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4.3 组合逻辑电路的设计方法

4.3 组合逻辑电路的设计方法. 4.3.1 简单电路的设计 1. 逻辑抽象 分析因果关系，确定输入 / 输出变量 定义逻辑状态的含意（赋值） 列出真值表 2. 从真值表写出逻辑函数式 3. 选定器件的类型 4. 根据所选器件，化简或变换逻辑函数式： 若用 SSI 的门电路，则要求将逻辑式化为最简式 若用 MSI 组合逻辑电路，则要求将逻辑式变换成所用器件的逻辑式相似的形式。 若用 PLD ，则可以通过在计算机上运行 EDA 软件自动完成。 5. 画出逻辑电路图. 例：设计一个三人表决逻辑电路，规定必须有两人以上同意，方案方可通过。.

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4.3 组合逻辑电路的设计方法

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  1. 4.3 组合逻辑电路的设计方法 4.3.1 简单电路的设计 1. 逻辑抽象 • 分析因果关系，确定输入/输出变量 • 定义逻辑状态的含意（赋值） • 列出真值表 2. 从真值表写出逻辑函数式 3. 选定器件的类型 4. 根据所选器件，化简或变换逻辑函数式： • 若用SSI的门电路，则要求将逻辑式化为最简式 • 若用MSI组合逻辑电路，则要求将逻辑式变换成所用器件的逻辑式相似的形式。 • 若用PLD，则可以通过在计算机上运行EDA软件自动完成。 5. 画出逻辑电路图

  2. 例：设计一个三人表决逻辑电路，规定必须有两人以上同意，方案方可通过。例：设计一个三人表决逻辑电路，规定必须有两人以上同意，方案方可通过。 1. 逻辑抽象 三人态度为A、B、C，且1状态代表同意，0状态代表不同意。表决结果以Z表示，且1为提案通过，0为未通过。 2. 写出逻辑表达式

  3. 3. 选用小规模集成的门电路 4. 化简 用与门和或门 用与非门 5. 画出逻辑图

  4. 采用中规模集成的常用组合逻辑电路设计 一、 选用译码器和门电路 1. 逻辑抽象 2. 写出逻辑表达式 3. 变换 4. 画出逻辑图

  5. 二、选用数据选择器 1. 逻辑抽象 2. 写出逻辑表达式 3. 变换：Z=A’BC+AB’C+ABC’+ABC 4. 画出逻辑图

  6. 4.3.2 复杂电路的设计 采用层次化的设计方法 • 将整个逻辑电路划分成若干个比较大的顶级模块。 • 再将其逐级划分成更小的模块，直到划分为能够实现的、规模较小的底层模块电路为止。 实现方式 • 自顶向下：从获得最佳电路性能出发进行模块的划分和设计，并不考虑这些模块是否已经存在。 • 自底向上：力图将电路划分成已经有的电路模块（标准集成器件）。

  7. 例：要求为某旅店设计一个客房服务呼叫系统。已知该旅店有1~9号共9个房间。每间内设置有一个呼叫开关，分别为K1~K9。当1号房间的呼叫开关K1合上时，无论其他房间里的呼叫开关K2~K9是否合上，服务员值班室的数码管显示器应显示数字1。当K1没有合上而K2合上时，无论K3~K9是否合上，数码显示器应显示数字2。依此类推，只有当K1~K8全未合上而K9合上时，才显示数字9。例：要求为某旅店设计一个客房服务呼叫系统。已知该旅店有1~9号共9个房间。每间内设置有一个呼叫开关，分别为K1~K9。当1号房间的呼叫开关K1合上时，无论其他房间里的呼叫开关K2~K9是否合上，服务员值班室的数码管显示器应显示数字1。当K1没有合上而K2合上时，无论K3~K9是否合上，数码显示器应显示数字2。依此类推，只有当K1~K8全未合上而K9合上时，才显示数字9。 解：根据对设计要求的分析，首先可以将整个呼叫系统逻辑电路划分为优先编码器、代码转换电路和数码显示电路三个模块。 数码显示电路又可划分为七段显示译码器、数码管驱动电路和七段数码显示器。 按照信号的传递路线把现成的集成器件连接起来。

  8. 4.4 组合逻辑电路中的竞争－冒险现象 一、什么是“竞争” 两个输入信号“同时向相反的逻辑电平变化”，称存在“竞争” 二、只要存在输入信号的竞争，就有可能产生输出尖峰脉冲噪声的危险，这种现象称为“竞争－冒险”现象。 A+A’型(0型)冒险 AA’型(1型)冒险

  9. 消除竞争－冒险现象的方法 一、在输出端与地之间并联滤波电容 缺点：增加了门电路的传输延迟时间，并使输出电压波形的边沿变缓。 二、引入选通信号 将选通信号的有效作用时间选在输入信号变化结束后， S=1期间的输出信号不会出现尖峰。

  10. 三、修改逻辑设计 只要逻辑函数在一定的条件下能化成Y=AA’或 Y=A+A’的形式，则可判定其电路有竞争—冒险的可能。 形式为Y=AA’的可能将出现正向尖峰脉冲； 形式为Y=A+A’的可能将出现负向尖峰脉冲。 如Y=AB+A’C在 B=C=1的条件下，Y=A+A’，可能将有负向尖峰脉冲出现。 若将原逻辑关系 改为 Y=AB+A’C+BC 则可在B=C=1时，使Y=A+A’+1=1， 确保没有负向尖峰脉冲出现，消除了原逻辑设计中的竞争 — 冒险。

  11. 重点难点 • 重点： •  组合逻辑电路的概念 •  组合逻辑电路的分析与设计方法 • 常用组合电路模块的功能及应用 •  组合电路的竞争-冒险的判断 • 难点： •  灵活运用常用组合电路模块进行电路设计

  12. 第5章 触发器 5.1 SR锁存器 1. 由或非门组成的SR锁存器 R、S输入信号为高电平有效 R端称为复位端或清零（0）端 电路有两个互补的输出端 S端称为置位（1）端 Q端的状态定义为电路输出状态 “0”态：Q=0、Q’=1 “1”态：Q=1、Q’=0

  13. 现态：输入信号作用前Q端的状态，现态用Q 表示。 1) 工作原理 次态：输入信号作用后Q端的状态，次态用Q *表示。 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 若初态 Q= 1 若初态Q = 0 R=0、S=0 状态不变

  14. R=0、S=1 置1 无论初态Q为0或1，锁存器的次态为1态。 信号消失后新的状态将被记忆下来。 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 若初态 Q = 1 若初态 Q = 0

  15. R=1、S=0 置0 无论初态Q 为0或1，锁存器的次态为0态。 信号消失后新的状态将被记忆下来。 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 若初态 Q = 0 若初态 Q = 1

  16. S=1 、 R=1 状态不确定 无论初态Q 为0或1，触发器的次态Q*和Q’*都为0 。 触发器的输出既不是0态，也不是1态 1 0 当S、R 同时回到0时，由于两个或非门的延迟时间无法确定，使得触发器最终稳定状态也不能确定。 0 1

  17. 由或非门组成的SR锁存器的特性表: 特性方程：Q* = S+R’Q（约束条件: SR = 0）

  18. （设初态为0） 3）工作波形 Q Q’ 提问：触发器的特点及逻辑功能的描述方法？

  19. 小 结 作 业 掌握组合逻辑电路的设计方法。 掌握或非门组成的SR锁存器的工作原理。 作业： P151 5.1

  20. A B AB O A B AB O 图（1） 实验二：组合逻辑电路设计的内容 1、用3-8译码器（74LS138）和与非门（74LS20）设计一举重比赛中的裁判电路，要求：比赛有A、B、C三名裁判，A为主裁判，B、C为两名副裁判，只有当两名以上裁判（必须包括A在内）认为上举杠铃合格时，裁决才算通过。 2、人的血型有A、B、AB、O 4种。输血时输血者的血型与受血者血型必须符合图（1）中用箭头指示的授受关系。试用数据选择器（74LS151）和非门（74LS04）电路设计一个逻辑电路，判断输血者与受血者的血型是否符合上述规定。（提示：可以用两个逻辑变量的4种取值表示输血者的血型。用另外两个逻辑变量的4种取值表示受血者的血型。）

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