常用组合逻辑电路设计

1Department of Microelectronics, PKU，Xiaoyan Liu第五章CMOS组合逻辑电路设计II－动态CMOS电路第一节动态逻辑门电路的基本结构、原理、特点第二节多米诺（Domino）CMOS电路第三节改进的Domino CMOS电路第四节时钟CMOS （C2MOS）

2Department of Microelectronics, PKU，Xiaoyan Liu第一节动态逻辑门电路的基本结构、原理、特点一、预充－求值动态CMOS的基本结构和工作原理二、动态CMOS的特点三、动态CMOS的问题四、动态CMOS的级联静态电路：靠管子稳定的导通、截止来保持输出状态除状态反转外，输出始终与VDD和GND保持通路。动态电路：靠电容来保存信息

3Department of Microelectronics, PKU，Xiaoyan Liu一、预充－求值动态CMOS的基本结构和工作原理In1In2PDNIn3MeMpClkClkOutCL预充－求值动态CMOS电路的基本结构工作过程：➢预充阶段：Clk＝0，Out被Mp预充到VDD，Me截止，无论输入何值，均不存在直流通路。此时的输出无效。➢求值阶段：Clk＝1，Mp截止，Me导通，Out和GND之间形成一条有条件的路径。具体由PDN决定。若PDN存在该路径，则Out被放电，Out为低电平，“0”。如果不存在，则预充电位保存在CL上，Out为高电平“1”。➢求值阶段，只能有与GND间的通路，无与VDD间的，一旦放电，不可能再充电，只能等下次。预充FET求值FET

4Department of Microelectronics, PKU，Xiaoyan Liu预充－求值动态CMOS电路的工作原理预充预充求值输出只在此时有效),2,1(XnXXFY当Clk＝1时ClkOutClk＝0时，输出为1，与输入无关

5Department of Microelectronics, PKU，Xiaoyan LiuOutClkClkABCMpMeonoff1offon((AB)+C)例

电子与通信工程实验室 数字电子技术实验讲义 物理

- 1 - 实验二 组合逻辑电路

一、实验目的

1.掌握组合逻辑电路的分析方法

2.掌握组合逻辑电路的设计方法

二、实验仪器

数字电路实验台、数字万用表、74ls00,74ls20

三、实验原理

1.组合逻辑电路的分析方法

组合逻辑电路时最常见的逻辑电路，可以用一些常用的门电路组合成具有其他功能的门电路。其分析方法是根据所给的逻辑电路，写出其输入和输出之间的逻辑函数表达式或真值表，从而确定该电路的逻辑功能。

2.组合逻辑电路的设计方法

组合逻辑电路是使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路，其分析方法是根据所给的组合逻辑电路，写出其输入与输出之间的逻辑函数表达式或者真值表，从而确定该电路的逻辑功能。组合电路设计的一般步骤如图所示：

根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式。并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。 根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。最后，用实验来验证设计的正确性。

2、 组合逻辑电路设计举例

用“与非”门设计一个表决电路。当四个输入端中有三个或四个为“1”时，输出端才为“1”。

(1)设计步骤：根据题意列出真值表如表所示，再填入卡诺图表中。 电子与通信工程实验室 数字电子技术实验讲义 物理

- 2 - 输入

变量 A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1

1 1

1

B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

输出变量 Y 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1

(2)根据真值表，画卡诺图

(3)由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式

实验五 组合逻辑电路的设计

一、实验目的

学习组合逻辑电路的设计与测试方法。

二、实验用仪器、仪表

数字电路实验箱、万用表、74LS00

三、设计任务

设计一个四人无弃权表决电路（多数赞成则提案通过），本设计要求采用4-2输入与非门实现。

设计步骤：（1）根据题意列出真值表如表1所示，再填入卡诺表2中。

表1

D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1

1

B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Z 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1

表2

DC

BA 00 01 11 10

00

01 1

11 1 1 1

10 1

（2）由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式

① Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD（8个与非门）

＝AB（C＋D）＋CD（A＋B） 或BD（A＋C）＋AC（B＋D）

＝AB（BC＋AD）＋CD（BC＋AD) 或BD（AD＋BC）＋AC（BC＋AD）

＝（BC＋AD）（AB＋CD） 或（BC＋AD）（AC＋BD）

＝CDABADBC 或BDACADBC

② Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD（8个与非门）

＝AB（C＋D）＋CD（A＋B） ＝AB（AC＋BD）＋CD（AC＋BD)

＝（AC＋BD）（AB＋CD）＝CDABBDAC

③ Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD（8个与非门）

＝A（BC＋BD）＋C（AD＋BD）＝BDADCBDBCA

或＝A（BC＋CD）＋B（CD＋AD）＝ADCDBCDBCA

组合逻辑电路的设计步骤

组合逻辑电路是由多个逻辑门组成的电路，其输出仅取决于输入信号的状态，而与时间无关。组合逻辑电路的设计步骤包括确定逻辑功能、选择逻辑门、绘制逻辑图、验证电路功能和优化电路设计。

一、确定逻辑功能

在设计组合逻辑电路之前，需要明确电路的逻辑功能。逻辑功能是指电路所要实现的逻辑运算，例如与、或、非、异或等。在确定逻辑功能时，需要考虑输入信号的数量和类型，以及输出信号的数量和类型。

二、选择逻辑门

根据电路的逻辑功能，选择适当的逻辑门。逻辑门是实现逻辑运算的基本元件，包括与门、或门、非门、异或门等。在选择逻辑门时，需要考虑输入信号的数量和类型，以及输出信号的数量和类型。

三、绘制逻辑图

根据电路的逻辑功能和选择的逻辑门，绘制逻辑图。逻辑图是用逻辑符号和线条表示电路的图形化表示。在绘制逻辑图时，需要按照逻辑门的输入和输出端口连接线条，以实现逻辑运算。

四、验证电路功能

在绘制逻辑图之后，需要验证电路的功能。验证电路功能的方法包括手工计算和仿真验证。手工计算是通过逻辑运算公式计算电路的输出信号，以验证电路的正确性。仿真验证是通过电路仿真软件模拟电路的运行过程，以验证电路的正确性。

五、优化电路设计

在验证电路功能之后，需要对电路进行优化设计。电路优化设计的目的是提高电路的性能和可靠性，降低电路的成本和功耗。电路优化设计的方法包括逻辑简化、布线优化和时序优化等。

逻辑简化是通过逻辑代数和卡诺图等方法简化电路的逻辑表达式，以减少逻辑门的数量和延迟。布线优化是通过合理布局电路元件和线路，以减少电路的面积和延迟。时序优化是通过合理选择时钟频率和时序控制信号，以提高电路的时序性能和可靠性。

总结

组合逻辑电路的设计步骤包括确定逻辑功能、选择逻辑门、绘制逻辑图、验证电路功能和优化电路设计。在设计组合逻辑电路时，需要考虑电路的逻辑功能、输入输出信号的数量和类型，以及电路的性能和可靠性等因素。通过逻辑简化、布线优化和时序优化等方法，可以提高电路的性能和可靠性，降低电路的成本和功耗。