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4 组合逻辑电路 4.1 组合逻辑电路的分析 4.2 组合逻辑电路的设计 4.3 组合逻辑电路中的竞争和冒险 4.4 若干典型的组合逻辑电路 4.5 组合可编程逻辑器件 4.6 用Verilog HDL描述组合逻辑电路 教学基本要求 1.熟练掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法； 2.掌握编码器、译码器、数据选择器、数值比较器和加法器的逻辑功能及其应用； 3.学会阅读器件的功能表，并能根据设计要求完成电路的正确连接； 4.掌握可编程逻辑器件的表示方法，会用PLD实现组合逻辑电路。 组合逻辑电路的一般框图 Li = f (A1, A2 , …, An ) (i=1, 2, …, m) 工作特征: 组合逻辑电路工作特点:在任何时刻，电路的输出状态只取决于同一时刻的输入状态而与电路原来的状态无关。 4.1.1 组合逻辑电路的定义 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 4.1 组合逻辑电路分析 二. 组合逻辑电路的分析步骤： 1、 由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式； 2、 化简和变换逻辑表达式； 3、 列出真值表； 4、 根据真值表或逻辑表达式，经分析最后确定其功能。 根据已知逻辑电路，经分析确定电路的逻辑功能。 一. 组合逻辑电路分析 4.1.2 组合逻辑电路的分析方法 三、组合逻辑电路的分析举例 例1 分析如图所示逻辑电路的功能。 1.根据逻辑图写出输出函数的逻辑表达式 2. 列写真值表。 3. 确定逻辑功能： 解： 输入变量的取值中有奇数 个1时，L为1，否则L为0, 电路具有为奇校验功能。 如要实现偶校验，电路应做何改变？ 例2 试分析下图所示组合逻辑电路的逻辑功能。 解：1、根据逻辑电路写出各输出端的逻辑表达式，并进行化简和变换。 X = A 2、列写真值表 X = A 真值表 这个电路逻辑功能是对输入的二进制码求反码。最高位为符号位，0表示正数，1表示负数，正数的反码与原码相同；负数的数值部分是在原码的基础上逐位求反。 3、确定电路逻辑功能 真值表 1、逻辑抽象：根据实际逻辑问题的因果关系确定输入、输出变量，并定义逻辑状态的含义； 2、根据逻辑描述列出真值表； 3、由真值表写出逻辑表达式; 4、简化和变换逻辑表达式，画出逻辑图。 二、组合逻辑电路的设计步骤 一、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。 4.2 组合逻辑电路的设计 4.2.1 组合逻辑电路的设计过程 例1 某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试设计一个指示列车等待进站的逻辑电路，当有两种或以上的列车等待进站时，要求发出信号，提示工作人员安排进站事宜。 解：（1） 逻辑抽象。 输入信号: A、B、C分别表示特快、直快和慢车，且有进站请求时为1，没有请求时为0。 输出信号: L表示进站状况，有两种以上的车进站为1，否则为0。 （2）根据题意列出真值表 (3) 写出输出逻辑表达式，并化简。 输 入 输 出 A B C L 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 L= AB+AC+BC (4) 根据输出逻辑表达式画出逻辑图。 表达式为最简与或式，用与门和或门实现两级“与-或”结构的最简电路如图。 例2 试设计一个码转换电路，将4位格雷码转换为自然二进 制码。可以采用任何逻辑门电路来实现。 解：(1) 明确逻辑功能，列出真值表。 设输入变量为G3、G2、G1、G0为格雷码， 当输入格雷码按照从0到15递增排序时， 可列出逻辑电路真值表 输出变量B3、B2、B1和B0为自然二进制码。 逻辑电路真值表 (2) 画出各输出函数的卡诺图，并化简和变换。 (3) 根据逻辑表达式，画出逻辑图 用异或门代替与门和或门能使逻辑电路比较简单。考虑相同乘积项 可以减少门电路数目，降低实现电路的成本。 1、单输出电路 相同输入端的与非门比与门或者或门所用晶体管少，速度快。图(b)电路最优 用指定芯片中特定资源实现逻辑函数，使电路的成本低并且工作速度快。因此需要对逻辑表达式进行变换，以减少芯片资源的数目和连线。 4.2.2 组合逻辑电路的优化实现 2、多输出电路 (a)如果分别实现两个逻辑函数，需要6个与门和两个或门。(b)如果考虑相同乘积项，需要4个与门两个或门，如图。 输出多个逻辑函数时需要考虑共享相同乘积项，减少逻辑门数目。 3、多级逻辑电路 用与门、或门实现时，限定逻辑门的扇入数为3，需要变换成： 当限定逻辑门输入端数目，则需要进行逻辑变换。 （1）提取公因子 图(a)电路为2级，图(b)为3级，但电路连线减少了。图(a)16根连线，图(b)13根。