逻辑电路--组合逻辑电路2.ppt

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1、4.2.4 4.2.4 加法器加法器一、一位加法器一、一位加法器1.1.半加器，不考虑来自低位的进位，将两个一位的二进制数半加器，不考虑来自低位的进位，将两个一位的二进制数相加相加输输 入入输输 出出A AB BS SCOCO0 00 00 00 00 01 11 10 01 10 01 10 01 11 10 01 12.2.全加器：将两个一位二进制数及来自低位的进位相加全加器：将两个一位二进制数及来自低位的进位相加输输 入入输出输出A AB BCICIS SCOCO0 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 01 10 01 10 00 01 11 10 01 11 1

2、0 00 01 10 01 10 01 10 01 11 11 10 00 01 11 11 11 11 11 174LS18374LS183二、多位加法器二、多位加法器1.1.串行进位加法器串行进位加法器 把n位全加器串联起来，低位全加器的进位输出连接到相邻的高位全加器的进位输入。缺点：缺点：进位信号是由低位向高位逐级传递的，速度不高 优点：简单优点：简单 特点：加到第特点：加到第i i位的进位信位的进位信号是两个加数第号是两个加数第i i位以前各位位以前各位（0 i-10 i-1）的函数，可在相）的函数，可在相加前由加前由A,BA,B两数确定。两数确定。2.2.超前进位加法器超前进位加法器

3、优点：快，每一位的优点：快，每一位的和和及最后及最后的的进位进位基本同时产生基本同时产生 缺点：电路复杂缺点：电路复杂74LS28374LS28374LS283CO S3 S2 S1 S0A3 A2 A1 A0 B3 B2 B1 B0 CI4.2.5 4.2.5 数值比较器数值比较器 用来比较两个二进制数的数值大小用来比较两个二进制数的数值大小一、一位数值比较器一、一位数值比较器 A,BA,B比较有三种可能结果比较有三种可能结果二、多位数值比较器二、多位数值比较器 从高位比起，只有高位相等，才比较一下位。从高位比起，只有高位相等，才比较一下位。4位数值比较器ABA=BABABA=BABA3A2

4、A1A0B3B2B1B0COMP7485逻辑符号逻辑符号 输入变量：A3 A0、B3 B0 及A与B的比较结果，AB、AB、ABAB）0 0，Y Y3 3Y Y0 0等于等于D D3 3D D0 0，即为十进即为十进制数的制数的0 09 9；当当D D3 3D D0 09 9时，时，Y Y（ABAB）1 1，则加法器将则加法器将D D3 3D D0 0 加上加上6 6，Y Y3 3Y Y0 0就等于调整后的十进制就等于调整后的十进制数的数的个位个位，同时，同时COCO1 1表示十表示十进制数的进制数的十位十位。结论：结论：此电路是将此电路是将4 4位二进制数位二进制数D D3 3D D0 0转

5、化为十进制数的转化为十进制数的8421BCD8421BCD码的电路。码的电路。1、逻辑抽象分析因果关系，确定输入/出变量定义逻辑状态的含意（赋值）列出真值表2、写出函数式3、选定器件类型4、根据所选器件：对逻辑式化简（用门）变换（用MSI）或进行相应的描述（PLD）5、画出逻辑电路图，或下载到PLD4.3 4.3 组合电路的设计方法组合电路的设计方法组合逻辑电路设计，就是根据给出的实际逻辑问题，组合逻辑电路设计，就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。例1：某工厂有三条生产线，耗电分别为1号线10kW，2号线20kW，3号线30kW，生

6、产线的电力由两台发电机提供，其中1号机20kW，2号机40kW。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。解：解：逻辑抽象逻辑抽象输入变量：输入变量：1 13 3号生产线以号生产线以A A、B B、C C表示，表示，生产线开工为生产线开工为1 1，停工为，停工为0 0；输出变量：输出变量：1 12 2号发电机以号发电机以Y1Y1、Y2Y2表示，表示，发电机启动为发电机启动为1 1，关机为，关机为0 0；一、用门电路实现一、用门电路实现逻辑函数式逻辑函数式卡诺图化简卡诺图化简 1 1 1 1ABC0100011110Y Y1 1 ABC0100011110Y

7、 Y2 2 1 1 1 1 1 与或式：与或式：与非与非式：与非与非式：逻辑电路图逻辑电路图与或式与或式与非与非式与非与非式例2：设计一个监视交通信号灯状态的逻辑电路设计一个监视交通信号灯状态的逻辑电路如果信号灯出现故障，Z为1RAGZ输入变量输入变量输输出出R RA AG GZ Z0 00 00 01 10 00 01 10 00 01 10 00 00 01 11 11 11 10 00 00 01 10 01 11 11 11 10 01 11 11 11 11 1 1 1、抽象、抽象 输入变量输入变量:红（红（R R）、）、黄（黄（A A）、绿（绿（G G）输出变量：故障信号（输出变量

8、：故障信号（Z Z）2 2、写出逻辑表达式、写出逻辑表达式3 3、选用小规模选用小规模SSI(SSI(门电路门电路)器件器件4 4、化简、化简5 5、画出逻辑图画出逻辑图二、用译码器实现二、用译码器实现1.1.基本原理基本原理3 3位二进制译码器给出位二进制译码器给出3 3变量的全部最小项变量的全部最小项;。n n位二进制译码器给出位二进制译码器给出n n变量的全部最小项变量的全部最小项;输输 入入 输输 出出SA0A1Y0110 0 00 0 11 001 101110 Y1Y2Y3111011101110111任意函数任意函数将将n n位二进制译码输出的位二进制译码输出的最小项组合起来，可

9、获得任何形最小项组合起来，可获得任何形式的输入变量不大于式的输入变量不大于n n的组合函数的组合函数。如。如2-42-4线译码器线译码器7413974139在在S S 0 0时，有下式时，有下式74LS13974LS139功能表功能表功能表功能表2.2.举例：利用举例：利用74LS13874LS138设计一个多输出的组合逻辑电路，输设计一个多输出的组合逻辑电路，输出逻辑函数式为：出逻辑函数式为：三、用数据选择器实现三、用数据选择器实现基本原理基本原理具有具有n n位地址输入的数据选择器，可产生任何形式的输入位地址输入的数据选择器，可产生任何形式的输入变量不大于变量不大于n+1n+1的组合函数的

10、组合函数4选选1数据选择器数据选择器74LS153如：如：4选选1数据选择器数据选择器74LS153，在，在 S0时有：对应函数所含的对应函数所含的mi 项项,使数据选择器的使数据选择器的Di=1，对应函数所对应函数所不含不含的的mj 项项,使数据选择器使数据选择器的的Dj=0，则数据选择器的输出与函数相等（即：则数据选择器的输出与函数相等（即：使函数卡诺图与数据选择器卡诺图完全一致）使函数卡诺图与数据选择器卡诺图完全一致）。例：用例：用7415374153实现（公式法）实现（公式法）例：用数据选择器实现逻辑函数（真值表法）例：用数据选择器实现逻辑函数（真值表法）A B CDF A2 A1 A

11、0 DF=Di 0 0 0 0 0 0 0 110 0 0 1 0 0 0 1 101 0 1 00 0 1 0111 0 1 10 0 1 1100 1 0 00 1 0 0101 1 0 10 1 0 11111 1 001 1 0 1111 1 101 1 1100D0=DD1=DD2=1D3=0D4=DD5=1D6=1D7=0思考：已知思考：已知X X是是3 3位二进制数（其值小于等于位二进制数（其值小于等于5 5），试），试实现实现Y=3X Y=3X 并用并用7 7段数码管进行显示段数码管进行显示?Y=3XY=3X？D2D1D04.4 4.4 组合电路中的竞争组合电路中的竞争-冒险现

12、象冒险现象一、什么是一、什么是“竞争竞争-冒险冒险”在组合电路中，某一输入变量经不同途径传输后，由于门电路的传输延迟时间的不同，则到达电路中某一会合点的时间有先有后。或者，当输入量同时向相反的逻输入量同时向相反的逻辑电平变化，称存在辑电平变化，称存在“竞争竞争”。1A&FFAAtpd&ABY因因“竞争竞争”而可能在输出产生而可能在输出产生尖峰脉冲尖峰脉冲（毛刺），的的现象，称为现象，称为“竞争竞争-冒险冒险”。注意：竞争的存在不一定都会产生冒险（毛刺）。注意：竞争的存在不一定都会产生冒险（毛刺）。2-42-4线译码器中线译码器中的竞争的竞争-冒险现象冒险现象 一个变量以原变量和反变量出现在逻辑

13、函数中时，则该变量是具有竞争条件的变量。如果上述现象存在，则检查表达式是否可在一定条件下成为X+X或者XX 的形式。若能，则说明与函数表达式对应的电路可能产生险象。二、竞争冒险现象的检查方法二、竞争冒险现象的检查方法1.1.代数识别法代数识别法例：用代数识别法检查竞争冒险现象。例：用代数识别法检查竞争冒险现象。解：解：A A是具有竞争条件的变量。是具有竞争条件的变量。例：用代数识别法判断电路是否存在冒险现象。例：用代数识别法判断电路是否存在冒险现象。解：解：A A和和C C是具有竞争条件的变量。是具有竞争条件的变量。变量变量C C不存在冒险现象。不存在冒险现象。当描述电路的逻辑函数为“与或”式

14、时,可采用卡诺图来判断是否存在险象。即：是否存在“相切”的卡诺圈,而相切处又未被其它卡诺圈包围，则可能发生冒险现象。图上两卡诺圈相切，当输入变量图上两卡诺圈相切，当输入变量ABC由由011变为变为111时，时，Y从一个卡从一个卡诺圈进入另一个卡诺圈，诺圈进入另一个卡诺圈，A从从0变为变为1，出现，出现AA，函数值可能按，函数值可能按 1-0-1 变化，从而出现毛刺。变化，从而出现毛刺。2.2.卡诺图识别法卡诺图识别法ABC0100011110Y Y111100 01 11 1000011110CDAB11111111因此当BD=1，A0时(此时F=C+C)，电路可能由于C 的变化而产生险象。由

15、由于于毛毛刺刺很很窄窄，用用很很小小的的电电容容就就可可将将尖尖峰峰削削弱弱到到 VTH 以以下下。因因此此常常在在输输出出端端接接滤滤波波电电容容C，或或在在本本级级输输出出端端与与下下级级输输入入端端之之间间，串串接接一一个个积积分分电电路路，可可将将尖尖峰峰脉脉冲冲消消除除。但但C或或R、C的的引引入入会会使使输输出出波波形形边沿变斜边沿变斜，故参数要选择合适，一般由实验确定。，故参数要选择合适，一般由实验确定。三、竞争冒险现象的消除三、竞争冒险现象的消除1.1.接入滤波电容接入滤波电容 毛毛刺刺仅仅发发生生在在输输入入信信号号变变化化的的瞬瞬间间，因因此此在在这这段段时时间间内内先先将

16、将门门封封锁锁，待待电电路路进进入入稳稳态态后后，再再加加选选通通脉脉冲冲使使输输出出门门电电路路开开门门。这这样样可可以以抑抑制制尖尖峰峰脉脉冲冲的的输输出出。该该方方法法简简单单易行，但选通信号的作用时间和极性等一定要合适。易行，但选通信号的作用时间和极性等一定要合适。2.2.引入选通脉冲引入选通脉冲选通脉冲选通脉冲1ABCL&D111 只只要要在在其其卡卡诺诺图图上上两两卡卡诺诺圈圈相相切切处处加加一一个个卡卡诺诺圈圈，即即增加了一个冗余项，就可消除逻辑冒险。增加了一个冗余项，就可消除逻辑冒险。3.3.修改逻辑设计增加冗余项修改逻辑设计增加冗余项ABC0100011110Y Y1111当B=C=1进,函数由FAA 变成了F1