数字集成电路设计-组合逻辑电路
数字集成电路设计基础
数字集成电路设计基础
1. 数字逻辑
•布尔代数
•组合逻辑电路
•时序逻辑电路
•状态机
2. CMOS 技术
•CMOS 器件的结构和特性•MOS 晶体管的开关特性•CMOS 逻辑门
•CMOS 存储器
3. 数字集成电路设计流程
•系统规范
•架构设计
•逻辑设计
•物理设计
•验证和测试
4. 组合逻辑电路设计
•门级优化
•多级逻辑优化
•可编程逻辑器件 (FPGA)
5. 时序逻辑电路设计
•时钟和复位电路
•触发器和锁存器
•同步和异步时序电路
6. 存储器设计
•静态随机存取存储器 (SRAM) •动态随机存取存储器 (DRAM) •只读存储器 (ROM)
•闪存
7. 芯片设计中的布局和布线
•布局约束和规则•布线算法
•时序和功耗优化8. 验证和测试
•功能验证
•时序验证
•制造测试
9. 数字集成电路应用•微处理器和单片机•数字信号处理•通信系统
•嵌入式系统
其他重要概念：
•数制转换
•可靠性和容错性•EDA 工具
•低功耗设计
•可制造性设计。
数字电路与逻辑设计(第二版)章图文 (2)
第2章 组合逻辑电路
2.1 集成门电路 2.2 组合逻辑电路的分析和设计 2.3 组合逻辑电路中的竞争-冒险
第2章 组合逻辑电路
2.1 集成门电路
2.1.1 TTL门电路 TTL门电路由双极型三极管构成,它的特点是速度
快、抗静电能力强、集成度低、功耗大,目前广泛应用 于中、小规模集成电路中。TTL门电路有74（商用） 和54（军用）两大系列,每个系列中又有若干子系列,例 如，74系列包含如下基本子系列：
4)传输延时tP 传输延时tP指输入变化引起输出变化所需的时间,它 是衡量逻辑电路工作速度的重要指标。传输延时越短, 工作速度越快,工作频率越高。tPHL指输出由高电平变 为低电平时,输入脉冲的指定参考点（一般为中点）到 输出脉冲的相应指定参考点的时间。tPLH指输出由低电 平变为高电平时,输入脉冲的指定参考点到输出脉冲的 相应指定参考点的时间。标准TTL系列门电路典型的 传输延时为11ns;高速TTL系列门电路典型的传输延时 为3.3ns。HCT系列CMOS门电路的传输延时为7ns;AC 系列CMOS门电路的传输延时为5ns;ALVC系列CMOS 门电路的传输延时为3ns。
第2章 组合逻辑电路
图2―2和图2―3分别给出了TTL电路和CMOS电 路的输入/输出逻辑电平。
当输入电平在UIL(max)和UIH(min)之间时,逻辑电路可 能把它当作0,也可能把它当作1，而当逻辑电路因所接 负载过多等原因不能正常工作时,高电平输出可能低于 UOH(min),低电平输出可能高于UOL(max)。
第2章 组合逻辑电路
74AC和74ACT:先进CMOS(Advanced CMOS)。 74AHC和74AHCT:先进高速CMOS(Advanced High speed
数字集成电路-电路系统与设计第二版课程设计
数字集成电路-电路系统与设计第二版课程设计
一、课程设计介绍
数字集成电路是现代电路设计中的重要组成部分，也是计算机科学与工程的重要分支。
本课程设计旨在通过对数字集成电路的系统与设计进行探究，并结合具体的案例来设计和实现数字集成电路，使学生能够熟悉数字集成电路的基本原理、设计方法和实现技术。
本课程设计主要包含以下内容：
1.数值系统和编码
2.逻辑功能设计：组合逻辑电路和时序逻辑电路
3.集成电路设计方法和流程
4.VHDL和FPGA实现数字逻辑电路
5.数字信号处理器
通过本次课程设计，学生将掌握数字集成电路的系统性设计思路和实现方法，具备数字电路设计的基本能力和实际操作技术，能够针对具体应用场景提出解决方案，实现数字电路的设计、验证和调试。
二、课程设计要求
1. 课程设计题目
本次课程设计的题目为“4位计数器设计”。
2. 软件工具
VHDL编程软件和EDA工具
1。
《数字集成电路设计》课件
深入研究加法器和减法器的原理，了解如何进行数字的加法和减法运算。
贝叶斯定理在电路设计中的应 用
介绍贝叶斯定理在电路设计中的应用场景，讲解如何利用先验知识和观测结 果进行后验概率的计算。
层级与模块化设计
层级设计
了解层级设计的原理和方法，掌握如何将复杂的电 路分解为多个模块进行设计和测试。
仿真实例
通过案例分析和实际仿真实例，加深对 电路仿真工具和流程的理解和应用。
计算机辅助设计方法与工具介 绍
介绍计算机辅助设计的基本原理和方法，以及常用的电路设计工具，包括EDA 软件和硬件描述语言。
引言
数字集成电路设计是现代信息技术的关键领域，本课程将深入探讨数字电路 设计的理论和实践，为学生打下坚实的基础。
逻辑门与布尔代数
了解常用逻辑门的工作原理，掌握布尔代数的基本概念和运算规则，为后续的电路设计奠定基础。
时序逻辑电路设计基础
1
触发器和计数器
2
深入研究各种触发器和计数器的原理和
应用，掌握时序逻辑电路的设计技巧。
《数字集成电路设计》PPT课件
数字集成电路设计PPT课件大纲： 1. 引言 2. 逻辑门与布尔代数 3. 时序逻辑电路设计基础 4. 组合逻辑电路设计 5. 贝叶斯定理在电路设计中的应用 6. 层级与模块化设计 7. 电路仿真工具与流程 8. 计算机辅助设计方法与工具介绍 9. 电路优化与验证 10. 技术与制造工艺介绍 11. 功耗优化与电源管理 12. 嵌入式系统设计基础 13. CPU架构设计基础 14. SOC（系统片上集成电路）设计基础 15. 集成电路测试方法与介绍
模块化设计
学习模块化设计的思想和技术，掌握如何将多个模 块进行组合，实现复杂功能的集成电路设计。
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
数字电路第四章组合逻辑电路
(3)逻辑表达式：
Y A B C A B C A B C ABC A B CB C A B CB C ABC R AB BC AC AB BC AC
（4）画出电路（见仿真）
2、下图所示是具有两个输入X、Y和三个输出Z1、Z2、 Z3的组合电路。写出当X>Y时Z1 ＝1；X=Y时 Z2 ＝1；当X<Y时Z3 ＝1，写出电路的真值表， 求出输出方程。 解：A、列真值表： B、写出函数表达式：
可在K图中直接圈1化简得最简与或式。再对最简与或式 两次求反进行变换。 A C A B C B C
n 1 n n n n n n
B n Cn A n Cn A n B n B n C n A n Cn A n B n
C、 画出逻辑电路：
4、设计一组合电路，当接收的4位二进制数能被4整除 时，使输出为1。 A 、列真值表：数N＝8A+4B+2C+D 注：0可被任何数整除 B、写逻辑函数式：画出F的K图
3、优先编码器
优先编码器常用于优先中断系统和键盘编码。与普 通编码器不同，优先编码器允许多个输入信号同时有效， 但它只按其中优先级别最高的有效输入信号编码，对级 别较低的输入信号不予理睬。
常用的MSI优先编码器有10线—4线(如74LS147)、
8线—3线(如74LS148)。
Cn 1 Cn 1 Bn Cn A n Cn A n Bn
2)、用异或门实现Dn：
An Bn C n An Bn C n An Bn C n
3)、用与非门实现 Cn+1：
Dn An Bn C n An Bn C n An BnC n An BnC n
数电实验二 组合逻辑电路
实验二 组合逻辑电路一、实验目的1、熟悉组合逻辑电路的一些特点及一般分析、设计方法。
2、熟悉中规模集成电路典型的基本逻辑功能和简单应用设计。
二、实验器材1、直流稳压电源、数字逻辑电路实验箱、万用表、示波器2、74LS00、74LS04、74LS10、74LS20、74LS51、74LS86、74LS138、74LS148、74LS151、 74LS153三、实验内容和步骤 1、组合逻辑电路分析（1）图2-1是用SSI 实现的组合逻辑电路。
74LS51芯片是“与或非”门（CD AB Y +=）, 74LS86芯片是“异或”门（B A Y ⊕=）。
建立实验电路，三个输入变量分别用三个 逻辑开关加载数值，两个输出变量的状态分别用两只LED 观察。
观察并记录输出变 量相应的状态变化。
整理结果形成真值表并进行分析，写出输出函数的逻辑表达式， 描述该逻辑电路所实现的逻辑功能。
（2）图2-2和2-3是用MSI 实现的组合逻辑电路。
图2-2中的74LS138芯片是“3-8译码 器”，74LS20芯片是“与非”门（ABCD Y =）图2-3中的74LS153芯片是四选一 数据选择器。
建立实验电路，对两个逻辑电路进行分析，列出真值表，写出函数的逻 辑表达式，描述逻辑电路所实现的功能。
图2-1：SSI 组合逻辑电路图2-2 ：MSI 组合逻辑电路（74LS138）2、组合逻辑电路设计（1）SSI 逻辑门电路设计——裁判表决电路举重比赛有三名裁判：一个主裁判A 、两个副裁判B 和C 。
在杠铃是否完全举起裁 决中，最终结果取决于至少两名裁判的裁决，其中必须要有主裁判。
如果最终的裁决 为杠铃举起成功，则输出“有效”指示灯亮，否则杠铃举起失败。
（2）MSI 逻辑器件设计——路灯控制电路用74LS151芯片和逻辑门，设计一个路灯控制电路，要求能够在四个不同的地方都 能任意的开灯和关灯。
四、实验结果、电路分析及电路设计方案1、组合逻辑电路分析 （1）图2-1： 逻辑表达式：)()(11i i i i i i i i i i B A C S B A C B A C ⊕⊕=⊕+=--逻辑功能：实现A i 、B i 、C i-1三个一位二进制数 的加法运算功能，即全加器。
数字集成电路：电路系统与设计(第二版)
数字集成电路：电路系统与设计(第二版)简介《数字集成电路：电路系统与设计(第二版)》是一本介绍数字集成电路的基本原理和设计方法的教材。
本书的内容覆盖了数字电路的基础知识、逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路、存储器和程序控制电路等方面。
通过学习本书，读者可以了解数字集成电路的概念、设计方法和实际应用。
目录1.数字电路基础知识 1.1 数字电路的基本概念 1.2 二进制系统与数制转换 1.3 逻辑运算与布尔代数2.逻辑门电路 2.1 与门、或门、非门 2.2 与非门、或非门、异或门 2.3 多输入门电路的设计方法3.组合逻辑电路 3.1 组合逻辑电路的基本原理 3.2 组合逻辑电路的设计方法 3.3 编码器和译码器4.时序逻辑电路 4.1 时序逻辑电路的基本原理 4.2 同步时序电路的设计方法 4.3 异步时序电路的设计方法5.存储器电路 5.1 存储器的基本概念 5.2 可读写存储器的设计方法 5.3 只读存储器的设计方法6.程序控制电路 6.1 程序控制电路的基本概念 6.2 程序控制电路的设计方法 6.3 微程序控制器的设计方法内容概述1. 数字电路基础知识本章主要介绍数字电路的基本概念，包括数字电路与模拟电路的区别、数字信号的表示方法以及数制转换等内容。
此外，还介绍了数字电路中常用的逻辑运算和布尔代数的基本原理。
2. 逻辑门电路逻辑门电路是数字电路中的基本组成单元，本章主要介绍了与门、或门、非门以及与非门、或非门、异或门等逻辑门的基本原理和组成。
此外，还介绍了多输入门电路的设计方法，以及逻辑门电路在数字电路设计中的应用。
3. 组合逻辑电路组合逻辑电路是由逻辑门电路组成的，本章主要介绍了组合逻辑电路的基本原理和设计方法。
此外，还介绍了编码器和译码器的原理和应用，以及在数字电路设计中的实际应用场景。
4. 时序逻辑电路时序逻辑电路是在组合逻辑电路的基础上引入了时序元件并进行时序控制的电路。
本章主要介绍了时序逻辑电路的基本原理和设计方法，包括同步时序电路和异步时序电路的设计。
SSI组合逻辑电路设计实验报告
华中科技大学《电子线路设计、测试与实验》实验报告实验名称：SSI组合逻辑电路设计实验（软件）院（系）：自动化学院实验成绩：指导教师：汪小燕2014 年 4 月24 日一.实验目的1.掌握用SSI（小规模数字集成电路）实现简单组合逻辑电路的方法。
2.掌握简单数字电路的安装于调试技术。
3.进一步熟悉数字万用表、示波器等仪器的使用办法。
4.熟悉用Verilog HDL描述组合逻辑电路的方法，以及EDA仿真技术。
二.实验元器件芯片74HC00 2片，74LS04 一片；若干导线,计算机；QuartusⅡ9.1集成开发环境；面包板；可编程器件实验板；专用的在系统编程电缆。
三.实验原理及参考电路组合逻辑电路的设计流程组合逻辑电路的设计步骤如下图，先根据实际的逻辑问题进行逻辑抽象，定义逻辑状态的含义，在按照给定事件因果关系列出逻辑关系真值表。
然后用给定的器件实现简化后的逻辑表达式，画出逻辑电路图。
QuartusⅡ9.1在设计好电路之后，就可以根据设计的电路，就可以在QuartusⅡ9.1集成开发环境下，通过Verilog HDL语言编程，然后生成相应的波形文件执行仿真，最后再把程序下载到老师给的DE0板子上去，从而通过板子上LED灯的亮和不亮来确定输出的高低电平。
插板在做完仿真之后，就可以根据设计的逻辑图选择相应的芯片进行插板，通过给不同输入高低电平组合来测输出电平的高低，从而检测是否符合实验要求。
四．实验内容全加器/全减器 根据给定的器件，设计一个全加器/全减器电路，使之既能实现1位加法运算又能实现1位减法运算。
当控制变量M=0时，电路实现加法运算；当M=1时，电路实现减法运算。
其框图如下所示，图中，00A B 、 分别为被加（减）数和加（减数），0S 为相加（减）的结果，0C 为进（借）位。
一、 首先，按照组合逻辑电路的设计流程，写出其真值表如下：M0A0B1C -0S0C0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 111111二、根据真值表，。
数字电路 第 4 章 组合逻辑电路
几个名词: 生成项 (多余项，添加项）
为生成项
尾部因子：是指每个乘积项中带非号部分的因子
F AB AB BC AD ABDB AC AABCDB ABCD
A B C
D
BD
AC
ABCD
例
例 在只有原变量，没有反变量输入条件下，用与非门实现
例
现在没有反变量 输入，所以其逻 辑电路如图
第1级反相器用来产生 反变量，比前一个图多 了一级门，为3级门的 电路结构
例
上图所示电路不是最佳结果。若对
F AB AB BC AD
进行合并，得
F AB AB BC AD A( B D) B( A C ) ABD B AC ABD B AC
F * (a, b, c, d ) m(14,13,12,10,9,8, 7, 6,5,1)
②采用与非器件的设计方法，求出F*的与非－与非表达式
③再求 F*的对偶式得F的或非－或非表达式
*四、多输出组合逻辑电路的设计
1、什么是多输出函数的组合逻辑电路?
它是一种同一组输入变量下具有多个输出的逻辑电路， 其框图见图所示。
特点
组合逻辑电路特点:
(1)从电路结构上看,基本由逻辑门电路组成； (2)不存在反馈，不包含记忆元件 (触发器)。
从逻辑功能上看,任一时刻的输出仅仅与该时
刻的输入有关，与该时刻之前电路的状态无关。
即时输入决定即时输出。
常用组合模块
常用组合模块（中规模集成电路）:
编码器、译码器、加法器、 数据选择器、数值比较器、 奇偶校验器等。
3级门的电路结构，比 上图少4个反相器
数字电子技术基础组合逻辑电路ppt课件
通常数据分配器有一根输入线，n根地址控制线，2n根数据输出线，因此根据输出线的个数也称为2n路数据分配器
用74LS138译码器实现的数据分配器
译码器的三个输入端A2 、A1 、A0作为选择通道用的地址信号输入，八个输出端作为数据输出通道，三个控制端接法如下：
74HC4511引脚图
74HC4511是常用的CMOS七段显示译码器， A3、A2、 A1、A0为输入端，输入8421BCD码，a～g为七段输出，输出高电平有效，可用来驱动共阴极LED数码管。
为测试输入端，低电平有效，当
时a～g输出全为1，用于检查译码器和LED
数码管是否能正常工作。
数据时，可强制将不需要显示的位消去。如四位数码管，某时刻只需显示最低的两位数据，则可以让最高两位数据的
例2
用74LS138实现逻辑函数
。
解：
将函数表达式写成最小项之和
将输入变量A、B、C分别接入输入端，注意高位和低位的接法，使能端接有效电平，由于74LS138输出为反码输出，需要再将F变换一下：
逻辑电路图
注意：使用中规模集成译码器实现逻辑函数时，译码器的输入端个数要和逻辑函数变量的个数相同，并且需要将逻辑函数化成最小项表达式。
3.2.2 组合逻辑电路的设计方法
根据给定的逻辑功能要求，设计出能实现这 个功能要求的逻辑电路。
实现的电路要最简，即所用器件品种最少、数量最少、连线最少。
要求：
（1）根据设计要求确定输入输出变量并逻辑赋 写出真值表。
（2）由真值表写出逻辑函数表达式并化简或转换。
（3）选用合适的器件画出逻辑图。
2．二-十进制译码器
常用的有8421BCD码集成译码器74HC42，
数字电路组合逻辑电路
2021/4/21 Y1 Y3 Y5 Y6 Y7
38
因此，正确连接控制输入端使译码器处于工 作状态，将Y1 Y、３ Y、５ Y、６ Y、７ 经一个与非门 输出，A2、A1、A0分别作为输入变量A、B、C，就可 实现组合逻辑函数。
F (A, B,C) m(1,3,5,6,7)
Y1 Y3 Y5 Y6 Y7
(2)列真值表； 把逻辑关系转换成数字表示形式；
表3-2 例3-3真值表 (3) 由真值表写逻辑表 Ａ Ｂ Ｃ Ｙ 达式，并化简；
００００
００１０ ０１００
化简得最简式：
０１１１
１０００
１０１１
１ １ ０ １ 2021/4/21
12
１１１１
(4) 画逻辑电路图： 用与非门实现，其逻辑图与例3-1相同。 如果作以下变换：
输出：三位二进制代码
Y2Y1Y0
2021/4/21
称八线—三线编码器18
图3-4 普通编码器的方框图
设输入信号为1表示对该输入进行编码。
表3-4 编码器输入输出的对应关系
I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 Y2 Y1 Y0 １０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０
０１ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ １
2021/4/21
2
第3章 组合逻辑电路
数字电路分类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。 组合逻辑电路: 任意时刻的输出仅仅取决于当时 的输入信号，而与电路原来的状态无关。
本章内容提要
小规模集成电路(SSI)构成组合逻辑电路的
一般分析方法和设计方法。
常用组合逻辑电路的基本工作原理及常用中
规模集成（MSI）组合逻辑电路的逻辑功能、使
(2) 实现组合逻辑函数F（A，B，C）
基于Proteus的数字电路分析与设计第章组合逻辑电路分析与设计
真值表是一种描述逻辑电路输入和输出之间逻辑关系的表格，通过列出所有可能输入组合及其对应的输出结果来表示。
组合逻辑电路的表示方法
02
组合逻辑电路的分析
观察电路
分析的基本步骤
逻辑功能分析
真值表和表达式
简化电路
加法器
用于实现二进制加法运算的电路，如二进制全加器和二进制减法器。
用于比较两个二进制数的电路，如二进制数值比较器和数值比较选择器。
注意设计的可维护性和可扩展性
04
组合逻辑电路的实现
基本逻辑门
AND、OR和NOT是构建所有组合逻辑电路的基本门。
复杂逻辑门
通过基本逻辑门组合，可以构建更复杂的逻辑门，如多输入门、多输出门等。
利用门电路实现
中规模集成电路（MSI）
指将多个逻辑门集合在单个芯片中，以实现更复杂的逻辑功能。
MSI芯片种类
用于在多个输入中选择一个输出的电路，如 2:1 多路复用器和 4:1 多路复用器。
用于检测二进制数中“1”的个数的电路，如奇偶校验器、偶校验器和奇偶校验选择器。
用于将二进制编码转换为对应输出信号的电路，如二进制译码器和优先级编码器。
常用组合逻辑电路
数值比较器
奇偶校验器
译码器
多路复用器
03
组合逻辑电路的设计
设计的基本步骤
详细分析任务的具体要求和条件，明确需要实现的功能和指标。
明确设计任务和要求
逻辑抽象和化简
门级实现
电路优化
根据任务要求，对逻辑关系进行抽象和化简，得到最小项表达式或真值表。
将抽象化简后的逻辑关系逐级展开成实际的门电路，并选择合适的门器件。
对门级实现后的电路进行优化，包括减少器件数量、降低功耗和提高响应速度等方面。
组合逻辑电路的设计方法
组合逻辑电路的设计方法
一、设计步骤
根据给出的实际逻辑问题，求出实现该实际问题的逻辑功能的组合逻辑电路，这就是组合逻辑电路设计的任务。
在使用不同的器件进行设计时，电路的“最简”也有不同的含意。
用小规模数字集成电路进行设计的最简标准是所用的门数目最少，而且门的输出端数目也最少；用中规模数字集成电路进行设计的最简标准是所用集成电路个数最少，品种最少，同时集成电路间的连线也最少。
组合逻辑电路设计的一般步骤如下：
按照设计要求列出真值表；
根据题意设输入变量和输出函数并逻辑赋值，确定它们相互间的关系，然后将输入变量以自然二进制数顺序的各种取值组合排列，列出真值表。
2．根据真值表，写出输出逻辑函数表达式；3．对输出逻辑函数进行化简，可采用代数法或卡诺图法；4．根据最简输出逻辑函数式画出逻辑图。
二、设计举例
【例】设计一个A、B、C三人表决电路。
当表决某个提案时，多数人同意，提案通过，同时A具有否决权。
用与非门实现。
解：设计步骤（1）列出真值表设A、B、C三个人，表决同意用1表示，不同
意时用0表示；Y为表决结果，提案通过用1表示，通不过用0表示；同时还应考虑A具有否决权。
输入
输出
A B C
Y
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
1
1
1
（2）写出输出函数表达式并化简得：Y=AB+AC （3）画逻辑图。
数字逻辑实验 门电路组合逻辑设计
VCC
&
：
&
GND
1 23 45 6 7
图1-1 74LS20逻辑框图、逻辑符号及引脚排列
1、与非门的逻辑功能 与非门的逻辑功能为：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出 端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平。
逻辑表达式为： Y=ABCD
2.与非门的逻辑功能测试 1）逻辑电路及74LS20芯片逻辑功能测试的连接方法如图1-3所示。
一、实验目的
1、掌握中规模集成芯片数据选择器和译码器的逻辑功能和使 用方法
2、熟悉组合功能器件的应用
二、实验原理
1、数据选择器 数据选择器又叫多路选择器或多路开关，它是多输入，单输
出的组合逻辑电路。由地址码控制器多个数据通道。实现单 个通道数据输出，还可以实现数据传输与并串转换等多种功 能。 它基本是由三部分组成：数据选择控制（或称地址输入）、 数据输入电路和数据输出电路，它的种类多样有原码形式输 出、反码形式输出，现以74LS153为例进行应用设计。
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 01111111 10111111 11011111 11101111 11110111 11111011 11111101 11111110 11111111 11111111
SY70
VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
YS1357026432
E
1
0
A B F1 F2
F2 = ABE = ABE
南北 东西 3、电路图：
╳╳ 0 0 A 0010
B
&
&&
& F1
0 0 1 0 1 E
数电实验实验三 组合逻辑电路
1. 测试用异或门和与非门组成的半加器的逻辑功能
如果不考虑来自低位的进位而能够实现将两个 1 位二进制数相加的电路，称为半加器，
半加器的符号如图 3-2 所示。
半加器的逻辑表达式为：
S = AB + AB = A B CO = AB
12
根据半加器的逻辑表达式可知，半加和 S 是输入 A、B 的异或，而进位 CO 则为输入 A、 B 相与，故半加器可用一个集成异或门和二个与非门组成，电路如图 3-3 所示。 （仿真图，并把仿真结果填入表中）
2. 用卡诺图或代数法化简，求出最简逻辑表达 式。
设计要求 逻辑抽象
真值表
3. 根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑电路图。
若已知逻辑电路，欲分析组合电路的逻辑功能， 逻辑表达式
则分析步骤为：
代数法化减
卡诺图 卡诺图法化减
1. 由逻辑电路图写出各输出端的逻辑表达式。
2. 由逻辑表达式列出真值表。
最简逻辑表达式
实验三 组合逻辑电路
姓名： 赖馨兰 班级： 光信 1802 学号：1810830225
一、实验目的
1. 通过简单的组合逻辑电路设计与调试，掌握采用小规模（SSI）集成电路设计组合逻
辑电路的方法。
2. 用实验验证所设计电路的逻辑功能。
3. 熟悉、掌握各种逻辑门的应用。
二、实验原理
组合逻辑电路是最常见的逻辑电路之一，可以用一些常用的门电路来组合成具有其他功
要求：写出详细的设计过程，画出完整的控制电路图，并在实验以上选择相应的器件对 所设计的电路进行实验测试，记录实验结果。 （仿真图）（设计过程） 设计过程： 1.列真值表 设 0 为开关切断，1 为接通。L=0 为灯泡不亮，L=1 为灯泡亮，初始状态为三个开关都为断 开状态，且灯泡不亮。
组合逻辑电路分析与设计实验报告
一、页组合逻辑电路分析与设计实验报告二、目录1.页2.目录3.摘要4.背景和现状分析4.1逻辑电路的基础概念4.2组合逻辑电路的应用领域4.3当前组合逻辑电路设计的挑战5.项目目标5.1实验目的和预期成果5.2技术和方法论5.3创新点和实际应用6.章节一：逻辑门和基本组合电路7.章节二：组合逻辑电路的设计方法8.章节三：实验操作和数据分析9.章节四：实验结果和讨论10.结论与建议三、摘要四、背景和现状分析4.1逻辑电路的基础概念逻辑电路是数字电路的基本组成部分，它们执行基本的逻辑运算，如与、或、非等。
组合逻辑电路（CLC）是由多个逻辑门组成的电路，其输出仅取决于当前输入的组合，而与电路以前的状态无关。
这种电路广泛应用于各种电子设备中，从计算机处理器到简单的电子玩具。
4.2组合逻辑电路的应用领域组合逻辑电路在现代技术中扮演着关键角色。
它们是计算机处理器、数字信号处理器、通信设备和其他许多电子系统的基础。
随着技术的进步，组合逻辑电路的设计和应用也在不断扩展，例如在、物联网和高速通信领域。
4.3当前组合逻辑电路设计的挑战尽管组合逻辑电路的设计原理相对简单，但在实际应用中面临着一系列挑战。
这些挑战包括提高电路的速度和效率、减少能耗、以及设计更复杂的逻辑功能。
随着集成电路尺寸的不断缩小，量子效应和热效应也对电路的设计和性能提出了新的挑战。
五、项目目标5.1实验目的和预期成果本实验的主要目的是深入理解和掌握组合逻辑电路的设计原理和实验方法。
预期成果包括成功设计和实现一个具有特定功能的组合逻辑电路，并对其进行性能分析。
5.2技术和方法论实验将采用现代电子设计自动化（EDA）工具进行电路设计和仿真。
实验方法将包括理论分析、电路设计、仿真测试和性能评估。
5.3创新点和实际应用本实验的创新点在于探索新的设计方法和优化技术，以提高组合逻辑电路的性能和效率。
实验成果将有望应用于实际电子产品的设计和开发，特别是在需要高性能和低功耗的场合。
组合逻辑电路设计时常遇的问题及解决方法
组合逻辑电路设计时常遇的问题及解决方法组合逻辑电路设计是数字电路设计中非常重要的一类电路,其主要目的是通过逻辑门的组合实现各种逻辑功能。
以下是组合逻辑电路设计时常遇的问题及解决方法:1. 错误的输入选择:在进行组合逻辑电路设计时,输入的选择非常重要。
如果输入的选择不正确,则可能会导致错误的输出结果。
因此,在设计时,需要仔细考虑输入的输入类型、输入范围、输入异或值等因素。
2. 错误的布局:在进行组合逻辑电路设计时,正确的布局非常重要。
如果布局不正确,则可能会导致错误的输出结果。
因此,在设计时,需要仔细考虑各个逻辑门的放置位置、方向、距离等因素。
3. 错误的时钟周期:在进行组合逻辑电路设计时,时钟周期的选择非常重要。
如果时钟周期不正确,则可能会导致错误的输出结果。
因此,在设计时,需要仔细考虑时钟周期、信号的上升沿时间等因素。
4. 错误的仿真结果:在进行组合逻辑电路设计时,仿真结果是非常重要的。
通过仿真结果可以判断电路的性能和稳定性,因此,在设计时,需要仔细考虑仿真结果,并进行调整。
5. 错误的时序约束:在进行组合逻辑电路设计时,时序约束的选择非常重要。
如果时序约束不正确,则可能会导致错误的输出结果。
因此,在设计时,需要仔细考虑时序约束、信号的上升沿时间等因素。
6. 错误的实现方法:在进行组合逻辑电路设计时,正确的实现方法非常重要。
如果实现方法不正确,则可能会导致错误的输出结果。
因此,在设计时,需要仔细考虑实现方法、优化算法等因素。
针对以上问题,我们可以采取以下解决方法:1. 仔细考虑输入类型和范围,确保输入正确。
2. 仔细考虑布局,确保逻辑门的位置正确,信号传输的距离合适。
3. 认真考虑时钟周期,确保电路在正确的时钟周期内工作。
4. 认真考虑时序约束,确保电路按照正确的时序工作。
5. 认真考虑实现方法,选择正确的算法和优化方法。
6. 与其他人交流,学习其他人的设计经验和技巧。
《组合逻辑电路设计》课件
目录
• 组合逻辑电路概述 • 组合逻辑电路设计方法 • 常用组合逻辑电路设计 • 组合逻辑电路的分析 • 组合逻辑电路的实现
01 组合逻辑电路概 述
组合逻辑电路的定义
01
02
03
组合逻辑电路
由门电路组成的数字电路 ，其输出仅与当前的输入 有关，而与之前的输入无 关。
04 组合逻辑电路的 分析
组合逻辑电路的分析步骤
确定输入和输出变量
首先需要确定组合逻辑电路的输入和 输出变量，以便了解电路的功能需求 。
பைடு நூலகம்
列出真值表
根据输入和输出变量的取值，列出组 合逻辑电路的真值表，以便了解电路 在不同输入下的输出情况。
化简逻辑表达式
根据真值表，化简输出函数的逻辑表 达式，以便了解电路的逻辑关系。
分析电路的完备性
检查电路是否实现了所需的功能，并 确定是否存在冗余的元件或不必要的 电路结构。
组合逻辑电路的分析实例
实例一
2-2=1的组合逻辑电路：该电路有两个输入 变量A和B，一个输出变量Y，满足条件A和 B不同时为1时Y为0，其他情况下Y为1。通 过分析可以得出输出函数的逻辑表达式为 Y=A'B'+AB。
THANKS
感谢观看
特点
无记忆功能，仅根据当前 的输入确定输出。
应用
如编码器、译码器、多路 选择器等。
组合逻辑电路的基本组成
门电路
是构成组合逻辑电路的基本单元，如AND门、OR 门、NOT门等。
输入和输出
组合逻辑电路有多个输入和输出，输入用于接收 外部信号，输出用于传递处理后的信号。
连线
连接门电路，将输入与输出连接起来，实现信号 的传递和处理。
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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Nikolic，2003. Chapters 6。 中译本：周润德等译，数字集成电路-电路、系统与设计，电子工 业出版社，2004.10。第6章。
n one input goes low n delay is 0.69 Rp CL
n High to low transition
n both inputs go high n delay is 0.69 2Rn CL
.
7.2 静态CMOS电路
延时与输入组态有关(2)
Voltage [V]
3 2.5
.
10
7.2 静态CMOS电路
实例1:PUP与PDN设计
f abc
.
11
7.2 静态CMOS电路
实例1:CMOS电路设计
f ABC
.
12
7.2 静态CMOS电路
实例1:版图设计
f abc
版图方案1
.
版图方案2
13
7.2 静态CMOS电路
实例2:PUP与PDN设计
fa(bc)(de)
.
14
7.2 静态CMOS电路
集成电路设计系列
第7章 组合逻辑电路 P90
.
1
本章概要
概述 静态CMOS电路 镜像电路 C2MOS 准nMOS电路 动态CMOS电路
2
n 多米诺逻辑 n 双轨逻辑电路 n CMOS逻辑电路的比较 n 多路选择器 n 二进制译码器 n 优先权译码器
.
本章参考书
n John P. Uyemura, Introduction to VLSI Circuits and Systems, John Wiley & Sons, Inc., 2002. Chapters 9. 中译本：周润德译，超大规模集成电路与系统导论，电子工业出 版社，2004.1。第9章。
NMOS only
下拉逻辑链
.
7
7.2 静态CMOS电路
阈值电压损失
PUN
VDD
S
D
0 VDD
CL
VDD VGS
VDD
D
S
0 VDD - VTn CL
PDN
D
VDD
S
VDD 0 CL
VGS
S
D
VDD |VTp| CL
.
8
单用PUN或PDN传输逻辑，会产生阈值电压损失
7.2 静态CMOS电路 PUP与PDN之间的对偶关系
2 1.5
1 0.5
0 0
-0.5
20
A=B=10 A=1 0, B=1
A=1, B=10
Input Data Pattern
A=B=01 A=1, B=01
A= 01, B=1
Delay (psec)
67 64
61
A=B=10
45
A=1, B=10
80
100
200
300
400 A= 10, B=1
81
time [ps]
.
NMOS = 0.5m/0.25 m PMOS = 0.75m/0.25 m CL = 100 fF
7.2 静态CMOS电路
延时分析方法
规则
最坏的情况发生在有尽可能多的FET串联时的情形 最长的下降时间取决于最长的nFET串联链 最长的上升时间取决于最长的pFET串联链
4
7.1 概述
静态CMOS与动态CMOS
n 静态CMOS逻辑电路 n 输出-输入逻辑关系与时间无关(开关过渡期除外） n 利用晶体管的串-并联组合实现逻辑 n 晶体管数多（n个扇入需要2n个管子，n个NMOS，n个PMOS）， 占用面积大 n 速度较慢 n 功耗较小
n 动态CMOS逻辑电路 n 输出-输入逻辑关系与时间有关 n 利用时钟和MOSFET的电荷存储特性实现逻辑 n 晶体管数少（n个扇入需要n+2个管子，n+1个NMOS，1个 PMOS），占用面积小 n 速度较快(通过预充电，只有从输入1到0有延迟时间） n 功耗较大
实例2:版图设计
fa(bc)(de)
.
15
7.2 静态CMOS电路
实例3
VDD
B A
C
D
A D
BC
O U T = D + A • (B + C )
.
16
7.2 静态CMOS电路
实例4
.
17
7.2 静态CMOS电路
OAI22
A B
C A
18
C D
X = (A+B)•(C+D)
X
D
BA B C D
实例: NAND2
.
9
7.2 静态CMOS电路
一般设计步骤
n 用与、或、非门构成逻辑图； n 利用nFET与逻辑门之间的关系（或并与串），在输出与地之间
构成nFET电路； n 利用pFET与逻辑门之间的关系（或串与并），在输出与VDD之
间构成pFET电路； n nFET和pFET组合
而成完整电路。
.
X
PUN
D
C
VDD
B
A
GND
PDN
7.2 静态CMOS电路
延时与输入组态有关(1)
Rp
Rp
A
B
Rn
CL
B
Rn
Cint
A
19
n Delay is dependent on the pattern of inputs
n Low to high transition
n both inputs go low n delay is 0.69 Rp/2 CL
.
3
7.1 概述
Logic In
Circuit
In Out
组合逻辑与时序逻辑
Logic
Out
Circuit
State
(a) Combinational 组合逻辑电路
Output = f(In)
(b) Sequential 时序逻辑电路
Output = f(In, Previous In)
组合逻辑电路的输出只与当前输入值有关（稳态下），而时序逻辑电路的输出不仅取决于当前 的输入值，而且取决于前一个输入值，因此必须. 有保存前一个输入值的部件，即寄存器
步骤
找到最长的nFET串联链导通时的逻辑组合，确定等 效电路，计算时间参数，求出下降时间
找到最长的pFET串联链导通时的逻辑组合，确定等 效电路，计算时间参数，求出上升时间
.
21
7.2 静态CMOS电路
传播延时:估算
RON =
VDD Rp
A
.
5
7.1 概述
无比逻辑与有比逻辑
有比逻辑：逻VO 辑 L或V 功 OH与 能器 、件相对尺寸
.
6
7.2 静态CMOS电路
基本构成
VDD
In1
In2
PUN
InN
In1
In2
PDN
InN
PMOS only
上拉逻辑链
F(In1,In2,…InN)