组合逻辑电路：概念、分析与设计

组合逻辑电路：概念、分析与设计

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2302_81678505/article/details/144346735

组合逻辑电路是数字电路中的重要组成部分，它由基本的逻辑门（如与门、或门和非门）组成，具有结构简单、输出仅取决于当前输入等特点。本文将详细介绍组合逻辑电路的基本概念、分析方法、设计过程以及典型应用，帮助读者全面了解这一重要电路类型。

1. 组合逻辑电路分析

概念理解

• 定义：由基本门电路组成，如与门、或门和非门。
• 结构特征：
  1. 输出、输入之间没有反馈延迟通路，
  2. 不含记忆单元（记忆单元的分类主要包括锁存器（Latch）和触发器（Flip—flop））。
• 工作特征：输出取决于当前输入，与电路原来的状态无关。一旦输入发生变化，电路的输出将立即作出响应。

能力考查

分析目的：

分析步骤：

1. 写出逻辑表达式：根据给定的逻辑电路图，从输入到输出逐步写出每个逻辑门的输出表达式，最终得到输出变量的逻辑表达式。
2. 化简逻辑表达式：使用逻辑代数的方法（如代数法、卡诺图等）对逻辑表达式进行化简，以得到最简形式。这一步骤有助于简化电路设计和理解电路功能。
3. 列出真值表：根据化简后的逻辑表达式，列出所有可能的输入组合及其对应的输出值。真值表可以直观地展示电路的功能。
4. 功能描述：根据逻辑表达式和真值表，分析电路的逻辑功能。描述电路在各种输入组合下的行为，并确定电路的设计是否合理或是否需要改进。

2. 组合逻辑电路的设计

根据实际逻辑问题，求出所要求逻辑功能的最简单逻辑电路

设计过程：

1. 功能需求分析：设计的第一步是明确电路的功能需求。这一步骤需要详细了解电路需要实现的具体逻辑功能，例如加法、减法、比较、选择等。明确输入和输出变量的个数和类型，以及它们之间的逻辑关系。
2. 真值表制作：根据功能需求，列出真值表。通过真值表，可以直观地看到输入与输出之间的逻辑关系，为后续的逻辑表达式推导提供依据。
3. 逻辑函数式转换及化简：根据真值表，写出逻辑函数的“最小项之和”表达式。然后，利用逻辑代数化简方法（如卡诺图、摩根定律等）对逻辑函数进行化简，得到最简与或表达式。化简的目的是减少逻辑门的数量，简化电路结构，降低成本和提高可靠性。
4. 选择逻辑门类型、绘制逻辑图：根据化简后的逻辑表达式，选择合适的逻辑门类型或者题目要求，绘制逻辑电路图。

3. 典型的组合逻辑电路

3.1 编码器

• 定义：是一种能将2^n个输入信号变换为n位二进制的代码(1/0)输出的逻辑电路（常见O进制转B）。
• 分类：
• 普通编码器：任何时候只允许输入一个有效编码信号，否则输出就会发生混乱。
• 优先编码器：允许同时输入两个以上的有效编码信号。当同时输入几个有效编码信号时，优先编码器能按预先设定的优先级别，只对其中优先权最高的一个进行编码。

3.2 译码器/数据分配器

• 定义：将输入的二进制代码转换为相应的输出信号（常见输出八进制）的逻辑电路称为译码器
• 分类：
• 唯一地址译码器：将一系列代码转换成与之一一对应的有效信号
• 代码变换器：将一种代码转换成另一种代码

3.3 数据选择器

• 定义：能实现数据选择功能的逻辑电路。
• 功能：它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关，又称“多路开关”。能在通道选择信号的作用下，将多个通道的数据分时传送到公共的数据通道上去的。

3.4 数值比较器

• 定义：是一种逻辑电路，用于比较两个位数相同的二进制数的大小或是否相等
• 工作原理：
• 当高位（A1、B1）不相等时，无需比较低位（A0、B0），高位比较的结果就是最终结果。
• 当高位相等时，两数的比较结果由低位比较的结果决定

3.5 算术运算电路

• 半加器：是一种简单的一位二进制加法器，不能处理进位的问题。
• 全加器：则是能够处理两位二进制数的加法运算，并处理进位的问题

4. 应用实例

4.1 用译码器实现逻辑函数的方法：

1. 将被实现的函数变成最小项表示的与或表达式。并将被实现函数的变量接到译码器的输入端。
2. 当译码器的输出为高电平有效时，选用或门；当输出为低电平有效时，选用与非门。
3. 将译码器输出与逻辑函数F所具有的最小项相对应的所有输出端连接到一个或门（或者与非门）的输入端，则或门（或者与非门）的输出就是被实现的逻辑函数。

4.2 数据分配器的应用

数据分配器相当于多输出的单刀多掷开关，将公共数据线上的数据按需要送到不同的通道上去的逻辑电路

用译码器实现数据分配器

原因分析：只有当E3为高电平、且E1和E2都为低电平时，74HC138译码器才会被启用，而且已经提前固定A0A1A2为010

所以对于二进制数据来说相当于，数据分配器

用门电路实现数据分配器

4.3 数据选择器的应用

数据选择器74HC151的应用：组成逻辑函数产生器

数据选择器的扩展

4.4 数值比较器的应用

74HC85：是四位数值比较器 ，其工作原理和两位数值比较器相同

74HC85组成8位数值比较器（串联扩展方式）

74HC85组成16位数值比较器（串联扩展方式）

74HC85组成16位数值比较器的并联扩展方式

4.5 算术运算电路的应用

用全加器组成三位二进制代码 奇偶校验器