基于组合逻辑电路的设计研究

郑丽敏

摘 要：数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。在组合逻辑电路设计的过程中，该文善于总结电路设计题目的特点和规律，遵循组合逻辑电路设计的步骤，通过实例详细阐述了3种设计组合逻辑电路的方法，并分析了他们各自的优缺点。因此，在组合逻辑电路的设计中，应综合考虑设计需求，合理选择设计方案，不仅可以做到电路设计过程简单明了、通俗易懂，而且更易与实际生产过程相结合，学生能学以致用。

关键词：组合逻辑电路 设计方法 方案设计

中图分类号：TN79l 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0050-02

组合逻辑电路由各种基本门电路组成，同一时刻各输入状态决定了其输出情况，而与电路先前存储的状态毫无关系。其设计是根据已知的实际逻辑问题，选择适当的逻辑标准器件，连接成符合实际问题功能的逻辑电路。该文分别采用逻辑门电路、74LS138译码器、74LS151数据选择器3种方案来实现举重裁判表决电路的逻辑功能。

1 具体的设计步骤

（1）根据具体题目设计要求，分析输入输出变量，并将其逻辑赋值0或1。

（2）根据题目所给逻辑问题，列出真值表。

（3）由真值表列写函数表达式。

（4）依据逻辑表达式，画出最终电路图。

2 典型案例

设计一个举重裁判表决的逻辑电路。题目要求有3个裁判，其中一个主裁判和两个副裁判，当按下前面的按钮表明杠铃完全举上的判决。只有当两个或两个以上人按下按钮才表明判决成功，这时灯才亮。

由组合逻辑电路设计步骤，首先定义变量，设3个裁判分别用A、B、C表示，判成功用1表示，反之用0表示，表示成功与否的灯为Y，Y=1表示成功，Y=0表示不成功；其次，写真值表，具体见表1所示；最后，依据真值表列出函数表达式。步骤如下。

（1）找出所有使输出Y为1的输入变量（A、B、C）取值组合。

（2）当Y取值为1时用原变量表示，取值为0时用反变量表示，然后写成一个乘积项的形式。

（3）将所有乘积项相加即可。

得表达式为：

3 方案设计

组合逻辑电路的设计是依据已知的器件和實际的逻辑问题，设计出满足功能的逻辑电路的过程，以下用3种器件来实现逻辑电路。

方法一：用与非门设计。

由经过化简得：

根据表达式，画出逻辑电路图，使用芯片74LS00和74LS20，如图1所示。

方法二：用74LS138译码器设计。

由于任何一个n 变量的组合逻辑函数都可以改成最小项之和的唯一形式，而译码器的输入端具有n个地址，则输出端有个，正好与n变量的最小项一一对应。因此，只要将函数所含有的最小项按要求连起来就可实现设计的目的。

首先令A=A2、B=A1、C=A0为变量赋值，要注意赋值顺序；其次在输出端用与非门进行连接；最后要保证译码器能正常工作，将各个控制端口接到有效电平上，即G1=1、G2A=0、G2B=0，如图2所示。

方法三：用8选1数据选择器74LS151设计。

数据选择器，也叫多路选择器，即能够依据需求从多路数据传送中选出其中的任意一路，相当于多路开关的作用。数据选择器其输入端有n个地址，输出端有个数据输出端，正好和n 个变量的全部最小项一一对应。例如：8选1数据选择器74LS151，A0、A1、A2分别是3个地址输入端，D7、D6…D0为8个数据端，Y 、为两个互补的输出端，为控制端，输出Y 的表达式可记为，最后，将函数所含有的最小项的对应数据端置1，其余置0，输出Y 就是所求的函数。

将数据选择器的地址输入端连接输入变量，即A=A2、B=A1、C=A0，输出端连接输出变量Y。观察所求逻辑函数的最小项形式，将其与74LS151芯片的功能表进行比较。

由此可得，所求Y 函数表达式中含有的最小项，将其对应的数据输入端D接1，反之接0。即，，逻辑电路图如图3所示。

4 结语

总而言之，3种设计方案各有优缺点，在组合逻辑电路的设计中，应综合考虑设计需求，合理选择设计方案，不仅可以做到电路设计过程简单明了、通俗易懂，而且更易与实际生产过程相结合，学生能学以致用。

参考文献

[1] 杨志忠.数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2] 吕家云，蒋全胜.用MSI数据选择器实现逻辑函数的方法讨论[J].宝鸡文理学院学报：自然科学版，2006，4（26）：318-320.

[3] 邢南亮.运用数据选择器实现组合逻辑电路设计方法[J].现代电子技术，2007（10）：182-184.