Chap3 组合逻辑电路的分析与设计

A B C
A B C 0 0 0 0 0 1
=1
Z
=1
Z A B L Z C ( A B) C A B C
2) 列真值表 3) 分析
L
Z A B
0 0
L Z C
0 1
0
0 1
1
1 0
0
1 0
1
1 1
1
0 1
三位二进制数的 奇偶效验，奇数个1， 输出为1。
Chap3 组合逻辑电路的分析与设计
组合逻辑电路的定义: 在任何时刻，输出状态只 决定于同一时刻各输入状态的组合，而与先前状态无 关的电路。 A1 A2 ••• An 组合逻揖电路 L1 L2 ••• Lm
Li = f (A1,A2,·,An) ( i = 1,2, ·,m) · · · ·
组合逻辑电路特点:
1) 输出与输入之间无反馈延迟通路; 2) 电路中不含记忆单元。
3.1 组合逻辑电路分析
目的 : 确定已知电路的逻辑功能 分析步骤
1)
2) 3) 4)
由逻辑图写出输出端的逻辑表达式;
化简; 列真值表; 根据对真值表和逻辑表达式分析，确定逻辑功能。
例. 如图电路，分析其功能 解答: 1) 逻辑表达式
Y0 Cg0 C b0 C ( X 1 X 0 ) C ( X 3 X 2 X 1 X 0 ) X 0 [CX1 C ( X 3 X 2 X 1)] X 0 {CX1 C [C ( X 3 X 2 X 1 ) C ( X 2 X 1 )]} X 0 [CX1 C Y1 ] X 0 (CX1 C Y1 )
C=0
b1 X 3 X 2 X 1 X 3 X 2 X 1 X 3 X 2 X 1 X 3 X 2 X 1 X 3 X 2 X 1 ( X 3 X 2 ) X 1 X 3 X 2 X 1
b0 X 3 X 2 X 1 X 0
3)根据卡诺图写出逻辑表达式
解答:
1) 根据题意列真值表
2) 写出逻ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ表式
输 入 I0 I1
真值表
输 出 I2 L0 L1 L2
L0 I 0
L1 I 0 I1
L2 I 0 I1 I 2
0
1 0 0
0
x 1 0
0
x x 1
0
1 0 0
0
0 1 0
0
0 0 1
3) 根据要求变为与非形式
L0 I 0
4) 画逻辑图
AB AB
从输入到输出逐级写出.
S A AB B AB A AB B AB AB A B A B
C AB
2)作真值表
真值表 3) 功能分析 半加器: S为和，C为进位
A B S C
0
0 1 1
0
1 0 1
0
1 1 0
0
0 0 1
电路仿真
1)用于仿真的电路图
1
1 1
0
1 1
1
0 1
1
0 0
0
0 1
基于Protel 99se 的计算机仿真电路
脉冲源参数设定
Va参数设定
Vb参数设定
Vc参数设定
电路仿真波形
从中得: 可通过波形波图表示逻揖关系
观察红图中的现象，是否与预想一致?为什么?
例.分析如图逻辑电路功能
A AB
AB
B AB
解答
1) 写出逻辑表达式
L1 I 0 I1
L2 I 0 I1 I 2
例3.4.2
设计一个可逆的四位码变换器。在控制信号
C=1时，将8421码转为格雷码;C=0时，将格雷码转为8421码。 解答
对应的组合逻辑电路可用如下框图表示
当C=0，输入为8421码，输出为格雷码,gi
当C=1，输入为格雷码，输出为8421码,bi
信号从输入经不同通路传输到输出级的时间不同。由
此，可能会使逻辑电路产生错误输出。这种现象称为 竞争冒险。
产生竞争冒险的原因
典型电路
工作波形
两个信号到达与门的 时刻不同，称竞争
电路中存在反相器产 生的互补信号，且在互补 的信号发生变化时可能出 现冒险现象 不该出现的干扰脉冲—冒险
Protel 99se 的Pspice对电路仿真验证
2)仿真激励源设置
Va参数设定
Vb参数设定
电路仿真波形
3.2 组合逻辑电路设计
• 组合逻辑电路设计与分析过程相反。
•
1) 2) 3)
组合逻辑电路设计步骤
根据电路对逻辑功能的要求，列真值表; 化简(通常用卡诺图)，得出最简逻辑表达式; 按要求变换表达式，从而画出逻辑图。
例3.2.1. 用与非门与反相器，设计一个3输入(I0、 I1、I2) 、 3输出(L0、L1、L2)的信号排队电路。功能是: 1) I0=1,则有 L0=1,L1=L2=0; 2) I0=0、I1=1,则有L0=L2=0,L1=1; 3) I0=I1=0、 I2=1, 则有L0=L1=0,L2=1; 4) 输入均为0，则输出均为0。
4) 根据逻辑表达式画逻辑图
Protel 99se 的Pspice对电路仿真验证
a) 用于仿真的电路图
b) 激励源参数设定
X0设定
X1设定
X2设定
X3设定
C设定
c) 仿真波形图
仿真波形图( C=1)
仿真波形图( C=0 )
3.3 组合逻辑电路中的竞争冒险
• 竞争冒险的概念
从信号的输入到稳定输出的过程中，不同通路上 门的级数不同，或者门电路平均延迟时间的差异，使
Y3 Cg3 C b3 CX 3 C X 3 X 3
Y2 Cg 2 C b2 C ( X 3 X 2 ) C ( X 3 X 2 ) X3 X2
Y1 Cg1 C b1 C ( X 2 X 1 ) C ( X 3 X 2 X 1 ) C ( X 2 X 1 ) C (Y2 X 1 ) (CX 2 C Y2 ) X 1 X 1 (CX 2 C Y 2 )
a) 仿真电路
b) 仿真结果
消除竞争冒险的方法
1) 发现并消掉互补变量
目的是不出现
2) 增加乘积项
A A
目的是封锁窄脉冲传递到输出端
3) 输出端并联电容器 用电容吸收输出端的窄脉冲
本章到此结束
作业: 3.3.7
3.4.3
3.4.5
3.4.7
CD AB 00 00
01
11
10
BC A 00 01 11 10
01
11 10
0
1
格雷码
2)分别画出C=1和C=0时的卡诺图
C=1
g3 X 3
g2 X 3 X 2 X 3 X 2 X 3 X 2
C=1
g1 X 2 X 1 X 2 X 1 X 2 X 1
g0 X1 X 0 X1 X 0 X1 X 0
C=0
b3 X 3
b2 X 3 X 2 X 3 X 2 X 3 X 2
1) 根据要求列真值表
X3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
真值表
输 X2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 入 X1 X0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 g3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 输 出 ( Yi =gi+bi ) g2 g1 g0 b3 b2 b1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 b0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0