4常用组合逻辑电路.doc

4 组合逻辑电路的组成及其分析设计方法 导读: 如果电路在某一时刻的输出状态仅仅取决于电路在该时刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，这种电路就叫做组合逻辑电路。本章主要介绍组合逻辑电路的组成及其分析设计方法。常见的集成组合逻辑电路芯片将在第5章介绍。 4.1 组合逻辑电路的组成 组合逻辑电路由门电路简单组合而成，在结构上没有正反馈回路，在功能上不具有记忆功能，是这种电路的显著特点。 组合逻辑电路可以是单输入、单输出的，也可以是多输入、多输出的，如图4.1-1所示。图中X1～Xm是输入变量，Y1～Yn是输出变量，电路功能可用以下方程描述： 图4.1-1 组合逻辑电路的框图表示 Y1=F1（X1，X2……Xm） Y2=F2（X1，X2……Xm） …… Yn=Fn（X1，X2……Xm） (4.1-1) 上式也可写成向量形式，如下式所示： Y=F（X） (4.1-2) 其中 X= Y= (4.1-3) 4.2 组合逻辑电路的分析方法 对某个组合逻辑电路进行分析，目的是要搞清或判断电路的逻辑功能。可按以下步骤进行： （1）根据给出的电路逻辑图，由输入到输出逐级依次写出逻辑函数表达式； （2）对输出逻辑函数表达式进行化简； （3）列真值表或者画出波形图； （4）判断逻辑功能，或验证电路的参数性能指标，或改变电路的实现方案等。 [例4.2-1] 请说明图4.2-1所示电路的逻辑功能。 图4.2-1 组合逻辑电路举例 解： （1）写出输出逻辑函数表达式 (4.2-1) （2）式（4.2-1）已经最简。 （3）列出Y的真值表，如表4.2-1所示。 （4）根据真值表，判断逻辑功能。可以看出，当输入A、B、C中1的个数为奇数时，电路输出为1，否则为0，显然，这是一个3变量奇偶校验电路，常称为奇偶校验器。顺便指出，奇偶校验器是一种很有用的组合逻辑电路，在计算机和数据通信中，常用来检查接收或发送的数据是否正确。例如，在发送端，用奇偶校验电路检查发送的8位（常称为1个字节或1个Byte）数据中1的个数，并将检查的结果（称为校验位）同数据一起发送到接收端，在收端收到数据后检查数据中1的个数与校验位的状态是否吻合，否则重发，从而减少或消除传输过程中干扰引起的差错。一个9位奇偶校验/发生器电路如图4.2-2(b)所示，常用图4.2-2(c)所示的逻辑符号表示。 表4.2.-1 式(4.2-1)的真值表 输 入 输出 A B C Y 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 （5）改变电路实现方案。 如果将式(4.2-1）改写成 (4.2-2) 则图4.2-1的电路便可用图4.2-2(a)所示的异或门来实现，从而图4.2-2(b)的电路便不难理解，其输出为 (4.2-3) 图4.2-2 奇偶校验/发生器 (a)3位奇偶校验/发生器 (b)9位奇偶校验/发生器 (c)电路符号 由此可见，我们可以利用第2章学过的各种数学工具如表达式法、真值表法、卡诺图法或波形图法等来分析、判断组合逻辑电路的逻辑功能，或改变电路的实现方案。 4.3 组合逻辑电路的设计方法 组合逻辑电路设计，也叫做组合逻辑电路综合，就是根据实际逻辑问题，求出实现所需逻辑功能的最简逻辑图。用小规模集成门电路（SSI）设计组合逻辑电路时，一般按以下步骤进行： （1）由实际逻辑问题列出真值表； （2）由真值表列出输出函数的逻辑表达式； （3）化简； （4）画逻辑图。 [例4.3-1] 请设计一个电机故障报警电路，正常工作时，电机由3个变量A、B、C控制：A=1时左转，B=1时右转，C=1时停转，其它情况皆为故障。要求发生故障时电路输出1状态，以便报警灯亮或切断电源。 解： 表4.3-1 例4.3-1的真值表 输 入 输出 A B C Y 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 （1）列真值表，如表4.3-1所示。 （2）由真值表求出输出函数表达式 (0,3,5,6,7) (4.3-1) （3）化简。 由上式或真值表画出卡诺图如图4.3-1所示，化简后得 (4.3-2) Y BC A 00 01 11 10