组合逻辑电路的设计方法

胡　杰（南京科远自动化集团股份有限公司,南京　211102）

组合逻辑电路的设计方法

胡杰
（南京科远自动化集团股份有限公司,南京211102）

组合逻辑电路是数字电路电路的类型之一，该种电路的特点是在任何时刻电流的输出量均取决于其输入情况，其与电路的初始状态无关，本文就简单的对其一般设计方法进行探讨。

组合逻辑电路；设计；教学

在《数字电路》的课程教学中，组合逻辑电路的设计是《数字电路》的重要内容，在实际应用的过程中我们发现采用组合逻辑的设计思路，会使得线路更加的简单，电流也更加稳定，因此会有非常广阔的市场价值。

1　小规模组合电路的设计方法

对于小规模的组合电路的设计方法主要包括4个步骤，实际问题向逻辑真值表转化，然后再向最简函数式转化，通过函数式来画出逻辑电路图。该种设计思路非常的清晰，但是如果逻辑变量增加，那么在列真值表时也会非常的麻烦，如果逻辑变量函数值超过5个，那么真值表的取值组合将会超过32项，因此最终如果想要获得函数式将会非常困难，面对这种情况我们只需少输入几个逻辑变量进行简化设计。

问题：设计一个8位二进制代码奇偶校验电路，如果8个代码包含有偶数个1时，则输出即为1，如果代码中包含有奇数个1时，其输出为0。

我们将8个输入变量的8位二进制代码a0、a1、a2、a3；b0、b1、b2、b3分成两组，这样便可以得到两个4位的二进制代码，同样符合问题中的条件。分别使用G 1和G 2分别代表两组代码的输出情况。若G 1G 2为0011两种组合时，（00表示代码中包含有奇数个1，11表示代码中包含偶数个1）G输出为1且G 1G 2为01和10两种组合时，则G的输出为0，因此可以得到公式为：

同理如果将8位二进制代码分别分成两组，使用以上的结论便可以得出公式（2）

G=g2eg1，G=g4eg3，g2=a3ea2，g1=a1ea0，g4=b3ea2，g3=b1eb0，g3=b1eb0，最后将其进行综合从而得出公式（2））

通过该种设计思路省略了列出数百种取值组合的繁杂过程，这样也有效的避免了在书写函数表达式时所犯的低级错误；从问题中得到可以从其奇数和偶数的性质作为出发点，将一个庞大的输入洛基变量变成几个较少的逻辑变量进行分析研究，其设计思路更加的清晰，步骤也相对比较简单，无形中化简了整个设计操作过程。

问题：加法器的设计，要求是输入是两个四位二进制数，但是输出是两者之和

该加法器的设计时主要利用加法的特性，即要对位进行相加，另外在相加的过程中十位数要接纳来自个位数的高进位，百位数要吸收来自十位数的高进位，因此可以先设计两个二进制数，即aibi，该数字和来自低进位的数字ci-1进行相加，这样就可以通过逐位相加的范式来设计出4位的二进制加法器。

奇偶极校验器和加法器的设计都是采用如果输入的信号数量较多，那么可以不用先列出真值表，将设计分析分角度进行转换，转换成具体问题的逻辑关系，将内部之间的联系进行考察，或者通过分组或者通过分位的方式来进行巧妙的设计，最终完成组合逻辑电路的设计。

2　“三开一灯”逻辑设计

设计一个能够使用三只开关对一个灯进行控制的逻辑电路，其设计要求是必须让每一个开关均能够实现对该灯的开关操作。

在设计的时可以假设三个开关的代号分别是a、b、c，如果开关处于闭合状态那么为1；如果开关处于断开的状态，那么即为0；灯的代号为d，在高电平点亮的情况下然后列出真值表，详见表1所示。

表1　“三开一灯”逻辑电路真值

设计方案1：使用与非门来设计“三开一灯”的逻辑电路

通过对表1中的真值进行分析，能够书写出一个逻辑表达式，并将该表达式转换成“与非-与非”的表达式，详见（3）。

根据公式③画出与之对应的逻辑表达式画出相应的电路图，通过对电路图的分析该电路所需要的型号为74LS00的引脚图一片，型号为74LS20的引脚图三片。

设计方案2：使用3-8译码器实现“三开一灯”的逻辑电路

3-8译码器是最小项译码器，该译码器的输出端和输入端之间存在一定的逻辑关系，所以在使用该类型的译码器时，主要将其输出端的进行与非运算，那么就能够实现逻辑功能转化成公式即：

通过公式④中的表达式便能够画出与之相应的仿真实验图，其中输入端的数据都是按照真值表中灯的状态进行提前设置好。

方案设计3：使用8路数据选择器实现“三开一灯”逻辑电路

所谓的8路数据选择器即多路开关，我们将多路开关其输入端按照其具体的功能需求进行设置，那么分别设置成1/0，那么开关中输入的灯的状态也就是其所规定的相应的状态。分别将数据选择器中的数据输入均按照真值表中的灯的状态情况提前设置完毕，继而画出与之对应的电路图。

3　结束语

在组合逻辑电路设计过程中，方法的选择非常的重要，每一个电路均会有一个最为合理的设计方案，所以需要进行多家揣摩，对于输入的变量较小的组合逻辑电路可以先不用列出真值表，而是要对内在的联系进行全面的分析，从而找出设计的突破口；对于输入变量较少的电路，则可以通过列真值表，快速的推导出相应的函数式，然后通过函数式来画出电路图，完成设计。

[1]刘秀珍.“组合逻辑电路的设计方法”教学说课设计[J].卫生职业教育,2005(12).

[2]吴建生.“三开一灯”组合逻辑电路的多种设计方法[J].新课程学习•中旬,2014(01).

[3]张凤霞.拓展组合逻辑电路的设计方法[J].天中学刊,2001(02).

[4]王哈力,单薏,王希凤.组合逻辑电路的小世界网络模型[J].电机与控制学报,2006(04).