加器。半加器的真值表、逻辑表达式、电路图和惯用符号如下半加器的真值表、逻辑表达式、电路图和惯用符号如下所示：所示：3.3.6 加法器（加法器（AdderAdder）数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路
35、表表3-3-9 3-3-9 半加器的真值表半加器的真值表图图3.3.26 3.3.26 半加器的电路图和惯用逻辑符号半加器的电路图和惯用逻辑符号半加器的逻辑表达式半加器的逻辑表达式ABCOBABABAS输入输入输出输出A BS CO0 00 00 11 01 01 01 10 1数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路 2、全加器（、全加器（Full Adder）将两个多位二进制数相加时，除了最低位以外，每一位都应将两个多位二进制数相加时，除了最低位以外，每一位都应考虑考虑来来自低位的进位，即将两个对应的加数和来自低位的进位自低位的进
36、位，即将两个对应的加数和来自低位的进位3个数相加。这个数相加。这种运算称为全加，所用电路称为全加器。种运算称为全加，所用电路称为全加器。1位全加器的真值表、逻辑表达式、电路图和惯用符号如下所示：位全加器的真值表、逻辑表达式、电路图和惯用符号如下所示：表表3-3-10 3-3-10 全加器的真值表全加器的真值表全加器的逻辑表达式全加器的逻辑表达式CIACIBBACOCIABCIBACIBACIBAS)(BACIABCOCIBAS或输入输入输出输出CI A B S CO0 0 00 00 0 11 00 1 01 00 1 10 11 0 01 01 0 10 11 1 00 11 1 11 1数
37、字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路图图3.3.27 3.3.27 全加器的电路图和惯用逻辑符号全加器的电路图和惯用逻辑符号数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路二、多位加法器二、多位加法器 1、串行进位加法器、串行进位加法器 原理：依次将低位全加器的进位输出端原理：依次将低位全加器的进位输出端CO接到高接到高位全加器的进位输入端位全加器的进位输入端CI即可构成多位串行加法器。即可构成多位串行加法器。例：例：4位串行进位加法器电路如下：位串行进位加法器电路如下：图图3.3
38、.28 43.3.28 4位串行加法器电路位串行加法器电路应用举例：多人表决电路。应用举例：多人表决电路。数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路 2、超前进位加法器、超前进位加法器 为了提高运算速度，须减小或消除由于进位信号逐级为了提高运算速度，须减小或消除由于进位信号逐级传递所耗费的时间。由于第传递所耗费的时间。由于第i位的进位输入信号位的进位输入信号 一定能一定能由由 和和 唯一确定，所以可唯一确定，所以可先得出每先得出每一位全加器的进位输入信号一位全加器的进位输入信号，而无需再从最低位开始向高，而无需再从最低位开始向高位逐级传
39、递进位信号了，这就有效的提高了运算速度。位逐级传递进位信号了，这就有效的提高了运算速度。采用这种结构形式的加法器为超前进位（采用这种结构形式的加法器为超前进位（Carry-Lookahead）加法器。）加法器。iCI)(021AAAii021BBBii串行进位加法器的串行进位加法器的优点优点：电路结构比较简单；：电路结构比较简单；缺点缺点：运算速度慢。：运算速度慢。数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路下图示出了下图示出了4位位超前进位加法超前进位加法器器74LS283的电的电路图：路图：图图3.3.29 74LS2833.3.29
40、 74LS283的逻辑图的逻辑图数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路 由图可知，两个加数送到输入端到完成加法运算只需三由图可知，两个加数送到输入端到完成加法运算只需三级门电路的传输时间，这样，级门电路的传输时间，这样，运算速度大大提高了运算速度大大提高了，但电路，但电路复杂程度也随之急剧上升复杂程度也随之急剧上升。为扩充相加数的位数，可将多片低位加法器级联。为扩充相加数的位数，可将多片低位加法器级联。例：例：4片片74283级联成级联成16位二进制加法电路的电路为：位二进制加法电路的电路为：图图3.3.30 742833.3.30
41、 74283级联成级联成1616位二进制加法电路位二进制加法电路数字电子技术基础数字电子技术基础3.3 3.3 若干常用中规模若干常用中规模组合逻辑电路组合逻辑电路三、用加法器设计组合逻辑电路三、用加法器设计组合逻辑电路 对对“变量变量变量变量”或或“变量常量变量常量”类型的逻辑函类型的逻辑函数用加法器设计起来非常简单。数用加法器设计起来非常简单。例：例：试设计一个代码转换电路，将试设计一个代码转换电路，将BCD代码的代码的8421码转换成余码转换成余3码。码。图图3.3.31 3.3.31 用加法器设计的代码转换电路用加法器设计的代码转换电路数字电子技术基础数字电子技术基础3.4 3.4 组
42、合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象一、竞争冒险现象及成因一、竞争冒险现象及成因 图图3.4.1 3.4.1 竞争冒险现象竞争冒险现象数字电子技术基础数字电子技术基础 成因成因：当两个输入信号：当两个输入信号同时同时向相反的逻辑电平跳变向相反的逻辑电平跳变时（一个从时（一个从1变为变为0，一个从，一个从0变为变为1），由于存在时刻上，由于存在时刻上的差异，使两个信号在的差异，使两个信号在 的极短时间内同时为高电平的极短时间内同时为高电平或低电平，从而产生尖峰脉冲，不符合门电路稳态下的或低电平，从而产生尖峰脉冲，不符合门电
43、路稳态下的逻辑功能，产生内部噪声。逻辑功能，产生内部噪声。竞争竞争：门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变（一个从跳变（一个从1变为变为0，一个从，一个从0变为变为1）的现象叫竞争）的现象叫竞争。有竞争不一定产生尖峰脉冲。有竞争不一定产生尖峰脉冲。由于竞争而在电路输出端可能产生尖峰脉冲的现象由于竞争而在电路输出端可能产生尖峰脉冲的现象叫做叫做竞争冒险竞争冒险。t3.4 3.4 组合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象数字电子技术基础数字电子技术基础3.4 3.4 组合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象二、检查竞争冒险现
44、象的方法二、检查竞争冒险现象的方法 1、可通过逻辑函数式判断组合逻辑电路中是否有竞、可通过逻辑函数式判断组合逻辑电路中是否有竞争冒险存在。只要输出端的逻辑函数在一定条件下能化争冒险存在。只要输出端的逻辑函数在一定条件下能化简成简成 或或 的形式，则可判定存在竞争的形式，则可判定存在竞争冒险（此方法适用于任何瞬间只可能有一个输入变量改冒险（此方法适用于任何瞬间只可能有一个输入变量改变状态的情况）。变状态的情况）。2、用计算机辅助分析，运行数字电路的模拟程序。、用计算机辅助分析，运行数字电路的模拟程序。在在Foundation2.1中演示顺序脉冲中的竞争冒险现象。中演示顺序脉冲中的竞争冒险现象。3
45、、用实验检查。、用实验检查。AAYAAY数字电子技术基础数字电子技术基础3.4 3.4 组合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象 优点优点：缺点缺点：尖峰脉冲一般都很窄（几十尖峰脉冲一般都很窄（几十ns以内），只要在输出以内），只要在输出端并接一个很小的滤波电容端并接一个很小的滤波电容 （TTL电路中通常为几电路中通常为几十几百皮法），就足以将尖峰脉冲的幅度削弱至门电十几百皮法），就足以将尖峰脉冲的幅度削弱至门电路的阈值电压以下。路的阈值电压以下。例：例：fC图图3.4.2 3.4.2 接入滤波电接入滤波电容消除竞争冒险现象容消除竞争冒险现象的示意图的示意图简单易行。简单易行。
46、增加了输出电压波形的上升和下降时间，使波形变坏。增加了输出电压波形的上升和下降时间，使波形变坏。三、消除竞争冒险现象的方法三、消除竞争冒险现象的方法 （一）接入滤波电容（一）接入滤波电容数字电子技术基础数字电子技术基础3.4 3.4 组合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象（二）引入选通脉冲（二）引入选通脉冲 例：例：优点优点：缺点缺点：图图3.4.3 3.4.3 引入选通脉引入选通脉冲消除竞争冒险现冲消除竞争冒险现象的示意图象的示意图简单，不需增加电路元件。简单，不需增加电路元件。正常的输出信号也将变成脉冲信号，宽度与选通正常的输出信号也将变成脉冲信号，宽度与选通脉冲相同，且
47、此选通脉冲必须与输入信号同步。脉冲相同，且此选通脉冲必须与输入信号同步。数字电子技术基础数字电子技术基础3.4 3.4 组合逻辑电路中的竞争冒险现象组合逻辑电路中的竞争冒险现象（三）修改逻辑设计（三）修改逻辑设计 有时可用增加冗余项的方法消除竞争冒险现象。有时可用增加冗余项的方法消除竞争冒险现象。例例：将：将 化成化成 ，可，可使电路功能不变，而消去使电路功能不变，而消去B=C=1时的竞争冒险现象。时的竞争冒险现象。CAABYBCCAABY 优点优点：运用得当可收到令人满意的结果。：运用得当可收到令人满意的结果。缺点缺点：有利条件并不是任何时候都存在，其适用范围是有限的。：有利条件并不是任何时
48、候都存在，其适用范围是有限的。图图3.4.4 3.4.4 修改逻辑设计消除竞争冒险现象的示意图修改逻辑设计消除竞争冒险现象的示意图数字电子技术基础数字电子技术基础本章小结本章小结本章小结本章小结教学内容教学内容基本要求基本要求熟练掌握熟练掌握正确理解正确理解一般了解一般了解组合逻辑电路的概念和特点组合逻辑电路的概念和特点组合逻辑电路的组合逻辑电路的分析方法分析方法组合逻辑电路的组合逻辑电路的设计方法设计方法常用组常用组合逻辑合逻辑部件部件编码器编码器译码器译码器数据选择器数据选择器数据分配器数据分配器数值比较器数值比较器加法器加法器组合逻辑电路的竞争冒险组合逻辑电路的竞争冒险现象现象数字电子技术数字电子技术Preview:预习预习Chapter 7 习题练习习题练习数字电子技术数字电子技术本章习题本章习题(必做必做)：3.1,3.5,3.10,3.12,3.13,3.16,3.17(1,3),3.18(2,4),3.21,3.22(2,4),3.23R.P.Jain:p187-p190,selective p234-p236,selective
