《数字逻辑与EDA设计》课件_第2章.ppt

第2章组合逻辑电路

2.1概述

2.2组合逻辑电路的分析

2.3常用的组合逻辑电路

2.4组合逻辑电路的设计

2.5组合逻辑电路的时序分析

根据电路及逻辑功能特点的不同，数字逻辑电路分为两

大类，一类叫做组合逻辑电路(简称组合电路)，另一类叫做

时序逻辑电路(简称时序电路)。

本章首先介绍组合逻辑电路的特点及分析方法，并对一

些常用的组合逻辑电路进行分析；然后介绍一些简单组合逻

辑电路的设计方法；最后对组合电路的时序进行分析。

2.1概述

1．组合逻辑电路的特点

组合逻辑电路的结构示意图如图2-1所示。图中，I0、

I1、…、In-1是输入逻辑变量，Y0、Y1、…、Ym-1是输出逻辑

变量。输出变量与输入变量的逻辑关系可以用一组逻辑函数

表示：

Y0F0(I0,I1,,In1)

Y1F1(I0,I1,,In1)



Ym1Fm1(I0,I1,,In1)

图2-1组合逻辑电路结构示意图

组合电路是由各种逻辑门构成的。在图2-1所示的框图

中，n个来自外部的输入信号，经过各种逻辑门进行信息处

理，转换成了需要的输出信息，送到输出端。每一个输入或

输出信号都是用高、低电平表示的二进制数据1或0。对于有

n个输入变量的组合电路，一共有2n种输入组合，每一种输

入组合仅有一种可能的输出值与其相对应。

(1)逻辑功能上的特点。组合电路在逻辑功能上的特点

是：任意时刻的电路输出，仅取决于该时刻各个输入变量的

取值，与电路原来的工作状态无关。

凡是符合以上特点的数字电路都是组合逻辑电路，这也

是组合逻辑电路的定义。

显然，第1章中所介绍的逻辑函数均属于组合逻辑函数。

(2)电路结构上的特点。组合电路在电路结构上的特点

是：电路中输出到输入之间无反馈连接；电路由逻辑门电路

组成，不包含任何可以存储信息的具有记忆功能的逻辑元

器件。

2．组合逻辑电路逻辑功能的表示方法

在第1章中已经介绍了逻辑函数功能的表示方法。显然，

描述组合逻辑电路的逻辑功能，同样有如下几种方法。

(1)逻辑表达式。逻辑表达式是指用与、或、非等逻辑

运算符表示组合逻辑电路中各输入、输出信号之间的逻辑关

系的代数式子。其书写简洁，可以方便地进行运算及表达式

的变换，并可较容易地将逻辑关系转换成真值表或卡诺图，

通过逻辑表达式还可直接画出电路的逻辑图。

(2)真值表。真值表将组合逻辑电路中输入信号的各种

取值与对应的输出信号值通过表格的形式一一列出，直观地

反映出了输入信号与输出信号之间的对应关系，有利于分析

组合逻辑电路的功能。真值表可以直接转换成卡诺图及逻辑

表达式(标准与或式)。真值表的主要缺点在于当输入信号数

量较多时，列真值表会变得非常繁琐。

(3)卡诺图。卡诺图是逻辑函数中的最小项方格图。在

卡诺图中，每一个方格都对应一种输入信号的取值组合，方

格内的值为输出信号值。卡诺图用于逻辑表达式的化简。但

卡诺图只适合于输入信号较少的组合逻辑电路，当输入信号

数量大于6时，不能使用卡诺图进行表达式化简。

(4)逻辑图。逻辑图与实际电路最为接近，在进行组合

逻辑电路的设计时，需要先画出逻辑图，然后再转化为实际

电路图。逻辑图与逻辑表达式之间可以相互转换。

2.2组合逻辑电路的分析

对于给定的组合逻辑电路，找出其输出与输入之间的

逻辑关系的过程称为组合电路的分析。

2.2.1组合逻辑电路的分析方法

1．分析的目的

逻辑电路分析的目的在于：

(1)确定电路的功能。

(2)在设计完成后，确定输入变量在不同取值下，功能

是否能够满足设计要求。

(3)变换逻辑表达式，以便用不同的电路结构实现同一

逻辑功能要求，或者得到最简的逻辑表达式以便简化电路。

(4)把表达式转换成标准形式，以便用中、大规模集成

电路实现。

(5)获得表示其功能的逻辑描述，以便在分析更大的包

含此电路的逻辑系统时能利用此电路的逻辑描述。

2．分析方法

组合逻辑电路的分析步骤如下。

(1)根据给定的逻辑电路，写出输出函数的逻辑表达式。

(2)进行表达式的变换及化简。直接利用公式或定理对

表达式进行变换，也可通过卡诺图的方法进行化简。

(3)根据表达式列出真值表。真值表能直接反映出输入

变量的取值和输出结果之间的逻辑关系，它直观地描述了电

路的逻辑功能。

(4)对给定电路的功能进行逻辑描