基于Logic Converter的組合邏輯電路設(shè)計(jì)

閔衛(wèi)鋒　徐靜　馬安良

【摘 要】介紹了虛擬儀器Logic Converter的主要特點(diǎn)和使用方法，并以典型組合邏輯電路進(jìn)行分析。實(shí)例表明，基于Logic Converter的組合邏輯電路設(shè)計(jì)不僅方便、簡(jiǎn)潔，而且大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固了課程教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】邏輯轉(zhuǎn)換儀；組合邏輯電路；化簡(jiǎn)；變換

【Abstract】The main characteristic and using method of virtual instrument-Logic Converter are introduced，There are some typical combinational logic circuit in it.Example analysis shows that，Based on design of Combinational Logic Circuit based on Logic Converter is not only convenient， concise，and greatly improve the students interest in learning，strengthen the teaching effect.

【Key words】Logic Converter；Combinational logic Circuit；Simplify；Conversion

0 引言

組合邏輯電路設(shè)計(jì)作為數(shù)字電路的重要組成部分，不僅是對(duì)所學(xué)過的組合邏輯電路圖、真值表和邏輯函數(shù)表達(dá)式的鞏固和應(yīng)用，而且是后續(xù)課程學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。然而筆者在以往數(shù)字電路的教學(xué)工程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)掌握比較困難，究其原因是在組合邏輯電路設(shè)計(jì)過程中，邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)和變換環(huán)節(jié)成了學(xué)生掌握該重要知識(shí)點(diǎn)的攔路虎。

通過筆者十余年的教學(xué)實(shí)踐證明，將Logic Converter應(yīng)用于組合邏輯電路設(shè)計(jì)的教學(xué)過程中，不但可使其變得方便、簡(jiǎn)潔，而且大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固了課程教學(xué)效果，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)。

1 Logic Converter

Logic Converter（邏輯轉(zhuǎn)換儀）是仿真工具軟件Multisim特有的虛擬儀器之一，不僅在現(xiàn)實(shí)中沒有這種儀器，而且在當(dāng)前其他的仿真軟件中也沒有，可謂名副其實(shí)的虛擬儀器。但它可以非常方便的實(shí)現(xiàn)邏輯電路、真值表和邏輯函數(shù)表達(dá)式的相互轉(zhuǎn)換。Logic Converter在Multisim軟件中的圖標(biāo)和雙擊鼠標(biāo)后的面板如圖1所示。

圖1所示Logic Converter面板共分為4個(gè)分區(qū)，最上面的A～H為8個(gè)輸入端，如邏輯變量需要3個(gè)，需用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊A、B、C 3個(gè)對(duì)應(yīng)輸入端即可；中間左邊空白區(qū)為顯示區(qū)，共分3個(gè)顯示欄，左邊顯示輸入變量取值所對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)，中間顯示輸入變量的各種二進(jìn)制取值的組合，右邊顯示邏輯函數(shù)輸出對(duì)應(yīng)的邏輯值；右邊的Conversions區(qū)為邏輯轉(zhuǎn)換區(qū)，通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵方便的實(shí)現(xiàn)邏輯電路、真值表和邏輯函數(shù)表達(dá)式等功能的相互轉(zhuǎn)換；最下面空白長(zhǎng)條區(qū)為邏輯函數(shù)表達(dá)欄，用于邏輯函數(shù)表達(dá)式的顯示或輸入。

2 組合邏輯電路設(shè)計(jì)

組合邏輯電路設(shè)計(jì)是指根據(jù)提出的邏輯功能要求，設(shè)計(jì)出一個(gè)最佳的邏輯電路去滿足該邏輯要求的過程。組合邏輯電路的一般設(shè)計(jì)步驟如圖2所示。

在圖2所示的5個(gè)步驟中，邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)和變換之所以成為學(xué)生學(xué)習(xí)組合邏輯電路設(shè)計(jì)的攔路虎，是因?yàn)檫壿嫼瘮?shù)的代數(shù)法化簡(jiǎn)，不但要求學(xué)生熟練的掌握邏輯函數(shù)的相關(guān)定律和規(guī)則，而且要有一定的技巧，特別對(duì)于化簡(jiǎn)得到的是否為最簡(jiǎn)式往往很難以確定。此時(shí)，大家都會(huì)想到卡諾圖不是可以解決是否為最簡(jiǎn)式的這一問題嗎？但常常是卡諾圖的邏輯相鄰和“畫圈”使得學(xué)生望而卻步。

3 基于Logic Converter組合邏輯電路設(shè)計(jì)

下面就以數(shù)字電路中常見的血型配對(duì)指示器為例，采用Logic Converter對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。問題提出：設(shè)計(jì)一個(gè)血型配對(duì)指示器。輸血時(shí)供血者和受血者的血型配對(duì)情況如圖3所示，即同一血型之間可以相互輸血；AB型受血者可以接受任何血型的輸出；O型輸血者可以給任何血型的受血者輸血。要求當(dāng)受血者血型與供血者血型符合要求時(shí)綠指示燈亮，否則紅指示燈亮。

根據(jù)提出的邏輯問題，按照?qǐng)D2所示的組合邏輯電路設(shè)計(jì)步驟，首先對(duì)題目進(jìn)行邏輯抽象，如表1所示。

打開Multisim軟件，用鼠標(biāo)左鍵雙擊Logic Converter圖標(biāo)后，得到其面板如圖4右邊所示，依據(jù)血型配對(duì)的邏輯抽象，點(diǎn)擊A、B、C、D4個(gè)輸入端，其對(duì)應(yīng)的16種邏輯狀態(tài)隨即顯示出來，同時(shí)在顯示區(qū)的最右邊出現(xiàn)了16個(gè)，如圖4左邊所示，此時(shí)只需按周題目的邏輯要求逐一用鼠標(biāo)單擊所對(duì)應(yīng)的邏輯狀態(tài)，即完成了圖2中的列真值表的過程，其結(jié)果如圖4右邊所示。

根據(jù)真值表寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，只需點(diǎn)擊Conversions區(qū)的（從真值表到表達(dá)式）按鈕，這時(shí)在面板底部邏輯表達(dá)式欄將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的用標(biāo)準(zhǔn)的與或式表示的邏輯函數(shù)表達(dá)式，如圖5左邊所示，其中表達(dá)式中的A表示邏輯變量A反變量，即為。

從所得到的邏輯表達(dá)式可看出，其為9項(xiàng)4個(gè)變量的與或表達(dá)式，如果借助代數(shù)法化簡(jiǎn)，不僅工作量大，而且不易得到最簡(jiǎn)式，即使采用邏輯圖化簡(jiǎn)，也需要大量時(shí)間和精力去完成，而采用Logic Converter來化簡(jiǎn)該函數(shù)，同樣只需只需點(diǎn)擊Conversions區(qū)的（從真值表到簡(jiǎn)化表達(dá)式）按鈕，這時(shí)在面板底部邏輯表達(dá)式欄將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的用最簡(jiǎn)與或式表示的邏輯函數(shù)表達(dá)式，如圖5右邊所示。

最后，只需點(diǎn)擊Conversions區(qū)的（從真值表得到邏輯電路圖）按鈕，這時(shí)在Multisim編輯區(qū)的左上方得到由與門、或門和非門組成的圖5右邊所示的用最簡(jiǎn)與或式表示的邏輯函數(shù)電路圖，如圖6虛線框內(nèi)所示。其中輸出端Y所連接的紅、綠燈為后期驗(yàn)證所增加的。

可見，基于Logic Converter組合邏輯電路設(shè)計(jì)，只需要輕輕的點(diǎn)擊鼠標(biāo)就可將學(xué)生在學(xué)習(xí)組合邏輯電路設(shè)計(jì)的攔路虎—邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)變得方便、高效。

4 結(jié)束語

基于Logic Converter組合邏輯電路設(shè)計(jì)，不但使其變的簡(jiǎn)單、高效、快捷，而且提高了學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)對(duì)于鞏固課程教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)操作能力等都具有顯著效果，也符合當(dāng)今教學(xué)過程中借助計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的趨勢(shì)。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]