第一部分　数字电路 第4章　组合逻辑电路 主讲教师：喻红

第4章　组合逻辑电路 4.1　基本概念 4.2　组合逻辑电路的分析 4.3　组合逻辑电路的设计 4.4　组合逻辑电路的竞争与冒险

4.1　基本概念 　　1．组合电路：在任何时刻，输出状态只取决于同一时刻各输入状态的组合，而与输入信号作用前的电路状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。

2．结构特点 （1）输出与输入之间没有反馈延迟通路； （2）电路由逻辑门构成，电路中不含记忆元件。 3．电路类型 　　根据电路输出端是一个还是多个，通常将组合逻辑电路分为单输出组合逻辑电路和多输出组合逻辑电路两种类型。 4．功能描述 任何一个组合逻辑电路，其功能均可用逻辑函数表达式、真值表以及时间图等进行描述。

4.2　组合逻辑电路的分析 一般分析方法： 逻辑电路 写逻辑 表达式 列真 值表 分析功能

逻辑电路 写逻辑 表达式 列真 值表 分析功能 分析步骤： 　　1、由逻辑电路图写出逻辑表达式。（从输入端开始，逐级写出各输出端的逻辑表达式。） 2、列出相应的真值表； 　　3、对逻辑函数表达式或真值表的进行分析判断，以确定电路的逻辑功能。

组合逻辑电路的分析 逻辑图 从输入到输出逐级写出 1 逻辑表达式 1 化简 2 2 最简与或表达式

最简与或表达式 3 当输入A、B、C中有2个或3个为1时，输出Y为1，否则输出Y为0。所以这个电路实际上是一种3人表决用的组合电路：只要有2票或3票同意，表决就通过。 3 真值表 4 4 电路的逻辑功能

例： 逻辑图 逻辑表达式 最简与或表达式

真值表 电路的逻辑功能 　电路的输出Y只与A、B有关，而与C无关。 逻辑关系为：A、B中只要一个为0，Y=1；A、B全为1时，Y=0。所以Y和A、B的逻辑关系为与非运算的关系。 用与非门实现

例1：分析下图的逻辑功能。 & A B F 1 同或逻辑

真值表 同或门 = 相同为“1” 不同为“0”

例2：分析下图的逻辑功能。 异或逻辑

真值表 异或门 =1 相同为“0” 不同为“1”

例3：分析下图的逻辑功能。 &2 &3 &4 A M B 1 F =1 1 1 1 被封锁

被封锁 &2 &3 &4 A M B 1 F 1 =0 1 选通电路

4.3 组合电路的设计 设计方法 任务 要求 逻辑电路 列真值表 逻辑表达式 化简变换 分析步骤： 1．建模，指定实际问题的逻辑含义， 4.3　组合电路的设计 设计方法 任务 要求 逻辑电路 列真值表 逻辑表达式 化简变换 分析步骤： 1．建模，指定实际问题的逻辑含义， 2．列出真值表。 3．用逻辑代数式或卡诺图法对逻辑代数进行化简、变换。 4．画出逻辑电路图。

设主裁判为A，副裁判分别为B和C；表示成功与否的灯为Y，根据逻辑要求列出真值表。 1 电路功能描述 例：用与非门设计举重裁判表决电路。设有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃举起的裁决由每一个裁判按一下按钮来确定。当两个或两个以上裁判判明成功，且其中有一个为主裁判时，表明成功的灯才亮。 1 穷举法 　　设主裁判为A，副裁判分别为B和C；表示成功与否的灯为Y，根据逻辑要求列出真值表。 1 真值表 2 2 逻辑表达式

3 3 卡诺图 1 化简 4 1 1 化简 4 最简与或表达式 5 Y= AB +AC 6 5 逻辑变换 6 逻辑电路图

4.4 组合逻辑电路中的竞争冒险 理想状态 实际状态 ：输入信号变化先后不同、信号传输的路径不同，或是各种器件延迟时间不同。 4.4　组合逻辑电路中的竞争冒险 理想状态 实际状态 ：输入信号变化先后不同、信号传输的路径不同，或是各种器件延迟时间不同。 冒险现象 ：输出波形产生不应有的尖脉冲。 Hazard

1．产生竞争冒险的原因 在组合电路中，当输入信号的状态改变时，输出端可能会出现不正常的干扰信号，使电路产生错误的输出，这种现象称为竞争冒险。 产生竞争冒险的原因：主要是门电路的延迟时间产生的。 干扰信号

逻辑冒险 :由于逻辑门的延迟作用而产生的冒险。 当B=C=1时， 总有 。 注：不是所有变化都产生冒险！ 冒险11

2．冒险现象的判断 逻辑冒险 从逻辑式或卡诺图均可判断逻辑冒险现象。 逻辑式: 卡诺图: 只有相邻，没有相交。 有可能发生冒险现象。 有可能发生冒险现象。

3．消除竞争-冒险的方法 1）增加乘积项 : 可消除逻辑冒险 。

消除竞争-冒险的方法 1）增加冗余项 : 可消除逻辑冒险 。 2）增加选通电路 : 可消除逻辑冒险和功能冒险 。 原理：竞争冒险都是在信号变化时产生的。 方法：在组合电路中加一个选通门，选通信号在输入信号变化时使输出门关闭，待电路稳定后才让选通信号打开输出门。

消除竞争-冒险的方法 1）增加乘积项 : 可消除逻辑冒险 。 2）增加选通电路 : 可消除逻辑冒险。 3）增加滤波电容 : 可消除冒险产生的窄脉冲 。 注：对高频电路影响较大，只适用于工作频率不高的电路。

消除竞争冒险的方法 有圈相切，则有竞争冒险 增加冗余项， 消除竞争冒险

小 结 1．组合电路的特点：在任何时刻的输出只取决于当时的输入信号，而与电路原来所处的状态无关。实现组合电路的基础是逻辑代数和门电路。 小　结 　　1．组合电路的特点：在任何时刻的输出只取决于当时的输入信号，而与电路原来所处的状态无关。实现组合电路的基础是逻辑代数和门电路。 　　2．组合电路的逻辑功能可用逻辑图、真值表、逻辑表达式、卡诺图和波形图等5种方法来描述，它们在本质上是相通的，可以互相转换。 　　3．组合电路的分析步骤：逻辑图→写出逻辑表达式→逻辑表达式化简→列出真值表→逻辑功能描述。 　　4．组合电路的设计步骤：列出真值表→写出逻辑表达式或画出卡诺图→逻辑表达式化简和变换→画出逻辑图。 　　在许多情况下，如果用中、大规模集成电路来实现组合函数，可以取得事半功倍的效果。