20.1 脉冲信号
20.2 基本门电路及其组合
20.5 逻辑代数
20.4 CMOS 门电路
20.3 TTL门电路
20.6 组合逻辑电路的分析与综合20.7 加法器
20.8 编码器
20.9 译码器和数字显示
20.10 数据分配器和数据选择器20.11 应用举例
1. 掌握基本门电路的逻辑功能、逻辑符号、真值表和逻辑表达式。了解TTL 门电路、CMOS 门电路的特点;
3. 会分析和设计简单的组合逻辑电路;
4.
理解加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑电路的工作原理和功能
;
5. 学会数字集成电路的使用方法。
本章要求：
2. 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数;
模拟信号：随时间连续变化的信号
20.1脉冲信号
模拟信号
数字信号
电子电路中的信号1. 模拟信号
正弦波信号
t
三角波信号
t
处理模拟信号的电路称为模拟电路。如整流电路、放大电路等，注重研究的是输入和输出信号间的大小及相位关系。
在模拟电路中，晶体管三极管通常工作在放大区。
2. 脉冲信号
是一种跃变信号，并且持续时间短暂。
尖顶波
t
矩形波
t
处理数字信号的电路称为数字电路，它注重研究的是输入、输出信号之间的逻辑关系。在数字电路中，晶体管一般工作在截止区和饱和区，起开关的作用。
脉冲信号
正脉冲：脉冲跃变后的值比初始值高负脉冲：脉冲跃变后的值比初始值低如：0
+3V 0
-3V 正脉冲0+3V
0-3V
负脉冲
脉冲幅度A 脉冲上升沿t r 脉冲周期T
脉冲下降沿t f
脉冲宽度t p 脉冲信号的部分参数：
A
0.9A
0.5A 0.1A
t p t r t f T 实际的矩形波
20.2基本门电路及其组合
20.2.1 逻辑门电路的基本概念
逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件。
所谓门就是一种开关，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。
基本逻辑关系为“与”、“或”、“非”
三种。
下面通过例子说明逻辑电路的概念及“与”、“或”、“非”的意义。
220V
+
-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。
逻辑表达式：Y = A ? B
1. ―与”逻辑关系―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。
0001011101
00A B Y B
Y A 状态表
B Y 220V A
+
-
2. ―或”逻辑关系
―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。
逻辑表达式：Y = A + B
状态表000
1111101
10A B Y
3. ―非”逻辑关系
―非”逻辑关系是否定或相反的意思。
逻辑表达式：Y = A
状态表10
1A Y 0Y 220V
A +
-R
20.2基本门电路及其组合20.2.2分立元件基本逻辑门电路
门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与前面所讲过的基本逻辑关系相对应。
门电路主要有：与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等。
由电子电路实现逻辑运算时，它的输入和输出信号都是用电位（或称电平）的高低表示的。高电平和低电平都不是一个固定的数值，而是有一定的变化范围。
电平的高低一般用“1‖和“0‖两种状态区别，若规定高电平为“1‖，低电平为“0‖
则称为正逻辑。反之则称为负逻辑。若无特殊说明，均采用正逻辑。
0 0V
U
CC
高电平
低电平
1. 二极管“与”门电路
(1) 电路
(2) 工作原理
输入A 、B 、C 全为高电平“1‖，输出Y 为“1‖。
输入A 、B 、C 不全为“1‖，输出Y 为“0‖。0V 0V 0V +U 12V R D A D C A B Y D B C 3V
3V
3V 00000010101011001000011001001111A B Y C ―与”门逻辑状态表0V 3V
1. 二极管“与”门电路
(3) 逻辑关系：―与”逻辑即：有“0‖出“0‖，全“1‖出“1‖Y=A B C
逻辑表达式：逻辑符号：&A B Y C 00000010101011001000011001001111
A B Y
C ―与”门逻辑状态表
(1) 电路
0V 0V 0V 3V 3V 3V 3V 0V 00000011101111011001011101011111A B Y C ―或”门逻辑状态表3V -U 12V
R D A D C A
B
Y D B C (2) 工作原理输入A 、B 、C 全为低电平“0‖，输出Y 为“0‖。
输入A 、B 、C 有一个为“1‖，输出Y 为“1‖。
(3) 逻辑关系：―或”逻辑
即：有“1‖出“1‖，
全“0‖出“0‖
Y=A+B+C
逻辑表达式：
逻辑符号：
A
B Y
C
> 1
0000
0011
1011
1101
1001
0111
0101
1111
A B Y
C
―或”门逻辑状态表
3. 晶体管“非”门电路
+U CC
-U BB
A R K
R B R C Y T 10截止饱和(2) 逻辑表达式：Y =A ―0‖10
―1‖
(1) 电路
―0‖―1‖A
Y ―非”门逻辑状态表逻辑符号
1A Y
1. 与非门电路
有“0‖出“1‖，全“1‖出
―与”门
&A B C
Y &A B C ―与非”门
00010011101111011001011101011110A B Y C ―与非”门逻辑状态表Y=A B C
逻辑表达式：1Y ―非”门
2. 或非门电路
Y &A B C ―或非”门1Y ―或”门
A B C
> 1有“1‖出“0‖，全“0‖出
00010010101011001000011001001110A B Y C ―或非”门逻辑状态表Y=A+B+C
逻辑表达式：
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。
实验六组合逻辑电路的设计与测试 1．实验目的 (1)掌握组合逻辑电路的设计方法； (2)熟悉基本门电路的使用方法。 (3)通过实验，论证所设计的组合逻辑电路的正确性。 2．实验设备与器材 1)数字逻辑电路实验箱，2)万用表，3)集成芯片74LS00二片。 3．预习要求 (1)熟悉组合逻辑电路的设计方法； (2)根据具体实验任务，进行实验电路的设计，写出设计过程，并根据给定的标准器件画出逻辑电路图，准备实验； (3)使用器件的各管脚排列及使用方法。 4．实验原理 数字电路中，就其结构和工作原理而言可分为两大类，即组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路输出状态只决定于同一时刻的各输入状态的组合，与先前状态无关，它的基本单元一般是逻辑门；时序逻辑电路输出状态不仅与输入变量的状态有关，而且还与系统原先的状态有关，它的基本单元一般是触发器。 (1)组合电路是最常用的逻辑电路，可以用一些常用的门电路来组合完成具有其他功能的门电路。设计组合逻辑电路的一般步骤是： 1)根据逻辑要求，列出真值表； 2)从真值表中写出逻辑表达式； 3)化简逻辑表达式至最简，并选用适当的器件； 4)根据选用的器件，画出逻辑电路图。 逻辑化简是组合逻辑设计的关键步骤之一。为了使电路结构简单和使用器件较少，往往要求逻辑表达式尽可能化简。由于实际使用时要考虑电路的工作速度和稳定可靠等因素，在较复杂的电路中，还要求逻辑清晰易懂，所以最简设计不一定是最佳的。但一般来说，在保证速度、稳定可靠与逻辑清楚的前提下，尽量使用最少的器件，以降低成本。 (2)与非门74LS00芯片介绍 与非门74LS00一块芯片内含有4个互相独立的与非门，每个与非门有二个输入端。其逻辑表达式为Y=AB，逻辑符号及引脚排列如图6-1(a)、(b)所示。 (a)逻辑符号(b)引脚排列 图6-1 74LS20逻辑符号及引脚排列 (3)异或运算的逻辑功能 当某种逻辑关系满足：输入相同输出为“0”，输入相异输出为“1”，这种逻辑关系称为“异或”逻辑关系。 (4)半加器的逻辑功能 在加法运算中，只考虑两个加数本身相加，不考虑由低位来的进位，这种加法器称为半加器。 5．实验内容 (1)用1片74LS00与非门芯片设计实现两输入变量异或运算的异或门电路 要求：设计逻辑电路，按设计电路连接后，接通电源，验证运算逻辑。输入端接逻辑开关输出插口，以提供“0”与“1”电平信号，开关向上，输出逻辑“1”，向下为逻辑“0”；电路的输出端接由LED发光二极管组成的0-1指示器的显示插口，LED亮红色为逻辑“1”，亮绿色为逻辑“0”。接线后检查无误，通电，用万用表直流电压20V档测量输入、输出的对地电压，并观察输出的LED颜色，填入表6-1。
实验一基本门电路的功能和特性及组合逻辑电路实验（2学时） 实验目的及要求：掌握常用的集成门电路的逻辑功能与特性；掌握各种门电路的逻辑符号；了解集成电路的外引线排列及其使用方法；学习组合逻辑电路的设计及测试方法。 实验题目：部分TTL门电路逻辑功能验证及组合逻辑电路设计之全加器或全减器。 实验二数值比较器、数据选择器（3学时） 实验目的及要求：掌握数值比较器和数据选择器的逻辑功能；学习组合逻辑电路的设计及测试方法。用7486和7400、7404搭出一位数值比较器，画出其设计逻辑电路图，并验证它的运算；用74153选择器实现多数据表决器，要求3个输入中有2个或3个为1时，输出Y为高电平，否则Y为低电平。画出电路图并简述实现原理。用7400、7404、7432实现该多数表决器。 实验题目：组合逻辑电路设计之数值比较器和数据选择器 实验三计数器的应用（3学时） 实验目的及要求：掌握集成二进制同步计数器74161的逻辑功能；掌握任意进制计数器的构成方法；学习时序逻辑电路的设计及测试方法。用74161搭建一个60进制计数器电路，并将结果输出到7段数码管显示出来，画出其设计逻辑电路图并验证它的功能。 实验题目：时序逻辑电路设计之计数器的应用 74LS00: QUAD 2-INPUT NAND GATE
74LS04: HEX INVERTER 74LS32:Quad 2-Input OR Gates
74LS74: Dual Positive-Edge-Triggered D Flip-Flops with Preset, Clear and Complementary Outputs 74LS153: Dual 4-Input Multiplexer with common select inputs and individual enable inputs 74LS161: Synchronous 4-Bit Binary Counters
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。（╳）
实验一 组合逻辑电路的设计 一、实验目的： 1、 掌握组合逻辑电路的设计方法。 2、 掌握组合逻辑电路的静态测试方法。 3、 加深FPGA 设计的过程，并比较原理图输入和文本输入的优劣。 4、 理解“毛刺”产生的原因及如何消除其影响。 5、 理解组合逻辑电路的特点。 二、实验的硬件要求： 1、 EDA/SOPC 实验箱。 2、 计算机。 三、实验原理 1、组合逻辑电路的定义 数字逻辑电路可分为两类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路中不包含记忆单元（触发器、锁存器等），主要由逻辑门电路构成，电路在任何时刻的输出只和当前时刻的输入有关，而与以前的输入无关。时序电路则是指包含了记忆单元的逻辑电路，其输出不仅跟当前电路的输入有关，还和输入信号作用前电路的状态有关。 通常组合逻辑电路可以用图1.1所示结构来描述。其中，X0、X1、…、Xn 为输入信号， L0、L1、…、Lm 为输出信号。输入和输出之间的逻辑函数关系可用式1.1表示： 2、组合逻辑电路的设计方法 组合逻辑电路的设计任务是根据给定的逻辑功能，求出可实现该逻辑功能的最合理组 合电路。理解组合逻辑电路的设计概念应该分两个层次：（1）设计的电路在功能上是完整的，能够满足所有设计要求；（2）考虑到成本和设计复杂度，设计的电路应该是最简单的，设计最优化是设计人员必须努力达到的目标。 在设计组合逻辑电路时，首先需要对实际问题进行逻辑抽象，列出真值表，建立起逻辑模型；然后利用代数法或卡诺图法简化逻辑函数，找到最简或最合理的函数表达式；根据简化的逻辑函数画出逻辑图，并验证电路的功能完整性。设计过程中还应该考虑到一些实际的工程问题，如被选门电路的驱动能力、扇出系数是否足够，信号传递延时是否合乎要求等。组合电路的基本设计步骤可用图1.2来表示。 3、组合逻辑电路的特点及设计时的注意事项 ①组合逻辑电路的输出具有立即性，即输入发生变化时，输出立即变化。（实际电路中 图 1.1 组合逻辑电路框图 L0=F0(X0,X1,···Xn) · · · Lm=F0(X0,X1,···Xn) （1.1） 图 1.2 组合电路设计步骤示意图图
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
组合逻辑电路设计实验报告 1.实验题目 组合电路逻辑设计一： ①用卡诺图设计8421码转换为格雷码的转换电路。 ②用74LS197产生连续的8421码，并接入转换电路。 ③记录输入输出所有信号的波形。 组合电路逻辑设计二： ①用卡诺图设计BCD码转换为显示七段码的转换电路。 ②用74LS197产生连续的8421码，并接入转换电路。 ③把转换后的七段码送入共阴极数码管，记录显示的效果。 2.实验目的 （1）学习熟练运用卡诺图由真值表化简得出表达式 （2）熟悉了解74LS197元件的性质及其使用 3.程序设计 格雷码转化： 真值表如下：
卡诺图： 1 010100D D D D D D G ⊕=+= 2 121211D D D D D D G ⊕=+=
3232322D D D D D D G ⊕=+= 33D G = 电路原理图如下： 七段码显示： 真值表如下： 卡诺图：
2031020231a D D D D D D D D D D S ⊕++=+++= 10210102b D D D D D D D D S ⊕+=++= 201c D D D S ++= 2020101213d D D D D D D D D D D S ++++= 2001e D D D D S +=
2021013f D D D D D D D S +++= 2101213g D D D D D D D S +++= 01213g D D D D D S +⊕+= 电路原理图如下：
4.程序运行与测试 格雷码转化： 逻辑分析仪显示波形：
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
实验二组合逻辑电路的设计 一、实验目的 1.掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。 2.熟悉组合电路的特点。 二、实验仪器及材料 a) TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。 b) 参考元件：74LS86、74LS00。 三、预习要求及思考题 1．预习要求： 1）所用中规模集成组件的功能、外部引线排列及使用方法。 2) 组合逻辑电路的功能特点和结构特点. 3) 中规模集成组件一般分析及设计方法. 4）用multisim软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2.思考题 在进行组合逻辑电路设计时，什么是最佳设计方案？ 四、实验原理 1．本实验所用到的集成电路的引脚功能图见附录 2.用集成电路进行组合逻辑电路设计的一般步骤是： 1）根据设计要求，定义输入逻辑变量和输出逻辑变量，然后列出真值表； 2）利用卡络图或公式法得出最简逻辑表达式，并根据设计要求所指定的门电路或选定的门电路，将最简逻辑表达式变换为与所指定门电路相应的形式； 3）画出逻辑图； 4）用逻辑门或组件构成实际电路，最后测试验证其逻辑功能。 五、实验内容 1．用四2输入异或门（74LS86）和四2输入与非门（74LS00）设计一个一位全加器。 1）列出真值表,如下表2-1。其中A i、B i、C i分别为一个加数、另一个加数、低位向本位的进位；S i、C i+1分别为本位和、本位向高位的进位。 2）由表2-1全加器真值表写出函数表达式。
3）将上面两逻辑表达式转换为能用四2输入异或门（74LS86）和四2输入与非门（74LS00）实现的表达式。 4）画出逻辑电路图如图2-1，并在图中标明芯片引脚号。按图选择需要的集成块及门电路连线，将A i、B i、C i接逻辑开关，输出Si、Ci+1接发光二极管。改变输入信 号的状态验证真值表。 2.在一个射击游戏中，每人可打三枪，一枪打鸟(A)，一枪打鸡（B），一枪打兔子（C）。 规则是：打中两枪并且其中有一枪必须是打中鸟者得奖（Z）。试用与非门设计判断得奖的电路。（请按照设计步骤独立完成之） 五、实验报告要求： 1．画出实验电路连线示意图，整理实验数据，分析实验结果与理论值是否相等。 2．设计判断得奖电路时需写出真值表及得到相应输出表达式以及逻辑电路图。 3．总结中规模集成电路的使用方法及功能。
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 —