组合逻辑电路的设计举例.ppt
组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计给定逻辑功能给定逻辑功能逻辑电路图逻辑电路图组合电路设计是根据给出的实际逻辑问题，组合电路设计是根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑关系的求出实现这一逻辑关系的最佳逻辑电路最佳逻辑电路。满足速度需求，应使满足速度需求，应使级数最少级数最少，以减少门，以减少门 电路的延迟。电路的延迟。何谓最佳设计？何谓最佳设计？工程上的最佳设计，通常需要用多个指标去工程上的最佳设计，通常需要用多个指标去衡量，主要考虑的问题有以下几个方面：衡量，主要考虑的问题有以下几个方面：所用的逻辑器件所用的逻辑器件数目最少数目最少，器件的，器件的种类最种类最 少少，且器件之间的，且器件之间的连线最少连线最少。这样的电路。这样的电路 称称“最小化最小化”电路电路。功耗小，工作稳定可靠。功耗小，工作稳定可靠。给定逻辑功能给定逻辑功能逻辑电路图逻辑电路图 一、组合逻辑电路的一般设计步骤一、组合逻辑电路的一般设计步骤1、进行逻辑抽象，列出真值表、进行逻辑抽象，列出真值表 确定输入、输出信号及其因果关系。确定输入、输出信号及其因果关系。设定变量，进行状态赋值（编码）。设定变量，进行状态赋值（编码）。根据因果关系列真值表。根据因果关系列真值表。2、写出逻辑表达式、写出逻辑表达式3、选定器件的类型和数目、选定器件的类型和数目门电路；门电路；中规模组件；中规模组件；PLD4、将逻辑式化简或作适当变换：、将逻辑式化简或作适当变换：使用小规模集成门电路，如不限种类使用小规模集成门电路，如不限种类 时，化为最简形式；如限制种类，要时，化为最简形式；如限制种类，要 变换成与器件相适应的形式。变换成与器件相适应的形式。使用中规模组件时，将函数式变换成使用中规模组件时，将函数式变换成 与组件的逻辑函数相似的形式。与组件的逻辑函数相似的形式。5、画出逻辑电路图。、画出逻辑电路图。设设 计计真值表真值表逻辑表达式逻辑表达式表达式化简或表达式化简或变换变换选定器件类型选定器件类型和数目和数目【例例1】火车站有特快、直快和慢车三种列车进出，要求用二输火车站有特快、直快和慢车三种列车进出，要求用二输入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路。入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路。1 1、进行逻辑抽象，列出真值表。、进行逻辑抽象，列出真值表。二、组合逻辑电路的设计举例二、组合逻辑电路的设计举例输入信号输入信号各种列车的进站请求信号：各种列车的进站请求信号：设特快、直快和慢车的进站请求信号为：设特快、直快和慢车的进站请求信号为：I0、I1、I2输出信号输出信号 3个指示灯的状态：个指示灯的状态：L0,L1,L2规定有请求为规定有请求为1；无请求为；无请求为0。规定灯亮为规定灯亮为1；灯灭为；灯灭为0。控制关系控制关系：L0亮，指示特快进站亮，指示特快进站L1亮，指示直快进站亮，指示直快进站L2亮，指示慢车进站亮，指示慢车进站信号优先顺序：信号优先顺序：I0I1I2L2L1L0I2I1I0000000100100010100011真值表真值表L2L1L0I2I1I0000000100100010100011真值表真值表2 2、由真值表列写逻辑表达式、由真值表列写逻辑表达式3 3、将表达式变换为与非形式、将表达式变换为与非形式4 4、由逻辑表达式画逻辑图、由逻辑表达式画逻辑图&11111I1I2I0L0L1L2该电路可以选取四二输入端该电路可以选取四二输入端与非门与非门74LS00和六反相器和六反相器74LS04连接构成，也可以用连接构成，也可以用两片两片74LS00。74LS001A1B1Y2A2B2Y4B4A4Y3B3A3YVCCGND【例例2】水箱由大小两台水泵水箱由大小两台水泵ML、MS供水，供水，A,B,C为水位检测元件，水位低于检测元件时为水位检测元件，水位低于检测元件时检测元件给出高电平，否则给出低电平。检测元件给出高电平，否则给出低电平。要求要求:(1)水位超过水位超过C，水泵停止供水；，水泵停止供水；(2)水位在水位在C-B间，间，MS单独单独供水；供水；(3)水位在水位在B-A间，间，ML单独单独供水；供水；(4)水位在水位在A以下，以下，两泵同时两泵同时供水；供水；CBAMSML（一）进行逻辑抽象：（一）进行逻辑抽象：1、输入：、输入：检测元件检测元件A、B、C的输出的输出输出：输出：水泵水泵MS、ML的工作状态的工作状态 2、状态赋值：、状态赋值：水面低于检测元件水面低于检测元件高电平；高电平；水面高于检测元件水面高于检测元件低电平；低电平；水泵水泵供水供水高电平；高电平；水泵不水泵不供水供水低电平；低电平；3、列真值表：、列真值表：ABCMSML00000001100110111111010100101110 无无关关项项3、列真值表：、列真值表：ABCMSML00000001100110111111010100101110 约约束束项项ABC0001111001M MS S的卡诺图的卡诺图1、填写卡诺图：、填写卡诺图：1 1ABC0001111001M ML L的卡诺图的卡诺图1 10 00 0 0 01 10 01 1 （二）写出函数式，同时化简（二）写出函数式，同时化简2、化简，得到最简与或式：、化简，得到最简与或式：（三）选择器件和数目（三）选择器件和数目 选用非门、或门和与门各一个选用非门、或门和与门各一个（四）画逻辑图（四）画逻辑图1B&C 1AMSML如果要求用与非门实现如果要求用与非门实现1、将函数式化为、将函数式化为与非与非-与非与非形式形式3、列真值表：、列真值表：ABCMSML00000001100110111111010100101110 约约束束项项（三）选择器件和数目（三）选择器件和数目 选用非门、或门和与门各一个选用非门、或门和与门各一个（四）画逻辑图（四）画逻辑图1B&C 1AMSML如果要求用与非门实现如果要求用与非门实现1、将函数式化为、将函数式化为与非与非-与非与非形式形式2、由上式可知需要、由上式可知需要4个与非门。个与非门。3、画逻辑图、画逻辑图&AB&C&MSML可选用可选用74LS00实现该逻辑图。实现该逻辑图。74LS001A1B1Y2A2B2Y4B4A4Y3B3A3YVCCGNDABCMS5VML【例例3】人人类类有有O、A、B、AB种种基基本本血血型型，输输血血者者与与受受血血者者的的血血型型必必须须符符合合图图示示原原则则。试试用用与与非非门门设设计计一一血血型型关关系系检检测测电电路路，用用以以检检测测输输血血者者与与受受血血者者之之间间的的血血型型关关系系是是否否符符合合图图示示关关系，如果符合，输出为系，如果符合，输出为1，否则为，否则为0。依依题题意意：输输血血者者的的血血型型和和受受血血者者的的血血型型都都是是输输入入变变量量，二二者者之之间间的的关关系系是是否否符符合上述原则为输出函数合上述原则为输出函数L。编编码码：血血型型有有四四种种取取值值，要要区区分分开开需需2位位二进制编码，则共有二进制编码，则共有4个输入逻辑变量。个输入逻辑变量。OOAABBABAB受血者受血者输输血者血者以以CD和和EF分别分别代表输血者和受血者代表输血者和受血者血型，进行如下编码：血型，进行如下编码：血血型型输输血者血者 受血者受血者C DE FO0 00 0A0 10 1B1 01 0AB1 11 11、进行逻辑抽象，列出真值表、进行逻辑抽象，列出真值表OOAABBABAB受血者受血者输输血者血者血血型型输输血者血者 受血者受血者C DE FO0 00 0A0 10 1B1 01 0AB1 11 1输入输入输出输出CDEFL0000100011001010011101011011111010110111111110列真值表列真值表:2、写出函数式，同时化简、写出函数式，同时化简11110110000111100001CDEF0010001111103 3、将表达式化为与非式、将表达式化为与非式OOAABBABAB受血者受血者输输血者血者血血型型输输血者血者 受血者受血者C DE FO0 00 0A0 10 1B1 01 0AB1 11 12、写出函数式，同时化简、写出函数式，同时化简11110110000111100001CDEF0010001111103 3、将表达式化为与非式、将表达式化为与非式LCDEF&4 4、画出逻辑图、画出逻辑图仿真演示仿真演示【例例4 4】某工厂有三条生产线，耗电分别为某工厂有三条生产线，耗电分别为1 1号线号线10kW10kW，2 2号线号线20kW20kW，3 3号线号线30kW30kW，生产线的电力由两台发电机组提供，其中生产线的电力由两台发电机组提供，其中1 1号机组号机组20kW20kW，2 2号机组号机组40kW40kW。试设计一个供电控制电路，根据生试设计一个供电控制电路，根据生产线的开工情况启动发电机，使电力负荷达到最佳配置。产线的开工情况启动发电机，使电力负荷达到最佳配置。逻辑抽象，列真值表逻辑抽象，列真值表输入变量：输入变量：生产线开工情况生产线开工情况 真值表真值表A、B、C表示表示1、2、3号生产线，号生产线，生产线开工为生产线开工为1，停工为，停工为0；输出变量：输出变量：发电机组工作情况发电机组工作情况Y1、Y2表示表示1、2号发电机组，号发电机组，发电机组启动为发电机组启动为1，停机为，停机为0；0001101110010111 真值表真值表0001101110010111写出函数式，同时化简写出函数式，同时化简 1 1 1 1ABC0100011110 ABC0100011110 1 1 1 1 1 逻辑电路图逻辑电路图小结：组合电路的分析和设计方法小结：组合电路的分析和设计方法1、由给定的逻辑图逐级写出逻辑式、由给定的逻辑图逐级写出逻辑式2、对逻辑式进行化简或变换、对逻辑式进行化简或变换3、列出输出函数的真值表、列出输出函数的真值表4、从真值表或函数式规律总结逻辑电路的功能、从真值表或函数式规律总结逻辑电路的功能一、组合电路的分析方法一、组合电路的分析方法给定逻辑图给定逻辑图得到逻辑功能得到逻辑功能二、组合电路的设计方法二、组合电路的设计方法1、进行逻辑抽象：、进行逻辑抽象：2、写出逻辑函数式：、写出逻辑函数式：3、选定器件的类型和数目、选定器件的类型和数目4、将逻辑式化简或作适当变换：、将逻辑式化简或作适当变换：5、画出逻辑电路图。、画出逻辑电路图。给定逻辑功能给定逻辑功能画出逻辑图画出逻辑图
