數(shù)字電路根據(jù)邏輯功能的不同特點(diǎn),可以分成兩大類(lèi),一類(lèi)叫組合邏輯電路(簡(jiǎn)稱組合電路),另一類(lèi)叫做時(shí)序邏輯電路(簡(jiǎn)稱時(shí)序電路)。組合邏輯電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出僅僅取決于該時(shí)刻的輸入,與電路原來(lái)的狀態(tài)無(wú)關(guān)。
而時(shí)序邏輯電路在邏輯功能上的特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào),而且還取決于電路原來(lái)的狀態(tài),或者說(shuō),還與以前的輸入有關(guān)。
組合邏輯電路的特點(diǎn)
1、邏輯功能特點(diǎn)
組合邏輯電路任一時(shí)刻的輸出狀態(tài),只決定于該時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài),而與輸入信號(hào)作用前電路原來(lái)的狀態(tài)無(wú)關(guān)。
圖1是組合邏輯電路的一般框圖,它可用如下的邏輯函數(shù)來(lái)描述,即
Li=f(A1,A2,…,An) (i=1,2,…,m)式中A1,A2,…,An為輸入變量。
2、電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
組合邏輯電路全部由門(mén)電路組成,電路中不含記憶單元,由輸出到輸入沒(méi)有任何反饋線。
3、組合邏輯電路的特點(diǎn)
1)邏輯門(mén)電路組成,電路中不包含任何記憶元件;
2)信號(hào)是單向傳輸?shù),電路中不存在任何反饋回路?/P>
組合邏輯電路的原理
組合邏輯電路是指在任何時(shí)刻,輸出狀態(tài)只決定于同一時(shí)刻各輸入狀態(tài)的組合,而與電路以前狀態(tài)無(wú)關(guān),而與其他時(shí)間的狀態(tài)無(wú)關(guān)。其邏輯函數(shù)如下:
Li=f(A1,A2,A3……An) (i=1,2,3…m)
其中,A1~An為輸入變量,Li為輸出變量。
組合邏輯電路的特點(diǎn)歸納如下:
、 輸入、輸出之間沒(méi)有返饋延遲通道;
② 電路中無(wú)記憶單元。
對(duì)于第一個(gè)邏輯表達(dá)公式或邏輯電路,其真值表可以是惟一的,但其對(duì)應(yīng)的邏輯電路或邏輯表達(dá)式可能有多種實(shí)現(xiàn)形式,所以,一個(gè)特定的邏輯問(wèn)題,其對(duì)應(yīng)的真值表是惟一的,但實(shí)現(xiàn)它的邏輯電路是多種多樣的。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中,如果由于某些原因無(wú)法獲得某些門(mén)電路,可以通過(guò)變換邏輯表達(dá)式變電路,從而能使用其他器件來(lái)代替該器件。同時(shí),為了使邏輯電路的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔,通過(guò)各方法對(duì)邏輯表達(dá)式進(jìn)行化簡(jiǎn)是必要的。組合電路可用一組邏輯表達(dá)式來(lái)描述。設(shè)計(jì)組合電路直就是實(shí)現(xiàn)邏輯表達(dá)式。要求在滿足邏輯功能和技術(shù)要求基礎(chǔ)上,力求使電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)的途徑是多種多樣的,可采用基本門(mén)電路,也可采用中、大規(guī)模集成電路。其一般設(shè)計(jì)步驟為:
、 分析設(shè)計(jì)要求,列真值表;
② 進(jìn)行邏輯和必要變換。得出所需要的最簡(jiǎn)邏輯表達(dá)式;
、 畫(huà)邏輯圖。
組合邏輯電路的運(yùn)算單元
在數(shù)字系統(tǒng)中算術(shù)運(yùn)算都是利用加法進(jìn)行的,因此加法器是數(shù)字系統(tǒng)中最基本的運(yùn)算單元。由于二進(jìn)制運(yùn)算可以用邏輯運(yùn)算來(lái)表示,因此可以用邏輯設(shè)計(jì)的方法來(lái)設(shè)計(jì)運(yùn)算電路。加法在數(shù)字系統(tǒng)中分為全加和半加,所以加法器也分為全加器和半加器。
1、半加器設(shè)計(jì)
半加器不考慮低位向本位的進(jìn)位,因此它有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。
設(shè)加數(shù)(輸入端)為A、B ;和為S ;向高位的進(jìn)位為Ci+1
函數(shù)的邏輯表達(dá)式為: S=AB+AB ; Ci+1=AB+1
2、全加器設(shè)計(jì)
由于全加器考慮低位向高位的進(jìn)位,所以它有三個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端。設(shè)輸入變量為(加數(shù))A、B、 Ci-1,輸出變量為 S、 Ci+1
函數(shù)的邏輯表達(dá)式為:S=ABCi-1+ABCi-1+ABCi-1+ABCi-1=ABCi-1
Ci+1=ABCi-1+ABCi-1+ABCi-1+ABCi-1 =(AB)Ci-1+AB
3、全加器應(yīng)用
因?yàn)榧臃ㄆ魇菙?shù)字系統(tǒng)中最基本的邏輯器件,所以它的應(yīng)用很廣。它可用于二進(jìn)制的減法運(yùn)算、乘法運(yùn)算,BCD碼的加、減法,碼組變換,數(shù)碼比較等。
常用的組合邏輯電路
1、法器
實(shí)現(xiàn)1位二進(jìn)制數(shù)之間加法運(yùn)算的電路稱為1位加法器。根據(jù)加數(shù)的不同,1位加法器又分為半加器和全加器兩種電路類(lèi)型。如果不考慮來(lái)自低位的進(jìn)位而是只將兩個(gè)1位二進(jìn)制數(shù)相加,即只有加數(shù)和被加數(shù)相加,這種加法運(yùn)算稱為半加運(yùn)算。實(shí)現(xiàn)半加運(yùn)算的電路叫做半加器。串行進(jìn)位加法器的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是速度比較慢。
2、編碼器
在數(shù)字系統(tǒng)中,所謂編碼,就是將字母、數(shù)字、符號(hào)等信息編成一組二進(jìn)制代碼的過(guò)程。編碼器是數(shù)字電路中常用的集成電路之一。最常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)中就含有編碼器器件,當(dāng)按下鍵盤(pán)上的按鍵時(shí),編碼器將按鍵信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼,并將這組二進(jìn)制代碼送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。目前經(jīng)常使用的編碼器有普通編碼器和優(yōu)先編碼器兩類(lèi)。
3、譯碼器
譯碼是編碼的反過(guò)程。編碼是將信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼,譯碼則是將二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成特定的信號(hào)。將輸入的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成特定的高(低)電平信號(hào)輸出的邏輯電路稱為譯碼器。
4、據(jù)選擇器
數(shù)據(jù)選擇器的功能是根據(jù)地址選擇碼從多路輸入數(shù)據(jù)中選擇一路送到輸出。
當(dāng)輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的路徑傳輸?shù)酵粋(gè)門(mén)電路時(shí),由于信號(hào)所經(jīng)過(guò)的門(mén)電路的傳輸延時(shí)不同,或者所經(jīng)過(guò)的門(mén)電路的級(jí)數(shù)不同,導(dǎo)致信號(hào)到達(dá)匯合點(diǎn)門(mén)電路的時(shí)間不同,從而可能引起該門(mén)電路的輸出波形出現(xiàn)尖峰脈沖(干擾信號(hào)),這一現(xiàn)象稱為組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象。
產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)的原因是由于一個(gè)門(mén)的兩個(gè)互補(bǔ)的輸入信號(hào)分別經(jīng)過(guò)兩條不同的路徑傳輸,由于延遲時(shí)間不同,而到達(dá)的時(shí)間不同引起的。消除競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)的方法主要有引入封鎖脈沖、引入選通脈沖、接濾波電容或修改邏輯設(shè)計(jì)等。