数字电子技术基础4.ppt

第4章 组合逻辑电路 4.1 组合逻辑电路的分析 4.2 组合逻辑电路的设计 4.3 常用中规模组合逻辑器件及应用 4.4 组合逻辑电路中的竞争与冒险 4.1 组合逻辑电路的分析 所谓逻辑电路的分析，就是找出给定逻辑电路输出和输入之间的逻辑关系，并指出电路的逻辑功能。分析过程一般按下列步骤进行：  (1) 根据给定的逻辑电路，从输入端开始，逐级推导出输出端的逻辑函数表达式。  (2) 根据输出函数表达式列出真值表。  (3) 用文字概括出电路的逻辑功能。 【例4.1.1】 分析图4.1.1所示组合逻辑电路的逻辑功能。  解：根据给出的逻辑图， 逐级推导出输出端的逻辑函数表达式： 图4.1.1　例4.1.1的逻辑电路 表4.1.1　例4.1.1的真值表 A B CF0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 100010111 由真值表可以看出，在三个输入变量中，只要有两个或两个以上的输入变量为1，则输出函数F为1，否则为0，它表示了一种“少数服从多数”的逻辑关系。因此可以将该电路概括为：三变量多数表决器。 【例4-2】分析图4-3(a)所示电路，指出该电路的逻辑功能。 图4.1.2　例4.1.2电路 解(1) 写出函数表达式。 (2) 列真值表。 Ai Bi CiCi+1 Si0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 00 10 11 00 11 01 01 1表4.1.2　例4.1.2的真值表 (3) 分析功能。  由真值表可见，当三个输入变量Ai、Bi、Ci中有一个为1或三个同时为1时，输出Si=1，而当三个变量中有两个或两个以上同时为1时，输出Ci+1=1，它正好实现了Ai、Bi、Ci三个一位二进制数的加法运算功能，这种电路称为一位全加器。其中，Ai、Bi分别为两个一位二进制数相加的被加数、加数， Ci为低位向本位的进位，Si为本位和，Ci+1是本位向高位的进位。一位全加器的符号如图4.1.2(b)所示。 如果不考虑低位来的进位，即Ci=0，则这样的电路称为半加器，其真值表和逻辑电路分别如表4.1.3和图4.1.3所示。 表4.1.3 半加器真值表 Ai BiCi+1 Si0 00 11 01 10 00 10 11 0图4.1.3 半加器 4.2 组合逻辑电路的设计 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：  (1) 所用的逻辑器件数目最少，器件的种类最少，且器件之间的连线最简单。这样的电路称“最小化”电路。 (2) 满足速度要求，应使级数尽量少，以减少门电路的延迟。  (3) 功耗小，工作稳定可靠。 上述“最佳化”是从满足工程实际需要提出的。显然，“最小化”电路不一定是“最佳化”电路，必须从经济指标和速度、 功耗等多个指标综合考虑，才能设计出最佳电路。  组合逻辑电路可以采用小规模集成电路实现，也可以采用中规模集成电路器件或存储器、可编程逻辑器件来实现。 虽然采用中、大规模集成电路设计时，其最佳含义及设计方法都有所不同，但采用传统的设计方法仍是数字电路设计的基础。因此下面先介绍采用设计的实例。 组合逻辑电路的设计一般可按以下步骤进行：  ① 逻辑抽象。将文字描述的逻辑命题转换成真值表叫逻辑抽象，首先要分析逻辑命题，确定输入、 输出变量；然后用二值逻辑的0、1两种状态分别对输入、输出变量进行逻辑赋值，即确定0、1 的具体含义；最后根据输出与输入之间的逻辑关系列出真值表。  ② 选择器件类型。根据命题的要求和器件的功能及其资源情况决定采用哪种器件。例如，当选用MSI组合逻辑器件设计电路时，对于多输出函数来说，通常选用译码器实现电路较方便，而对单输出函数来说，则选用数据选择器实现电路较方便。  ③ 根据真值表和选用逻辑