第13章 门电路和组合逻辑电路
13.1 13.2 13.4 13.5 13.6 13.7 分立元件门电路 TTL电路 组合逻辑电路的分析 加法器 编码器 译码器和数字显示
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第13章 组合逻辑电路
组合逻辑电路：任何时刻电路的输出状 态只取决于该时刻的输入状态，而与该时刻 以前的电路状态无关。 输入
X1 X2 Xn
组合逻辑电路
Y1 Y2 Yn
输出
...
...
组合逻辑电路框图
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13.1 分立元件门电路
13.1.1 门电路的基本概念 所谓门就是实现一些基本逻辑关系的电路。实际 上就是一种开关，它能按照一定的条件去控制信号的 通过或不通过。 门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系(因 果关系)，所以门电路又称为逻辑门电路。 逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。 逻辑代数的运算法则有三种：或、与、非。 常用门电路有：与门、或门、非门、与非门、或非 门、异或门等。下面通过事例说明逻辑电路的概念。
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1. “与”运算
A + 220V B
真值表 A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1
Y 0 0 0 1
逻辑表达式： Y = A ? B
“与”逻辑关系是指当决定某事件的条件全部具 备时，该事件才发生。 设：开关断开、灯不亮用逻辑 “0”表示，开关闭 合、灯亮用 逻辑“1”表示。
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2. “或”运算
A + 220V B
真值表 A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1
Y 0 1 1 1
逻辑表达式： Y = A + B “或”逻辑关系是指当决定某事件的条件之一 具备时，该事件就发生。
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3. “非”逻辑关系
+ 220V R A
状态表 Y A 0 1 Y 1 0
逻辑表达式：Y = A “非”逻辑关系是否定或相反的意思。
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13.1.2 二极管与门电路 二极管与门
1. 电路 D1 D2 +UCC(+5V) R 输 A 0 0 1 1
状态表 入 B 0 1 0 1 输出 Y 0 0 0 1
0V 0VA 3V 3V 0V B 3V
.
Y
2. 工作原理 输入A、B全为高电平“1”，输出 Y 为“1”。 输入A、B不全为“1”，输出 Y 为“0”。
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13.1.2 二极管与门电路 二极管与门
逻辑表达式： Y = A ? B 3. 逻辑关系： “与”逻辑 即：有“0”出 “0”， 全“1”出“1” 逻辑符号： A B & Y “与” 门逻辑状态表 输 A 0 0 1 1 入 B 0 1 0 1 输出 Y 0 0 0 1
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13.1.3 二极管或门电路
1. 电路 0V 3V A 3V B 0V 状态表 D1 D2 . Y R -UCC 2. 工作原理 输 A 0 0 1 1 入 B 0 1 0 1 输出 Y 0 1 1 1
输入端有一为高电平“1”，输出Y 为“1”。 输入A、B全为低电平“0”，输出Y 为“0”。
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13.1.3 二极管或门
逻辑表达式： Y = A + B 3. 逻辑关系： “与”逻辑 即：有“1”出 “1”， 全“0”出“0” 逻辑符号： A B 与 门逻辑状态表 输 A 0 0 1 1 入 B 0 1 0 1 输出 Y 0 1 1 1
≥
Y
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13.1.4 晶体管非门电路
1. 电路
+5V RC “1” “0” A RK 饱和 截止
Y T
状态表 A Y
0 1 1 0
“1” “0”
逻辑符号 逻辑表达式： Y=A A
1 Y
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13.1.5 “与非”门
A B C &
1
Y
“与”门 A B C &
“非”门
Y
“与非”门 逻辑表达式： Y=A B C 有“0”出“1”，全“1”出“0”
与非 门状态表 C Y A B 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0
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13.1.6 “或非” 门
A B C >1 “或”门 A B C 1 “非”门 Y 或非 门状态表 C Y A B 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0
>1
“或非”门
Y
逻辑表达式： Y=A+B+C 有“1”出“0”，全“0”出“1”
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例: 根据输入波形画出输出波形 A B A B Y1 Y2 有“0” “1”出“0” “1”，全“1” “0”出“1” “0”
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&
A Y1 B
>1 Y2
13.2 TTL门电路
(三极管—三极管逻辑门电路) TTL(Transistor Transistor Logic)门电路是双 极型集成电路，与分立元件相比, 具有速度快、 可靠性高和微型化等优点, 目前分立元件电路已 被集成电路替代。下面介绍集成 “与非”门电路的 工作原理、特性和参数。
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13.2 TTL门电路
1. 路的组成
R T1 A B C
1
+5V
R
2
R4 T3 T4 Y T5 R5
T2
R3
A B C
&
Y
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逻辑表达式： Y=A B C A “与非” 门逻辑状态表 & B Y A B C Y C 0 0 0 1 “与非”门 0 0 1 1 0 1 0 1 有“0”出“1” 0 1 1 1 1 0 0 1 “与非” 1 0 1 1 逻辑关系 1 1 0 1 1 1 1 0 全“1”出“0”
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U
CC
4B 4A 4Y 3B 3A 3Y
13 12 11 10 9 8
UCC 2D 3C 2B NC 2A 2Y
14 13 12 11 10 9 8
14
&
&
&
74LS00
& &
74LS20
&
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND (a)
1A 1B NC 1C 1D 1Y GND (b)
74LS00、74LS20管脚排列示意图
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13.4 组合逻辑电路的分析
13.4.1 逻辑代数 逻辑代数（又称布尔代数），它是分析设计 逻辑电路的数学工具。虽然它和普通代数一样 也用字母表示变量，但变量的取值只有“0”， “1”两种，分别称为逻辑“0”和逻辑“1”。这里 “0”和“1”并不表示数量的大小，而是表示两种 相互对立的逻辑状态。 逻辑代数所表示的是逻辑关系，而不是数 量关系。这是它与普通代数的本质区别。
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1. 逻辑代数的运算法则 (1 ) 基本运算法则 自等律 A + 0 = A A ? 1 = A 0-1律 重叠律 还原律
A +1 = 1 A?0 = 0 A + A = A A? A = A
A=A 互补律 A + A = 1
A? A = 0
A? B = B ? A
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(2) 逻辑代数的基本运算法则
交换律 A + B = B + A
第七章门电路与组合逻辑电路 习题一 一、选择题 1. 三态门输出高阻状态时，是正确的说法。 A.用电压表测量指针不动 B.相当于悬空 C.电压不高不低 D.测量电阻指针不动 2. 以下电路中可以实现“线与”功能的有。 A.与非门 B.三态输出门 C.集电极开路门 D.漏极开路门 3．以下电路中常用于总线应用的有。 A.T S L门 B.O C门 C.漏极开路门 D.C M O S与非门 4．逻辑表达式Y=A B可以用实现。 A.正或门 B.正非门 C.正与门 D.负或门 5．T T L电路在正逻辑系统中，以下各种输入中相当于输入逻辑“1”。 A.悬空 B.通过电阻 2.7kΩ接电源 C.通过电阻 2.7kΩ接地 D.通过电阻510Ω接地 6．对于T T L与非门闲置输入端的处理，可以。 A.接电源 B.通过电阻3kΩ接电源 C.接地 D.与有用输入端 并联 7．要使T T L与非门工作在转折区，可使输入端对地外接电阻R I。 A.＞R O N B.＜R O F F C.R O F F＜R I＜R O N D.＞R O F F 8．三极管作为开关使用时，要提高开关速度，可。 A.降低饱和深度 B.增加饱和深度 C.采用有源泄放回路 D.采用抗饱和三极管 9．C M O S数字集成电路与T T L数字集成电路相比突出的优点是。 A.微功耗 B.高速度 C.高抗干扰能力 D.电源范围宽 10．与C T4000系列相对应的国际通用标准型号为。 A.C T74S肖特基系列 B.C T74L S低功耗肖特基系列 C.C T74L低功耗系列 D.C T74H高速系列 二、判断题（正确打√，错误的打×） 1．TTL与非门的多余输入端可以接固定高电平。（） 2．当TTL与非门的输入端悬空时相当于输入为逻辑1。（） 3．普通的逻辑门电路的输出端不可以并联在一起，否则可能会损坏器件。（） 4．两输入端四与非门器件74LS00与7400的逻辑功能完全相同。（） 5．CMOS或非门与TTL或非门的逻辑功能完全相同。（）
组合逻辑电路中的竞争与冒险 前面分析组合逻辑电路时,都没有考虑门电路的延迟时间对电路产生的影响。实际上, 从信号输入到稳定输出需要一定的时间。由于从输入到输出的过程中, 不同通路上门的级数不同, 或者门电路平均延迟时间的差异, 使信号从输入经不同通路传输到输出级的时间不同。由于这个原因, 可能会使逻辑电路产生错误输出,通常把这种现象称为竞争冒险。 竞争:在组合逻辑电路中, 某个输入变量通过两条或两条以上途径传到输出门的输入端, 由于每条途径的延迟时间不同帮到达输出门的时间就有先有后, 这种现象称为竞争。 冒险:是指数字电路中, 某个瞬间出现了非预期信号的现象, 即某一瞬间数字电路出现了违背真值表所规定的逻辑电平。这样就出现了不该出现的尖脉冲, 一、 竞争冒险的概念及其产生的原因 以图示电路为例可看出, 大多数组合电路都存在竞争, 但所有竞争不一定都产生错误的干扰脉冲。竞争是产生冒险的必然条件, 而冒险并非竞争的必然结果。由以上分析可知, 只要两个互补的信号送入同一门电路, 就可能出现竞争冒险。因此把冒险现象分为两种: 1. “ 0”型冒险
A A +冒险在理想情况下输出电平为“ 1” , 由于竞争输出产生低电平窄脉冲。 A A ?冒险在理想情况下输出电平为“ 0” ,由于竞争输出产生高电平窄脉冲。 二、竞争冒险的判断方法 判断竞争冒险是否存在的方法很多,最常见的方法有: 1.代数法 在逻辑函数表达式中, 是否存在某变量的原变量和反变量。若去掉其他变量得到 A A Y +=,电路有可能产生“ 0”冒险;若得到 A A Y ?=,则可能产生“ 1” 冒险。 2.卡诺图法 画出逻辑函数的卡诺图, 当卡诺图中两个合并最小项圈相切, 即两个合并最小项圈相邻—有相邻项, 各合并最小项圈各自独立—不相交时, 这个逻辑函数有可能出现冒险现象。 三、消除竞争冒险的方法 1.修改逻辑设计 (1代数法 ①逻辑变换消去互补量 ((C A B A Y ++=当 B =C=0时, A A Y ?=, 存在竞争冒险。若将逻辑函数表达式进行逻辑变换,则 BC B A AC Y ++=,这时消去了 A A ?互补量,从而不会产生竞争冒险。②增加乘积项 C A AB Y +=当 B=C=1时, A A Y +=,存在竞争冒险。若增加乘积项 BC , 则 BC C A AB Y ++=,消除了竞争冒险。 (2卡诺图法 将卡诺图中相切的圈用一个多余的圈连接起来,即可消除冒险现象。
实验4 门电路及组合逻辑电路的研究 —、实验目的 1. 测量集成电路“与非门”的逻辑功能。 2. 学习用集成电路“与非门”组成简单的逻辑电路，并研究其逻辑功能。 3. 用集成电路“与非门”构成知识竞赛抢答器电路，并验证其功能。 二、实验内容与要求 4. 内容： （1）测试“与非门”的逻辑功能； （2）用“与非门”连接成半加器电路并测试其逻辑功能； （3）用“与非门”实现三人抢答电路。 5. 要求： （1）双端输入“与非门”的输入信号为A 、B ，输出端信号为F 。分别在输入端加信号如表4-1，测量输出信号状态并填入表内。 表4-1 “与非门”状态表 （2S 和进位C 。分别在输入端加信号如表4-2，测量输出信号状态并填入表内。 表4-2 半加器状态表 （3）连接出三人（A 、B 、C ）抢答器电路。该电路应能实现：任一人抢答时其他人不能再抢答；抢答时，主持人灯和抢答人的指示灯亮；主持人可以清零。 三、实验电路和设备 1． 实验电路 （1）半加器电路参考电路图，见图4-1。（共需要7个“与非门”） 根据B A B A B A B A B A B A S ?=+=+=和AB AB C ==得到用“与非门”组成的电路如下：
图4-1 半加器电路 （2）三人知识竞赛抢答电路参考电路图，见图4-2。（共需要10个“与非门”） 图4-2 三人抢答电路 2．实验设备 实验用到数字电路实验模块。实验模块上有集成四“与非门”芯片74LS00。管脚功能见图4-3。 图4-3 四集成“与非门”74LS00芯片管脚图 实验模块上有集成四输入双“与非门”芯片74LS20。管脚功能见图4-4。
数字电子技术第三章(组合逻辑电路)作业及答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
第三章（组合逻辑电路）作业及答案 1、写出图3-1所示组合逻辑电路中输入输出的逻辑关系式和真值表。 图3-1：组合逻辑电路逻辑图 解：（1）C A A AC B A Y +=++=1 （2）D B C B A CD B A CD B A D BD CD A B A Y ++=++=+=++=）（ 2 2、试分析图3-2所示组合逻辑电路，写出其逻辑函数表达式。若设S 1﹑S 0为功能控制信号，A ﹑B 为输入信号，L 为输出，说明当S 1﹑S 0取不同信号值时，电路所实现的逻辑功能。 图3-2：组合逻辑电路逻辑图 3、试用与门、或门和非门，或者与门、或门和非门的组合来实现如下各逻辑函数关系，画出相应的逻辑电路图。 （1）1 Y AB BC =+ A B S 1 S 0 =1 =1 & =1
（2）2Y A C B =+（） （3）3Y ABC B EF G =++（） & & 1 ≥Y1. 1 A B C . & 1 ≥Y2 . 1 A B C & 1 ≥1 ≥& & 1 A B C . E F G .Y3 . . . 4、试用门电路设计4线-2线优先编码器，输入、输出信号都是高电平有效，要求任一按键按下时，G S 为1，否则G S =0；还要求没有按键按下时，E O 信号为1，否则为0。
5、试用逻辑门电路设计一个2选1数据选择器，输入信号为A、B，选择信号为S，输出信号为Y，要求写出真值表、逻辑函数表达式和画出逻辑电路图。 6、某公司3条装配线各需要100kW电力，采用两台发电动机供电，一台100kW，另外一台是200kW，3条装配线不同时开工，试设计一个发电动机控制电路，可以按照需求启动发电动机以达到节电的目的。
第20章习题 门电路和组合逻辑电路 S10101B 为实现图逻辑表达式的功能，请将TTL 电路多余输入端C 进行处理（只需一种处理方法），Y 1的C 端应接 ，Y 2的C 端应接 ， 解：接地、悬空 S10203G 在F = AB +CD 的真值表中，F =1的状态有( )。 A. 2个 B. 4个 C. 3个 D. 7个 解：D S10203N 某与非门有A 、B 、C 三个输入变量，当B =1时，其输出为( )。 A. 0 B. 1 C. D. AC 解：C S10204B 在数字电路中，晶体管的工作状态为( )。 A. 饱和 B. 放大 C. 饱和或放大 D. 饱和或截止 解：D S10204I 逻辑电路如图所示，其逻辑函数式为( )。 A. B. C. D. 解：C S10204N 已知F =AB +CD ，选出下列可以肯定使F = 0的情况( )。 A. A = 0，BC = 1 B. B = C = 1 C. C = 1，D = 0 D. AB = 0，CD = 0 解：D S10110B 三态门电路的三种可能的输出状态是 ， ， 。 解：逻辑1、逻辑0、高阻态 S10214B 逻辑图和输入A ，B 的波形如图所示，分析当输出F 为“1”的时刻应是( )。 A. t 1 B. t 2 C. t 3 解：A Y
S10211I 图示逻辑电路的逻辑式为( )。 A. B. C. 解：B S10212I 逻辑电路如图所示，其功能相当于一个( )。 A. 门 B. 与非门 C. 异或门 解：C S10216B 图示逻辑电路的逻辑式为( )。 A. A +B B. C. AB + 解：C S10217B 逻辑图如图（a ）所示，输入A 、B 的波形如图（b ），试分析在t 1瞬间输出F 为( )。 A. “1” B. “0” C. 不定 解：B S10218B 图示逻辑符号的逻辑状态表为( )。 A. B. C. 解：B
第九章 门电路及组合逻辑电路 一、填空题 1、模拟信号的特点是在 和 上都是 变化的。（幅度、时间、连续） 2、数字信号的特点是在 和 上都是 变化的。（幅度、时间、不连续） 3、数字电路主要研究 与 信号之间的对应 关系。（输出、输入、逻辑） 4、最基本的三种逻辑运算是 、 、 。（与、或、非） 5、逻辑等式三个规则分别是 、 、 。（代入、对偶、反演） 6、逻辑函数常用的表示方法有 、 和 。（真值表、表达式、卡诺图、逻辑图、波形图五种方法任选三种即可） 7、半导体二极管具有 性，可作为开关元件。（单向导电） 8、半导体二极管 时，相当于短路； 时，相当于开路。（导通、截止） 9、半导体三极管作为开关元件时工作在 状态和 状态。（饱和、截止） 10、在逻辑门电路中，最基本的逻辑门是 、 和 。（与门、或门、非门） 11、与门电路和或门电路具有 个输入端和 个输出端。（多、一） 12、非门电路是 端输入、 端输出的电路。（单、单） 13、根据逻辑功能的不同特点，逻辑电路可分为两大类： 和 。（组合逻辑电路、时序逻辑电路） 14、组合逻辑电路主要是由 、 和 三种基本逻辑门电路构成的。（与门、或门、非门） 15、（1）2(10011011)(= 8)(= 16) 答：233、9B （2）16()(AE = 2)(= 8) 答：10101110、256 （3）()125(10= 2) （4）()375.13(10= 2) 答：（1）1111101（2）1101.011 二、判断题 1、十进制数74转换为8421BCD 码应当是BCD 8421)01110100(。 （√） 2、十进制转换为二进制的时候，整数部分和小数部分都要采用除2取余法。（╳） 3、若两个函数相等，则它们的真值表一定相同；反之，若两个函数的真值表完全相同，则这两个函数未必相等。（╳）
组合逻辑电路中的竞 争冒险
目录 摘要 1 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 1 引言 (1) 2 竞争冒险现象及产生的原因 (1) 2.1竞争冒险现象 (1) 2.2竞争冒险现象产生的原因 (2) 2.3竞争冒险的危害 (2) 2.4竞争冒险的分类 (2) 2.4.1静态冒险 (2) 2.4.2动态冒险 (2) 3竞争冒险的判断 (2) 3.1代数法 (2) 3.2卡诺图法 (3) 3.3仿真法和实验法 (4) 3.4通过实验判断竞争冒险现象 (4) 3.4.1实验分析 (6) 3.4.2实验总结 (7) 4竞争冒险的消除方法 (7) 4.1增加冗余项法 (7) 4.2消除互补项法 (7) 4.3接入滤波电容 (7) 4.4引入选通脉冲 (8) 4.5引入封锁脉冲 (8) 4.6采用可靠性编码 (8) 4.7输出加D触发器 (8) 5实际应用中竞争冒险的敏感度问题 (8) 6总结 (8) 致谢 10 参考文献 (10)
组合逻辑电路中的竞争冒险 网络工程专业学生郭翔 指导教师吴俊华 摘要：在组合逻辑电路中，当输入信号改变状态时，输出端可能出现由于竞争冒险而产生的干扰脉冲信号，如果负载是对干扰脉冲信号十分敏感的电路，有可能引起电路的误动作，因此应该采取措施消除竞争冒险。从理论上分析了组合逻辑电路竞争冒险的产生，及其判断和消除的方法，其产生原因包括：门电路开关电平的时间差和门电路延迟时间。竞争冒险可以通过代数法、卡诺图法、仿真法和实验法进行判断，采用引入选通脉冲、引入封锁脉冲、增加冗余项、接入滤波电容等手段以消除竞争冒险。 关键词：组合逻辑电路竞争冒险干扰消除门电路 Competitive Adventure in Assembled Logical Circuit Student Majoring in Network Engineering Guo Xiang Tutor Wu Junhua Abstract: The disturbance pulse caused by competition and adventure may be emerged in the out put terminal of assembled logic circuit when the statement of input signals changes. The misact caused by the disturbance may appear if the load is very sensitive to the pulse. So the measures should be taken to eliminate the competition and adventure. The reasons of competition and adventure in assembled logic circuit are analyzed and the judging and eliminating method are provided in the paper. The interval between on/off levels in a gate circuit and the delay time of gate circuits is resulted in by competitive adventure. Competitive adventure can be detected by a circuit’s logical function, listing the truth table of circuit in sequence and testing the circuit. The methods of exerting gating pulse and blocking pulse, transforming function of a circuit, and adding redundancy product term, parallel connection capacitance at the output terminal, etc are applied to eliminate competitive adventure. Key words: Assembled logic circuit; Competition and adventure; Disturbance eliminating; Gate circuits 1引言 数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类，是电子技术的重要组成部分，掌握数字电路的基本知识是设计计算机控制系统的基础。计算机控制系统性能优劣的重要指标是其稳定性、可靠性和抗干扰性，这在很大程度上取决于构成其系统的基本部件的性能。组合逻辑电路中的门电路由于其本身的结构和工作情况，常常会发生竞争冒险现象。因此，在组合逻辑电路的分析和设计中，仅研究输入与输出之间的稳定关系是不够的，还应考虑信号在电路中传输的时延问题，事实上，信号经过任何逻辑门与导线时都会产生时间的延迟，该时间的延迟会使数字系统的操作速度下降，引起电路中波形参数变坏，产生竞争冒险现象，而竞争与冒险现象将会直接影响电路工作的可靠性和稳定性，甚至可能会导致整个数字系统的逻辑紊乱和错误动作。因此在组合逻辑电路中竞争与冒险的判别和消除对于保证电路正常工作具有至关重要的意义[1]。 2 竞争冒险现象及产生的原因 2.1竞争冒险现象
第六章几种常用的组合逻辑电路 一、填空题 1、（8-1易）组合逻辑电路的特点是：电路在任一时刻输出信号稳态值由决定（a、该时刻电路输入信号；b、信号输入前电路原状态），与无关（a、该时刻电路输入信号；b、信号输入前电路原状态），属于（a、有；b、非）记忆逻辑电路。 2、（8-2易）在数字系统中，将具有某些信息的符号变换成若干位进制代码表示，并赋予每一组代码特定的含义，这个过程叫做，能实现这种 功能的电路称为编码器。一般编码器有n个输入端，m个输出端，若输入低电平有效，则在任意时刻，只有个输入端为0，个输入端为1。对于优先编码器，当输入有多个低电平时，则。 3、（8-3易，中）译码是的逆过程，它将转换成。译码器有多个输入和多个输出端，每输入一组二进制代码，只有个输出端有效。n 个输入端最多可有个输出端。 4、（8-2易）74LS148是一个典型的优先编码器，该电路有个输入端和个输出端，因此，又称为优先编码器。 5、（8-4中）使用共阴接法的LED数码管时，“共”端应接，a~g应接输出有效的显示译码器；使用共阳接法的LED数码管时，“共”端应接，a~g应接输出有效的显示译码器，这样才能显示0~9十个数字。 6、（8-4中）译码显示电路由显示译码器、和组成。 7.（8-4易）译码器分成___________和___________两大类。 8.（8-4中）常用数字显示器有_________,_________________,____________等。 9.（8-4中）荧光数码管工作电压_______，驱动电流______，体积_____，字形清晰美观，稳定可靠，但电源功率消耗______，且机械强度_____。 10．（8-4中）辉光数码管管内充满了_________，当它们被______时，管子就发出辉光。 11.（8-4易）半导体发光二极管数码管（LED）可分成_______，_______两种接法。 12.（8-4中）发光二极管正向工作电压一般为__________。为了防止二极管过电流而损坏，使用时在每个二极管支路中应______________。 13.（8-3中）单片机系统中，片内存储容量不足需要外接存储器芯片时，可用_________作高位地址码。 14.（8-3中）数字系统中要求有一个输入端，多个数据输出端，可用_________输入端作为
数字电路组合逻辑电路设 计实验报告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
实验三组合逻辑电路设计（含门电路功能测试）
一、实验目的 1.掌握常用门电路的逻辑功能 2.掌握小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法 3.掌握组合逻辑电路的功能测试方法 二、实验设备与器材 Multisim 、74LS00 四输入2与非门、示波器、导线 三、实验原理 TTL集成逻辑电路种类繁多，使用时应对选用的器件做简单逻辑功能检查，保证实验的顺利进行。 测试门电路逻辑功能有静态测试和动态测试两种方法。静态测试时，门电路输入端加固定的高（H）、低电平，用示波器、万用表、或发光二极管（LED）测
出门电路的输出响应。动态测试时，门电路的输入端加脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的同步关系。 下面以74LS00为例，简述集成逻辑门功能测试的方法。74LS00为四输入2与非门，电路图如3-1所示。74LS00是将四个二输入与非门封装在一个集成电路芯片中，共有14条外引线。使用时必须保证在第14脚上加+5V电压，第7脚与底线接好。 整个测试过程包括静态、动态和主要参数测试三部分。 表3-1 74LS00与非门真值表 1.门电路的静态逻辑功能测试 静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否。实验时，可将74LS00中的一个与非门的输入端A、B分别作为输入逻辑变量，加高、低电平，观测输出电平是否符合74LS00的真值表（表3-1）描述功能。
第十六章 门电路和组合逻辑电路 一 选择题 1、下列逻辑表达式正确的是（ ）。 .0A A A += .11B A ?= .C A AB A B +=+ .D A AB AB += 2、时序逻辑电路中，以下说法正确的是（ ）。 A 、电路中任意时刻的输出只取决于当时的输入信号，与电路原来的 状态无关。 B 、电路中任意时刻的输出不仅与当时的输入信号有关，同时还取决于 电路原来的状态。 C 、电路中任意时刻的输出只取决于电路原来的状态，与当时的输入 信号无关。 D 、以上均不正确。 3、数据选择器的地址输入端有2个时，最多可以有（ ）个数据信号 输入。 A 、1 B 、2 C 、4 D 、8 4、数据选择器的地址输入端有3个时，最多可以有（ ）个数据信号输入。 A 、4 B 、6 C 、8 D 、16 5、组合逻辑电路中，以下说法正确的是（ ）。 A 、电路中任意时刻的输出只取决于当时的输入信号，与电路原来的状态无关。 B 、电路中任意时刻的输出不仅与当时的输入信号有关，同时还取决于电路原来的状态。 C 、电路中任意时刻的输出只取决于电路原来的状态，与当时的输入信号无关。 D 、以上均不正确。 6、下列几种TTL 电路中，输出端可实现线与功能的电路是（ ）。 A 、或非门 B 、与非门 C 、异或门 D 、OC 门 7、数据选择器有10个数据信号输入端时，至少得有（ ）个地址输入端。 A 、2 B 、3 C 、4 D 、5 8、以下哪个电路不是组合逻辑电路（ ）。 A 、编码器 B 、计数器 C 、译码器 D 、加法器
9、下列逻辑表达式正确的是（ ）。 .0A A A += .11B A ?= .C A AB A B +=+ .D A AB AB += 10、衡量集成逻辑电路优劣的因数是用它的：（ ） A ．增益×带宽； B ．传输延迟时间×功耗； C ．扇出系数×传输延迟时间； D ．噪声容限×功耗。 11、以下诸论述中，唯一正确的是：（ ） A ．可以用OC 门构成电平变换电路； B ．ECL 门电路主要用于集成度要求高的场合； C ．CM0S 器件不可以和TTL 器件兼容； D ．CMOS 器件的电源电压使用范围特别小，对电源的准确性要求严格． 12、集成门电路（不论是与、或、与非…等）的输入端若超过了需要，则这些多余的输入端应按哪种方式去处置才是正确的？（ ） A ．让它们开路； B ．让它们通过电阻接最高电平（例如电源电压）； C ．让它们接地，或接电源的最低电平； D ．让它们和使用中的输入端并接。 13、 以下表达式中符合逻辑运算法则的是（ ） A.C ·C=C 2 B.1+1=10 C.0<1 D.A+1=1 14、 当逻辑函数有n 个变量时，共有（ ）个变量取值组合？ A. n B. 2n C. n 2 D. 2n 15、. 逻辑函数的表示方法中具有唯一性的是（ ） A .真值表 B.表达式 C.逻辑图 D.卡诺图 16、F=A B +BD+CDE+A D=（ ） A.D B A + B.D B A )(+ C.))((D B D A ++ D.))((D B D A ++ 二 填空题 1.电子电路按功能可分为 电路和 电路。 2.根据电路的结构特点及其对输入信号响应规则的不同，数字电路可分为 和 。 3.数字电路的分析方法主要用 、功能表、 、波形图。 4.数字信号是一系列时间和数值都 的信号。 5.在数字电路中有两种数字逻辑状态分别是逻辑 和逻辑 。 6.逻辑函数F=)(B A A ⊕⊕ =
20章 组合电路 20-0XX 选择与填空题 20-1XX 画简题 20-2XX 画图题 20-3XX 分析题 20-XX 设计题 十二、[共8分]两个输入端的与门、 或门和与非门的输入波形如图 12 所示， 试画出其输出信号的波形。 解： 设与门的输出为F 1， 或门的输出为F 2，与非门的输出为F 3，根据逻辑关系其输出波形如图所示。 20-0XX 选择与填空题 20-001试说明能否将与非门、或非门、异或门当做反相器使用？如果可以，其他输入端应如何连接？ 答案 与非门当反相器使用时，把多余输入端接高电平 或非门当反相器使用时，把多余输入端接低电平 异或门当反相器使用时，把多余输入端接高电平 20-002、试比较TTL 电路和CMOS 电路的优、缺点。 A B F 1F 2F 3 (a) (b)
答案 COMS 电路抗干扰能力强，速度快，静态损耗小，工作电压范围宽， 有取代TTL 门电路的趋势。 20-003简述二极管、三极管的开关条件。 答案 二极管：加正向电压导通，相当于开关闭合；反向电压截止，相当于 开关断开。三极管：U BE <0V 时，三极管可靠截止，相当于开关断开； i B 》I BS 时，三极管饱和，相当于开关闭合。 20-0004、同或运算关系，当两输入不相等时，其输出为1；异或运算关系，当两输入相等时，其输出为0； 20-0005、 若各门电路的输入均为A 和B ，且A=0，B=1；则与非门的输出为 _________,或非门的输出为___ ___,同或门的输出为__ __。 20-0006、逻辑代数中有3种基本运算： 、 和 。 A. 或非，与或，与或非 B. 与非，或非，与或非 C. 与非，或，与或 D. 与，或，非 20-0007、逻辑函数有四种表示方法，它们分别是（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。 20-0008、将2004个“1”异或起来得到的结果是（ ）。 20-0009、是8421BCD 码的是（ ）。 A 、1010 B 、0101 C 、1100 D 、1101 2）、和逻辑式BC A A + 相等的是（ ）。 A 、ABC B 、1+B C C 、A D 、BC A + 3）、二输入端的或非门，其输入端为A 、B ，输出端为Y ,则其表达式 Y= （ ）。 A 、A B B 、AB C 、B A + D 、A+B 20-0010、若在编码器中有50个编码对象，则要求输出二进制代码位数为 位。 A.5 B.6 C.10 D.50
第四章组合逻辑电路 4.1概述 1、数字电路种类：逻辑电路根据输岀信号对输入信号响应的不同分为两类：一类是组合逻辑电路，简称组合电路;另一类是时序逻辑电路，简称时序电路。 2、组合逻辑电路定义：某一时刻电路的输出状态仅由该时刻电路的输入信号决定，而与该电路在此输入信号之前所具有的状态无关。从电路结构上来看，组合逻辑电路的输出端和输入端之间没有反馈回路。 3、电路结构框图 组合电路的一般电路结构如右图所示。可用如下表达式裏示： X n-P X n） 点. | i 1）电路由逻辑门构成，不含记忆元件. 2）输出卷反馈到输入的回路（不含反馈元 件）所以输出与电路原来状态无关时序电路（以 后祥细讨论）某一时刻电路的输岀状态不仅取决 于该时刻电路的输入信号,还与该电路在此输入 信号之前所具有的状态有关。组逻电合辑路 X千― n-1 X n 组合电路有两类问题：7?给定电路，分析其功能。
4.2组合逻辑电路的分析方法与设计方法 421组合电路的分析方法 一、分析步骤： 1、由已知的逻辑图，写出相应的逻辑函数式； 2、对函数式进行化简； 3、根据化简后的函数式列真值表； 4、找出其逻辑功能； 5、评价与改进。（评价给定的逻辑电路是否经济、合理。）设计步骤用框图表示如下:
A?B (A^)C i+AB C (A^B)C f +AB = (A^B)C i +AB 一位二进制加法器。 A 为被加数， B 为加数, C,为低位的进位数。 S 为本位之和， C 。是本位向高位的进 位数。 ? 真值表 A^B 0 0 7 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 s (A?B)C Z 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 A?B?C. AB T" 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 Co P 0 0
第九章门电路及组合逻辑电路 一、填空题 1、 模拟信号的特点是在 ______ 和 ______ 上都是 __________ 变化的。（幅度、时间、连续） 2、 数字信号的特点是在 ______ 和 ______ 上都是 __________ 变化的。（幅度、时间、不连续） 3、 数字电路主要研究 ______ 与 ______ 信号之间的对应 ________ 关系。（输出、输入、逻辑） 4、 最基本的三种逻辑运算是 _______ 、 ________ 、 _________ 。（与、或、非） 5、 逻辑等式三个规则分别是 _______ 、 ________ 、 _________ 。（代入、对偶、反演） 6 逻辑函数常用的表示方法有 _________ 、 ________ 和 __________ o （真值表、表达式、卡诺图、逻 辑图、波形图五种方法任选三种即可） 7、 半导体二极管具有 ______ 性，可作为开关元件。（单向导电） 8、 半导体二极管 __________ 时，相当于短路； ______ 时，相当于开路。（导通、截止） 9、 半导体三极管作为开关元件时工作在 __________ 状态和 ___________ 状态。（饱和、截止） 10、 在逻辑门电路中，最基本的逻辑门是 _____ 、 ______ 和 ______ o （与门、或门、非门） 11、 与门电路和或门电路具有 _____ 个输入端和 _____ 个输出端。（多、一） 12、 非门电路是 ___ 端输入、 _______ 端输出的电路。（单、单） 13、 根据逻辑功能的不同特点，逻辑电路可分为两大类： _________ 和 ________ 。（组合逻辑电路、 、判断题 1、十进制数74转换为8421BC ［码应当是（01110100） 8421 BCD 。 （V ） 2、 十进制转换为二进制的时候，整数部分和小数部分都要采用除 2取余法。（X ） 3、 若两个函数相等，贝尼们的真值表一定相同；反之，若两个函数的真值表完全相同，贝U 这两个 函数未必相等。（X ） 4、 证明两个函数是否相等，只要比较它们的真值表是否相同即可。 （V ） 时序逻辑电路） 14、组合逻辑电路主要是由 ____ 、 ____ 和 15、 (1) (10011011)2 ( )8 ( (2) (AE )16 ( ) 2 ( )8 (3) (125)10 ( ) 2 (4) (13.375)10 ( ）2 答：（1） _三种基本逻辑门电路构成的。（与门、或门、非门） ）16 答：233、9B 答：10101110 256 1111101 （2） 1101.011
第五章组合逻辑电路 内容提要 【熟悉】组合逻辑电路的特点(功能、结构) 【掌握】组合逻辑电路的一般分析方法和设计方法 【熟悉】常见的五种组合逻辑电路【掌握】中规模集成组合逻辑电路的应用(扩展与实现组合逻辑函数) 【了解】组合逻辑电路中的竞争和险象一．一．网上导学 二．二．本章小结 三．三．典型例题 四．四．习题答案 网上导学 一. 一. 组合逻辑电路的特点:p123 功能：输出仅取决于该时刻的输入而与电路原状态无关(无记忆功能)； 结构(无记忆元件,无反馈环路). 二. 二. 组合逻辑电路的一般分析方法(组合逻辑电路图→求解逻辑功能): 组合逻辑电路图→列出逻辑函数表达式(迭代法,由输入逐级向后推) →求标准表达式或简化的表达式(转换或化简) →列出相应的真值表→判断电路功能。例5.2.1(异或门) P124 分析图5.3.3逻辑电路 1.1. 迭代法求输出逻辑表达式,如图： 图中,C=,D=AB,用迭代法求出电路输出逻辑表达式 F= 2.列出真值表(表5.2.1, P125) 分析真值表可知该电路是一个异或门 例2. 试分析下面电路 1.由上图可知 E=AB，D=AC，G=BC，迭代法得 F=E+D+G=AB+AC+BC 2. 列出相应的真值表 由真值表可以看出,该逻辑电路是一个三人多数表决电路。
三. 三. 组合逻辑电路的一般设计方法： 根据设计要求(要实现的逻辑功能)→画出逻辑电路图. 设计要求→列出真值表(确定输入、输出变量及它们的逻辑关系) →化简写出简化的逻辑表达式(→或转换成逻辑器件所需的表达形式)→画出逻辑图。例5.3.1(多数表决器) P125。 举例：设计一个一位加法器(半加器)电路. 1.1. 该电路有两个输入An、Bn和二个输出Sn和 , 2. 由真值表写出逻辑表达式(化简或转换,本题无) Sn=, =An*Bn 3.3. 画出逻辑图 四.组合逻辑电路中的竞争和险象：P126~P129 竞争：因门电路的传输时延而造成多路信号由于经过不同路径产生的时差现象；险象：由竞争产生的错误输出；检查(产生条件：输入存在互补变化；消除：添加冗余项. 竞争(B=0) *消除方法：参考例5.4.3(P128) 四. 四. 常见的五种组合逻辑电路：p129-p141 着重于其功能和输出与输入的对应逻辑关系. 1.1. 编码：将输入信号转换成对应的数码信号； 编码器：互斥输入，方块图、逻辑图P130 功能表见表5.5.1(P129) 优先编码，方块图、逻辑图、功能表P131； 2.2. 译码：将输入的码组翻译变换成对应的输出信号,是编码的逆过 程； 译码器：二进制译码器, 方块图、逻辑图； 功能表见表5.5.3(P133) 数字显示译码器： 功能表见表5.5.5(P133) 七段显示十进制数字 十进制数字显示p133；十进制数码显示
实验三组合逻辑电路设计（含门电路功能测试）
一、实验目的 1.掌握常用门电路的逻辑功能 2.掌握小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法 3.掌握组合逻辑电路的功能测试方法 二、实验设备与器材 Multisim 、74LS00 四输入2与非门、示波器、导线 三、实验原理 TTL集成逻辑电路种类繁多，使用时应对选用的器件做简单逻辑功能检查，保证实验的顺利进行。 测试门电路逻辑功能有静态测试和动态测试两种方法。静态测试时，门电路输入端加固定的高（H）、低电平，用示波器、万用表、或发光二极管（LED）测出门电路的输出响应。动
态测试时，门电路的输入端加脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的同步关系。 下面以74LS00为例，简述集成逻辑门功能测试的方法。74LS00为四输入2与非门，电路图如3-1所示。74LS00是将四个二输入与非门封装在一个集成电路芯片中，共有14条外引线。使用时必须保证在第14脚上加+5V电压，第7脚与底线接好。 整个测试过程包括静态、动态和主要参数测试三部分。 表3-1 74LS00与非门真值表 1.门电路的静态逻辑功能测试 静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否。实验时，可将74LS00中的一个与非门的输入端A、B分别作为输入逻辑变量，加高、低电平，观测输出电平是否符合74LS00的真值表（表3-1）描述功能。 测试电路如图3-2所示。试验中A、B输入高、低电平，由数字电路实验箱中逻辑电平产生电路产生，输入F可直接插至逻辑电平只是电路的某一路进行显示。
仿真示意 2.门电路的动态逻辑功能测试 动态测试用于数字系统运行中逻辑功能的检查，测试时，电路输入串行数字信号，用示波器比较输入与输出信号波形，以此来确定电路的功能。实验时，与非门输入端A加一频率为
第20章习题门电路和组合逻辑电路 S10101B 为实现图逻辑表达式的功能，请将TTL电路多余输入端 C进行处理（只需一种处理方法），Y i 端应接________________________ ，丫2的C端应接 _______________________ ， 费二FqlFl Y I=A+Π S10203G 在F = AB+CD的真值表中，F =1的状态有（）。 A. 2个 B. 4个 C. 3个 D. 7个 解：D S10203N 某与非门有A、B、C三个输入变量，当 B=I时，其输出为（）。 A. 0 B. 1 C. AC D. AC 解：C S10204B 在数字电路中，晶体管的工作状态为（ A. 饱和 C.饱和或放大 解：D S10204I 逻辑电路如图所示，其逻辑函数式为（）。 A. AB AB B. AB AB C. AB AB D. AB A 解：C S10204N 已知F=AB+CD ,选出下列可以肯定使 F = 0的情况（）。 S10110B （a） 解：接地、悬空 (b) ）。 B.放大 D.饱和或截止 t≈—Y A. C. 解： D A = 0，BC = 1 C = 1， D = 0 B. B = C = 1 D. AB = 0，CD = 0 A ≥ 1 B
三态门电路的三种可能的输出状态是_____________ 解：逻辑1、逻辑O、高阻态
S10214B 逻辑图和输入A, B 的波形如图所示，分析当输出 F 为“1”的时刻应是（ ）。 A. t ι B. t 2 C. t 3 解：A S10211I 图示逻辑电路的逻辑式为 ( )。 A. F =A B AB B. F=ABAB C. F=(A B)AB 解：B S10212I 逻辑电路如图所示，其功能相当于一个 （ A.门 B.与非门 C.异或门 解：C S10216B 图示逻辑电路的逻辑式为 （ ）。 A. F =A B +A B A B. F =AB AB C. F =AB+ A B 解：C S10217B 逻辑图如图（a ）所示，输入 A 、B 的波形如图 （b ）,试分析在t ι瞬间输出F 为（ ）。 A. “1” B. “ 0” C. 不定 解：B h (a) (b) S10218B 图示逻辑符号的逻辑状态表为 （ A. B. A B F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 A B F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 A B F 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 C. 解：B T&] A —
习题 4.1写出图所示电路的逻辑表达式，并说明电路实现哪种逻辑门的功能。 习题4.1图 解：B A B A B A B A B A F ⊕=+=+= 该电路实现异或门的功能 4.2分析图所示电路，写出输出函数F 。 习题4.2图 解：[]B A B B B A F ⊕=⊕⊕⊕=)( 4.3已知图示电路及输入A 、B 的波形，试画出相应的输出波形F ，不计门的延迟． 图 解：B A B A B A AB B AB A AB B AB A F ⊕=?=???=???= 4.4由与非门构成的某表决电路如图所示。其中A 、B 、C 、D 表示4个人，L=1时表示决议通过。 （1） 试分析电路，说明决议通过的情况有几种。 （2） 分析A 、B 、C 、D 四个人中，谁的权利最大。 解：（1）ABD BC CD ABD BC CD L ++=??= （2） L B A =1 =1 =1 F F B A
(3)根据真值表可知，四个人当中C 的权利最大。 4.5分析图所示逻辑电路，已知S 1﹑S 0为功能控制输入，A ﹑B 为输入信号，L 为输出，求电路所具有的功能。 习题4.5图 解：（1）011011)(S S B S A S S B S A L ⊕⊕+⊕=⊕⊕?⊕= (2) 4.6试分析图所示电路的逻辑功能。 习题4.6图 解：（1）ABC C B A F )(++= 10
(2) 电路逻辑功能为：“判输入ABC 是否相同”电路。 4.7已知某组合电路的输入A 、B 、C 和输出F 的波形如下图所示，试写出F 的最简与或表达式。 习题4.7图 解：（1）根据波形图得到真值表： C AB BC A C B A F ++= 4.8、设∑=)14,12,10,9,8,4,2(),,,(m D C B A F ，要求用最简单的方法，实现的电路最简 单。 1）用与非门实现。 2）用或非门实现。 3) 用与或非门实现。 F C B A
1.（8-5中）设一位二进制半加器的被加数为A，加数为B，本位之和为S， 向高位进位为C，试根据真值表 1）.写出逻辑表达式 2）.画出其逻辑图。 真值表： 2.（8-5难）设一位二进制全加器的被加数为A i，加数为B i，本位之和为 S i，向高位进位为C i，来自低位的进位为C i-1，根据真值表 1）.写出逻辑表达式 2）.画出其逻辑图。 真值表：
3.（8-1难）分析图示逻辑电路： 1）.列真值表 2）.写出逻辑表达式 3）.说明其逻辑功能。 =++，根据给出的4．（8-3难*）用一个74LS138译码器实现逻辑函数Y ABC ABC ABC 部分逻辑图完成逻辑图的连接。
6.（8-1难）试用2输入与非门和反向器设计一个3输入（I0、I1、I2）、3输出（L0、L1、L2）的信号排队电路。它的功能是：当输入I0为1时，无论I1和I2为1还是0，输出L0为1，L1和L2为0；当I0为0且I1为1，无论I2为1还是0，输出L1为1，其余两个输出为0；当I2为1且I0和I1均为0时，输出L2为1，其余两个输出为0。如I0、I1、I2均为0，则L0、L1、L2也均为0。 1).列真值表 2).写出逻辑表达式 3）.将表达式化成与非式 4）.根据与非式画出逻辑图 7.（8-1难）某个车间有红、黄两个故障指示灯，用来表示3台设备的工作情况。如一台设备出现故障，则黄灯亮；如两台设备出现故障，则红灯亮；如三态设备同时出现故障，则红灯和黄灯都亮。试用与非门和异或门设计一个能实现此要求的逻辑电路。 1).列真值表
2).写出逻辑表达式 3）.根据表达式特点将其化成与非式，或者是异或式 4）.根据化成的表达式画出逻辑图 9.（8-3难）请用3-8线译码器译码器和少量门器件实现逻辑函数 ()()∑=7630,,，，，m A B C F 。