组合逻辑电路的设计与应用

组合逻辑电路的设计与应用

组合逻辑电路的设计与应用

广西大学化学化工学院 韦顺帅 1104200146

摘要：组合逻辑电路在实践中被广泛应用，研究其实现方法具有重要的现实意义和实用价值。本文给出了组合逻辑电路设计的一般步骤，并举例说明，方便读者的理解。

Abstract：Combinational logic circuit is widely used in practice.it is value to studying it because of

Its important practical significance and practical value. This paper gives the general steps of combinational logic circuit design, and illustrate that make it easier for readers to understand.

关键词： 组合逻辑电路 真值表 设计

Keywords:Combinational logic circuit Truth table design

引言

处理数字信号的电路叫数字电路，数字电路主要研究电路的逻辑功能。在数字电路中根据逻辑功能的不同特点，可将其分为两大类：一类是组合逻辑电路，另一类是时序逻辑电路。组合逻辑电路是数字电路的一种重要的逻辑电路，是时序逻辑电路设计的基础。

组合逻辑电路就是将基本逻辑门与、或、非组合起来使用的逻辑电路。组合逻辑电路在逻辑功能上的共同特点是：任意时刻的输出状态仅取决于该时刻的输入状态，与电路原来的状态无关。由于组合逻辑电路的输出状态与电路的原来状态无关，所以组合逻辑电路是一种无记忆功能的电路。在电路结构上的特点是：它是由各种门电路组成的，而且只有从输入到输出的通路，没有从输出到输入的反馈回路。

组合逻辑电路的设计就是将实际的，有因果关系的问题用一个较合理、经济、可靠的逻辑电路来实现。组合逻辑电路所遵循的原则一般来说在保证速度、稳定、可靠的逻辑正确的情况下，尽可能使用最少的器件，降低成本是逻辑设计者的任务。

一、一般所遵循的设计步骤

1、根据设计要求，确定组合电路输入变量个数及输出变量个数；

2、确定输入变量、输出变量。并将输入变量两种输入状态与逻辑0或逻辑1对应；将输出变量两种输出状态与逻辑0或逻辑1对应；

3、根据设计要求，列真值表；

4、根据真值表写出各输出变量的逻辑表达式；

5、对逻辑表达式进行化简，写出符合要求的最简的逻辑表达式； 6、根据最简逻辑表达式，画出逻辑电路图。 原理性设计到此完成

二、举例说明一般的设计步骤

例1

设计一个三人表决电路。要求当三个人中有两个或三个表示同意，则表决通过，否则不通过。用与非门实现。

1、进行逻辑抽象

（1）确定输入变量、输出变量，并赋值。

分析命题，设三个人为输入变量，分别用A、B、C表示，且为1时表示同意，为0时表示不同意。表决的结果为输出变量，用Y表示，且为1时表示通过，为0时表示不通过。

（2）根据命题列真值表，见下表所示

1

组合逻辑电路的设计与应用

A 0 0 0 0 1 1 1 1 输入 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 输出 Y 0 0 0 1 0 1 1 1 （3）根据真值表写出逻辑函数表达式

Y?ABC?ABC?ABC?ABC

2、选定逻辑器件

用与非门集成器件 3、化简、变换逻辑函数。

Y?ABC?ABC?ABC?ABC

?AB?BC?AC

?AB?BC?AC ?AB·BC·AC

4、根据逻辑函数式画出逻辑图，见下图所示

例2某工厂有三个车间，在夏季用电高峰时，工厂用自备发电机提供生产，但是自备发电机的容量仅够一个车间开工生产。若A、B、C 车间都需要用电生产，则A 优先供电生产。若B、C 车间需要用电生产，则B 车间优先供电生产。若仅仅C 车间需要用电生产，则C 车间可供电生产。设计一个用与非门构成的逻辑电路，能够表示出车间供电情况。

（1）逻辑假设：设ABC 作为输入变量，需要供电为1，不需要供电为0；用YA 、YB、YC 表示输出变量，供电为1，不供电为0。

列真值表：

2

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（3）写出表达式

（4）化简并变换

（5）画出逻辑电路图：

三、设计电路中需要注意的问题

1、化简后表达式可以根据需要进行变换，变换成常用的与或-与或形式、与非-与非形式。再根据最终的取得的表达式，画出逻辑图。组合逻辑电路的。设计组成框图如图3

3

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2、根据逻辑真值表,写出逻辑函数表达式,并用公式或卡诺图法进行化简,得出最简逻辑表

达式。一般当输入变量较少时,可用卡诺图化简,会显得比较简单;而当输入变量较多(超过5个)时,通常用公式法化简比较简单。在进行逻辑函数化简时,要注意两点:一是要充分利用约束条件化简,以得到最简的表达式;二是要结合具体的元器件类型,求得最佳逻辑函数表达式(不一定是最简表达式)。所以,有时最简逻辑函数表达式,用给定的门电路去实现时,得到的并不一定是简单电路。而组合逻辑电路设计的最终结果是在实现相同功能的前提下,要求电路结构最简单。用逻辑门实现组合逻辑电路,除了注意选择“门”的类型外,还要考虑电路中的一些实际条件,如输入变量的形式、“门”的扇出系数等问题。最后需要指出的是,上述的设计步骤并不是一成不变的,根据实际给出的问题有时要作相应的调整。同时,为了把原理性设计变成实际装置,还必须完成工艺设计并进行组装、调试。组合电路的分析和设计是两个互逆的过程:分析是根据逻辑电路图得出其逻辑功能,而设计则是根据给定的逻辑功能,最终得出逻辑电路图。我们也可以由此对设计的电路进行检验。

四、结语

在日常生活中组合逻辑电路的应用实例非常多，如体育中举重裁判的表决器、地铁电气列车的自动控制电路等。如何准确地分析已知逻辑电路的功能，关键是根据真值表能够用准确的语言把其功能全部概括出来。而如何设计出性能可靠优越的逻辑电路，关键在于根据题目给定的条件正确列出相应的真值表。对于逻辑电路的理论设计，许多人想出了快速设计方法，虽说那样简洁、直观、敏捷。但是对于复杂的组合逻辑电路设计问题, 笔者建议还是采用常规设计方法较为稳妥。

参考文献：

1、卞元红 试谈组合逻辑电路的分析和设计问题【A】科协论坛·2009年第 11期（下） 2、薛普 辛鑫 组合逻辑电路的分析与设计【A】科技创业家 2012 年07(上)

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k5af.html