《组合逻辑电路的分析与设计.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《组合逻辑电路的分析与设计.pptx（34页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、组合逻辑电路组合逻辑电路：电路任意时刻输出状：电路任意时刻输出状态只取决于该时刻的输入状态，而与态只取决于该时刻的输入状态，而与该时刻前的电路状态无关。电路结构该时刻前的电路状态无关。电路结构中中无无反馈环路（无记忆元件。反馈环路（无记忆元件。第1页/共34页1.由给定的逻辑图写出逻辑关系表达式。由给定的逻辑图写出逻辑关系表达式。分析步骤：分析步骤：2.用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进行化简。行化简。3.列出输入输出真值表并得出结论。列出输入输出真值表并得出结论。电路电路 结构结构输入输出之间输入输出之间的逻辑关系的逻辑关系3.1 3.1 小规模集成电路构成的组
2、合逻辑小规模集成电路构成的组合逻辑电路的分析和设计电路的分析和设计一、组合逻辑电路的分析一、组合逻辑电路的分析第2页/共34页逻辑图逻辑图逻辑表逻辑表达式达式 1 1 最简与或最简与或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例：分析下图的逻辑功能例：分析下图的逻辑功能 第3页/共34页最简与或最简与或表达式表达式 3 真值表真值表 3 4 电路的逻电路的逻辑功能辑功能当输入A、B、C中有2 2个或3 3个为1 1时，输出Y为1 1，否则输出Y为0 0。所以这个电路实际上是一种3 3人表决用的组合电路：只要有2票或3票同意，表决就通过。4 第4页/共34页逻辑图逻辑
3、图逻辑表逻辑表达式达式例：例：最简与或最简与或表达式表达式第5页/共34页真值表真值表用与非门实现用与非门实现电路的输出Y只与输入A、B有关，而与输入C无关。Y和A、B的逻辑关系为：A、B中只要一个为0，Y=1；A、B全为1时，Y=0。所以Y和A、B的逻辑关系为与非运算的关系。电路的逻辑功能电路的逻辑功能第6页/共34页例：分析下图的逻辑功能例：分析下图的逻辑功能&ABF第7页/共34页真值表真值表相同为相同为“0”不同为不同为“1”异或门异或门=1第8页/共34页例：分析下图的逻辑功能例：分析下图的逻辑功能&ABF第9页/共34页真值表真值表相同为相同为“1”不同为不同为“0”同或门同或门=
4、1第10页/共34页任务任务要求要求最简单的最简单的逻辑电路逻辑电路1.指定实际问题的逻辑含义，列出真值指定实际问题的逻辑含义，列出真值表，进而写出逻辑表达式。表，进而写出逻辑表达式。2.用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进行用逻辑代数或卡诺图对逻辑表达式进行化简。化简。3.列出输入输出状态表并画出逻辑电路图。列出输入输出状态表并画出逻辑电路图。设计步骤：设计步骤：3.2 3.2 组合逻辑电路的设计组合逻辑电路的设计第11页/共34页真值表真值表电路功电路功能描述能描述例例例例：用与非门设计一个交通报警控制电路。交通信号灯有红、绿、黄3种，3种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属正常情况，其他情况
5、均属故障，出现故障时输出报警信号。设红、绿、黄灯分别用A、B、C表示，灯亮时其值为1，灯灭时其值为0；输出报警信号用F表示，灯正常工作时其值为0，灯出现故障时其值为1。根据逻辑要求列出真值表。1 穷穷举举法法 1 第12页/共34页 2 逻辑表达式逻辑表达式最简与或最简与或表达式表达式化化简简 3 2 4 逻辑变换逻辑变换 3 4 第13页/共34页 5 逻辑电路图逻辑电路图 5 第14页/共34页真值表真值表电路功电路功能描述能描述例例例例：用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两
6、个以上裁判判明成功，并且其中有一个为主裁判时，表明成功的灯才亮。设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示成功与否的灯为Y，根据逻辑要求列出真值表。1 穷穷举举法法 1 2 2 逻辑表达式逻辑表达式第15页/共34页 3 最简与或最简与或表达式表达式化化简简 4 5 逻辑变换逻辑变换逻辑电逻辑电路图路图 3 化化简简 4 5 第16页/共34页例例 某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试用两输入与非门某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试用两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，和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路，3 3个指示灯一、二、三号分
7、别对个指示灯一、二、三号分别对应特快、直快和慢车。列车的优先级别依次为特快、直快和慢车，要求当特快列应特快、直快和慢车。列车的优先级别依次为特快、直快和慢车，要求当特快列车请求进站时，无论其它两种列车是否请求进站，一号灯亮。当特快没有请求，车请求进站时，无论其它两种列车是否请求进站，一号灯亮。当特快没有请求，直快请求进站时，无论慢车是否请求，二号灯亮。当特快和直快均没有请求，直快请求进站时，无论慢车是否请求，二号灯亮。当特快和直快均没有请求，而慢车有请求时，三号灯亮。而慢车有请求时，三号灯亮。第17页/共34页解：解：1、逻辑抽象逻辑抽象。输入信号输入信号:I0、I1、I2分别为特快、直快和慢
8、车的进站请求信号分别为特快、直快和慢车的进站请求信号且有进站请求时为且有进站请求时为1，没有请求时为，没有请求时为0。输出信号输出信号:L0、L1、L2分别为分别为3个指示灯的状态，个指示灯的状态，且灯亮为且灯亮为1，灯灭为，灯灭为0。输 入输 出I0I1I2L0L1L2000000110001010001001根据题意列出真值表根据题意列出真值表(2)写出各输出逻辑表达式。写出各输出逻辑表达式。L0=I0第18页/共34页输 入输 出I0I1I2L0L1L2000000110001010001001真值表真值表2、根据真值表写出各输出逻辑表达式。根据真值表写出各输出逻辑表达式。L0=I03、
9、根据要求将上式变换为与非形式根据要求将上式变换为与非形式 第19页/共34页4、根据输出逻辑表达式画出逻辑图。根据输出逻辑表达式画出逻辑图。第20页/共34页例例 试设计一个码转换电路，将试设计一个码转换电路，将4位格雷码转换为自然二进位格雷码转换为自然二进制码。可以采用任何逻辑门电路来实现。制码。可以采用任何逻辑门电路来实现。解：解：(1)明确逻辑功能，列出真值表。明确逻辑功能，列出真值表。设输入变量为设输入变量为G3、G2、G1、G0为格雷码，为格雷码，当输入格雷码按照从当输入格雷码按照从0到到15递增排序时，递增排序时，可列出逻辑电路真值表可列出逻辑电路真值表输出变量输出变量B3、B2、
10、B1和和B0为为自然二进制码。自然二进制码。第21页/共34页0 1 1 10 1 0 00 1 1 00 1 0 10 1 0 10 1 1 10 1 0 00 1 1 00 0 1 10 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 0 10 0 0 10 0 0 00 0 0 0B3 B2 B1 B0G3 G2 G1 G0输 出输 入1 1 1 11 0 0 01 1 1 01 0 0 11 1 0 11 0 1 11 1 0 01 0 1 01 0 1 11 1 1 01 0 1 01 1 1 11 0 0 11 1 0 11 0 0 01 1 0 0B3 B2 B1 B0G3 G2
11、G1 G0输 出输 入逻辑电路真值表逻辑电路真值表第22页/共34页(2)画出各输出函数的卡诺图，并化简和变换。画出各输出函数的卡诺图，并化简和变换。33GB=2B+2G3G2G3G第23页/共34页+2G3G1B=1G+2G3G1G2G3G1G+2G3G1G=(=(2G3G)+2G3G1G+2G3G)+2G3G1G=3G2G 1G0B=3G2G 1G 0G第24页/共34页(3)根据逻辑表达式，画出逻辑图根据逻辑表达式，画出逻辑图第25页/共34页3.3 3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险组合逻辑电路中的竞争冒险 竞竞争争冒冒险险由由于于延延迟迟时时间间的的存存在在，当当一一个个输输入入信信号
12、号经经过多过多条路径传送后又重新会合到某个门上，由于不同路径上门条路径传送后又重新会合到某个门上，由于不同路径上门的级数不同，导致到达会合点的时间有先有后，从而产生的级数不同，导致到达会合点的时间有先有后，从而产生瞬间的错误输出。瞬间的错误输出。由于G1 1门的延迟时间tpd2 2输出端出现了一个正向窄脉冲。一、产生竞争冒险的原因1.1.产生“1 1冒险冒险”例：电路如图，已知输入波形，画输出波形。解：第26页/共34页2.2.产生“0 0冒险冒险”二、冒险现象的识别 可采用代数法来判断一个组合电路是否存在冒险：写出组合逻辑电路的逻辑表达式，当某些逻辑变量取特定值（0 0或1 1）时，如果表达
13、式能转换为：则存在1 1冒险；则存在0 0冒险。第27页/共34页例例3.1:3.1:判断图示电路是否存在冒险，如有，指出冒险类型，画出输出波形。解：解：写出逻辑表达式：若输入变量ABl，则有：因此，该电路存在0 0冒险。画出ABl 时L的波形。第28页/共34页（2）变换逻辑式，消去互补变量例3.2的逻辑式三、冒险现象的消除方法1修改逻辑设计（1）增加冗余项在例3.13.1的电路中，存在冒险现象。如在其表达式中增加乘积项AB，使其变为：例例3.2:3.2:判断函数是否存在冒险：解解：如果令A AC C0 0，则有因此，该电路存在l l冒险。则在原来产生冒险的条件AB1时，L=1=1，不会产生
14、冒险。存在冒险现象。如将其变换为：则在原来产生冒险的条件AC0时，L=0，不会产生冒险。第29页/共34页卡诺图法判断竞争冒险 如图所示,图中的卡诺圈相切则有竞争冒险,如圈“1”则为“0”型冒险,而圈“0”则为“1”型冒险，当卡诺圈相交或相离时均无竞争冒险产生。第30页/共34页2 2增加输出滤波电容 在可能产生冒险的门电路输出端并接一个滤波电容（一般为4 42020pF），利用电容两端的电压不能突变的特性，使输出波形上升沿和下降沿都变的比较缓慢，从而起到消除冒险现象的作用。第31页/共34页实验法 两个以上的输入变量同时变化引起的功能冒险难以用上述方法判断。因而发现冒险现象最有效的方法是实验。利用示波器仔细观察在输入信号各种变化情况下的输出信号，发现毛刺则分析原因并加以消除，这是经常采用的办法。第32页/共34页3.3.增加选通信号 加选通信号可避开毛刺。毛刺仅发生在输入信号变化的瞬间，因此在这段时间内先将门封住，待电路进入稳态后，再加选通脉冲选取输出结果。该方法简单易行，但选通信号的作用时间和极性等一定要合适。例如，像右图所示，在组合电路中的输出门的一个输入端，加入一个选通信号，即可有效地消除任何冒险现象的影响。如图所示电路中，尽管可能有冒险发生，但是输出端却不会反映出来，因为当冒险现象发生时，选通信号的低电平将输出门封锁了。第33页/共34页感谢您的观看！第34页/共34页