设计组合逻辑电路：组合逻辑电路分析步骤

1.组合逻辑电路分析步骤

与分析过程相反，组合逻辑电路的设计是根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最佳逻辑电路。

工程上的最佳设计，通常需要用多个指标去衡量，主要考虑的问题有以下几个方面：

① 所用的逻辑器件数目最少，器件的种类最少，且器件之间的连线最少。这样的电路称“最小化”（最简）电路。

② 满足速度要求，应使级数最少，以减少门电路的延迟。

③ 功耗小，工作稳定可靠。

组合逻辑电路的设计步骤如图9.20所示。

图9.20　组合逻辑电路设计步骤

步骤一：逻辑抽象。

在很多情况下实际问题都是用一段文字来表述事物的因果关系，这时就需要通过逻辑抽象的方法，用逻辑函数来描述这一因果关系。

逻辑抽象的过程是：

① 分析事物的因果关系，找出输入变量、输出变量。一般把引起事物结果的原因作为输入变量，而把事物的结果作为输出变量。

② 定义变量的状态。变量的状态分别用“0”和“1”表示。这里的“0”和“1”的具体含义是由设计者自行定义的。

③ 根据给出的逻辑因果关系，列出功能真值表。至此，将一个具体的问题逻辑抽象为逻辑函数的形式，这种逻辑函数是以真值表的形式给出的。

步骤二：写出逻辑表达式。

根据真值表写出逻辑表述式。

步骤三：选定器件。

根据逻辑表达式，选定合适的器件。应根据具体要求和器件的资源情况决定选用哪种器件。

步骤四：将逻辑函数化简和变换成适当的形式。(www.xing528.com)

在使用小规模集成门电路进行电路设计时，为获得最简单的设计结果，应将函数化简成最简形式。如果对所用器件的种类有附加的要求（例如：只允许用单一的与非门实现），还应将函数转换为与器件类型相一致的形式（与非-与非形式）。

步骤五：根据化简、变换后的函数画出逻辑电路图。

步骤六：验证。可以通过EDA软件（如：Multisim）或者搭试具体电路来进行验证。

2.组合逻辑电路设计举例

例9.9　用与非门设计一个交通报警控制电路。交通信号灯有黄、绿、红3种，3种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属正常情况，其他情况均属故障，出现故障时输出报警信号。要求用与非门组成电路。

解：设黄、绿、红三灯分别用输入变量A、B、C表示，灯亮时为工作，其值为“1”，灯灭时为不工作，其值为“0”；输出报警信号用F表示，正常工作时F值为“0”，出现故障时F值为“1”。

（1）确定逻辑函数与变量关系。

根据上述假设，我们可根据题目要求，首先把电路的功能真值表表列写出来。

（2）列出相应真值表。

表9.11　真值表

（3）列出逻辑函数式：

用卡诺图对上式进行化简（见图9.21）：

（4）得出最简式：

（5）画出逻辑电路图（见图9.22）：

图9.21　卡诺图

图9.22　逻辑电路图

对组合逻辑电路的设计问题，不做深入要求，学习者可根据需要自己进一步巩固提高。

显然，组合逻辑电路的设计步骤为：① 据题意确定输入、输出变量的逻辑形式；② 列出相关真值表；③ 写出相应逻辑表达式；④ 化简逻辑式；⑤ 根据最简逻辑式设计出逻辑电路图。