第三章 组合逻辑电路
第三章 组合逻辑电路
第三章组合逻辑电路一、概述1、概念逻辑电路分为两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路数字逻辑电路中，当其任意时刻稳定输出仅取决于该时刻的输入变量的取值，而与过去的输出状态无关，则称该电路为组合逻辑电路，简称组合电路2、组合逻辑电路的方框图和特点（1）方框图和输出函数表达式P63输出变量只与当前输入变量有关，无输出端到输入端的信号反馈网络，即组合电路无记忆性，上一次输出不对下一次输出造成影响3、组合逻辑电路逻辑功能表示方法有输出函数表达式、逻辑电路图、真值表、卡诺图4、组合逻辑电路的分类（1）按功能分类常用的有加法器、比较器、编码器、译码器等（2）按门电路类型分类有TTL、CMOS（3）按集成度分类小、中、大、超大规模集成电路二、组合逻辑电路的分析方法 由电路图---电路功能 1、分析步骤（1）分析输入输出变量、写出逻辑表达式 （2）化简逻辑表达式 （3）列出真值表（4）根据真值表说明逻辑电路的功能 例：分析下图逻辑功能第一步：Y=A ⊕B ⊕C ⊕D 第二步： 第三步：Y第四步：即0和1出现的个数不为偶则输出1，奇偶个数的检验器三、组合逻辑电路的设计方法1、概念根据要求，最终画出组合逻辑电路图，称为设计2、步骤（1）确定输入输出变量个数（2）输入输出变量的状态与逻辑0或1对应（3）列真值表（4）根据真值表写出输出变量的逻辑表达式（5）对逻辑表达式化简，写出最简逻辑表达式（6）根据逻辑表达式，画出逻辑电路图例：三部雷达A、B、C, 雷达A、B的功率相等，雷达C是它们的两倍，发电机X最大输出功率等于A的功率，发电机Y输出功率等于A与C的功率之和，设计一个组合逻辑电路，根据雷达启停信号以最省电的方式开关发电机第一步：输入变量3个，输出变量2个第二步：雷达启动为1、发电机发电状态为1第三步：第四步：卡诺图化简第五步：写逻辑表达式第六步：画逻辑电路图四、常用中规模标准组合模块电路一些常用的组合逻辑电路，如编码器、译码器、加法器等制成中规模电路，称为中规模标准组合模块电路1、半加器进行两个1位二进制数相加的加法电路称为半加器，如图3-11所示真值表如下：根据真值表，写出逻辑表达式如下：S=AB+AB=A⊕BC=AB2、全加器即带低位上产生的进位的加法器真值表如下：根据真值表，卡诺图化简后写出逻辑表达式如下：S i=A i⊕B i⊕C i-1C i=A i B i+C i-1(A i⊕B i)（为便于实现）根据逻辑表达式，画出电路图如图3-13所示3、加法器可以实现多位二进制数加法的电路（1）串行进位加法器低位全加器的进位输出端连到高位全加器的进位输入端，如图3-3所示（2）超前进位加法器C i=A i B i+C i-1(A i⊕B i)= A i B i+C i-1(A i B i+ A i B i）= A i B i C i-1+A i B i C i-1+A i B i C i-1+ A i B i C i-1=A i B i+ B i C i-1+ A i C i-1= A i B i+C i-1（A i+B i）令P i=A i+B i，称P i为第i位的进位传输项，令G i=A i B i,称G i 为第i位的进位产生项，则第0位的进位为C0=G0+P0C-1,第1位的进位为C1=G1+P1 C0, C0带入C1，消去C0，得C1=G1+P1（G0+P0 C-1），同理，得C2= G2+P2（G1+ P1（G0+P0 C-1）），，C3= G3+ P3（G2+ P2（G1+P1（G0+P0 C-1））），即知道相加的二进制数的各位和最低位进位就可以超前确定进位，提高了速度，如图3-4所示4、乘法器完成两个二进制乘法运算的电路（1）乘法器P85（2）并行乘法器P855、数值比较器比较二进制数大小，输入信号是要比较的数，输出为比较结果（1）1位数值比较器M=AB（便于逻辑实现）L=AB逻辑电路图如图3-5所示（2）4位数值比较器多位二进制数比较大小，先看最高位情况，如相等再看次高位情况，以此类推4位比较器为例，8个输入端（A3A2A1A0，B3B2B1B0），三个输出端（L，G，M）A>B，则A3>B3，或A3=B3且A2>B2，或A3=B3，A2=B2，A1>B1，或A3=B3，A2=B2，A1=B1，A0>B0设定AB的第i位比较结果为L i=A i B i，G i=A i B i+A i B i，M i=A i B i，则L=L3+G3L2+G3G2L1+G3G2G1L0同理, A=B 时，G=G3G2G1G0，A<B时，M=M3+G3M2+G3G2M1+G3G2G1M0,因A不大于也不等于B时即小于B，故M=LG=L+G（便于逻辑实现）逻辑电路图如P87图3-18所示（3）集成数值比较器4位数值比较器封装在芯片中，构成4位集成数值比较器，74ls85真值表如图3-6所示考虑到级联，增加了级联输入端（更低位的比较结果），级联时，如构成8位数值比较器，低四位比较结果为高四位数值比较器的级联输入端，而低四位的级联输入端应结为相等的情况（010），74ls85级联如图3-7所示cc14585真值表如图3-8所示，cc14585级联如图3-9所示6、编码器将输入信号用二进制编码形式输出的器件，若有N个输入信号，假设最少输出编码位数为m位，则2m-1<N<2m（1）二进制编码器以2位输出编码为例故Y1=I2+I3，Y0=I1+I3逻辑电路图如P89图3-22所示但当不止一个输入端有编码要求时该电路不能解决问题（2）二进制优先编码器3位二进制优先编码器为例8个输入端为0~I7输出端为Y2~Y1,假设I7的编码优先级最高，则对应真值表为：“×”为任意值根据真值表，列出逻辑表达式如P90所示，逻辑图过于麻烦，略以上为低电平有效的情况，高电平有效真值表如图3-10所示，得A2=I4+I5+I6+I7,A1=I2+I3+I6+I7，A0=I1+I3+I5+I7, 逻辑图便于实现（3）8线-3线编码器74ls148编码器图形符号如图3-11所示，真值表如图3-12所示74ls148编码器级联，注意控制信号线的连接，级联图如图3-13所示选通信号有效，当高位芯片输入不全为1时，选通输出端为1，低位芯片不工作且二进制反码输出端为1，与门受高位芯片二进制反码输出端影响，扩展输出端为0，作为A3，根据输入情况不同，得编码0000~0111；选通信号有效，当高位芯片输入全为1时，高位芯片不工作，选通输出信号为0，低位芯片工作，高位芯片扩展输出端为1，作为A3，高位芯片二进制反码输出端全1，与门受低位芯片二进制反码输出端影响，根据输入情况不同，得编码1000~1111，即实现16线-4线编码器功能（4）9线-4线编码器74ls147编码器图形符号、真值表如图3-14所示注意，其输出对应十进制数的8421BCD码的反码（5）码组变换器将输入的一种编码转换为另一种编码的电路参见P92例3-5原理：加0011和加1011的原因7、译码器译码是编码的逆过程，将二进制代码转换成相应十进制数输出的电路（1）3线-8线译码器真值表如图3-15所示逻辑表达式如下：Y0=CBA、Y1=CBA……Y6=CBA、Y7=CBA（2）集成3线-8线译码器74LS138译码器符号如图3-16所示，真值表如图3-17所示注意三个选通信号，在级联时的作用，级联如图3-18所示74LS138译码器典型应用如图3-19所示（3）集成4线-10线译码器74LS42符号如图3-20所示，真值表如图3-21所示逻辑表达式如图3-22所示（4）显示译码器是用来驱动显示器件的译码器（A）LED数码管电能---光能（发光二极管构成）具有共阴极和共阳极两种接法，如图3-23所示，注意非公共端连接高电平或低电平时要串接限流电阻（B）显示译码器74LS47（驱动LED为共阳极接法的电路，驱动共阴极要用74LS48）引脚图如图3-24所示，真值表如图3-25所示要具有一定的带灌电流负载能力才能驱动LED相应段发光，显示效果如P99图3-35所示附加控制端用于扩展电路功能：灯测试输入LT：全亮灭零输入RBI：将不需要的“0”不显示以使得要显示的数据更醒目灭灯输入\灭零输入BI\RBO:作为输入使用，一旦为0则灯灭。
第三章 组合逻辑电路
特点
应用举例 8421 BCD 码 → 余 3 码
优点：速度快 缺点：电路比较复杂
集成芯片
CMOS：CC4008 TTL：74283 74LS283
C3 超前进位电路
A3 B3
A2 B2 A1 B1 A0 B0 C0-1 逻辑结构示意图
Σ CI
加法器 比较器 数据选择器和分配器 2. 按开关元件不同：
3. 按集成度不同：
编码器 译码器 只读存储器
CMOS SSI MSI TTL LSI VLSI
3. 1 组合电路的分析方法和设计方法
3. 1. 1 组合电路的基本分析方法
一、分析步骤
逻辑图
逻辑表达式
化简
真值表
说明功能
二、分析举例 [例] 分析图中所示电路的逻辑功能 A 0 0 0 0 1 1 1
4.化简或变换： 根据所用元器件的情况将 函数式进行化简或变换。
5.画逻辑图
3.2 加法器和数值比较器
3.2.1 加法器 一、半加器和全加器
1. 半加器（Half Adder）
两个 1 位二进制数相加（不考虑低位进位）。 Ai+Bi = Si (和) Ci (进位)
真 值 表
Ai 0 0 1 1
比 较 输 入
B = B3B2B1B0
输
A0 B0
真值表
出
A3 B3 A2 B2 A1 B1 L G M
4位数值比较器
A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0
A> B A= B A< B
L=1 G=1 M=1
> = = = = < = = =
电路第03章 组合电路的分析与设计
0 0 0 1 1 ＝0 0 0 1 1 • 0 1 1 1 1
10 0 0 1
10 0 1 1 11 0 0 1
F
F1 A
F2 BC
F F1 F2 A BC
AB AC
注: 为使阻塞圈所代表的积项中各变量不再具有非的形式， 阻塞圈也应该围绕1重心来圈。
版权：孙文生
版权：孙文生
2. 用阻塞逻辑设计三级与非电路
解: 将函数填入卡诺图
AB CD
00
01
11
10
00 1 1
01 1 1 1 1
11
1
10 1
11
采用阻塞法化简逻辑函数
F 1 ACD BC AD BC AC CD
ACD BC AD BC AC CD
版权：孙文生
用阻塞逻辑设计三级与非电路
版权：孙文生
【应求】
例: 输入只有原变量，用最少的三级与非门实现下列函数 F(A, B,C, D) M (3,6,7,8,12,15)
1
01 1 1
1
11
11
10
11
F
(2) 求最简与或式，并变换
F A C AC AB A C AC AB A C AC AB
(3) 画出逻辑图
版权：孙文生
版权：孙文生
3.3.2 逻辑函数的两级门实现
2. 两级或非门电路的实现
求出函数的最简或与式; 对函数两次取反，再运用反演率，变成或非-或非式；
版权：孙文生
当需要用原变量标注时，在化简时应围绕1重心来圈。
版权：孙文生
积项的阻塞逻辑
阻塞逻辑:
乘积项可以用被扣除的最小项的反乘之，使积项受其控制，其 逻辑关系保持不变。
数字电子技术 第三章 组合逻辑电路
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23
3.2.2 二进制编码器
由于每次操作只有一个输入信号，即输入IR、IY、IG 具有互斥性，根据表3.5，将输出变量取值为1对应的输入 变量相加，可得输出Y1、Y0与输入IR、IY、IG之间的逻辑 关系表达式如下。
Y0 = IR + IG Y1 = IY + IG
对Y1、Y0两次取非，得
5. 断开开关S1、S2，观察发光二极管的发光情况，记 录观察到的结果。
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3.3.1 任务描述
图3.18所示是开关S1闭合、S2断开时，观察到的现象。
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图3.18 闭合S1、断开S2时观察到的现象
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3.3.2 二进制译码器
1. 译码器的基本功能 二进制译码真值表如表3.11所示。
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3.2.2 二进制编码器
表中的“×”号表示：有优先级高的输入信号输入时， 优先级低的输入信号有输入还是无输入，不影响编码器的 输出。
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3.2.2 二进制编码器
3. 集成8线-3线优先编码器 集成8线-3线优先编码器74LS148、74LS348的引脚排 列完全相同，如图3.12（a）所示。
第四步，判断逻辑电路的逻辑功能。其方法是：根据
真值表进行推理判断。在实际应用中，当逻辑电路很复杂
时，一般难以用简明扼要的文字来归纳其逻辑功能，这时
就用真值表来描述其逻辑功能。
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7
3.1.2 组合逻辑电路的分析
2. 分析举例 【例3.1】 试分析图3.1所示电路的逻辑功能。
解：画出图3.1所示电路的逻辑图如图3.4所示。
电子技术 数字电路 第3章 组合逻辑电路
是F，多数赞成时是“1”， 否则是“0”。
0111 1000 1011
2. 根据题意列出真值表。
1101 1111
（3-13）
真值表
ABCF 0000 0010 0100 0111 1000 1011 1101 1111
3. 画出卡诺图，并用卡 诺图化简：
BC A 00
00
BC 01 11 10
010
3.4.1 编码器
所谓编码就是赋予选定的一系列二进制代码以 固定的含义。
一、二进制编码器
二进制编码器的作用：将一系列信号状态编制成 二进制代码。
n个二进制代码（n位二进制数）有2n种 不同的组合，可以表示2n个信号。
（3-17）
例：用与非门组成三位二进制编码器。 ---八线-三线编码器 设八个输入端为I1I8，八种状态，
全加器SN74LS183的管脚图
14 Ucc 2an 2bn2cn-1 2cn
2sn
SN74LS183
1 1an 1bn 1cn-11cn 1sn GND
（3-39）
例：用一片SN74LS183构成两位串行进位全加器。
D2
C
D1
串行进位
sn
cn
全加器
an bn cn-1
sn
cn
全加器
an bn cn-1
1 0 1 1 1 AB
AC
F AB BC CA
（3-14）
4. 根据逻辑表达式画出逻辑图。 (1) 若用与或门实现
F AB BC CA
A
&
B
C
&
1 F
&
（3-15）
(2) 若用与非门实现
第3章-组合逻辑电路
例：3位二进制（3线－8线）译码器框图如下所示：
图3.3.5
3线－8线译码器框图
二进制译码器可采用二极管与门阵列或三极管集 成门电路等构成。
（1）二极管与门阵列译码器电路 0(0V) 1(3V)
表3-3-4
74LS42功能表
74LS42逻辑电路图及各输出表达式如下所示：
Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y5 Y 6 Y 7 Y8 Y9 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0 A 3 A 2 A1 A 0
Y3
Y2
Y1
Y0
§3.3 若干常用的组合逻辑电路
目前，一些常用的逻辑电路已经制成了中、小 规模集成化电路产品。
§3.3.1 编码器（Encoder）
“编码”：即为了区分一系列不同的事物，将其 中的每个事物用一个二值代码表示。 编码器的逻辑功能：把输入的每一个高、低电平 信号变成一个对应的二进制代码。
第三章
Chapter 3
组合逻辑电路
Combinational Logic Circuit
本章主要内容
第一节 第二节 第三节 概述 组合逻辑电路的分析和设计方法 若干常用组合逻辑电路
§3.3.1 编码器(Encoder) §3.3.2 译码器(Decoder) §3.3.3 数据分配器(Demultiplexer)
数字电子电路技术 第三章 SSI组合逻辑电路的分析与设计 课件
表3-1 例3-1真值表
第四步：确定电路的逻 辑功能。
由真值表可知，三个变
量输入Ａ，Ｂ，Ｃ，只有两
个及两个以上变量取值为1 时，输出才为1。可见电路 可实现多数表决逻辑功能。
Ａ ＢＣ F ０ ００ ０ ０ ０１ ０ ０ １０ ０ ０ １１ １ １ ００ ０ １ ０１ １
１ １０ １
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h
11
2. 组合逻辑电路设计方法举例。
例3-3 一火灾报警系统，设有烟感、温感和 紫外光感三种类型的火灾探测器。为了防止误报警， 只有当其中有两种或两种以上类型的探测器发出火 灾检测信号时，报警系统产生报警控制信号。设计 一个产生报警控制信号的电路。
解：(1)分析设计要求，设输入输出变量并逻辑赋值；
用方法和应用举例。
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h
4
３.1 SSI组合逻辑电路的分析和设计
小规模集成电路是指每片在十个门以下的集成芯片。
3.1.1 组合逻辑电路的分析方法
所谓组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑 电路图，求出电路的逻辑功能。
1. 分析的主要步骤如下： (1)由逻辑图写表达式； (2)化简表达式； (3)列真值表； (4)描述逻辑功能。
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h
18
对M个信号编码时，应如何确定位数N？
N位二进制代码可以表示多少个信号？
例：对101键盘编码时，采用几位二进制代码？ 编码原则：N位二进制代码可以表示2N个信号， 则对M个信号编码时，应由2N ≥M来确定位数N。
例：对101键盘编码时，采用了7位二进制代码 ASCⅡ码。27＝128＞101。
０１１１
１０００
１０１１
１１０１
１ １ １ １ 21.10.2020
电子教案--数字电子技术-第三章组合逻辑电路-XXXX-1
L ABC ABC ABC ABC m1 m2 m4 m7 m1 m2 m4 m7
F ABC ABC ABC m3 m5 m6 m3 m5 m6 G ABC ABC ABC ABC m0 m2 m4 m6 m0 m2 m4 m6
G
F
=m3+m5+m6+m7
= m3 m5 m6 m7 用一片74138加一个与非门
Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 74138
G1 G2AG2B A2 A1 A0
就可实现该逻辑函数。
1 00 AB C
中北大学电子信息工程系
第三章 组合逻辑电路
例3.4.2.2 某组合逻 辑电路的真值表如表 4.2.4所示，试用译码器 和门电路设计该逻辑电路。 解： 写出各输出的最小项 表达式，再转换成与 非—与非形式:
1．七段数字显示器原理
COM
g f ab
a fgb
e
c
d DP
COM
e d c DP
中北大学电子信息工程系
COM
a b c d e f g DP
第三章 组合逻辑电路
a b c d e f g DP
COM
按内部连接方式不同，七段数字显示器分为共阴极和共阳极两 种。
2．七段显示译码器7448 七段显示译码器7448是一种 与共阴极数字显示器配合 使用的集成译码器。
S4 S5 S6 S7 S8 S9
中北大学电子信息工程系
解：（1）列出真值表：
第三章 组合逻辑电路
（2）由真值表写出各输出的逻辑表达式为：
A S8 S9 S8S9
B S4 S5 S6 S7 S4S5S6S7 中北大学电子信息工程系
数字逻辑与计算机组成 第3章 组合逻辑电路
硬件资源：7个4输入与门、1个7输入或门
10
1.4 组合逻辑电路设计
利用布尔代数化简, 以减少逻辑门数和输入端数 X·Y+X·Y’=X
F = SN3N2N1N0(1,2,3,5,7,11,13) =N3’N0+N3’ N2’ N1 N0’+N3 N2’ N1 N0+N3 N2 N1’ N0
非法值 • 信号值不能被有效识别为高电平或低电平，处于不确定状态。 例如：下图中的信号X
不管A是0还是1，F结点都会同时 被高电平和低电平驱动，可能导 致在F结点处之间有较大电流流动 ，使电路发热而被损坏
16
1.5 无关项、非法值和高阻态
例：设计一个检测电路，当NBCD（8421）码数值大于5时，输出为1
最简输出表达式
函数转换：独立逻辑门、中间组件、可编程器件
画出逻辑电路图 逻辑器件的标准符号，输入、输出信号、器件标识
评价电路
电路分析：功能、缺陷、电气特性等
9
1.4 组合逻辑电路设计
例1：素数检测器的设计
列出真值表
• 4-bit input, N3N2N1N0
写出最小项表达式 F = SN3N2N1N0(1,2,3,5,7,11,13)
输出变量：故障信号F 正常工作为0，发生故障为1
故障状态 真 值 表 RY G F
0 0 01 0 0 10 0 1 00 0 1 11 1 0 00 1 0 11 1 1 01 1 1 11
13
1.4 组合逻辑电路设计
逻辑抽象结果
真值表
RY G F
000 1 001 0 010 0 011 1 100 0 101 1 110 1 111 1
每个输入端和输出端只有高电平、
数字电子技术基础简明教程(第三版)余孟尝第三章-完成ok
第三章 组合逻辑电路【】 分析图P3.1电路的逻辑功能,写出Y 1、Y 2的逻辑函数式,列出真值表,指出电路完成了什么逻辑功能.Y 1【解】1()Y ABC A B C AB AC BC ABC ABC ABC ABC=+++•++=+++2Y AB BC AC =++由真值表可见,这是一个全加器电路。
A 、B 、C 为加数、被加数和来自低位的进位，Y 1是和，Y 2是进位输出。
【】 图3.2是对十进制数9求补的集成电路CC14561的逻辑图,写出当COMP=1;Z=0和COMP=0,Z=0时Y 1,Y 2,Y 3,Y 4的逻辑式,列出真值表。
Y 1Y 2Y 3Y 4A 1A 2A 3A 4Z【解】(1)COMP=1、Z=0时输出的逻辑式为11223234234Y A Y A Y A A Y A A A⎧=⎪=⎪⎨=⊕⎪⎪=++⎩ 〔2〕COMP=0、Z=0时输出的逻辑式为11223344Y A Y A Y A Y A =⎧⎪=⎪⎨=⎪⎪=⎩〔即不变换，真值表从略〕3个或3个以上为1时输出1，输入为其他状态时输出0。
【解】Y ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD ABC ABD ACD BCD ABC ABD ACD BCD=++++=+++=•••B D Y【】 有一水箱由大、小两台水泵M L 、M S 供水,如图P3.4所示.水箱中设置了3个水位检测元件A、B 、C 。
水面低于检测元件时，检测元件给出高电平；水面高于检测元件时，检测元件给出低电平。
现要求当水位超过C 点时水泵停止工作；水位低于C 点高于B 点时M S 单独工作；水位低于B 点而高于A 点时M L 单独工作；水位低于A 点时M L 、M S 同时工作。
试用门电路设计一个控制两台水泵的逻辑电路，要求电路尽量简单。
【解】图P3.4M L真值表中的ABC 、ABC 、ABC 、ABC 为约束项，利用卡诺图【图A3.4(a)】化简后得到S L M A BCM B⎧=+⎪⎨=⎪⎩ 〔M S 、M L 的1状态表示工作，0状态表示停止〕 逻辑图如图A3.4(b).S M A BC =+L M B =〔a 〕(b)A B CM SM L【】。
《数字电子技术》第3章 组合逻辑电路
Y3 ≥1 I9 I8
Y3
I2I3I6I7
&
Y0 I1 I3 I5 I7 I9
I1I3I5I7I9
I9 I8
逻辑图
Y2
Y1
Y0
≥1
≥1
≥1
I7I6I5I4
I3I2
(a) 由或门构成
Y2
Y1
I1 I0 Y0
&
&
&
I7I6I5I4
I3I2
(b) 由与非门构成
A
消除竞争冒险
B
C
Y AB BC AC
2
& 1
1
3
&
4
&
5
≥1
Y
3.2 编码器
编码
将具有特定含义的信息编 成相应二进制代码的过程。
编码器(即Encoder)
实现编码功能的电路
被编 信号
编 码 器
编码器
二进制编码器 二-十进制编码器
二进制 代码 一般编码器
优先编码器 一般编码器 优先编码器
（1） 二进制编码器
A B F AB AB B
&
&
00
1
01
0
C
&
F &
10 11
0F AABA BC1 AB &
1
AAB BC AB
（4）分析得出逻辑功A能 A B B C AB
A =1
同或逻辑 AB AB B
F
F AB AB A☉B
3.1.3 组合逻辑电路的设计
组合逻辑电路的设计就是根据给出的实际逻 辑问题求出实现这一关系的逻辑电路。
第3章 组合逻辑电路
F
&
&
&
&
A
B
C
本例采用的是“真值表法”，真值表法的优点是规整、清晰； 缺点是不方便，尤其当变量较多时十分麻烦。
例 设计一个组合逻辑电路，用于判别以余3码表示的1 位十进制数是否为合数（一个数，如果除了一和他本身还有 别的因数，这样的数叫做合数，与之相对的是质数）。 解 设输入变量为ABCD，输出函数为 F，当ABCD表示 的十进制数为合数 (4 、 6 、 8、 9) 时，输出 F 为 1，否则 F为 0。
毛刺
使用卡诺图判断一个组合逻辑电路是否存在着 竞争冒险的一般步骤是： • 先画出该电路逻辑函数的卡诺图； • 然后在函数卡诺图上画出与表达式中所有乘积项 相对应的卡诺圈； • 如果图中有相切的卡诺圈，则该逻辑电路存在着 竞争冒险。（“0”冒险是1构成的圈，“1”冒险是 0构成的圈。
所谓卡诺圈相切即两个卡诺圈之间存在不被同一卡 诺圈包含的相邻最小项。
产生冒险的原因
A
1
≥1
F=A+A=1 理想情况
以例说明
A A
F 实际情况
造成冒险的原因是由于A和 A到达或门的时间不同。
再举一例 A C B
1 & BC & AC ≥1
A B F=AC+BC C C AC BC F
(分析中略去与门和或门的延时）
产生冒险的原因 ： 电路存在由非门产生的互补信 号，且互补信号的状态发生变化 时有可能出现冒险现
有公用项
经变换后，组成电路时可令其共享同一个异或门，从而 使整体得到进一步简化，其逻辑电路图如下图所示。
多数出组合电路达到最简的关键是在函数化简时找出各输 出函数的公用项，使之在逻辑电路中实现对逻辑门的“共享”， 从而达到电路整体结构最简。
第3章组合逻辑电路
第3章组合逻辑电路3.1 组合逻辑电路的概述按照逻辑功能的不同特点，可以把数字电路分成两大类，一类叫做组合逻辑电路，另一类叫做时序逻辑电路。
什么叫组合逻辑电路呢？在t=a时刻有输入X1、X2、……Zn，那么在t=a时刻就有输出Z1、Z2、……Zm，每个输出都是输入X1、X2、……Zn的函数，Z1=f1（X1、X2、……Xn）Z1=f2（X1、X2、……Xn）Zm=fm（X1、X2、……Xn）从以上概念可以知道组合逻辑电路的特点就是即刻输入，即刻输出。
任何组合逻辑电路可由表达式、真值表、逻辑图和卡诺图等四种方法中的任一种来表示其逻辑功能。
3.2 组合逻辑电路的分析方法和设计方法3.2.1组合逻辑电路的分析方法分析组合逻辑电路的目的，就是要找出电路输入和输出之间的逻辑关系，分析步骤如下：（1）根据已知的逻辑电路，写出逻辑函数表达式（采用逐级写出逻辑函数表达式），最后写出该电路的输出与输入的逻辑表达式。
（2）首先对写出的逻辑函数表达式进行化简，一般系用公式法或卡诺图法。
（3）列出真值表进行逻辑功能的分析。
以上步骤可用框图表示，如图3-2所示。
图3-2 组合逻辑电路分析框图下面举例说明对组合逻辑电路的分析，掌握其基本思路及方法。
【例3-1】 分析图3-3所示电路的逻辑功能图3-3 [例3-1]逻辑电路解：（1）写出输出Z 的逻辑表达式： Z1=B A ， Z2=B AZ=21Z Z •=B A B A • （2）化简Z=B A B A •=A B +A B=A ⊕B （3）列出真值表进行逻辑功能说明 列出该函数真值表，如表3.1所示： 表3-1 [例3-1]真值表 A B Z 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 13.2.2组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路的设计步骤与分析步骤相反，设计任务就是根据逻辑功能的要求设计逻辑电路，其步骤如下：（1）首先对命题要求的逻辑功能进行分析，确定哪些是输入变量，哪些为输出函数，以及它们之间的相互逻辑关系，并对它们进行逻辑赋值。
数字逻辑 第三章
首先分析给定问题，弄清楚输入变量和输出变量是 哪些，并规定它们的符号与逻辑取值(即规定它们何时 取值 0 ，何时取值1) 。然后分析输出变量和输入变量 间的逻辑关系，列出真值表。 根据真值表用代数法或卡诺图法求最简“与或” 式，然后根据题中对门电路类型的要求，将最简与或 式变换为需要的逻辑函数表达式。
x1
输入信号
F1
F2=f2(x1,…xn)
组合逻辑电路
输出信号
xn
Fm
Fm=fm(x1,…xn)
n个二进制输入变量共有2n种可能的组合。
组合逻辑电路的基本分析方法
分析思路：根据给定逻辑电路，找出输出输入
间的逻辑关系，从而确定电路的逻辑功能。 步骤：
根据逻辑 图，写出 输出函数 的表达式 简化函数 (代数法, 卡诺图法)
F
A3 A4
F2 A3⊕A4 A3 A4 A3 A4
1 2 1 2 1 2
=1
F2
F F ⊕F F F F F
+ A1A 2 A 3 A 4 + A1A 2 A 3 A 4
= A1A 2 A 3 A 4 + A1A 2 A 3 A 4 + A1 A 2 A 3 A 4 + A1 A 2 A 3 A 4 + A1 A 2 A 3 A 4 + A1 A 2 A 3 A 4
3.1.1 简单逻辑门电路
与门 或门 与或非逻辑运算
F1=AB
F2=A+B
F3= A
3.1.2 复合逻辑门电路
与非门
或非门
与或非门
F1=AB
F2=A+B
F3=AB+CD
异或运算
A 0 0 1 1
第3章 组合逻辑电路
第3章 组合逻辑电路
3.1 组合逻辑电路的分析方法和设计方法
组合逻辑电路可以有一个或多个输入端，也可以 有一个或多个输出端。其一般框图如图所示。在组合 逻辑电路中，数字信号是单向传递的，即只有从输入 端到输出端的传递，没有反向传递，所以各输出仅与 各输入的即时状态有关。
输 入 I0 I1
„„
组合逻辑电路
1 3 2
F0 = A3 + A1
第3章 组合逻辑电路
一、二进制编码器 1.ASCII码 ASCII码是一种通用的编码，用于大多数计算机 和电子设备中。大多数计算机键盘都以ASCII码为标 准。当输入一个字母、数字、符号或者控制命令时， 相应的ASCII码就会进入计算机中。ASCII码是一种 字母数字混合编码，其中包含字母、数字、标点和其 他一些特殊符号。 ASCII码的标准形式是由7位二进制码表示的128 种字符和符号。
第3章 组合逻辑电路
据二进制译码器的功能，可列出三位二进制译 码器的真值表。
三位二进制译码器的真值表
输入 输出
逻辑表达式：
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Y0=A2A1A0 Y1=A2A1A0 Y2=A2A1A0 Y3=A2A1A0 Y4=A2A1A0 Y5=A2A1A0 Y6=A2A1A0 Y7=A2A1A0
第3章 组合逻辑电路
其步骤是：
1.根据给定的逻辑电路图，写出各输出端的逻辑表 达式。
2.将得到的逻辑表达式化简。 3.由简化的逻辑表达式列出真值表。 4.根据真值表和逻辑表达式对电路进行分析，判断 该电路所能完成的逻辑功能，作出简要的文字描述， 或进行改进设计。
第三章组合逻辑电路的分析及设计
第三章组合逻辑电路的分析与设计3.1 用真值表法证明下列恒等式：(1)(2) (A B) C=A (B C)3.2 用代数法化简下列各式：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(A B)C+ABC+AB C(8) A C DBC (C D)+B D+AC +A D(9)3.3 下列逻辑式中，变量A、 B、C 取哪些值时， L 的值为 1。
(1)(2)(3)3.4 求下列函数的反函数并化成最简“与- 或”形式。
(1)(2)(3)(4)3.5 将下列各函数式化成最小项表达式。
(1)(2)(3)3.6 用卡诺图化简下列各式：(1)(2)(3)(4)(5)L(A,B,C,D)=m(3,4,5,6,9,10,12,13,14,15)(6)L(A,B,C,D)=m(0,2,5,7,8,10,13,15)(7)L(A,B,C,D)=m(1,4,6,9,13)+d(0,3,5,7,11,15)(8)L(A,B,C,D)=m(2,4,6,7,12,15)+d(0,1,3,8,9,11)3.7 用与非门实现下列逻辑函数，画出逻辑图。
（1）（2）（3）3.11 用三个异或门和三个与门实现下列逻辑关系：3.12 用一片 74LS00（四 2 输入端与非门）实现异或逻辑关系Y=A B，画出逻辑图。
3.13 按下列要求实现逻辑关系L（ A， B，C， D）= m(1,3,4,7,13,14,15), 分别画出逻辑图。
（1）用与非门实现。
（2）用或非门实现。
（3）用与或非门实现。
3.14 试用与非门设计一个组合逻辑电路，它接收四位二进制数B3、 B2、 B1、 B0，仅当2<B3B2B1B0<7时，输出 Y 才为 1。
3.15 试用与非门设计一个组合电路，它接收一位8421BCD 码B3、 B2、 B1、 B0，仅当2<B3B2B1B0<7时，输出 Y 才为 1。
3.16 设计一个将 8421BCD码变成余 3 码的组合逻辑电路。
第3章 组合逻辑电路
例3-5的真值表 C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 F1 F2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0
图3－9
3.2.2 组合逻辑电路设计举例 例3-3 设计一个三人按少数服从多数的表决电路。并用与 非门实现。 解：（1）由题意可知，三人代表三个输入变量，通过与 否的结果为一个输出变量。三个输入变量用字母A、B、 C表示，输出用F表示。列出真值表，见表3－2，输入变 量“1”表示同意，“0”表示不同意；输出变量“1”表示通 过，“0”表示不通过。 （2）对真值表用卡诺图化简，如图3－4所示，得到化简 函数 F=AB+BC+AC （3）把化简的与或式转换成“与非－与非”表达式`
_ I7 X 1 0 1 1 1 1 1 1 1
表3－6 表3-6 74148的真值表 输 入 输 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ I 6 I5 I4 I3 I2 I 1 I0 Y2 Y 1 Y0 X X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X X X X X 0 0 0 0 X X X X X X 0 0 1 1 0 X X X X X 0 1 0 1 1 0 X X X X 0 1 1 1 1 1 0 X X X 1 0 0 1 1 1 1 0 X X 1 0 1 1 1 1 1 1 0 X 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
S ABC ABC ABC ABC
C′= A B + A C + B C （3）把表达式转化为“与非－与非”表达式
数字电路与逻辑设计第3章组合逻辑电路
（2）根据真值表，用卡诺图（图3-5 a）化简后，
可以得到该电路的逻辑函数表达式：
F AC BC AB
由于题目中没有特别要求以何种逻辑门 输出，所以可用与门和或门输出来实现 该逻辑功能，表达式形式无需转换。
（3）逻辑图 由化简后的表达式和真值 表可以看出，(图 3-5 b)即使该题的逻 辑电路图。
表 3-7 8线—3线编码器的真值表
因为任意时刻 I0 ～ I7 中只有一个值为“1”利 用约束项的知识把上述真值表化简后如表3-8 所示。
表 3-8 化简后的真值表
由真值表写出其对应的逻辑函数表达式：
Y2 I4 I5 I6 I7 I4I5I6I7 Y1 I2 I3 I6 I7 I2I3I6I7 Y0 I1 I3 I5 I7 I1I3I5I7
3) 将表达式转化成用“与非” 逻辑形式实 现的形式：
图3-9 （a）卡诺图 （b）逻辑电路
3.2 编码器
编码就是将特定的逻辑信号变换成 一组二进制的代码，而能够实现这种功 能的逻辑部件就称为编码器。编码器的 功能是将输入信号转换为对应的代码信 号，即是用输出的代码信号来表示相对 应的输入信号，以便于进行对代码进行 存储，传输及运算等处理。
FA A FB AB FC ABC FD ABCD
(3)由上述表达式可得其对应的优先编码逻辑 电路如图3-12所示。
图3-13 16线—4线优先编码器的逻辑电路
（2）根据列写出的逻辑问题的真值表，写出对应 的逻辑函数表达式。
（3）将得到的逻辑函数表达式进行变换和化简。 逻辑函数的化简可以利用我们前面所学习的代 数法或卡诺图法，从而得到逻辑函数的最简表 达式，对于一个逻辑电路，在设计时应尽可能 使用最少数量的逻辑门，逻辑门变量数也应尽 可能少用，还应根据题意变换成适当形式的表 达式。
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B
0 0 1 1 0 0 1 1
C
0 1 0 1 0 1 0 1
X
0 1 1 0 1 0 0 1
Y
0 0 0 1 0 1 1 1
X ABC ABC ABC ABC
Y ABC ABC ABC ABC
X ABC ABC ABC ABC A( BC BC ) A( BC BC ) A( B C ) A( B C ) A B C
二 二-十进制编码器
1. 84 21 B C D 码 编 码 器
输 入 I 0 (I 0 ) Y3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 输 Y2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 出 Y1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 Y0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1
真值表
1 (I 1 ) 2 (I 2 ) 3 (I 3 ) 4 (I 4 ) 5 (I 5 ) 6 (I 6 ) 7 (I 7 ) 8 (I 8 ) 9 (I 9 )
1、3位二进制编码器
输 输入 Y2 I0 0 0 0 0 1 1 1 1
出 Y1 0 0 1 1 0 0 0 1 Y0 0 1 0 1 0 1 0 1
真 值 表
I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7
输输 出入 3 8 位个 二互 进斥 制的 代信 码号
逻辑表达式
Y2 I 4 I 5 I 6 I 7 I 4 I 5 I 6 I 7 Y1 I 2 I 3 I 6 I 7 I 2 I 3 I 6 I 7
当两个或两个以上裁判判明成功，并且其中有一个为主
裁判时，表明成功的灯才亮。
分析
2
1
设定变量、状态赋值
设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示成功 与否的灯为Y。用1表示成功，0表示不成功。 2
真值表
3
A 0 0 0 0
B 0 0 1 1
C 0 1 0 1
Y
0 0 0 0
A 1 1 1 1
B 0 0 1 1
CMOS、TTL等。
按集成度不同： SSI、MSI、LSI、VLSI
3.2 组合逻辑电路的分析和设计
组合逻辑电路的分析 组合逻辑电路的设计
3.2.1 组合逻辑电路的分析
由给定组合电路的逻辑图出发，分析其逻 辑功能所要遵循的基本步骤。
分析方法：
（1）根据给定的逻辑图写出输出函数的逻辑表达式；
16
15
14
13
12
11
10
9
6
7
9
15
14
7 4 L S1 4 8 1 2 3 4 5 6 7 8 5 4 3
7 4 L S1 4 8 2 1 13 1 2 1 1 1 0
I4
I5
I6 (a)
I7
ST
Y2
Y1 G N D
ST
I7 (b )
I6 I 5
I4
I3
I2 I1 I0
引脚排列图
逻辑功能示意图
例2：试分析图所示逻辑电路的功能。
A B C 1 ≥1 Y2 ≥1 Y1 ≥1 Y3 1 Y
逻辑表 达式
Y1 A B C Y2 A B Y Y 3 Y1 Y 2 B A B C A B B Y3 X Y B
最简与或 表达式
Y ABC AB B AB B A B
A 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 Y 1 1 1 1 1 1 0 0
真值表
0 0 1 1 1 1
电路的逻辑功能
电路的输出Y只与输入A、B 有关，而与输入C无关。Y和A、 B的逻辑关系为：A、B中只要一 个为0，Y=1；A、B全为1时， Y=0。所以Y和A、B的逻辑关系 为与非运算的关系。
逻辑图
Y2 Y1
Y0 I 1 I 3 I 5 I 7 I 1 I 3 I 5 I 7
Y0 Y2 Y1 Y0
≥1
≥1
≥1
&
&
&
I 7 I 6 I5 I4 (a)
I 3 I2 由或门构成
I1 I 0
I 7 I 6 I5 I4 (b )
I 3 I2 由与非门构成
I1 I 0
3.3.2、3位二进制优先编码器 在优先编码器中优先级别高的信号排斥级别低的，即具 有单方面排斥的特性。 设I7的优先级别最高，I6次之，依此类推，I0最低。
分析、设定变量、状态赋值、列真值表； 2、进行化简： 利用卡诺图化简；
利用公式法化简；
3、画逻辑图：
变换最简的表达式，画出逻辑图。
例1：用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛 有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的 裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有
& &
Y
A C
&
例3-5 某工厂有A、B、C三个车间，各需电力10KW， 由厂变电所的X，Y两台变压器供电。其中X变压器 的功率为13KVA（千伏安），Y变压器的功率为 25KVA。为合理供电，需设计一个送电控制电路。 控制电路的输出接继电器线圈。送电时线圈通电。 不送电时线圈不通电。线圈动作电压12V，线圈电 阻300欧。
第三章
内容：
组合逻辑电路
组合逻辑电路的特点
组合逻辑电路分析和设计 典型组合电路分析和设计 组合逻辑电路的竟争冒险
3.1 组合逻辑电路的特点
I0 输 入 I1 Y0
…
I n -1
… …
组合逻辑电路
… …
Y1
输 出
…
Ym -1
组合电路框架图 1 逻辑功能特点：
Y 0 f 0 ( I 0 , I 1 , , I n 1 ) Y1 f 1 ( I 0 , I 1 , , I n 1 ) Y m 1 f m 1 ( I 0 , I1 , , I n 1 )
逻辑表达式
Y 2 Y 1 Y 0 I7 I7I6 I7I6I5 I7I6I5I4 I7 I6 I5 I4 I7 I7I6 I7I6I5I4I3 I7I6I5I4I3I2 I7 I6 I5I4I3 I5I4I2 I 7 I 7 I 6 I 5 I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 7 I 6 I 5 I 4 I 3 I 2 I1 I 7 I 6 I 5 I 6 I 4 I 3 I 6 I 4 I 2 I1
（2）进行化简，求出输出函数的最简与或表达式； （3）写真值表； （4）综述其功能；
例1：试分析如下组合逻辑电路
逻辑图
1 逐从 级输 写入 出到 输 出
A
&
Y1
Y2
Y Y
B
&
&
C
Y3
&
逻辑表 达式
Y1 AB
Y 2 BC
1
Y Y1Y 2 Y 3 AB BC AC
Y 3 CA
化 简
Y ABC ABC ABC ABC AB BC CA AB BC CA
画逻辑图
12 V 12 V
1 Y ＆
1 X
=1
＆
＆
＆
=1
A
B
C
3.3 编码器
编码：用文字、符号和数字表示特定对象的过程。 实现编码操作的电路称为编码器。
3.3.1 二进制编码器
用N位二进制代码对N=2N个信号进行编码的电路。
逻辑图
Y2 Y1 ≥1 & & ≥1 Y0
8 线 -3 线 优 先 编 码 器
≥1
1
1
1
1
I7
I6
I5
I4为反变量，则只要在图中的每 一个输出端和输入端都加上反相器就可以了。
3、集成3位二进制优先编码器
集成3位二进制优先编码器74LS148
V C C YS YE X I 3 I2 I1 I0 Y0 Y2 Y1 Y0 YS YE X
C 0 1 0 1
Y 0 1 1 1
逻辑表 达式
3
Y m 5 m 6 m 7 A B C AB C ABC
3
3
AB C 0 1 00 01 11 10
卡诺图
化 简
4
1 1 化 简 4 5
1
最简与或 表达式
5
Y= AB +AC
Y AB AC
逻辑变换
6
6
逻辑电 路图
A B
3
I
5
I
7
I
9
逻辑图
Y3 Y2 Y1 Y0 Y3 Y2 Y1 Y0
≥1
≥1
≥1
≥1
&
&
&
&
I9
I8
I 7 I 6 I 5 I4 (a)
I3 I 2 由或门构成
I1 I 0
I9
I8
I 7 I 6 I 5 I4 (b)
I3 I 2 由与非门构成
I1 I 0
2、8421 BCD码优先编码器
真值表
I9 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I8 I7 I6
设A、B、C为输入变量，X、Y为输出逻辑函数。 A、B、C工作用1表示，不工作用0表示；送电用1表 示，不送电用0表示。 则三个车间的工作情况及变压器是否供电，列于表 中。(一个车间工作时，X供电，两个车间工作时，由 Y供电，三个车间同时工作时，X、Y同时送电)。