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第7章 组合逻辑电路 内容提要 本章在简单说明组合逻辑电路的特点后，重点讨论了组合逻辑电路的分析方法和设计方法，并从逻辑功能及应用的角度来讨论加法器、编码器、译码器、数值比较器和数据选择器等几种常用的组合逻辑电路及相应的中规模集成电路，最后简要介绍了组合逻辑电路中的竞争-冒险现象。 第七章 组合逻辑电路 7.1 组合逻辑电路的分析 7.2 组合逻辑电路的设计 7.3 常用的组合逻辑电路 7.4 组合逻辑电路中的竞争与冒险 第七章 组合逻辑电路 逻辑电路按逻辑功能不同分为两大类，一类称做组合逻辑电路（简称组合电路），其在任何时刻产生的稳定输出和该时刻的输入信号有关，而与该时刻以前的输入信号无关；另一类称做时序逻辑电路（简称时序电路），其在任何时刻产生的稳定输出不仅与该时刻电路的输入信号有关，而且与电路过去的输入信号有关。 组合逻辑电路在逻辑功能上具有如下共同特点： （1）从功能上讲，某时刻电路的输出只决定于该时刻电路的输入信号，而与电路以前的状态无关，即无“记忆”功能； （2）从器件上讲，电路由逻辑门构成，不含记忆元器件（后面讲述）； （3）从结构上讲，输入信号是单向传输的，不存在输出端到输入端的反馈回路。 7.1 组合逻辑电路的分析 组合逻辑电路的分析，是指已知组合逻辑电路，找出输出函数与输入变量之间的逻辑关系，从而了解电路所实现的逻辑功能，并对给定逻辑电路的工作性能进行评价。其基本步骤如下： 已知逻辑图→写出逻辑表达式→化简逻辑式→列出真值表→分析逻辑功能。 例7.1 分析图7.1中的组合逻辑电路，说明电路功能，并对电路性能做出评价。 解：第一步，从电路的输入到输出逐级写出逻辑函数式，最后得到表示输出与输入关系的逻辑函数表达式： 第二步，用公式法或卡诺图法将逻辑函数表达式化简，本例中函数关系较简单，采用公式法化简： Y ? 图7.1 例7.1组合逻辑电路 第三步，根据化简后的逻辑表达式列出真值表，如表7.1所示。 由于异或逻辑为基本逻辑关系，故也可略去真值表。 第四步，说明电路功能，并对电路性能进行评价。 由化简后的函数表达式可知，该电路能够完成异或运算功能。由于本电路用3个非门、3个与门、2个或门来实现异或功能，显然，该电路可以用前面所述的一个异或来完成，因此该电路的设计是不经济的。 从上面组合逻辑电路的分析我们可以知道，在对组合逻辑电路的分析过程中，由已知电路写出逻辑函数表达式和列写真值表的过程比较容易掌握，但由真值表说明电路的功能则需要一定的电路知识和经验，需要一定的知识积累。 7.2 组合逻辑电路的设计 所谓组合逻辑设计方法，就是从给定的逻辑功能要求出发，求出满足该逻辑功能电路的过程，其基本步骤如下： （1）根据给出的逻辑功能要求，确定输入变量和输出变量之间的功能和逻辑关系； （2）写出输入变量和输出变量之间的真值表； （3）根据真值表化简输出函数的逻辑表达式； （4）根据选择的器件，变换成相应的表达式； （5）根据表达式画出逻辑图。 实际上，组合逻辑电路的设计是分析的逆过程，其中第二步为关键，影响到后续步骤的正确性。逻辑设计的方法比较灵活，设计过程不应拘泥于固定模式，通常取决于实际问题的难易程度及设计者的思维方法和经验。 例7.2 某汽车驾驶员培训班进行结业考试，有3名评判员，其中A为主评判员，B和C为副评判员。在评判时按照少数服从多数的原则通过，但主评判员认为合格也通过，试用与非门实现该逻辑电路。 解：第一步，根据给出的逻辑功能要求，可以确定输入变量和输出变量之间的功能和逻辑关系如表7.2所示； 第二步，根据功能表，写出输入、输出变量的真值表； 设A，B，C为1时，分别表示合格；为0时，表示不合格。Y为评判结果（输出变量），Y为1时，表示通过（合格）；Y为0时，表示不通过（不合格），则可以得到如表