1、12006.11第三章第三章 组合逻辑电路组合逻辑电路 3.1概述概述 3.2组合电路的分析方法和设计方法组合电路的分析方法和设计方法 3.3若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路（用集成译码器、数据选择器实现组（用集成译码器、数据选择器实现组 合电合电路的设计）路的设计）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22006.11特点：特点：从电路结构上看，组合逻辑电路仅仅由门电路组从电路结构上看，组合逻辑电路仅仅由门电路组成，电路中无记忆元件，输入与输出之间无反馈。成，电路中无记忆元件，输入与输出之间无反馈。时序逻辑电路电路中有记忆元件，输入与输出之时序逻辑电路电路
2、中有记忆元件，输入与输出之间有反馈。间有反馈。3.1 概述概述数字电路按其完成逻辑功能的不同特点，可划分为组数字电路按其完成逻辑功能的不同特点，可划分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。组合逻辑电路：组合逻辑电路：该电路在任一时刻输出的稳定状态，仅该电路在任一时刻输出的稳定状态，仅取决于该时刻的输入信号，而与输入信取决于该时刻的输入信号，而与输入信号作用前电路所处的状态无关。号作用前电路所处的状态无关。时序逻辑电路：时序逻辑电路：任一时刻的输出信号不但取决于当时的任一时刻的输出信号不但取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来所处输入信号，而且还取决于电路原来所
3、处的状态。的状态。32006.113.2 组合逻辑电路的分析方法和设计方法组合逻辑电路的分析方法和设计方法分析过程一般包含分析过程一般包含4个步骤个步骤：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 电路电路电路的逻辑功能电路的逻辑功能(真值表真值表)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：基本步骤基本步骤公式法、图形法公式法、图形法解解：设红、绿、黄灯分别用设红、绿、黄灯分别用A、B、C表示，且灯亮为表示，且灯亮为1，灯灭为，灯灭为0。结果用结果用Y表示，出故障表示，出故障Y=1，正常，正常Y=0。例例：设计一个监视交通信号灯工作状态的电路。正常工作状态下，
4、：设计一个监视交通信号灯工作状态的电路。正常工作状态下，红、绿、黄灯必须有一盏、而且只允许有一盏灯点亮。红、绿、黄灯必须有一盏、而且只允许有一盏灯点亮。ABCY0001001001000111 110001011 11101 11111 1真值表真值表 BC A0001111001 101 10101 11 11 1卡诺图卡诺图表达式表达式ACBCABCBAY&1111ABCYACBCABCBAY与非与非表达式与非与非表达式111ABCY&ACBCABCBAYACBCABCBA与或非表达式与或非表达式 BC A0001111001 101 10101 11 11 1CBACBACBAYCBAC
5、BACBAY111ABC&1Y62006.1174LS138集成电路集成电路外引线排列外引线排列74LS138集成电路集成电路图形符号图形符号0Y1Y6Y1S7Y5Y3Y4Y2Y3S2S74LS1381 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9GNDVCCA0A1A274LS1380Y1Y6Y5Y3Y4Y2Y7Y1S3S2SA0A1A23.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法器等等编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、加法器等等集成线线译码器集成线线译码器74LS13872006.113线线8线译码器线译码
6、器74LS138的功能表的功能表S1S2+S3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y701111111111111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110输出输入82006.11二、用译码器设计组合逻辑函数二、用译码器设计组合逻辑函数译码器的逻辑功能：译码器的逻辑功能：iimY)(iimY 任何逻辑函数都可以展开成最小项之和的形式，任何逻辑函数都可以展开成最小项之和的形式，也可变化为与非与非表达式，而二进制译码器的输
7、也可变化为与非与非表达式，而二进制译码器的输出端提供了输入变量的全部最小项，所以，我们可出端提供了输入变量的全部最小项，所以，我们可以利用以利用n位二进制译码器和附加的门电路将这些最小位二进制译码器和附加的门电路将这些最小项适当的组合起来，产生任何形式的项适当的组合起来，产生任何形式的n变量组合逻辑变量组合逻辑函数。函数。92006.11例例1：试利用试利用3线线8线译码器产线译码器产生一组多输出逻辑函数生一组多输出逻辑函数 P158-159CBABCACAZ1CBABCZ2CBABAZ3ABCCBCBAZ4解：解：电路工作时，电路工作时，3线线8线译码线译码器各输出端的函数式为：器各输出端的
8、函数式为：iimY 让让74LS138中的中的A2=A，A1=B，A0=C，则，则A2A1A0与与ABC的对应最小项相等。的对应最小项相等。所以，（所以，（1）、）、把逻辑函数变换成最小项之和的形式把逻辑函数变换成最小项之和的形式 （2）、把最小项之和的形式变换成与非与非表达式）、把最小项之和的形式变换成与非与非表达式 （3）、用）、用74LS138和与非门实现。和与非门实现。102006.11将将Z1Z4化为最小项之和的形式：化为最小项之和的形式：Z1=ABC+ABC+ABC+ABC=m3+m4+m5+m6Z2=ABC+ABC+A BC =m1+m3+m7Z3=ABC+ABC+ABC =m2
9、+m3+m5Z4=ABC+A BC+ABC+ABC=m0+m2+m4+m7经转换得：经转换得：Z1=m3 m4 m5 m6Z2=m1 m3 m7 Z3=m2 m3 m5Z4=m0 m2 m4 m7112006.11电路图：电路图：Z1=m3 m4 m5 m6Z2=m1 m3 m7 Z3=m2 m3 m5Z4=m0 m2 m4 m7CBA10&Z1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138A2A1A0S1S2S3&Z4&Z3&Z2122006.11例例2：试用两片试用两片3线线8线译码器线译码器74LS138组成组成4线线16线线译码器，将输入的译码器，将输入的4位二进制代码位二进制代码D3
10、D2D1D0译成译成16个独个独立的低电平信号立的低电平信号Z0Z15。D3D2D1D00000Z00001Z10010Z20011Z30100Z40101Z50110Z60111Z7D3D2D1D01000Z81001Z91010Z101011Z111100Z121101Z131110Z141111Z15132006.11Y0Y1Y2Y7S2Y374LS138(1)Z5Z0Z6Z1Z7Z3Z2Z4Y4Y5Y6S3S1A0A1A2Y0Y1Y2Y7S2Y374LS138(2)Z13Z8Z14Z9Z15Z11Z10Z12Y4Y5Y6S3S1A0A1A2D0D1D2D3+5v142006.11例例3
11、 3：分析分析下图所示电路，写出输出函下图所示电路，写出输出函数数Z Z的逻辑函数式，总结其逻辑功能。的逻辑函数式，总结其逻辑功能。ACBCABZABCCABCBABCAmmmm765376537653mmmmYYYYZ解：解：74LS138的逻辑功能：的逻辑功能：Z&74LS138ABC100Y1YYY2YYY73Y4560S1 S2 S3 A2 A1 A0A2=A，A1=B，A0=C，iimY ABCZ0000010100111001011101111111000 0逻辑功能：这是一个多数表决电路。逻辑功能：这是一个多数表决电路。152006.11数据选择器数据选择器常用的有常用的有4选选
12、1数据选择器数据选择器和和8选选1数据选择器数据选择器。（74LS153,CC14539）(74LS151,74LS152,CC4512)双双4选选1数据选择器数据选择器74LS153162006.11113011201110110011)(SDAADAADAADAAY223012201210120012)(SDAADAADAADAAY输出逻辑式可写成：输出逻辑式可写成：A1A0D0SYD1D2D31537421LS1S2S74LS1531 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9GNDVCCA0A11D21D31D11D01Y2D22D32D12D02Y74LS
13、153外引线排列外引线排列74LS153图形符号图形符号iiDYm172006.11D0D1D2D7D3D4D5D6A2A1A0Y74LS151S74LS151412356781516910111214134A02A1AD5D6DD7VccGNDD3YSYD2D1D074LS151外引线排列外引线排列74LS151图形符号图形符号3012201210120012DAAADAAADAAADAAAY7012501250124012DAAADAAADAAADAAAS=0时，时，S=1，逻辑表达式为：，逻辑表达式为：集成集成8选选1数据选择器数据选择器74LS151182006.11用一片双用一片双4
14、选选1数据选择器数据选择器CC14539组成一个组成一个8选选1数据选择器。数据选择器。D10D11D13D12S1S2D20D23D22D21CC14539A1A0Y1Y21G2Y1G1A1A0A2D0D1D2D3D4D5D7D6例例1：192006.11 例例2：用两片用两片74LS151组成组成“16选选1”数据选择器数据选择器A3A2A1A0Y0000D00001D10010D20011D30100D40101D50110D60111D7A3A2A1A0Y1000D81001D91010D101011D111100D121101D131110D141111D15202006.11YY7
15、4151(2)D01D2D3D4D5D6D7DS0A1A2A0D1DD2D34D5D6D7DS0A1AA2YY74151(1)YY11D12435DD2A3D0DDD13DD2D DDD1411819101DDA615DA A70&212006.11用数据选择器实现逻辑函数用数据选择器实现逻辑函数从从4选选1数据选择器和数据选择器和8选选1数据选择器的表达式可看出，输数据选择器的表达式可看出，输出与输入之间的逻辑关系可概括为：出与输入之间的逻辑关系可概括为：4选选1数据选择器数据选择器8选选1数据选择器数据选择器3012201210120012DAAADAAADAAADAAAY70125012
16、50124012DAAADAAADAAADAAASDAADAADAADAAY)(301201101001iiDYm即数据选择器包含了数据控制端（地址输入端）的所有即数据选择器包含了数据控制端（地址输入端）的所有最小项，所以，可以在数据选择器的输出端产生任何形式的最小项，所以，可以在数据选择器的输出端产生任何形式的n变量、变量、n+1变量的逻辑函数。变量的逻辑函数。注意：注意：A2、A1、A0的排列顺序。的排列顺序。222006.11例例1:试用试用4选选1数据选择器数据选择器74LS153实现逻辑函数实现逻辑函数301201101001DAADAADAADAAY33221100DmDmDmDm
17、Z的表达式：的表达式：21mmZBABAZ让让A1=A，A0=B，比较，比较Y与与Z01103210mmmm让让D0=0，D1=1，D2=1，D3=0，则：则：Y=Z。画出电路图：画出电路图：解解:当当S=0时时,4选选1数选器的逻辑函数式为数选器的逻辑函数式为:BABAZABZ101A1A0D0D1D2D3SY1537421LS0232006.11例例2:试用试用4选选1数据选择器实现逻辑函数数据选择器实现逻辑函数RAGGRAGARAGRGARZ分析分析:用地址输入用地址输入A1、A0 实现两个输入变量实现两个输入变量R、A，令，令 D0 D3为第三个变量为第三个变量G的适当状态（原变量，反
18、变的适当状态（原变量，反变量，量，0，1），则），则Y=Z。(1)式式(2)式式(3)式式将（将（2）式与（）式与（3）式对比：令）式对比：令 A1=R，A0=A，D0=G，D1=GD2=G，D3=1，则，则Y=Z。画出电路图：。画出电路图：301201101001DAADAADAADAAY将（将（1）式变换成与（）式变换成与（2）式对应的形式）式对应的形式:)(GGRAGARAGRGARZ1 RAGARAGRGAR解解:当当S=0时时,4选选1数选器的逻辑函数式为数选器的逻辑函数式为:242006.11RAGGRAGARAGRGARZ如果让如果让A1=A，A0=G，则变换形式为：，则变换形式
19、为：AGRRGAGRARAGRGAZ1 AGRGARGARGAA0A1D0D1D2D3SYARGGZ1让让A1=A，A0=G，D0=R，D1=RD2=R，D3=1，则，则Y=Z。电路图：。电路图：RAZG1A1A0D0D1D2D3SY1537421LSGAGZR1A1A0D0D1D2D3SY1537421LSR252006.11例例3:试用试用8选选1数据选择器实现逻辑函数数据选择器实现逻辑函数RAGGRAGARAGRGARZ3012201210120012DAAADAAADAAADAAAY7012501250124012DAAADAAADAAADAAA让让A2=R，A1=A，A0=G，变换，
20、变换Z表达式为：表达式为：11101001RAGGRAGARGARAGRGARGARGARZ两式比较，让两式比较，让D0=D3=D5=D6=D7=1，D1=D2=D4=0 则则Y=Z解解:当当S=0时时,8选选1数据选择器的逻辑函数式为数据选择器的逻辑函数式为:262006.11ZRAG01D0D1D2D7D3D4D5D6A2A1A0Y74LS151S让让A2=R，A1=A，A0=G让让D0=D3=D5=D6=D7=1，D1=D2=D4=0 则则Y=Z272006.11例例4：分析：分析下图所示电路，写出输出函数下图所示电路，写出输出函数Z的逻辑函数式，的逻辑函数式，总结其逻辑功能。总结其逻辑
21、功能。7766554433221100DmDmDmDmDmDmDmDmY由图知：由图知：Y=Z，A2=A，A1=B，A0=CD0D1D2D7D3D4D5D6A2A1A0YZABC0174LS151S解解:当当S=0时，时，8选选1数据选择器的逻辑函数式为数据选择器的逻辑函数式为:282006.11D0=D1=D2=D4=0，D3=D5=D6=D7=1代入代入8选选1数据选择器的逻辑函数式，数据选择器的逻辑函数式，得：得：7653mmmmZ写出其真值表：写出其真值表：总结逻辑功能：总结逻辑功能：这是一个多数表决电路。这是一个多数表决电路。ABCCABCBABCA012012012012AAAAA
22、AAAAAAAABCZ0000010100111001011101111111000 0292006.1174LS28374LS283的管脚图的管脚图74LS2831 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9GNDVCCA3S1A0A1A2S3S0S2B0B2B1B3CICOA3A2A1A0B3B0B1B2CICOS3S2S1S074LS283图形符号图形符号4 4位超前进位加法器位超前进位加法器74LS28374LS283302006.11DCBAY3Y2Y1Y000000011000101000010010100110110010001110101100001
23、101001011110101000101110011100输入输出解解：列出代码转换电路的逻辑真值表：列出代码转换电路的逻辑真值表：可得：可得：Y3Y2Y1Y0=DCBA+0011例例1 1设计一个能将设计一个能将BCDBCD代码转换为余代码转换为余3 3代码的代码转换器。代码的代码转换器。A3A2A1A0B3B0B1B2CICOS3S2S1S074LS283Y3Y2Y1Y0ABCD01312006.11四位集成电路比较器四位集成电路比较器CC14585B3IABYABVSSA0B1B0A1A2B2A3UDDCC14585CC14585A3A2A1A0B3B2B1B0I(AB)Y(AB)CC
24、14585图形符号：图形符号：322006.11试用两片试用两片CC14585组成一个组成一个8位数值比较器。位数值比较器。1B3A3B2A2B1A1B0A0D3D2D1D0C3C2C1C00I(AB)Y(AB)CC14585(1)B3A3B2A2B1A1B0A0D7D6D5D4C7C6C5C4I(AB)Y(AB)CC14585(2)Y(CD)C C7 7C C6 6C C5 5C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1C C0 0 与与 D D7 7D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0 比较比较低低4 4位位高高4 4位位332006.1
25、13.43.4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3.4.13.4.1、竞争冒险现象及其成因、竞争冒险现象及其成因我们把门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的我们把门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变的现象称为现象称为竞争竞争。由于竞争而在电路输出端可能产生尖峰脉冲的。由于竞争而在电路输出端可能产生尖峰脉冲的现象叫做现象叫做竞争冒险竞争冒险现象。现象。3.4.2 检查竞争检查竞争冒险现象的方法冒险现象的方法3.4.3 3.4.3 消除竞争消除竞争-冒险的方法冒险的方法1.接入滤波电容。接入滤波电容。2.引入选通脉冲。引入选通脉冲。3.修改逻辑设计修改逻辑设计,增加冗余项。增加冗余项。342006.11 3、用计算机辅助分析的办法分析、用计算机辅助分析的办法分析 4、用实验的方法检查。、用实验的方法检查。3.4.3 3.4.3 消除竞争消除竞争-冒险的方法冒险的方法1.接入滤波电容。接入滤波电容。2.引入选通脉冲。引入选通脉冲。3.修改逻辑设计修改逻辑设计,增加冗余项。增加冗余项。
