组合逻辑电路的分析和设计方法(课堂PPT).ppt

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1、第四章 组合逻辑电路14.1 概述概述v 组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的特点v 逻辑功能的描述逻辑功能的描述下页下页总目录总目录4.2 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法和设计方法和设计方法4.3 若干常用的组合逻辑电路若干常用的组合逻辑电路第四章 组合逻辑电路24.1 概述概述v 组合逻辑电路的特点组合逻辑电路的特点v 逻辑功能的描述逻辑功能的描述下页下页总目录总目录第四章 组合逻辑电路3一、组合逻辑电路的特点一、组合逻辑电路的特点数数字字电电路路根根据据逻逻辑辑功功能能组合逻辑电路组合逻辑电路时序逻辑电路时序逻辑电路功能特点：功能特点：功能特点：功能特点：任意时任意时任意时任意

2、时刻刻刻刻的的的的输出输出输出输出仅取决于仅取决于仅取决于仅取决于该时刻的该时刻的该时刻的该时刻的输入输入输入输入，与，与，与，与原状态原状态原状态原状态无关无关无关无关。任何时刻，任何时刻，任何时刻，任何时刻，S S和和和和COCO的的的的取值只与取值只与取值只与取值只与A A、B B和和和和CICI的取值有关，的取值有关，的取值有关，的取值有关，与电路与电路与电路与电路过去的工作状态过去的工作状态过去的工作状态过去的工作状态无关。无关。无关。无关。输入输入输入输入变量变量变量变量输出输出输出输出变量变量变量变量举例：举例：举例：举例：第四章 组合逻辑电路4下页下页返回返回上页上页二、逻辑功

3、能的描述二、逻辑功能的描述用来表示逻辑功能的几种形式用来表示逻辑功能的几种形式用来表示逻辑功能的几种形式用来表示逻辑功能的几种形式：逻辑图逻辑图逻辑图逻辑图、逻辑函数式逻辑函数式逻辑函数式逻辑函数式、真值表真值表真值表真值表等，等，等，等，几种方法之间可相互转换。几种方法之间可相互转换。几种方法之间可相互转换。几种方法之间可相互转换。例如例如例如例如，将下图逻辑功能写成逻辑函数的形式：，将下图逻辑功能写成逻辑函数的形式：，将下图逻辑功能写成逻辑函数的形式：，将下图逻辑功能写成逻辑函数的形式：第四章 组合逻辑电路5下页下页返回返回上页上页对于任何一个多输入、多输出的组合逻辑电路，对于任何一个多输

4、入、多输出的组合逻辑电路，对于任何一个多输入、多输出的组合逻辑电路，对于任何一个多输入、多输出的组合逻辑电路，都可以用下面框图表示。都可以用下面框图表示。都可以用下面框图表示。都可以用下面框图表示。输出与输入之间的逻辑关系可表示为输出与输入之间的逻辑关系可表示为输出与输入之间的逻辑关系可表示为输出与输入之间的逻辑关系可表示为:或写成向量的形式或写成向量的形式或写成向量的形式或写成向量的形式:输入输入输入输入变量变量变量变量输出输出输出输出变量变量变量变量组合逻辑组合逻辑 电路电路组合逻辑电路的框图组合逻辑电路的框图结构上特点：结构上特点：结构上特点：结构上特点：不含不含不含不含记忆记忆记忆记忆

5、（存储）元件（存储）元件（存储）元件（存储）元件第四章 组合逻辑电路64.2 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法和设计方法和设计方法v 组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法v 组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法下页下页总目录总目录第四章 组合逻辑电路7逻辑电路图逻辑电路图逻辑函数式逻辑函数式 1 1 最简最简表达式表达式化化简简 2 2 从从输输入入到到输输出出逐逐级级写写出出4.2.1组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的分析方法给定逻辑电路图给定逻辑电路图,通过分通过分析找出电路的逻辑功能析找出电路的逻辑功能分析步骤：分析步骤：例如：例如：第四章 组合逻辑电路8最

6、简最简表达式表达式 3 真值表真值表 4 电路的逻电路的逻辑功能辑功能当输入当输入A、B、C中有中有2个或个或3个个为为1时，输出时，输出Y为为1，否则输出，否则输出Y为为0。所以这。所以这个电路实际上可个电路实际上可用于用于3人表决电人表决电路：路：只要有只要有2票票或或3票同意，表票同意，表决就通过。决就通过。4 3 第四章 组合逻辑电路9归纳：归纳：分析已知逻辑电路功能分析已知逻辑电路功能的的步骤步骤写出函数写出函数表达式表达式化简化简函数函数真值真值表表描描述述电电路路功功能能2 逻逻辑辑电电路路图图1 3 4 第四章 组合逻辑电路下页下页返回返回上页上页任何时刻，任何时刻，任何时刻，

7、任何时刻，S S、COCO的取值只与的取值只与的取值只与的取值只与A A、B B和和和和CICI取值取值取值取值有关，与电路过去的工作状态无关。有关，与电路过去的工作状态无关。有关，与电路过去的工作状态无关。有关，与电路过去的工作状态无关。分析下图电路的逻辑功能，指出其用途。分析下图电路的逻辑功能，指出其用途。分析下图电路的逻辑功能，指出其用途。分析下图电路的逻辑功能，指出其用途。例：例：三个三个三个三个输入变量输入变量输入变量输入变量A A、B B、CI CI 两个两个两个两个输出变量输出变量输出变量输出变量S S、COCO10第四章 组合逻辑电路下页下页返回返回上页上页列写输出变量函数表达

8、式列写输出变量函数表达式列写输出变量函数表达式列写输出变量函数表达式解：解：写出函数最简表达式写出函数最简表达式写出函数最简表达式写出函数最简表达式 列出逻辑真值表列出逻辑真值表列出逻辑真值表列出逻辑真值表A00001111B00110011CI01010101S01101001CO0001011111第四章 组合逻辑电路下页下页返回返回上页上页 电路的逻辑功能电路的逻辑功能A00001111B00110011CI01010101S01101001CO00010111由真值表可知，由真值表可知，由真值表可知，由真值表可知，该电路为带有该电路为带有该电路为带有该电路为带有低位进位的加低位进位的加

9、低位进位的加低位进位的加法器。法器。法器。法器。A A:被加数被加数被加数被加数B B:加数加数加数加数CICI:低位进低位进低位进低位进位位位位位位位位S S：和和和和COCO：向高向高向高向高位的进位位的进位位的进位位的进位12第四章 组合逻辑电路13一、进行逻辑抽象一、进行逻辑抽象1 1、分析分析事件的事件的因果关系因果关系，确定输入变量和输出变，确定输入变量和输出变量。量。把引起事件的把引起事件的原因原因定为定为输入变量输入变量，而事件的，而事件的结果结果作为作为输出量输出量。2 2、定义定义逻辑状态的逻辑状态的含意含意。以二值逻辑的以二值逻辑的0 0、1 1两种状态分别代表输入变两种

10、状态分别代表输入变量和输出变量的两种不同状态。量和输出变量的两种不同状态。0 0和和1 1的具体含义的具体含义完全是由设计人选定的。即完全是由设计人选定的。即逻辑状态赋值逻辑状态赋值。3 3、根据给定的因果关系列出逻辑根据给定的因果关系列出逻辑真值表真值表4.2.2 组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计方法根据要求设计出最根据要求设计出最简逻辑电路简逻辑电路第四章 组合逻辑电路14二、写出逻辑函数式二、写出逻辑函数式 为了对逻辑函数化简和变换，将为了对逻辑函数化简和变换，将真值表真值表转换转换为对应的为对应的逻辑函数式逻辑函数式。三、选定器件的类型三、选定器件的类型 为了产生所需要的逻辑函

11、数，可用为了产生所需要的逻辑函数，可用小规模的小规模的门电路门电路、中规模集成的常用组合逻辑器件中规模集成的常用组合逻辑器件或或PLDPLD来构成相应的逻辑电路。来构成相应的逻辑电路。第四章 组合逻辑电路15四、将逻辑函数化简或变换成适当的形式四、将逻辑函数化简或变换成适当的形式用小规模门电路设计方法用小规模门电路设计方法:将函数式化成最简单形式，即乘将函数式化成最简单形式，即乘积项最少，且每个乘积项中的因子也最少。积项最少，且每个乘积项中的因子也最少。用中规模集成的常用组合逻辑电路设计方法用中规模集成的常用组合逻辑电路设计方法:将函数式变成将函数式变成适当的形式，以便能用最少的器件和最简单的

12、连线接成所适当的形式，以便能用最少的器件和最简单的连线接成所要求的逻辑电路。每一种中规模集成器件的逻辑功能都可要求的逻辑电路。每一种中规模集成器件的逻辑功能都可以写成一个逻辑函数式，在使用这些器件设计组合逻辑电以写成一个逻辑函数式，在使用这些器件设计组合逻辑电路时，应把待产生的逻辑函数变换成与所使用器件的逻辑路时，应把待产生的逻辑函数变换成与所使用器件的逻辑函数式相同或类似的形式。函数式相同或类似的形式。五、根据化简或变换后的逻辑函数式画出逻辑电五、根据化简或变换后的逻辑函数式画出逻辑电路的连接图路的连接图六、六、工艺设计工艺设计第四章 组合逻辑电路16组合逻辑电路逻辑设计过程：组合逻辑电路逻

13、辑设计过程：第四章 组合逻辑电路17下页下页返回返回上页上页 例例例例4.2.24.2.2 设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。正常工作状态正常工作状态正常工作状态正常工作状态 交通信号灯的正常工作状态和故障状态交通信号灯的正常工作状态和故障状态交通信号灯的正常工作状态和故障状态交通信号灯的正常工作状态和故障状态R A GR A GR A G故故故故 障障障障 状状状状 态态态态R A GR A GR A GR A GR A G红红 黄黄 绿绿第四章 组合逻辑电路

14、18下页下页返回返回上页上页u取红、黄、绿三盏灯的状态为取红、黄、绿三盏灯的状态为取红、黄、绿三盏灯的状态为取红、黄、绿三盏灯的状态为输入变量：输入变量：输入变量：输入变量：分别用分别用分别用分别用R R、A A、G G表示，灯亮时为表示，灯亮时为表示，灯亮时为表示，灯亮时为1 1，不亮时为，不亮时为，不亮时为，不亮时为0 0。u取故障信号为取故障信号为取故障信号为取故障信号为输出变量输出变量输出变量输出变量：以：以：以：以Z Z表示，表示，表示，表示，并规定正常工作状态下并规定正常工作状态下并规定正常工作状态下并规定正常工作状态下Z Z为为为为0 0，发生故障时，发生故障时，发生故障时，发生

15、故障时Z Z为为为为1 1。解：解：解：解：1.1.进行逻辑抽象。进行逻辑抽象。进行逻辑抽象。进行逻辑抽象。如果信号灯如果信号灯出现故障，出现故障，Z为为1RAGZ第四章 组合逻辑电路19下页下页返回返回上页上页 例例4.2.2的逻辑真值表的逻辑真值表R00001111A00110011G01010101Z根据题意可列出真值表根据题意可列出真值表根据题意可列出真值表根据题意可列出真值表2.2.2.2.逻辑函数式逻辑函数式逻辑函数式逻辑函数式1 11 11 11 11 10 00 00 0第四章 组合逻辑电路20下页下页返回返回上页上页3.3.3.3.选定器件类型为小规模集成门电路。选定器件类型

16、为小规模集成门电路。选定器件类型为小规模集成门电路。选定器件类型为小规模集成门电路。4.4.4.4.化简逻辑函数。化简逻辑函数。化简逻辑函数。化简逻辑函数。转换为与非转换为与非转换为与非转换为与非-与非式与非式与非式与非式第四章 组合逻辑电路21下页下页返回返回上页上页5.5.5.5.画出逻辑电路图。画出逻辑电路图。画出逻辑电路图。画出逻辑电路图。例例4.2.2的逻辑图之一的逻辑图之一第四章 组合逻辑电路22下页下页返回返回上页上页用与用与用与用与-非门和反相器实现非门和反相器实现非门和反相器实现非门和反相器实现例例4.2.2的逻辑图之二的逻辑图之二第四章 组合逻辑电路23下页下页返回返回上页

17、上页 题题题题4.94.9 医院优先照顾重患者的呼唤电路，医院优先照顾重患者的呼唤电路，医院优先照顾重患者的呼唤电路，医院优先照顾重患者的呼唤电路，医院有医院有医院有医院有1 1，2 2，3 3，4 4四间病室，四间病室，四间病室，四间病室，患者按病情由重至轻依次住进患者按病情由重至轻依次住进患者按病情由重至轻依次住进患者按病情由重至轻依次住进1414号病室，号病室，号病室，号病室，每室分别装有每室分别装有每室分别装有每室分别装有A A、B B、C C、D D四个呼唤按钮，按下为四个呼唤按钮，按下为四个呼唤按钮，按下为四个呼唤按钮，按下为1 1，值班室里对应的四个灯为值班室里对应的四个灯为值班

18、室里对应的四个灯为值班室里对应的四个灯为L L1 1、L L2 2 、L L3 3 、L L4 4 ，灯亮为灯亮为灯亮为灯亮为1 1，呼唤按钮优先级别由高到低依次为呼唤按钮优先级别由高到低依次为呼唤按钮优先级别由高到低依次为呼唤按钮优先级别由高到低依次为A A、B B、C C、D D，设计实现上述功能的逻辑电路。设计实现上述功能的逻辑电路。设计实现上述功能的逻辑电路。设计实现上述功能的逻辑电路。第四章 组合逻辑电路24下页下页返回返回上页上页1.1.按要求列逻辑状态表。按要求列逻辑状态表。按要求列逻辑状态表。按要求列逻辑状态表。有四个输入变量有四个输入变量有四个输入变量有四个输入变量 A A、

19、B B、C C、D D 。四个输出变量四个输出变量四个输出变量四个输出变量 L L1 1、L L2 2 、L L3 3 、L L4 4 。A B C DA B C D L L1 1 L L2 2L L3 3L L4 4 1 1 0 10 1 0 0 10 0 10 0 0 10 0 0 1第四章 组合逻辑电路25下页下页返回返回上页上页1 10 00 00 0L L4 40 01 10 00 0L L3 30 00 01 10 0L L2 20 00 00 01 1 L L1 1 A B C DA B C D 1 1 0 10 1 0 0 10 0 10 0 0 10 0 0 12.2.2.2

20、.逻辑函数式逻辑函数式逻辑函数式逻辑函数式 111111110000000000 01 11 1000 01 11 10CDABL L1 1第四章 组合逻辑电路26返回返回3.3.画逻辑图画逻辑图画逻辑图画逻辑图下页下页上页上页第四章 组合逻辑电路27步骤：步骤：根据要求设计出实际逻辑电路根据要求设计出实际逻辑电路确定输入、输出确定输入、输出列出真值表列出真值表写出表达式写出表达式并简化并简化画逻辑电路图画逻辑电路图形式变换形式变换根据设计所用根据设计所用芯片要求芯片要求第四章 组合逻辑电路281.什么是什么是“逻辑抽象逻辑抽象”？它包括哪些内容？它包括哪些内容？2.为什么对同一个实际问题，经过不同同学的为什么对同一个实际问题，经过不同同学的“逻辑抽象逻辑抽象”可以得到不同的逻辑函数？可以得到不同的逻辑函数？第四章 组合逻辑电路29返回返回上页上页课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习第四章 组合逻辑电路30P209 4.1、4.3、4.5、4.6、4.7