基于組合邏輯電路的設(shè)計(jì)研究

鄭麗敏

摘 要：數(shù)字電路分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路兩大類。在組合邏輯電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，該文善于總結(jié)電路設(shè)計(jì)題目的特點(diǎn)和規(guī)律，遵循組合邏輯電路設(shè)計(jì)的步驟，通過(guò)實(shí)例詳細(xì)闡述了3種設(shè)計(jì)組合邏輯電路的方法，并分析了他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。因此，在組合邏輯電路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)需求，合理選擇設(shè)計(jì)方案，不僅可以做到電路設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單明了、通俗易懂，而且更易與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相結(jié)合，學(xué)生能學(xué)以致用。

關(guān)鍵詞：組合邏輯電路 設(shè)計(jì)方法 方案設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TN79l 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（b）-0050-02

組合邏輯電路由各種基本門電路組成，同一時(shí)刻各輸入狀態(tài)決定了其輸出情況，而與電路先前存儲(chǔ)的狀態(tài)毫無(wú)關(guān)系。其設(shè)計(jì)是根據(jù)已知的實(shí)際邏輯問(wèn)題，選擇適當(dāng)?shù)倪壿嫎?biāo)準(zhǔn)器件，連接成符合實(shí)際問(wèn)題功能的邏輯電路。該文分別采用邏輯門電路、74LS138譯碼器、74LS151數(shù)據(jù)選擇器3種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)舉重裁判表決電路的邏輯功能。

1 具體的設(shè)計(jì)步驟

（1）根據(jù)具體題目設(shè)計(jì)要求，分析輸入輸出變量，并將其邏輯賦值0或1。

（2）根據(jù)題目所給邏輯問(wèn)題，列出真值表。

（3）由真值表列寫函數(shù)表達(dá)式。

（4）依據(jù)邏輯表達(dá)式，畫出最終電路圖。

2 典型案例

設(shè)計(jì)一個(gè)舉重裁判表決的邏輯電路。題目要求有3個(gè)裁判，其中一個(gè)主裁判和兩個(gè)副裁判，當(dāng)按下前面的按鈕表明杠鈴?fù)耆e上的判決。只有當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上人按下按鈕才表明判決成功，這時(shí)燈才亮。

由組合邏輯電路設(shè)計(jì)步驟，首先定義變量，設(shè)3個(gè)裁判分別用A、B、C表示，判成功用1表示，反之用0表示，表示成功與否的燈為Y，Y=1表示成功，Y=0表示不成功；其次，寫真值表，具體見表1所示；最后，依據(jù)真值表列出函數(shù)表達(dá)式。步驟如下。

（1）找出所有使輸出Y為1的輸入變量（A、B、C）取值組合。

（2）當(dāng)Y取值為1時(shí)用原變量表示，取值為0時(shí)用反變量表示，然后寫成一個(gè)乘積項(xiàng)的形式。

（3）將所有乘積項(xiàng)相加即可。

得表達(dá)式為：

3 方案設(shè)計(jì)

組合邏輯電路的設(shè)計(jì)是依據(jù)已知的器件和實(shí)際的邏輯問(wèn)題，設(shè)計(jì)出滿足功能的邏輯電路的過(guò)程，以下用3種器件來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯電路。

方法一：用與非門設(shè)計(jì)。

由經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)得：

根據(jù)表達(dá)式，畫出邏輯電路圖，使用芯片74LS00和74LS20，如圖1所示。

方法二：用74LS138譯碼器設(shè)計(jì)。

由于任何一個(gè)n 變量的組合邏輯函數(shù)都可以改成最小項(xiàng)之和的唯一形式，而譯碼器的輸入端具有n個(gè)地址，則輸出端有個(gè)，正好與n變量的最小項(xiàng)一一對(duì)應(yīng)。因此，只要將函數(shù)所含有的最小項(xiàng)按要求連起來(lái)就可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的。

首先令A(yù)=A2、B=A1、C=A0為變量賦值，要注意賦值順序；其次在輸出端用與非門進(jìn)行連接；最后要保證譯碼器能正常工作，將各個(gè)控制端口接到有效電平上，即G1=1、G2A=0、G2B=0，如圖2所示。

方法三：用8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)選擇器，也叫多路選擇器，即能夠依據(jù)需求從多路數(shù)據(jù)傳送中選出其中的任意一路，相當(dāng)于多路開關(guān)的作用。數(shù)據(jù)選擇器其輸入端有n個(gè)地址，輸出端有個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，正好和n 個(gè)變量的全部最小項(xiàng)一一對(duì)應(yīng)。例如：8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151，A0、A1、A2分別是3個(gè)地址輸入端，D7、D6…D0為8個(gè)數(shù)據(jù)端，Y 、為兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，為控制端，輸出Y 的表達(dá)式可記為，最后，將函數(shù)所含有的最小項(xiàng)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)端置1，其余置0，輸出Y 就是所求的函數(shù)。

將數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端連接輸入變量，即A=A2、B=A1、C=A0，輸出端連接輸出變量Y。觀察所求邏輯函數(shù)的最小項(xiàng)形式，將其與74LS151芯片的功能表進(jìn)行比較。

由此可得，所求Y 函數(shù)表達(dá)式中含有的最小項(xiàng)，將其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入端D接1，反之接0。即，，邏輯電路圖如圖3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，3種設(shè)計(jì)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，在組合邏輯電路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)需求，合理選擇設(shè)計(jì)方案，不僅可以做到電路設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單明了、通俗易懂，而且更易與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相結(jié)合，學(xué)生能學(xué)以致用。

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