课题十 门电路和组合逻辑电路
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门电路和组合逻辑电路
逻辑状态表 表示方法 逻辑式 逻辑图 卡诺图 下面举例说明这四种表示方法。 例：有一T形走廊，在相会处有一路灯，在进入走廊 的A、B、C三地各有控制开关，都能独立进行控制。 任意闭合一个开关，灯亮；任意闭合两个开关，灯灭； 三个开关同时闭合，灯亮。设A、B、C代表三个开关 （输入变量）；Y代表灯（输出变量）。
第7章 门电路和组合逻辑电路
7.1 脉冲信号
1. 模拟信号
电子电路中的信号
模拟信号
数字信号
模拟信号：随时间连续变化的信号 正弦波信号
t
三角波信号
t
处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流 电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出 信号间的大小及相位关系。 在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大 区。 2. 脉冲信号 是一种跃变信号，并且持续时间短暂。 尖顶波
2.逻辑式
用“与”“或”“非”等运算来表达逻辑函数的表 达式。 (1)由逻辑状态表写出逻辑式 取 Y=“1”( 或Y=“0” ) 列逻辑式 取 Y = “1” 对应于Y=1，若输入变量为“1”，则取输入变 量本身(如 A )；若输入变量为“0”则取其反变 量。
3. 逻辑图
A
&
Y A B C A BC AB C ABC
B
0 0 1 1 0 0 1 1
C
0 1 0 1 0 1 0 1
Y
1 0 0 0 0 0 0 0
“或”门
“非”门
≥1
A B C
Y
“或非”门 逻辑表达式： Y=A+B+C
有“1”出“0”，全“0”出“1”
例：根据输入波形画出输出波形
A B A B Y1 Y2
&
A Y1 B
第7章 门电路和组合逻辑电路
7.1 脉冲信号
1. 模拟信号
电子电路中的信号
模拟信号
数字信号
模拟信号：随时间连续变化的信号 正弦波信号
t
三角波信号
t
处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流 电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出 信号间的大小及相位关系。 在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大 区。 2. 脉冲信号 是一种跃变信号，并且持续时间短暂。 尖顶波
2.逻辑式
用“与”“或”“非”等运算来表达逻辑函数的表 达式。 (1)由逻辑状态表写出逻辑式 取 Y=“1”( 或Y=“0” ) 列逻辑式 取 Y = “1” 对应于Y=1，若输入变量为“1”，则取输入变 量本身(如 A )；若输入变量为“0”则取其反变 量。
3. 逻辑图
A
&
Y A B C A BC AB C ABC
B
0 0 1 1 0 0 1 1
C
0 1 0 1 0 1 0 1
Y
1 0 0 0 0 0 0 0
“或”门
“非”门
≥1
A B C
Y
“或非”门 逻辑表达式： Y=A+B+C
有“1”出“0”，全“0”出“1”
例：根据输入波形画出输出波形
A B A B Y1 Y2
&
A Y1 B
电路-门电路和组合逻辑电路
03
门电路的特性
门电路具有输入和输出两个端子，输入信号通过内部逻辑运算得到输出
信号。门电路的特性包括逻辑功能、输入电阻、输出电阻和扇入扇出能
力等。
组合逻辑电路设计
组合逻辑电路
组合逻辑电路由门电路组成，用于实现一组特定的逻辑功能。常见 的组合逻辑电路有编码器、译码器、多路选择器等。
组合逻辑电路设计步骤
波形图分析法
总结词
通过观察信号波形的变化，分析电路的 输入输出关系和信号处理过程。
VS
详细描述
波形图分析法主要用于模拟电路的分析。 通过观察信号波形的形状、幅度、频率等 参数，分析电路对信号的处理过程，如放 大、滤波、调制等。同时，通过比较输入 输出信号的波形，可以理解电路的输入输 出关系和工作原理。
态图等描述电路功能的工具。
04
电路设计方法
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
门电路设计
01
门电路
门电路是数字电路的基本单元，用于实现逻辑运算。常见的门电路有与
门、或门、非门等。
02
门电路设计步骤
根据逻辑需求，选择合适的门电路类型，确定输入和输出信号，然后根
据逻辑关系连接门电路。
逻辑关系
每种类型的门电路都有特定的逻辑关系，例如与门在所有输入为 高电平时输出为高电平，否则输出为低电平。
门电路的应用
01
基本逻辑运算
门电路是实现基本逻辑运算的电 子元件，广泛应用于数字电路和 计算机中。
控制电路
02
03
信号转换
门电路可以用于控制其他电路的 工作状态，实现复杂的控制逻辑。
门电路可以将模拟信号转换为数 字信号，或者将数字信号转换为 模拟信号。
门电路设计组合逻辑电路的方法
门电路设计组合逻辑电路的方法门电路是数字电路中最基础的电路之一，它由若干个逻辑门组成，用于实现各种逻辑功能。
组合逻辑电路是由多个门电路按照一定的规则连接而成的电路，它的输出仅取决于当前输入的状态，与之前的输入状态无关。
在本文中，将介绍一种常用的方法来设计组合逻辑电路。
在设计组合逻辑电路之前，首先需要明确电路的功能需求，即确定电路的输入和输出信号的关系。
然后，根据这个关系，可以使用逻辑门来实现所需的功能。
常用的逻辑门有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）等。
其中，与门将两个输入信号都为1时输出为1，否则输出为0；或门则是两个输入信号中有一个为1时输出为1，否则输出为0；非门是对输入信号取反；异或门是两个输入信号相同时输出为0，不同时输出为1。
在设计组合逻辑电路时，可以将问题分解为几个较小的子问题，然后分别设计解决。
例如，要设计一个加法器电路，可以将它分解为一个半加器和多个全加器的组合。
半加器用于计算两个输入位的和与进位，而全加器则可以将多个半加器连接起来，实现多位数的加法运算。
在具体设计电路时，可以使用逻辑图来表示电路的结构和信号的传输。
逻辑图使用逻辑门和线连接来表示电路中的元件和信号传输路径。
在逻辑图中，每个逻辑门都有一个标识符，用于表示该门的类型，例如AND、OR等。
线则表示信号的传输路径，可以用直线或弯曲的线段表示。
在设计组合逻辑电路时，还需要考虑电路的延迟和时序问题。
电路的延迟是指输入信号改变后，输出信号发生变化所需要的时间。
时序问题则是指在电路中的不同部分之间有一定的时间差，可能导致错误的结果。
为了解决这些问题，可以使用触发器和时钟信号来同步电路的运行。
总结起来，设计组合逻辑电路的方法包括确定功能需求、选择适当的逻辑门、使用逻辑图表示电路、解决延迟和时序问题等。
通过合理的设计和组合，可以实现各种复杂的逻辑功能。
这种方法不仅适用于门电路，也可以应用于其他类型的数字电路设计。
第10章门电路和组合逻辑电路
× 1 × × × × × 0 1 1
× 1 × × × × 0 1 1 1
× 1 × × × 0 1 1 1 1
× 1 × × 0 1 1 1 1 1
× 1 × 0 1 1 1 1 1 1
× 1 0 1 1 1 1 1 1 1
1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
1 1 0 0 1 1 0 0 1 1
第10章 门电路和组合逻辑电路
1．三位二进制(8线－3线)编码器
集成8线-3线优先编码器74LS148的外引脚图， 如图10.20所示。
16
15
14 YEX
13
I3
12 I2
11 I1
10
I0
9
Y0
+VCC YS
74LS148
I4 1 I5 2 I6 3 I7 4 S 5 Y2 6 Y1 7 GND 8
1 1 0 1 0 1 0 1 0 1
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 1 1 1 1 1 1 1 1
第10章 门电路和组合逻辑电路
2. 二－十进制（10线－4线）编码器
二－十进制编码 器是 将十进制的十个数码0、1、 2、3、4、5、6、7、8、9编 成二进制代码的电路。输入 0~9十个数码，输出对应的 二进制代码，因2n≥10， n 常取4，故输出为四位二进 制代码。这种二进制代码又 称二－十进制代码，简称 BCD码。集成10线－4线先编 码器为74LS147实现了这种 编码，引脚图和逻辑符号如 图10-21a、b所示。
&
Y
图10-2 ―与”门电路
第10章 门电路和组合逻辑电路
―与”逻辑关系又称为逻辑乘，其表达式为 Y=A· =AB B ―与”逻辑真值表
电工学概论之门电路和组合逻辑电路
第13章 门电路和组合逻辑电路
数字电路按照功能的不同分为两类： 组合逻辑电路；时序逻辑电路。
第 13 章 门电路和组合逻辑电路
第 14 章 触发器和时序逻辑电路
第13章 门电路和组合逻辑电路
数字电路按照功能的不同分为两类：组合逻辑电路； 时序逻辑电路。
组合逻辑电路的特点：只由逻辑门电路组成，它的输 出变量状态完全由当时的输入变量的组合状态来决定，而 与电路的原来状态无关，它不具有记忆功能。
第13章 门电路和组合逻辑电路
13.1 基本门电路及其组合
13.1.1 逻辑门电路的基本概念 门电路：实现各种逻辑关系的电路。
分析逻辑电路时只用两种 相反的工作状态，并用 1 或 0 表示。如开关接通用 1 表示， 开关断开用 0 表示。灯亮可用 1 表示，灯灭可用 0 表示。
正逻辑系统：高电位用 1 表示，低电位用 0 表示。
已知组合逻辑电路图，确定它们的逻辑功能。 分析步骤： (1)根据逻辑图，写出逻辑函数表达式 (2)对逻辑函数表达式化简或变换 (3)根据最简表达式列出状态表
(4)由状态表确定逻辑电路的功能
第13章 门电路和组合逻辑电路
[例 2] 分析下图逻辑电路的功能。
& AAB
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA B
& AB
&Y
&
B AB
Y AABB AB AAB B AB
Ai Bi
Si 全加器
Ci-1
CI CO Ci 逻辑符号
Ci-1：来自低位的进位 Ci：向高位的进位
A( A B) B( A B) AB AB AB
功能：当 A、B 取值不相同时， 输出为 1，是异或门。
A =1
B
数字电路按照功能的不同分为两类： 组合逻辑电路；时序逻辑电路。
第 13 章 门电路和组合逻辑电路
第 14 章 触发器和时序逻辑电路
第13章 门电路和组合逻辑电路
数字电路按照功能的不同分为两类：组合逻辑电路； 时序逻辑电路。
组合逻辑电路的特点：只由逻辑门电路组成，它的输 出变量状态完全由当时的输入变量的组合状态来决定，而 与电路的原来状态无关，它不具有记忆功能。
第13章 门电路和组合逻辑电路
13.1 基本门电路及其组合
13.1.1 逻辑门电路的基本概念 门电路：实现各种逻辑关系的电路。
分析逻辑电路时只用两种 相反的工作状态，并用 1 或 0 表示。如开关接通用 1 表示， 开关断开用 0 表示。灯亮可用 1 表示，灯灭可用 0 表示。
正逻辑系统：高电位用 1 表示，低电位用 0 表示。
已知组合逻辑电路图，确定它们的逻辑功能。 分析步骤： (1)根据逻辑图，写出逻辑函数表达式 (2)对逻辑函数表达式化简或变换 (3)根据最简表达式列出状态表
(4)由状态表确定逻辑电路的功能
第13章 门电路和组合逻辑电路
[例 2] 分析下图逻辑电路的功能。
& AAB
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA B
& AB
&Y
&
B AB
Y AABB AB AAB B AB
Ai Bi
Si 全加器
Ci-1
CI CO Ci 逻辑符号
Ci-1：来自低位的进位 Ci：向高位的进位
A( A B) B( A B) AB AB AB
功能：当 A、B 取值不相同时， 输出为 1，是异或门。
A =1
B
门电路和组合逻辑电路
D
E ui I
R
(a)
S
E
I
R
(b)
§5.2 半导体二极管和三极管的开关特性
5.2.1 半导体二极管的开关作用
二极管的单向导电性，即外加正向电压时二极管导 通，外加反向电压时二极管截止。——相当于一个 受外加电压极性控制的开关。
D
E ui I
R
S
E
I
R
5.2.2 晶体管的开关作用
IC IB
RB EB
Vcc= + 5v
⑶CD段:当1.3v<Vi<1.4v时， Vb1=2.1v，使T2和T5管均 趋于饱和导通，T4 管截止， 所以Vo急剧下降为低电平， Vo=VoL=0.1v，故称CD段
R2
R1
1.6kΩ
4kΩ VC2
1
1
1V
2.1V
3
A
(VI)
T1
31
1.4V
T22
>1.4V
Ve2
1
为转折区。 VO
+UCC
RC
＋
T UCE
－
1、放大状态
4 UCC 3 RC
2
1
IC(mA )
100A
80A
60A
40A
Q 20A
IB=0
3
6
9 12 UCC
UCE(V)
发射结正偏，集电结反偏。
IC βI B
5.2.2 半导体三极管的开关特性
IC IB
RB EB
+UCC
RC
＋
T UCE
－
2、饱和状态
4 UCC 3 RC
3V A 0V B
门电路及组合逻辑电路
6
0110 1001 0101 1100
7
0111 1010 0100 1101
8
1000 1011 1100 1110
9
1001 1100 1101 1111
权 8421
2421
5421 码
0000 0001 0010 0011 0100 1000 1001 1010 1011 1100 5421
二、复合逻辑运算
1．与非 —— 由与运算 和 非运算组合而 成。
2．或非 —— 由或运算和 非运算组合 而成。
“与非”真值
表 输入
输出
A
B
L
A
0
0
1
0
1
1
B
1
0
1
1
1
0
& L=A·B
“或非”真值Leabharlann 表 输入输出A
B
L
A
≥1
0
0
1
0
1
0
B
1
0
0
1
1
0
L=A+B
3、与或非门 由与门、或门和非门构成与或非门。
逻辑与（逻辑乘）的运算规则为：
+VCC （ +5V）
L=AB
R
D1
3kΩ
000 010 100 111 A
L
D2
与门的输入端可以有多个。下图为一 B
个三输入与门电路的输入信号A、B、
与门电路
C和输出信号F的波形图。
A B C F
2．或运算
A
B
V
L
A
≥1
L=A+B
B
门电路和组合逻辑电路
第９章门电路和组合逻辑电路数字电路一般可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。
组合逻辑电路的特点是输出逻辑状态完全由当前输入状态决定。
门电路是组合逻辑电路的基本逻辑本章除介绍门电路外，将对组合逻辑电路的分析和设计方法，译码器、编码器、多路选择器等常用集成电路予以介绍。
９．１分立元件门电路在数字电路中，所谓“门”就是指实现基本逻辑关系的电路。
最基本的逻辑门是与门、或门和非门。
用基本的门电路可以构成复杂的逻辑电路，完成任何逻辑运算功能，这些逻辑电路是构成计算机及其他数字系统的重要基础。
逻辑门可以用电阻、电容、二极管、三极管等分立元件构成，这种门称为分立元件门。
９．１．１基本逻辑门电路１．与门实现与逻辑运算的电路称为与门，如图９－１（ａ）所示。
图９－１（ｂ）所示为与门的逻辑符号。
与门的状态真值表见表９－１。
表９－１与门的真值表２．或门实现或逻辑运算的电路称为或门，如图９－２（ａ）所示。
图９－２（ｂ）所示为或门的逻辑符号。
或门的状态真值表见表９－２。
表９－２或门的真值表３．非门实现非逻辑运算的电路称为非门，如图９－３（ａ）所示。
图９－３（ｂ）所示为非门的逻辑符号。
图９－３三极管非门电路和逻辑符号９．１．２复合逻辑门将与、或、非三种基本逻辑门适当组合可形成几种基本的复合逻辑门，实现这些逻辑关系的集成电路是最基本的逻辑元件。
常见的复合门有：１．与非门与非门电路相当于一个与门和一个非门的组合，可完成以下逻辑表达式的运算其特点是：仅当所有的输入端是高电平时，输出端才是低电平；只要输入端有低电平，输出必为高电平。
或以“有０出１，全１出０”助记。
与非门用图９－４（ａ）所示的逻辑符号表示。
２．或非门或非门电路相当于一个或门和一个非门的组合，可完成以下逻辑表达式的运算其特点是：仅当所有的输入端是低电平时，输出端才是高电平。
只要输入端有高电平，输出必为低电平。
或以“有１出０，全０出１”助记。
或非门用图９－４（ｂ）所示的逻辑符号表示。
逻辑门电路及组合逻辑电路
一、组合电路的分析 组合电路的分析是根据给出的逻辑电路，从输入端开始逐
级推导出输出端的逻辑函数表达式，并依据该表达式，列出真 值表，从而确定该组合电路的逻辑功能。其分析步骤如下：
① 由逻辑图写出各门电路输出端的逻辑表达式；
②化简和变换各逻辑表达式； ③列写逻辑真值表； ④根据真值表和逻辑表达式，确定该电路的功能。
A ≥1
F B
或门
A
或门的波形为：
B
F
第3页/共39页
F 0 有1出1
全0出0
1
1
1
第八章 逻辑门电路及组合逻辑电路 8.1 逻辑代数及逻辑门电路
3.非运算、非逻辑、非门
真值表
A
F
有0出1
0
1 有1出0
逻辑关系：决定事件的条件满足，事 件不会发生；条件不满足时，事件才 发生。这就是非逻辑。
10
非逻辑的逻辑表达式为：F=A
真值表（除与或非运算外）
互为非 逻辑关系
逻辑变量 与非逻辑 或非逻辑 异或逻辑 同或逻辑
AB 00 01 10 11
逻辑门符号：
AB
A+B
A B A• B
1
1
0
1
1
Hale Waihona Puke 0101
0
1
0
0
0
0
1
A
=1
F
B
第5页/共39页
第八章 逻辑门电路及组合逻辑电路 8.1 逻辑代数及逻辑门电路
异或的逻辑式
Y=AB+AB 两个变量取相同值时，输出为0；取不同值时，输出为1
逻辑关系：决定事件的 全部条件都满足时，事 件才发生。这就是与逻 辑。
级推导出输出端的逻辑函数表达式，并依据该表达式，列出真 值表，从而确定该组合电路的逻辑功能。其分析步骤如下：
① 由逻辑图写出各门电路输出端的逻辑表达式；
②化简和变换各逻辑表达式； ③列写逻辑真值表； ④根据真值表和逻辑表达式，确定该电路的功能。
A ≥1
F B
或门
A
或门的波形为：
B
F
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F 0 有1出1
全0出0
1
1
1
第八章 逻辑门电路及组合逻辑电路 8.1 逻辑代数及逻辑门电路
3.非运算、非逻辑、非门
真值表
A
F
有0出1
0
1 有1出0
逻辑关系：决定事件的条件满足，事 件不会发生；条件不满足时，事件才 发生。这就是非逻辑。
10
非逻辑的逻辑表达式为：F=A
真值表（除与或非运算外）
互为非 逻辑关系
逻辑变量 与非逻辑 或非逻辑 异或逻辑 同或逻辑
AB 00 01 10 11
逻辑门符号：
AB
A+B
A B A• B
1
1
0
1
1
Hale Waihona Puke 0101
0
1
0
0
0
0
1
A
=1
F
B
第5页/共39页
第八章 逻辑门电路及组合逻辑电路 8.1 逻辑代数及逻辑门电路
异或的逻辑式
Y=AB+AB 两个变量取相同值时，输出为0；取不同值时，输出为1
逻辑关系：决定事件的 全部条件都满足时，事 件才发生。这就是与逻 辑。
电工技术下教学课件第20章门电路和组合逻辑电路
CATALOGUE
相关问题与解答
常见问题解析
01
问题1
什么是门电路？
02
03
04
总结词
门电路是数字逻辑电路的基本 单元，用于实现基本的逻辑运
算。
问题2
组合逻辑电路的特点是什么？
总结词
组合逻辑电路由门电路组成， 其输出仅与输入信号的当前状
态有关，与时间无关。
疑难问题解析
问题1
如何解决门电路中的竞争冒险现象？
在电路设计中的应用。
组合逻辑电路实验
组合逻辑电路实验目的
通过实验掌握组合逻辑电路的设计方 法、工作原理和特性，了解实际应用 中的组合逻辑电路。
组合逻辑电路实验设备
组合逻辑电路实验箱、示波器、信号 发生器、万用表等。
组合逻辑电路实验步骤
设计组合逻辑电路，搭建电路，测试 输入输出信号，观察逻辑功能，验证 电路的特性。
组合逻辑电路实验结果分析
分析实验数据，总结组合逻辑电路的 工作原理和特性，理解其在电路设计 中的应用。
实验注意事项与操作技巧
安全注意事项
确保实验设备和人身安全，遵守 实验室规定，避免触电和设备损 坏。
实验操作技巧
正确使用实验设备，掌握基本测 量方法，合理设计实验步骤，提 高实验效率和准确性。
05
03
CATALOGUE
实际应用
门电路在电路中的应用
基本逻辑门
与门、或门、非门等在电路中用于实现基本的逻辑运算，如AND 、OR、NOT等。
复合逻辑门
与非门、或非门、异或门等用于实现更复杂的逻辑运算。
门电路在数字电路中的应用
数字电路中的逻辑门用于实现各种数字逻辑功能，如计数器、寄存 器、译码器等。
相关问题与解答
常见问题解析
01
问题1
什么是门电路？
02
03
04
总结词
门电路是数字逻辑电路的基本 单元，用于实现基本的逻辑运
算。
问题2
组合逻辑电路的特点是什么？
总结词
组合逻辑电路由门电路组成， 其输出仅与输入信号的当前状
态有关，与时间无关。
疑难问题解析
问题1
如何解决门电路中的竞争冒险现象？
在电路设计中的应用。
组合逻辑电路实验
组合逻辑电路实验目的
通过实验掌握组合逻辑电路的设计方 法、工作原理和特性，了解实际应用 中的组合逻辑电路。
组合逻辑电路实验设备
组合逻辑电路实验箱、示波器、信号 发生器、万用表等。
组合逻辑电路实验步骤
设计组合逻辑电路，搭建电路，测试 输入输出信号，观察逻辑功能，验证 电路的特性。
组合逻辑电路实验结果分析
分析实验数据，总结组合逻辑电路的 工作原理和特性，理解其在电路设计 中的应用。
实验注意事项与操作技巧
安全注意事项
确保实验设备和人身安全，遵守 实验室规定，避免触电和设备损 坏。
实验操作技巧
正确使用实验设备，掌握基本测 量方法，合理设计实验步骤，提 高实验效率和准确性。
05
03
CATALOGUE
实际应用
门电路在电路中的应用
基本逻辑门
与门、或门、非门等在电路中用于实现基本的逻辑运算，如AND 、OR、NOT等。
复合逻辑门
与非门、或非门、异或门等用于实现更复杂的逻辑运算。
门电路在数字电路中的应用
数字电路中的逻辑门用于实现各种数字逻辑功能，如计数器、寄存 器、译码器等。
门电路和组合逻辑电路
(1) 根据逻辑要求列状态表
首先假设逻辑变量、逻辑函数取“0”、“1”的 含义。
设：A、B、C分别表示三个车间的开工状态：
开工为“1”，不开工为“0”； G1和 G2运行为“1”，不运行为“0”。
(1) 根据逻辑要求列状态表 逻辑要求：如果一个车
间开工，只需G2运行即可 满足要求；如果两个车间 开工，只需G1运行，如果 三个车间同时开工，则G1 和 G2均需运行。
12. 3.1 加法器
二进制
十进制：0~9十个数码，“逢十进一”。 在数字电路中，为了把电路的两个状态 (“1”
态和“0”态)与数码对应起来，采用二进制。 二进制：0，1两个数码，“逢二进一”。
12. 3.1 加法器
加法器: 实现二进制加法运算的电路
如：
00 0 1
+ 00 1 1
进位
11
01 0 0
输入
X1
X2
组合逻辑电路
Xn
组合逻辑电路框图
...
Y1
Y2 输出
Yn
12. 2. 1 组合逻辑电路的分析
已知逻辑电路 确定 逻辑功能
分析步骤：
(1) 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式 (2) 运用逻辑代数化简或变换 (3) 列逻辑状态表 (4) 分析逻辑功能
例 1：分析下图的逻辑功能
. . & Y2 A A B
2. 或门电路
逻辑表达式： Y=A+B+C
(3) 逻辑关系：“或”逻辑
即：有“1”出“1”， 全“0”出“0”
逻辑符号：
A B C
>1
Y
“或” 门逻辑状态表
A B CY
00 00 01 01 10 10 11 11
首先假设逻辑变量、逻辑函数取“0”、“1”的 含义。
设：A、B、C分别表示三个车间的开工状态：
开工为“1”，不开工为“0”； G1和 G2运行为“1”，不运行为“0”。
(1) 根据逻辑要求列状态表 逻辑要求：如果一个车
间开工，只需G2运行即可 满足要求；如果两个车间 开工，只需G1运行，如果 三个车间同时开工，则G1 和 G2均需运行。
12. 3.1 加法器
二进制
十进制：0~9十个数码，“逢十进一”。 在数字电路中，为了把电路的两个状态 (“1”
态和“0”态)与数码对应起来，采用二进制。 二进制：0，1两个数码，“逢二进一”。
12. 3.1 加法器
加法器: 实现二进制加法运算的电路
如：
00 0 1
+ 00 1 1
进位
11
01 0 0
输入
X1
X2
组合逻辑电路
Xn
组合逻辑电路框图
...
Y1
Y2 输出
Yn
12. 2. 1 组合逻辑电路的分析
已知逻辑电路 确定 逻辑功能
分析步骤：
(1) 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式 (2) 运用逻辑代数化简或变换 (3) 列逻辑状态表 (4) 分析逻辑功能
例 1：分析下图的逻辑功能
. . & Y2 A A B
2. 或门电路
逻辑表达式： Y=A+B+C
(3) 逻辑关系：“或”逻辑
即：有“1”出“1”， 全“0”出“0”
逻辑符号：
A B C
>1
Y
“或” 门逻辑状态表
A B CY
00 00 01 01 10 10 11 11
门电路及组合逻辑电路
课程导入
•电子线路中的信号可以分成模拟信号和数字信号两大类。在 交流放大器和直流放大器中，电信号是随时间连续变化的模 拟信号，处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。另一类电 信号是在时间和数值上都不连续的离散信号，这种信号称为 数字信号。处理数字信号的电路称为数字电路。数字电路的 输出信号与输入信号之间都有一定的逻辑关系，所以也把数 字电路称为逻辑电路。
单元十 门电路及组合逻辑电路
学习目标
•掌握基本逻辑门与、或、非以及由它们构成复合逻辑 门的逻辑功能和图形符号。 •理解逻辑代数的基本运算法则并能够对逻辑函数表达 式进行化简。 •掌握组合逻辑电路的设计步骤和设计方法。 •了解优先编码器、显示译码器和LED数字显示器的工 作原理。
门电路及组合逻辑电路
1.非逻辑关系
在电路中，只有在开关A不闭合时，灯F才会 亮。而在开关A闭合时，灯F则不会亮，即结果的 发生与条件处于相反的状态，符合这一规律的逻 辑关系称为非逻辑关系。
单元十 门电路及组合逻辑电路
2.非门逻辑电路 实现非逻辑关系的电子电路称为非门电路，简称非门。
图（b）是三极管开关电路，当输入为高电平时，输出为低电 平；当输入为低电平时，输出为高电平，所以输出与输入呈现 非逻辑关系。非门也称反相器，逻辑表达式为
（三）组合逻辑电路的设 计
（1）根据逻辑功能列出 真值表。 （2）由真值表写出 逻辑式。
（3）将逻辑式 化简。
（合逻辑电路
三、 编码器
在数字电路中，将信息变换成二进制代码的过程，称为 编码。实现编码功能的组合逻辑电路称为编码器。例如，计 算机键盘就是由编码器组成的，每按下一个键，编码器就将 该按键的含义（控制信息）转换成一个计算机能够识别的二 进制数，用它去控制机器的运行。
•电子线路中的信号可以分成模拟信号和数字信号两大类。在 交流放大器和直流放大器中，电信号是随时间连续变化的模 拟信号，处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。另一类电 信号是在时间和数值上都不连续的离散信号，这种信号称为 数字信号。处理数字信号的电路称为数字电路。数字电路的 输出信号与输入信号之间都有一定的逻辑关系，所以也把数 字电路称为逻辑电路。
单元十 门电路及组合逻辑电路
学习目标
•掌握基本逻辑门与、或、非以及由它们构成复合逻辑 门的逻辑功能和图形符号。 •理解逻辑代数的基本运算法则并能够对逻辑函数表达 式进行化简。 •掌握组合逻辑电路的设计步骤和设计方法。 •了解优先编码器、显示译码器和LED数字显示器的工 作原理。
门电路及组合逻辑电路
1.非逻辑关系
在电路中，只有在开关A不闭合时，灯F才会 亮。而在开关A闭合时，灯F则不会亮，即结果的 发生与条件处于相反的状态，符合这一规律的逻 辑关系称为非逻辑关系。
单元十 门电路及组合逻辑电路
2.非门逻辑电路 实现非逻辑关系的电子电路称为非门电路，简称非门。
图（b）是三极管开关电路，当输入为高电平时，输出为低电 平；当输入为低电平时，输出为高电平，所以输出与输入呈现 非逻辑关系。非门也称反相器，逻辑表达式为
（三）组合逻辑电路的设 计
（1）根据逻辑功能列出 真值表。 （2）由真值表写出 逻辑式。
（3）将逻辑式 化简。
（合逻辑电路
三、 编码器
在数字电路中，将信息变换成二进制代码的过程，称为 编码。实现编码功能的组合逻辑电路称为编码器。例如，计 算机键盘就是由编码器组成的，每按下一个键，编码器就将 该按键的含义（控制信息）转换成一个计算机能够识别的二 进制数，用它去控制机器的运行。
门电路及组合逻辑电路电子教案
门电路及组合逻辑电路电子教案第一章：数字电路基础1.1 数字电路简介了解数字电路的基本概念、特点和应用领域。
掌握数字电路的基本组成部分，如逻辑门、逻辑函数、逻辑代数等。
1.2 逻辑门介绍与门、或门、非门、异或门等基本逻辑门的特点和功能。
分析逻辑门真值表和布尔表达式之间的关系。
利用逻辑门实现简单的逻辑功能。
第二章：组合逻辑电路2.1 组合逻辑电路概述了解组合逻辑电路的定义、特点和分类。
掌握组合逻辑电路的输入输出关系。
2.2 常用组合逻辑电路介绍编码器、译码器、多路选择器、算术逻辑单元等常用组合逻辑电路的功能和应用。
分析组合逻辑电路的真值表、布尔表达式和逻辑图。
第三章：逻辑函数及其简化3.1 逻辑函数了解逻辑函数的定义、特点和表示方法。
掌握逻辑函数的代数运算规则，如与、或、非、异或等。
3.2 逻辑函数的简化介绍卡诺图、卡诺图的画法和简化方法。
掌握逻辑函数的卡诺图化简和最小项、最大项的表达式。
第四章：触发器及其应用4.1 触发器概述了解触发器的定义、特点和分类。
掌握触发器的基本工作原理和真值表。
4.2 常用触发器介绍SR触发器、JK触发器、T触发器、边沿触发器等常用触发器的功能和应用。
分析触发器的时序图和逻辑图。
第五章：时序逻辑电路5.1 时序逻辑电路概述了解时序逻辑电路的定义、特点和分类。
掌握时序逻辑电路的输入输出关系。
5.2 常用时序逻辑电路介绍计数器、寄存器、序列检测器等常用时序逻辑电路的功能和应用。
分析时序逻辑电路的状态转换图和逻辑图。
第六章：数字电路设计方法6.1 数字电路设计概述了解数字电路设计的目标和基本步骤。
掌握数字电路设计的方法和工具。
6.2 数字电路设计方法介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法。
掌握数字电路设计的模块化思想和层次化设计方法。
第七章：Verilog硬件描述语言7.1 Verilog语言概述了解Verilog语言的特点、优势和应用领域。
掌握Verilog语言的基本语法和数据类型。
门电路及组合逻辑电路
间歇故障
由元器件老化、温度变化等引起的时好时坏的故障。
瞬态故障
由电磁干扰、静电放电等引起的短暂性故障。
故障诊断方法和技术
直观检查法
通过直接观察电路元器 件、连接线等是否异常
来判断故障。
逻辑笔测试法
利用逻辑笔测试电路各 点的逻辑状态，通过对
比分析找出故障。
替换法
用好的元器件替换怀疑 有问题的元器件，观察
寄存器传输控制电路设计
寄存器选择电路设计
根据控制信号选择相应的寄存器进行数据传输。
数据传输控制电路设计
控制数据的输入、输出以及寄存器之间的数据 传输。
时序控制电路设计
产生时序信号，控制寄存器传输操作的时序关系。
06 故障诊断与可靠性考虑
常见故障类型及原因
永久故障
由元器件损坏、电路连接错误等引起的不可恢复的故障。
门电路及组合逻辑电路
contents
目录
• 门电路基本概念与原理 • 基本门电路分析与设计 • 组合逻辑电路分析方法 • 常见组合逻辑功能模块介绍 • 组合逻辑电路设计实例分析 • 故障诊断与可靠性考虑
01 门电路基本概念与原理
门电路定义及作用
门电路定义
门电路是数字逻辑电路的基本单元，用于实现基本的逻辑运算功能。
定期维护和检测
对电路进行定期维护和检测，及时发现并处 理潜在故障。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
通过求补码的方式实现二进制数的减法运算，同 样需要使用基本逻辑门电路。
乘法器设计
将乘法运算转换为加法和移位操作，通过组合逻 辑电路实现乘法功能。
比较器设计
等于比较器
比较两个输入信号是否相等，输出相应的电平信号。
由元器件老化、温度变化等引起的时好时坏的故障。
瞬态故障
由电磁干扰、静电放电等引起的短暂性故障。
故障诊断方法和技术
直观检查法
通过直接观察电路元器 件、连接线等是否异常
来判断故障。
逻辑笔测试法
利用逻辑笔测试电路各 点的逻辑状态，通过对
比分析找出故障。
替换法
用好的元器件替换怀疑 有问题的元器件，观察
寄存器传输控制电路设计
寄存器选择电路设计
根据控制信号选择相应的寄存器进行数据传输。
数据传输控制电路设计
控制数据的输入、输出以及寄存器之间的数据 传输。
时序控制电路设计
产生时序信号，控制寄存器传输操作的时序关系。
06 故障诊断与可靠性考虑
常见故障类型及原因
永久故障
由元器件损坏、电路连接错误等引起的不可恢复的故障。
门电路及组合逻辑电路
contents
目录
• 门电路基本概念与原理 • 基本门电路分析与设计 • 组合逻辑电路分析方法 • 常见组合逻辑功能模块介绍 • 组合逻辑电路设计实例分析 • 故障诊断与可靠性考虑
01 门电路基本概念与原理
门电路定义及作用
门电路定义
门电路是数字逻辑电路的基本单元，用于实现基本的逻辑运算功能。
定期维护和检测
对电路进行定期维护和检测，及时发现并处 理潜在故障。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
通过求补码的方式实现二进制数的减法运算，同 样需要使用基本逻辑门电路。
乘法器设计
将乘法运算转换为加法和移位操作，通过组合逻 辑电路实现乘法功能。
比较器设计
等于比较器
比较两个输入信号是否相等，输出相应的电平信号。
门电路和组合逻辑
基于加法器和移位寄存器实现 乘法运算，通常采用逐位相乘 和累加的方法。
除法器设计
通过比较被除数和除数的大小 ，逐步减去除数并计数，实现
除法运算。
代码转换电路设计
二进制与BCD码转换
01
将二进制数转换为BCD码（Binary-Coded Decimal），以便与
十进制数进行转换。
BCD码与七段数码管驱动电路
译码器（Decoder）
功能
将二进制代码转换为相应 的输出信号。
类型
包括2-4译码器、3-8译码 器等，可根据需要选择不 同规格的译码器。
应用
用于实现数据分配、地址译码 等操作，如计算机内存地址译 码、多路选择器控制等。
数据选择器/分配器（Mux/Demux）
功能
数据选择器（Mux）从多个输入 信号中选择一个输出，数据分配 器（Demux）将一个输入信号
应用
用于实现信号的检测、判 断和控制，如ADC中的电 压比较、控制系统中的信 号比较等。
Part
05
复杂组合逻辑电路设计实例分 析
算术运算电路设计
加法器设计
通过全加器实现二进制数的加 法运算，可级联扩展为多位加
法器。
减法器设计
利用补码表示法实现减法运算 ，同样可通过级联方式实现多 位减法。
乘法器设计
符号表示
传输门通常用一个箭头表 示数据传输方向，控制信 号用C表示，数据信号用 D表示。
工作原理
当控制信号C为高电平时 ，传输门导通，数据信号 D可以从输入端传输到输 出端；当控制信号C为低 电平时，传输门关断，数 据信号D无法传输。
应用场景
传输门在数字电路中具有 广泛的应用，如用于实现 多路选择器、多路分配器 等组合逻辑电路。
除法器设计
通过比较被除数和除数的大小 ，逐步减去除数并计数，实现
除法运算。
代码转换电路设计
二进制与BCD码转换
01
将二进制数转换为BCD码（Binary-Coded Decimal），以便与
十进制数进行转换。
BCD码与七段数码管驱动电路
译码器（Decoder）
功能
将二进制代码转换为相应 的输出信号。
类型
包括2-4译码器、3-8译码 器等，可根据需要选择不 同规格的译码器。
应用
用于实现数据分配、地址译码 等操作，如计算机内存地址译 码、多路选择器控制等。
数据选择器/分配器（Mux/Demux）
功能
数据选择器（Mux）从多个输入 信号中选择一个输出，数据分配 器（Demux）将一个输入信号
应用
用于实现信号的检测、判 断和控制，如ADC中的电 压比较、控制系统中的信 号比较等。
Part
05
复杂组合逻辑电路设计实例分 析
算术运算电路设计
加法器设计
通过全加器实现二进制数的加 法运算，可级联扩展为多位加
法器。
减法器设计
利用补码表示法实现减法运算 ，同样可通过级联方式实现多 位减法。
乘法器设计
符号表示
传输门通常用一个箭头表 示数据传输方向，控制信 号用C表示，数据信号用 D表示。
工作原理
当控制信号C为高电平时 ，传输门导通，数据信号 D可以从输入端传输到输 出端；当控制信号C为低 电平时，传输门关断，数 据信号D无法传输。
应用场景
传输门在数字电路中具有 广泛的应用，如用于实现 多路选择器、多路分配器 等组合逻辑电路。
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普通高等教育“十二五”规划教材
学习情境2 掌握门电路的基本 逻辑关系
一、基本逻辑门电路 在数字电路中，门电路是最基本的逻辑 元件，其应用极为广泛。所谓“门”就是一 种开关，在一定条件下它能允许信号通过， 条件不满足，信号就通不过。普通高等教育“Fra bibliotek二五”规划教材
门电路的输入信号和输出信号之间存在 一定的逻辑关系，所以，门电路又称为“逻 辑门电路”。基本逻辑门电路有“与”门、 “或”门和“非”门。
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我们把处理模拟信号的电子电路称为模 拟电路，如各类放大器、稳压电路等都属于 模拟电路。而把处理数字信号的电子电路称 为数字电路，如各类门电路、触发器、译码 器等都属于数字电路。
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二、数制与码制
在日常生活中，我们习惯采用十进制， 而数字电路中的基本工作信号是数字信号， 只能表示0和1两个基本数字。因此，在数字 系统中进行数字的运算和处理时，常用二进 制、八进制和十六进制等。
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2.工作原理 （1）输入信号不全为1。 （2）输入信号全为1。 （3）常用中小规模TTL门电路介绍。 74LS00为最常用四二输入与非门。图10-6给 出了74LS00的管脚。
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图10-6 74LS00管脚
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（一）数的表示方法 1.十进制数 十进制是以10为基数的计数体制，其进 位规则是“逢十进一”。十进制采用十个基 本数码：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9， 任何数值都可以用上述十个数码按一定规律 排列起来来表示。
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0～9十个数可以用一位基本数码表示，10 以上的数则要用两位以上的数码来表示，这样 每一位数码处于不同的位置时，它代表的数值 是不同的，即不同的数位有不同的位权。
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（二）不同数制之间的相互转换 1.各种数制转换成十进制 2.十进制数转换为二进制数 3.二进制数转换成八进制数 4.八进制数转换成二进制数 5.二进制数转换成十六进制数 6.十六进制数转换成二进制数
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（三）二-十进制码（BCD）码 数字系统中的信息可以分为两类，一类 是前面已介绍过的数值信息，另一类是文字 符号信息。
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图10-3 三极管“非”门路及逻辑符号 (a)三极管“非”门电路; (b)“非”门逻辑符号
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（四）复合门电路 上述三种是基本逻辑门电路，有时还可 以把它们组合成复合门电路，以丰富逻辑功 能。常用的一种是“与非”门电路，即将二 极管“与”门和晶体管“非”门连接而成， 其逻辑符号如图10-4所示。
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（一）二极管“与”门电路 二极管与门电路如图10-1（a）所示，输 入端为A与B，输出端为Y，图10-1（b）为与 门逻辑符号。
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图10-1 二极管“与”门电路及逻辑符号 (a)二极管“与”门电路; (b)“与”门逻辑符号
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CMOS门电路是一种互补对称场效应管 集成电路，静态功耗低、抗干扰能力强、工 作稳定性好、开关速度高，应用更为广泛。
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（一）CMOS门电路 CMOS逻辑门与其他MOS门相比，有功 耗低，速度快，抗干扰能力强，扇出系数大 等特点。CMOS反相器由NMOS管和PMOS 管的互补电路构成。
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图10-9 OC门直接发光二极管
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三、CMOS集成电路
由单极型场效应管构成的集成逻辑门电 路叫做MOS门电路，它具有制造工艺简单、 集成度高、功耗低、抗干扰能力强等优点。 MOS门电路可分为3种类型：PMOS门电路、 NMOS门电路及CMOS门电路。
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电路如图10-10所示，其中工作管T1是增 强型NMOS管，负载管T2是增强型PMOS管。 两管的栅极相连作为反相器的输入端， 漏极相连作为反相器的输出端。
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图10-10 CMOS反相器电路
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（二）CMOS与非门 如图10-11所示由两个串联的增强型 NMOS管T1和T2作为工作管，两个并联的增 强型PMOS管T3和T4作为负载管。T1，T3是 一对互补管，它们的栅极相连作为输入端Ａ； T2和T4是另一对互补管，它们的栅极相连作 为输入端Ｂ。
在实际使用中，有时需要将几个OC与非 门的输出端直接并联使用，这样克服了一般 TTL与非门不能直接相连的缺点。用这种接 法实现了两输出信号之间的关系，称“线 与”。OC门的输出端也可以直接接负载，如 图10-9所示，发光二极管可作为信号灯或灯 光作用。
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图10-8 集电极开路与非门逻辑符号
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（五）逻辑函数及其表示方法 1.逻辑函数的定义 逻辑函数的定义和普通代数中函数的定 义类似，在逻辑电路中，如果输入变量 A，B， C，…的取值确定后，输出变量Y的值也被唯 一确定了。那么，就称Y是A，B，C，…的逻 辑函数。
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（二）二极管“或”门电路 如图10-2（a）所示为二极管“或”门电 路，图10-2（b）是其逻辑符号。
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图10-2二极管“或”门电路及逻辑符号 (a)二极管“或”门电路; (b)“或”门逻辑符号
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（三）晶体管“非”门电路 “非”门电路利用三极管的开关特性， 也称“反相器”。图10-3（a）是三极管“非” 门电路，图10-3（b）是其逻辑符号。
（二）TTL三态输出与非门 三态输出与非门，是在与非门的基础上 增加了控制端和控制电路而构成，它的输出 有三种状态：输出高电平、输出低电平和输 出高阻抗。其电路图及逻辑符号如图10-7所 示。E端称为控制端或称使能端。当E=1时， 与非门正常工作，即 Y=
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图10-7 TTL三态输出与非门电路及其逻辑符号 （a)TTL三态输出与非门电路；（b)逻辑符号
（四）逻辑代数中的基本公式和定律 1.逻辑代数中的基本公式 A+0=A，A· 1=A A+1=1，A· 0=0 A+ =1，A· =0
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2.定律 交换律 A+B=B+A A· B=B· A 结合律 (A+B)+C=A+(B+C) (A· B)· C=A· (B· C) 分配律 A+BC=(A+B)(A+C) A· (B+C)=A· B+A· C
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可见T1的作用和二极管“与”门电路的 作用完全相似。输出级为推拉式电路，其作 用是降低静态功耗和提高电路带负载能力。 该TTL电路实现逻辑功能对应的逻辑表达式 为
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图10-5 TTL电路 (a)典型的TTL与非门电路； (b)T1的等效电路
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2.二进制数 二进制数的基数是2，采用两个数码0和1。 计数规律是“逢二进一”。二进制的各位位 权分别为2i，ki为第i位的系数，设某二进制数 有N位的正整数，可表示为
式中，下标2表示N是二进制数。
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3.十六进制数 二进制数的位数通常很多，不便于书写 和记忆。 十六进制数的基数是16，采用16个数码： 0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C， D，E，F，其中10～15分别用A～F表示。十 六进制数的计数规律是“逢十六进一”，各 位的位权是16的幂。
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在数字电路中，利用输入信号来对应 “条件”，用输出信号来对应“结果”。数 字电路输入、输出信号之间所存在的因果关 系就可以用这三种逻辑关系来描述。 （一）“与”逻辑和“与”运算 （二）“或”逻辑和“或”运算 （三）“非”逻辑和“非”运算
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教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会规划教材 全国高职高专院校机电类专业规划教材
课题十 门电路和组合逻辑电路
1／628
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学习情境1 掌握常用进位数制规律及 其相互转换和基本逻辑关系
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一、数字电路的概念 电子电路所处理的电信号可以分为两大 类：一类是其数值随时间的变换而连续变换 的信号，称为模拟信号；另一类信号的数值 随时间的变换是断续的、离散的，这一类信 号称为数字信号。
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BCD码除8421码外，常用的还有2421码、 余3码、余3循环码、BCD格雷码等，如表101所示。
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表10-1 常用的BCD码
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三、基本逻辑关系及运算
逻辑关系是指一定的因果关系，即条件 和结果的关系。基本的逻辑关系只有 “与”“或”“非”三种，因此，在逻辑代 数中有三种基本的逻辑运算，即“与”运算、 “或”运算、“非”运算，其他逻辑运算就 是通过这三种基本运算来实现的。
集成逻辑门电路通过特殊的半导体工艺 将二极管、三极管、电阻等电子元器件和连 线制作在一个很小的硅片上，并封装在壳体 中，管壳外面只提供电源、地线、输入线、 输出线等。
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集成逻辑门电路具有体积小、功耗小、 成本低、可靠性高等一系列优点。 集成门电路主要有两大类，一类是由双 极型晶体管为主体构成的TTL集成电路，另 一类是由单极型MOS管为主体构成的集成电 路。TTL集成电路的输入端和输出端都采用 晶体管（三极管），称为晶体管—晶体管逻 辑电路，简称“TTL电路”。