第11章 组合逻辑电路

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第11章 组合逻辑电路

从本章开始介绍数字集成电路。数字电路或逻辑电路，可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两类。本章介绍组合逻辑电路，下章介绍时序逻辑电路。门电路是数字电路的基本部件，集成门电路是数字集成电路的一部分，本章首先介绍常用的集成门电路。 组合逻辑电路种类很多，由于应用广泛，中规模集成电路和大规模集成电路都有产品供应，在此将介绍几种常见的组合逻辑电路。

11.1 集成基本门电路

门电路又称逻辑门，是实现各种逻辑关系的基本电路，是组成数字电路的基本部件，由于他既能完成一定的逻辑运算功能，又能像“门”一样控制信号的通断，门打开时，信号可以通过；门闭合时，信号不能通过，因此称为门电路或门逻辑。集成门电路是数字集成电路的一部分，它的产品种类很多，内部电路各异，对一般读者来说，只需将其视为具有某一逻辑功能的器件，对于内部电路可不必深究。

按逻辑功能的不同，门电路可分为很多种，其中实现或、与、非三种逻辑关系的或门电路、与门电路和非门电路是最基本的门电路。

（一）或门电路

1．定义：在决定某一事件的各种条件中，只要有一个或一个以上的条件具备，事件就会发生，符合这一规律的逻辑关系称为或逻辑。

2．电路图及符号

如11-1a 所示电路。只要开关A 和B 中有一个或一个以上闭合，灯F 就会亮。这里开关的闭合和灯亮之间的关系为或逻辑关系。

实现或逻辑关系的电路称为或门。反映在逻辑电路中则是输入和输出电位的高与低两种状态，因此，习惯上把电位的高与低称为高电平和低电平。为便于逻辑运算，分别用0与1来表示。若规定高电平为1，低电平为1，这种逻辑关系称为正逻辑，反之称为负逻辑，本书一律采用正逻辑。或门的逻辑符号如图11-1a 电路所示。F 是输出端，A 和B 是输入端。输入端的数量可以不止两个，输入和输出都只有高电平1和低电平0两种状态。或门反映的逻辑关系是：只要输入中有一个或一个以上为高电平，输出便为高电平。

3．逻辑表达式

F=A+B

4．运算规律 ⎪⎭

⎪⎬⎫=+=+=+A A A A A A 110

图11-1 或逻辑和或门

b) 或门 a) 或逻辑

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5．或门真值表

合“1” 亮“1”， 断开“0” 灭“0”。

6．控制门的作用：当B ＝0时，F ＝A ，相当于门始终打开，信号可以通过；当B ＝1时，F ＝1，始终保持高电平，相当于门闭合，信号不能通过。

（二）与门电路

1．定义：在决定某一事件的各种条件中，只有但所有的条件都具备时，事件才会发生，符合这一规律的逻辑关系称为与逻辑。

2．电路图及符号

3．逻辑表达式

B A F ⋅=

4．运算规律

⎪⎭

⎪⎬⎫=⋅=⋅=⋅A A A A A A 100

5．与门逻辑

6．控制门的作用：当B ＝1时，F ＝A ，相当于门始终打开，信号可以通过；当B ＝0时，F ＝0，始终保持低电平，相当于门闭合，信号不能通过。

（三）非门电路

1．定义：在决定某一事件的条件只有一个，在条件不具备时，时间才会发生，即事件的发生与条件处于对立状态，符合这一规律的逻辑关系称为非逻辑。

2．电路图及符号

图11-2 与逻辑电路图 图11-3 与门符号

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3．逻辑表达式

A F =

4．运算规律 ⎪⎪⎭

⎪⎪⎬⎫==⋅=+A A A A A A 01

5．非门逻辑

11.2 集成复合门电路

集成门电路除了或门、与门和非门外，还有将它们的逻辑功能组合起来的复合门电路，如集成或非门、与非门、同或门和异或门等等。其中或非门和与非门，尤其是与非门是当前生产量最大、应用最多的集成门电路。本节主要介绍这两种集成门电路，并介绍它们的内部电路。

（一）或非门电路

1．定义：实现或非逻辑关系的电路称为或非门电路，简称为或非门。或非逻辑关系就是先“或”后“非”。

2．逻辑式为

B A F +=

3．符号

4．或非门真值表

图11-5 非门符号 图11-4 非逻辑电路图 图11-6 或非门符号

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（二）与非门电路

1．定义：实现与非逻辑关系的电路称为与非门电路，简称为与非门。与非逻辑关系就是先“与”后“非”。

2．逻辑式为

B A F ⋅=

3．电路与符号

4．与非门真值表

（三）三态门与非门

1．定义：在实用中，为了减少信号传输线的数量，以适应各种数字电路的需要，有时却需要将两个或多个与非门的输出端接在同一信号传输线上，这就需要一种输出端除了有低电平0和高电平1两种状态外，还要有第三种高阻状态（即开路状态）Z 的门电路。当输出端处于Z 状态时，与非门与输入传输线是隔断的。这种具有0、1、Z 三种输出状态的与非门称为三态与非门。

2．三态与非门逻辑符号与逻辑功能

图11-9三态与非门逻辑符号之一

图11-7 与非门符号 图11-8 多射极晶体管等效电路

F 图11-6 TTL 与非门电路

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当E =0时，F =Z ，当E =1时， B A F ⋅=

当E =1时，F =Z ，当E =0时， B A F ⋅=

11.3 组合逻辑电路的分析

由门电路组成的逻辑电路称为组合逻辑电路，简称为组合电路。由于门电路输出电平的高低仅取决于当时的输入，与以前的输出状态无关，是一种无记忆功能的逻辑部件。所以组合电路也是一种无记忆功能的电路。

组合电路的分析就是在已知电路结构的前提下，研究其输入与输出的逻辑关系。分析步骤如下：

1 由输入变量（即A 和B ）开始，逐级推导出各个门电路的输出，最好将结果标明在图上。

2 利用逻辑关系对输出结果进行变换或化简。

如：实际双控开关问题

A 上 A=1

B 上 B=1 亮Y=1

A 下 A=0

B 下 B=0 暗Y=0 B A AB Y += 逻辑式

作真值表： A B Y

0 0 1 组合：

0 1 0 2变量4种

1 0 0 3变量8种

1 1 1 n 变量2n 种

逻辑图：

图11-10三态与非门逻辑符号之

一

B A ⋅+ 组合逻辑电路分析举例