Ch2_组合逻辑电路-2014

整理上式得
F2 AB AC BC F1 ( A B C )( AB AC BC) ABC
A B
& ≥1
Y1 Y3 Y2
≥1 1
Y4
F2
& ≥1 &
C
Y5 Y6
&
≥1
F1
图 2 - 9 例2 - 9电路
表2 - 18 例2 - 9真值表
3. 脉冲输入情况下组合逻辑电路的分析 不同时刻的输入不同时，对应的输出也可能不同。对电路进 行分析时，首先将输入分成不同的时段，在确定出每个时段 电路的输出，用波形图表示出输入和输出之间对应的逻辑关 系。 举例2.2，2.3(P42)
用或非门设计组合逻辑电路时， 一般步骤:
a 分析逻辑功能要求，确定输入/输出变量；
b 根据功能要求列出待设计电路的真值表；
c 用逻辑代数公式或卡诺图求出输出函数的最简或与表达式；
d 通过两次求反，利用摩根定律将最简或与表达式转换为
或非-或非表达式； e 用或非门实现所得函数。
4. 设计举例
【例2 - 13】设计一个组合逻辑电路，其输入ABCD为 8421BCD码。当输入BCD数能被4或5整除时，电路输出F=1，否 则F=0。 试分别用或非门和与或非门实现。 解 根据题意，可列出该电路的真值表如表2 - 20所示，卡诺 图如图2 - 48所示。
常用数字集成电路的种类（按集成电路工艺）
3 Bi-CMOS电路 Bi-CMOS技术是一种将CMOS器件和双极型器件集成在 同一芯片上的技术。双极型器件速度高，驱动能力强，模拟 精度高，但是功耗大，集成度低，无法在超大规模集成电路 中实现；而CMOS器件功耗低，集成度高，抗干扰能力强， 驱动能力差。在当代的技术应用中，既要求高集成度又要求 高速度，这是上述两种器件中任何一种单独的器件所不能达 到的。Bi-CMOS技术综合了双极型器件高跨导和强负载驱 动能力及CMOS器件高集成度和低功耗的优点，使这两者取 长补短，发挥各自优点，是高速、高集成度、高性能超大规 模集成电路又一可取的技术路线。
如果将A、B、C分别看作三人对某一提案表决， “1”表示赞成， “0”表示不
赞成； 将F看作对该提案的表决结果， “1”表示提案获得通过， “0”表示提 案未获得通过， 则该电路便实现了一种按照少数服从多数原则进行投票表决 的功能。因此可以判断，该电路是一种“表决电路”。
A B
&
Y1
& C &
Y2
TTL UIH 2V-5V / UIL 0-0.8V /UOH 2.4V-5V /UOL 0-0.4V 5VCMOS UIH 3.5V-5V / UIL 0-0.1.5V /UOH 4.4V-5V /UOL 0-0.33V
3.
扇出系数
逻辑门在正常工作条件下， 门电路输出端最多能驱动同类门电路输 入端的数量称为扇出系数。
要求掌握：TTL 和 CMOS电路
一 TTL门电路 由双极型三极管构成。特点是：速度快、抗静电能力强、 集成度低、功耗大。应用于中、小规模集成电路中。 TTL门电路分为54(军用)和74(商用)两大系列， 每个系 列又有若干子系列。例如74系列就有以下子系列：
L: Low speed H:High speed S: Schottky（肖特基）A: advance
三
集成电路的类型
不同代码表示不同类型： 00: 7400,74ls00，54ALS00, 74HCT00 4路两输入与非门 02: 7402,74ls02，54ALS02, 74HCT02 4路两输入或非门 08: 7408,74ls08，54ALS08, 74HCT08 4路两输入与门 10: 7410,74ls10，54ALS10, 74HCT10 3路3输入与非门 20: 7420,74ls20，54ALS20, 74HCT20 2路4输入与非门 27: 7427,74ls27，54ALS27, 74HCT27 3路3输入或非门 32:7432,74ls32，54ALS32, 74HCT32 4路2输入或门 86:7486,74ls86，54ALS86, 74HCT86 4路2输入异或门
5VCMOS: UIH 3.5V-5V
UOH 4.4V-5V
2.2 组合逻辑电路的分析和设计
一 组合逻辑电路的分析
1. 特点
两大类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合逻辑电路的特点： a.无反馈，无记忆元件 b.任何时刻的输出只与此时刻的输入有关
x1 x2
xm
组合逻辑电路
y1 y2
yn
Y1=F(x1,x2,…,xm) Y2=F(x1,x2,…,xm) Yn=F(x1,x2,…,xm) …
常用数字集成电路的种类（按集成电路工艺）
2 单极型集成电路（场效应管 MOS） 只有一种载流子（多数载流子）参与导电。 1963年，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）的 Frank Wanlass发明了MOS电路。到了1968年，美国无线电 公司（RCA）一个由亚伯· 梅德温（Albert Medwin）领导的 研究团队成功研发出第一个MOS集成电路（Integrated Circuit）。经过长期的研究与改良，今日的MOS元件无论在 使用的面积、操作的速度、耗损的功率，以及制造的成本上 都比另外一种主流的半导体制程双极型集成电路要有优势。 MOS有PMOS和NMOS之分，对应的分别是PMOS电路 和NMOS电路，主流的由两者共同做成的互补型电路 （CMOS)。
四 集成逻辑门的主要参数 1． 直流电源电压UCC
TTL:5V CMOS:5V和3.3v
2.
输入/输出逻辑电平
低电平输入电压UIL ：能被输入端确认为低电平的电压范围。 高电平输入电压UIH ：能被输入端确认为高电平的电压范围。 低电平输出电压UOL：正常工作时低电平输出的电压范围。 高电平输出电压UOH：正常工作时高电平输出的电压范围。 P39 图2-2 2-3
出变量。由此列出电路的真值表如表2 - 21所示。
表2 - 21
Y、 Z的输出函数表达式为
Y AB BC AC ABBC AC Z ABC ABC ABC ABC A B C
A B
&
& C &
&
YLeabharlann ＝1＝1Z
图 2 - 51 例2 - 14电路
3. 用或非门设计组合逻辑电路 用或非门构造与门、或门和非门图2-16。
2. 不变输入情况下组合逻辑电路的分析 已知逻辑图，分析逻辑功能 （由逻辑图转换为真值表）
2.1 分析步骤 由逻辑门构成的组合逻辑电路， 其分析过程通常分为以下三个步 骤： ① 根据给定的逻辑电路， 写出输出函数的逻辑表达式； ② 根据已写出的输出函数的逻辑表达式， 列出真值表，画出卡 诺图；
③ 根据逻辑表达式或真值表， 判断电路的逻辑功能。
2.2 分析举例
【例2 .1】分析图2 - 7所示组合逻辑电路的功能。
解
F ABBC AC AB BC AC
其真值表如表2 - 3所示。 从真值表可以看出， 三个输入变量中，当有两 个或两个以上的输入变量取值为1时，输出F = 1，否则F = 0。因此。该电路实 际上是对输入变量为“1”的个数的多少进行判断， “多数”为1时， 输出F=1。
1.2 设计举例
例2.4 设计一个有三个输入、一个输出的组合逻辑电路，输 入为二进制。当输入二进制能被3整除时，输出为1，否则，输出 为0。
2. 用与非门设计组合逻辑电路 用与非门构造与门、或门和非门图2-13。 用与非门设计组合逻辑电路时， 一般步骤:
a 分析逻辑功能要求，确定输入/输出变量；
二 CMOS门电路 由场效应管构成。特点是：集成度高、功耗低、速度慢、 抗静电能力差。应用于大规模集成电路和微处理器。 COMS门电路也有54和74两大系列。
74C××系列的功能及管脚设置均与TTL74系列相同， 也 有若干个子系列。 74C××系列为普通CMOS系列， 74HC/HCT××系列为高速CMOS系列， 74AC/ACT×× 系列为先进的CMOS系列， 其中74HCT××和74ACT×× 系列可直接与TTL系列兼容。
F ( B D)C
从卡诺图读出F的最简或与式为 定律对其变换得 ，利用摩根
F ( B D )C B D C BD C
由此得到用或非门和与或非门实现的电路如图2 - 49所示。
表2 - 20 真值表
CD AB 00 01 11 10
00 1 1 1
01
11
10
1
图 2 - 48 例2 - 13卡诺图
由于要求用或非门和与或非门实现， 因此应在卡诺图上圈 “0”，求出最简或与式后，先通过摩根定律将其变换为“或非-
或非”式和“与或非”式， 然后就可以用相应的逻辑门实现。
&
F
Y3
图 2 - 7 例2 .1电路
表2 – 3 真值表
【例2 - 9】分析图2 - 44所示组合逻辑电路的功能。
解 这是一个多输出函数， 其输出表达式为
F AB ( A B)C 2 F1 [( A B) C ][ AB ( A B)C ] ( AB)C
74××
标准系列
74L××
74H×× 74S×× 74LS×× 74AS×× 74ALS××
低功耗系列
高速系列 肖特基系列 低功耗肖特基系列 先进的肖特基系列 先进的低功耗肖特基系列
54系列和74系列具有相同的子系列，两个系列的参 数基本相同，主要在电源电压范围和工作环境温度 范围上有所不同，54系列适应的范围更大。 见P37 表2-1的比较
b 根据功能要求列出待设计电路的真值表；