组合逻辑电路设计设计05(第五章A-传统设计)(1)

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1、数字电路与逻辑设计数字电路与逻辑设计杨泓渊杨泓渊带着问题去学习带着问题去学习1 1、什么是组合逻辑电路？有何特点？、什么是组合逻辑电路？有何特点？2 2、如何分析给定组合逻辑电路的功能？、如何分析给定组合逻辑电路的功能？3 3、组合逻辑的设计步骤？、组合逻辑的设计步骤？4 4、在组合逻辑设计过程中，、在组合逻辑设计过程中， design design 与与synthesissynthesis有什么不同？有什么不同？5 5、实现组合逻辑有哪些方式？针对不同的实、实现组合逻辑有哪些方式？针对不同的实现方式，设计方法有什么不同？现方式，设计方法有什么不同？第第5 5章：组合逻辑电路章：组合逻辑电路5

2、-1 5-1 概述概述5-2 5-2 组合逻辑电路分析组合逻辑电路分析5-3 5-3 组合逻辑设计组合逻辑设计5-4 5-4 竞争与冒险竞争与冒险吉林大学仪器科学与电气工程学院：数字电路与逻辑设计吉林大学仪器科学与电气工程学院：数字电路与逻辑设计5-1 5-1 概述概述数字电路与逻辑设计：第数字电路与逻辑设计：第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路n 组合逻辑电路定义组合逻辑电路定义 若一个逻辑电路在任何时刻的输出稳若一个逻辑电路在任何时刻的输出稳定信号仅取决于该时刻的输入信号，定信号仅取决于该时刻的输入信号，而与过去的输入信号无关，而与过去的输入信号无关，或者与输或者与输入信号作用前的电路状态无

3、关入信号作用前的电路状态无关，则该，则该逻辑电路称为逻辑电路称为组合逻辑电路组合逻辑电路。n 组合逻辑电路特点：组合逻辑电路特点：1. 功能：任意时刻的输出仅取决于输入功能：任意时刻的输出仅取决于输入2. 电路结构：不含存储或记忆元件电路结构：不含存储或记忆元件组合逻辑电路组合逻辑电路1a2ana1y2ymy组合逻辑电路的框图组合逻辑电路的框图组合逻辑电路的输入组合逻辑电路的输入/ /输出关输出关系可以用逻辑函数来表示。系可以用逻辑函数来表示。n 组合逻辑电路的类型组合逻辑电路的类型 单输出组合逻辑电路单输出组合逻辑电路 多输出组合逻辑电路多输出组合逻辑电路 5-2 5-2 组合逻辑电路分析组

4、合逻辑电路分析数字电路与逻辑设计：第数字电路与逻辑设计：第4章章 组合逻辑电路组合逻辑电路依据给定逻辑电路，找出其输出与输入之间的依据给定逻辑电路，找出其输出与输入之间的逻辑关系。逻辑关系。 组合逻辑电路分析的一般步骤：组合逻辑电路分析的一般步骤：1. 依据电路写出输出函数表达式，对表达式进依据电路写出输出函数表达式，对表达式进行化简；行化简；2. 列写真值表，对其功能进行总结；列写真值表，对其功能进行总结； 组合逻辑电路分析举例组合逻辑电路分析举例P1P2P3P4P5P65-3 组合逻辑设计组合逻辑设计n 根据题目要求完成根据题目要求完成逻辑功能逻辑功能设计，并在设计，并在特定特定条件条件下

5、下实现实现该逻辑功能，这一过程称为该逻辑功能，这一过程称为“逻辑逻辑设计设计”。n 逻辑设计是逻辑分析的逆过程。逻辑设计是逻辑分析的逆过程。n 在实际应用中，设计要求一般以文字形式在实际应用中，设计要求一般以文字形式给出，因此逻辑设计的首要任务是将给出，因此逻辑设计的首要任务是将文字文字描述描述抽象为抽象为逻辑关系逻辑关系（从逻辑代数角度给（从逻辑代数角度给出其描述）。出其描述）。n对于组合逻辑设计而言，即从对于组合逻辑设计而言，即从“问题描述问题描述”抽象出抽象出“逻辑表达式逻辑表达式”。n 在实现逻辑设计时，根据所采用在实现逻辑设计时，根据所采用物理器件物理器件的不同（的不同（基本元件如各

6、种逻辑门基本元件如各种逻辑门，中规模中规模功能块功能块，CPLD/FPGA等大规模电路等大规模电路），需），需要对要对逻辑表达式逻辑表达式进行必要的变换，以适应进行必要的变换，以适应物理器件的结构。物理器件的结构。一、逻辑抽象一、逻辑抽象n 分析因果关系，确定输入分析因果关系，确定输入/ /输出变量输出变量n 定义逻辑状态的含意（赋值）定义逻辑状态的含意（赋值）二、逻辑功能描述二、逻辑功能描述： 列出真值表列出真值表，布尔表达式，布尔表达式，HDLHDL语言等语言等三、选定三、选定器件类型，根据具体器件进行调整器件类型，根据具体器件进行调整：n （基本逻辑门）对逻辑式化简（基本逻辑门）对逻辑式

7、化简n （中规模逻辑器件（中规模逻辑器件MSIMSI）变换）变换n （PLDPLD）将）将HDLHDL语句封装为完整程序代码语句封装为完整程序代码四、画出逻辑电路图，或下载到四、画出逻辑电路图，或下载到PLDPLD组合逻辑设计步骤组合逻辑设计步骤5-3-1 5-3-1 基于门电路的组合逻辑设计基于门电路的组合逻辑设计例例1: (1: (直接由问题描述写出逻辑表达式直接由问题描述写出逻辑表达式，1 1类类) )设计一家庭报警电路，当应急（设计一家庭报警电路，当应急（PANICPANIC）输）输入为入为1 1；或者当使能；或者当使能(ENABLE)(ENABLE)输入为输入为1 1，离开，离开(E

8、XITING)(EXITING)输入为输入为0 0，并且房屋不安全时，报，并且房屋不安全时，报警警(ALARM)(ALARM)输出为输出为1 1。当门当门(DOOR)(DOOR)，窗，窗(WINDOW)(WINDOW)，车库，车库(GARAGE)(GARAGE)输输入都为入都为1 1时，房屋是安全的。时，房屋是安全的。例例2：( (无法直接写出逻辑表达式，无法直接写出逻辑表达式，2 2类类) ) 设计一个设计一个3位二进制数的检测电路，当输入位二进制数的检测电路，当输入的的3位二进制数为质数时，输出为位二进制数为质数时，输出为1。4bit4bit素数检测电路素数检测电路例例3 3: (: (无

9、法直接写出逻辑表达式，无法直接写出逻辑表达式，2 2类类) )设计一个设计一个1bit全加器全加器。输入输入 X,Y,CI 输出输出 Z,CO例例4 4： 含有无关项的组合逻辑设计含有无关项的组合逻辑设计 四舍五入电路四舍五入电路 输入输入8421BCD8421BCD码，输出码，输出F F。(5,6,7,8,9)(10,11,12,13,14,15)Fmd无关项：无关项：在实际逻辑问题中，不会出现的输在实际逻辑问题中，不会出现的输入变量取值组合，其对应的函数值无定义入变量取值组合，其对应的函数值无定义，可以是，可以是0，也可以是，也可以是1。这种输入变量取这种输入变量取值组合对应的最小项称为无

10、关项。值组合对应的最小项称为无关项。在列函在列函数的标准与或式时，其可以作为最小项之数的标准与或式时，其可以作为最小项之一在和式中出现，也可以不在和式中出现一在和式中出现，也可以不在和式中出现，依据最简表达式的需要进行取舍。，依据最简表达式的需要进行取舍。无关项无关项课后请对照教材学习以下内容课后请对照教材学习以下内容常用中规模集成（组合逻辑）电路：常用中规模集成（组合逻辑）电路：编码器、译码器、数据选择器、加法器、编码器、译码器、数据选择器、加法器、数值比较器，数值比较器，要求：分析并熟悉其逻辑功能特点（教材要求：分析并熟悉其逻辑功能特点（教材P145 P160）。）。 10-10010-1