4.3.1簡單電路的設(shè)計(jì)1.邏輯抽象分析因果關(guān)系,確定輸入輸

1、4.3.1 簡單電路的設(shè)計(jì)簡單電路的設(shè)計(jì)1. 邏輯抽象邏輯抽象分析因果關(guān)系，確定輸入分析因果關(guān)系，確定輸入/輸出變量輸出變量定義邏輯狀態(tài)的含意（賦值）定義邏輯狀態(tài)的含意（賦值）列出真值表列出真值表2. 從真值表寫出邏輯函數(shù)式從真值表寫出邏輯函數(shù)式3. 選定器件的類型選定器件的類型4. 根據(jù)所選器件，化簡或變換邏輯函數(shù)式：根據(jù)所選器件，化簡或變換邏輯函數(shù)式：若用若用SSI的門電路，則要求將邏輯式化為的門電路，則要求將邏輯式化為最簡式最簡式若用若用MSI組合邏輯電路，則要求將邏輯式變換成所用器件的組合邏輯電路，則要求將邏輯式變換成所用器件的邏輯式邏輯式相似相似的形式。的形式。若用若用PLD，則可以

2、通過在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，則可以通過在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行EDA軟件自動(dòng)完成。軟件自動(dòng)完成。5. 畫出邏輯電路圖畫出邏輯電路圖4.3 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法例：設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決邏輯電路，規(guī)定必須有兩人例：設(shè)計(jì)一個(gè)三人表決邏輯電路，規(guī)定必須有兩人以上同意，方案方可通過。以上同意，方案方可通過。1. 邏輯抽象邏輯抽象 三人態(tài)度為三人態(tài)度為A、B、C，且，且1狀態(tài)狀態(tài)代表同意，代表同意，0狀態(tài)代表不同意。狀態(tài)代表不同意。表決結(jié)果以表決結(jié)果以Z表示，且表示，且1為提案通為提案通過，過，0為未通過。為未通過。輸入變量輸入變量輸出輸出ABCZ0000001001000111100010111101

3、1111ABCCABCBABCAZ 2. 寫出邏輯表達(dá)式寫出邏輯表達(dá)式BCACABZ )()()( )( BCACABBCACABZABCCABCBABCAZ 至至與與非非門門即即可可。接接、，并并將將、按按照照上上式式，只只需需765301276537653)( mmmmCABAAAmmmmmmmmABCCABCBABCAZ ABCCABCBABCAZ 采用中規(guī)模集成的常用組合邏輯電路設(shè)計(jì)采用中規(guī)模集成的常用組合邏輯電路設(shè)計(jì)3 30 01 12 20 01 11 10 01 10 00 01 1）D）DA A（A（A）D）DA A（A（A）D）DA AA A（）D）DA AA A( (Y Y

4、1），1），正常工作狀態(tài)下（S正常工作狀態(tài)下（S1即可。1即可。C、DC、DC、DC、DD D0、0、兩式對照，則得到D兩式對照，則得到D1 1(AB)(AB)C C) )B B(A(AC CB)B)A A( (0 0) )B BA A( C)C)C CAB(AB(C CB BA ABCBCA AZ ZB：B：A、AA、A令A(yù)令A(yù)3 32 21 10 00 01 14.3.2 復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜電路的設(shè)計(jì)采用層次化的設(shè)計(jì)方法采用層次化的設(shè)計(jì)方法1. 將整個(gè)邏輯電路劃分成若干個(gè)比較大的頂級(jí)模塊。將整個(gè)邏輯電路劃分成若干個(gè)比較大的頂級(jí)模塊。2. 再將其逐級(jí)劃分成更小的模塊，直到劃分為能夠?qū)崿F(xiàn)的、再

5、將其逐級(jí)劃分成更小的模塊，直到劃分為能夠?qū)崿F(xiàn)的、規(guī)模較小的底層模塊電路為止。規(guī)模較小的底層模塊電路為止。實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方式1. 自頂向下：從獲得自頂向下：從獲得最佳電路性能最佳電路性能出發(fā)進(jìn)行模塊的劃分和出發(fā)進(jìn)行模塊的劃分和設(shè)計(jì)，并不考慮這些模塊是否已經(jīng)存在。設(shè)計(jì)，并不考慮這些模塊是否已經(jīng)存在。2. 自底向上：力圖將電路劃分成已經(jīng)有的電路模塊（自底向上：力圖將電路劃分成已經(jīng)有的電路模塊（標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)集成器件集成器件）。）。 例：要求為某旅店設(shè)計(jì)一個(gè)客房服務(wù)呼叫系統(tǒng)。已知該旅店有例：要求為某旅店設(shè)計(jì)一個(gè)客房服務(wù)呼叫系統(tǒng)。已知該旅店有19號(hào)共號(hào)共9個(gè)房間。每間內(nèi)設(shè)置有一個(gè)呼叫開關(guān)，分別為個(gè)房間。每間內(nèi)設(shè)

6、置有一個(gè)呼叫開關(guān)，分別為K1K9。當(dāng)當(dāng)1號(hào)房間的呼叫開關(guān)號(hào)房間的呼叫開關(guān)K1合上時(shí)，無論其他房間里的呼叫開關(guān)合上時(shí)，無論其他房間里的呼叫開關(guān)K2K9是否合上，服務(wù)員值班室的數(shù)碼管顯示器應(yīng)顯示數(shù)字是否合上，服務(wù)員值班室的數(shù)碼管顯示器應(yīng)顯示數(shù)字1。當(dāng)當(dāng)K1沒有合上而沒有合上而K2合上時(shí)，無論合上時(shí)，無論K3K9是否合上，數(shù)碼顯示是否合上，數(shù)碼顯示器應(yīng)顯示數(shù)字器應(yīng)顯示數(shù)字2。依此類推，只有當(dāng)。依此類推，只有當(dāng)K1K8全未合上而全未合上而K9合上合上時(shí)，才顯示數(shù)字時(shí)，才顯示數(shù)字9。客房服務(wù)呼叫系統(tǒng)客房服務(wù)呼叫系統(tǒng)代碼轉(zhuǎn)換電路代碼轉(zhuǎn)換電路數(shù)字顯示電路數(shù)字顯示電路10線線-4線優(yōu)先編碼器線優(yōu)先編碼器七段顯

7、示譯碼器七段顯示譯碼器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路七段數(shù)碼顯示器七段數(shù)碼顯示器K1K9解：解：1112123134152637485910Q09Q17Q26Q314U174LS147A5QA11B1QB10C2QC9D4QD8BI3QE6QF13QG12U374LS4923456781RP1300K1SW-SPSTK2SW-SPSTK3SW-SPSTK4SW-SPSTK5SW-SPSTK6SW-SPSTK8SW-SPSTK9SW-SPSTK7SW-SPST12U2:A74LS0434U2:B74LS0456U2:C74LS041312U2:D74LS0412456U4:A74LS20121312U5:A7

8、4LS10123U6:A74LS00456U6:B74LS001098U6:C74LS003456U5:B74LS10910118U5:C74LS10121312U7:A74LS10131211U6:D74LS00123U8:A74LS003456U7:B74LS10優(yōu)先編碼器優(yōu)先編碼器代碼轉(zhuǎn)換電路代碼轉(zhuǎn)換電路七段七段譯碼譯碼器器顯示顯示驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路電路數(shù)碼數(shù)碼顯示顯示電路電路4.4 組合邏輯電路中的競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象組合邏輯電路中的競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象一、什么是一、什么是“競爭競爭” 兩個(gè)輸入信號(hào)兩個(gè)輸入信號(hào)“同時(shí)向相反同時(shí)向相反的邏輯電平變化的邏輯電平變化”，稱存在，稱存在“競爭競爭”二、只要存在輸入信

9、號(hào)的競爭，就有二、只要存在輸入信號(hào)的競爭，就有可能可能產(chǎn)生輸出尖產(chǎn)生輸出尖峰脈沖噪聲的危險(xiǎn)，這種現(xiàn)象稱為峰脈沖噪聲的危險(xiǎn)，這種現(xiàn)象稱為“競爭冒險(xiǎn)競爭冒險(xiǎn)”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。A A型型(1型型)冒險(xiǎn)冒險(xiǎn)A+A型型(0型型)冒險(xiǎn)冒險(xiǎn)消除競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象的方法消除競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象的方法一、在輸出端與地之間并聯(lián)濾波電容一、在輸出端與地之間并聯(lián)濾波電容 缺點(diǎn)：增加了門電路的傳輸延遲時(shí)間，并使輸出電壓波形的缺點(diǎn)：增加了門電路的傳輸延遲時(shí)間，并使輸出電壓波形的邊沿變緩。邊沿變緩。二、引入選通信號(hào)二、引入選通信號(hào) 將選通信號(hào)的有效作用時(shí)間選在輸入信號(hào)變化結(jié)束后，將選通信號(hào)的有效作用時(shí)間選在輸入信號(hào)變化結(jié)束后， S=1期間的

10、輸出信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)尖峰。期間的輸出信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)尖峰。如如 Y=AB+AC 在在 B=C=1的條件下，的條件下，Y=A+A ，可能將有負(fù)向尖峰脈沖出現(xiàn)。，可能將有負(fù)向尖峰脈沖出現(xiàn)。三、修改邏輯設(shè)計(jì)三、修改邏輯設(shè)計(jì)若將原邏輯關(guān)系若將原邏輯關(guān)系 改為改為 Y=AB+AC+BC則可在則可在B=C=1時(shí)，使時(shí)，使Y=A+A+1=1，確保沒有負(fù)向尖峰脈沖出現(xiàn)，確保沒有負(fù)向尖峰脈沖出現(xiàn)，消除了原邏輯設(shè)計(jì)中的競爭消除了原邏輯設(shè)計(jì)中的競爭 冒險(xiǎn)。冒險(xiǎn)。形式為形式為Y=AA的可能將出現(xiàn)的可能將出現(xiàn)正向正向尖峰脈沖；尖峰脈沖；形式為形式為Y=A+A的可能將出現(xiàn)的可能將出現(xiàn)負(fù)向負(fù)向尖峰脈沖。尖峰脈沖。 只要邏輯函數(shù)在一

11、定的條件下能化成只要邏輯函數(shù)在一定的條件下能化成Y=AA 或或 Y=A+A 的形式，則可判定其電路有競爭的形式，則可判定其電路有競爭冒險(xiǎn)的可能冒險(xiǎn)的可能。 重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：重點(diǎn)： 組合邏輯電路的概念組合邏輯電路的概念 組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法常用組合電路模塊的功能及應(yīng)用常用組合電路模塊的功能及應(yīng)用 組合電路的競爭組合電路的競爭-冒險(xiǎn)的判斷冒險(xiǎn)的判斷難點(diǎn)：難點(diǎn)： 靈活運(yùn)用常用組合電路模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)靈活運(yùn)用常用組合電路模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器1. 1. 由或非門組成的由或非門組成的SR鎖存器鎖存器電路有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端電路有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端Q

12、端的狀態(tài)定義為電路輸出狀態(tài)端的狀態(tài)定義為電路輸出狀態(tài)“0”態(tài)：態(tài)：Q=0、Q=1“1”態(tài)：態(tài)：Q=1、Q=0R、S輸入信號(hào)為輸入信號(hào)為高高電平有效電平有效R端稱為復(fù)位端或清零（端稱為復(fù)位端或清零（0）端）端S端稱為置位（端稱為置位（1）端）端5.1 SR鎖存器鎖存器1) 工作原理工作原理R=0、S=0狀態(tài)不變狀態(tài)不變0 00 0若初態(tài)若初態(tài) Q = 11 10 01 1若初態(tài)若初態(tài) Q = 00 01 10 00 00 0現(xiàn)現(xiàn)態(tài)：態(tài)：輸入輸入信號(hào)作用信號(hào)作用前前Q端的狀態(tài)，端的狀態(tài)，現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)用用Q 表示。表示。次次態(tài)：態(tài)：輸入輸入信號(hào)作用信號(hào)作用后后Q端的狀態(tài)，端的狀態(tài)，次態(tài)次態(tài)用用Q *表示

13、。表示。0 01 1無論初態(tài)無論初態(tài)Q為為0或或1，鎖存器的次態(tài)為，鎖存器的次態(tài)為1態(tài)。態(tài)。 信號(hào)消失后信號(hào)消失后新的狀態(tài)將被記憶下來。新的狀態(tài)將被記憶下來。0 01 1若若初態(tài)初態(tài) Q = 11 10 01 1若初態(tài)若初態(tài) Q = 00 01 10 00 01 10 0R=0、S=1置置11 1無論初態(tài)無論初態(tài)Q 為為0或或1，鎖存器的次態(tài)為，鎖存器的次態(tài)為0態(tài)。態(tài)。 信號(hào)消失后信號(hào)消失后新的狀態(tài)將被記憶下來。新的狀態(tài)將被記憶下來。1 10 0若若初態(tài)初態(tài) Q = 00 01 10 0若初態(tài)若初態(tài) Q = 11 10 00 00 00 01 1R=1、S=0置置01 11 11 10 00 0S=1 、 R=1無論初態(tài)無論初態(tài)Q 為為0或或1，觸發(fā)器的次態(tài)，觸發(fā)器的次態(tài)Q*和和Q*都為都為0 。狀態(tài)不確定狀態(tài)不確定當(dāng)當(dāng)S、R 同時(shí)同時(shí)回到回到0時(shí)，由于兩個(gè)或非時(shí)，由于兩個(gè)或非門的延遲時(shí)間無法確定，使得觸發(fā)器門的延遲時(shí)間無法確定，使得觸發(fā)器最終最終穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)也不能確定。也不能確定。觸發(fā)器的輸出既不是觸發(fā)器的輸出既不是0態(tài)，也不是態(tài)，也不是1態(tài)態(tài)由或非門組成的由或非門組成的SR鎖存器的特性表鎖存器的特性表:SRQ（現(xiàn)態(tài)）（現(xiàn)態(tài)）Q*（次態(tài)）（次態(tài)）0000001101000110100110111100#1110#特性方程：特性方程