组合逻辑电路设计

组合逻辑电路设计（精选8篇）

组合逻辑电路设计 篇1

组合逻辑电路可以有若干个输入变量和若干个输出变量, 其每个输出变量是其输入的逻辑函数, 其每个时刻的输出变量的状态仅与当时的输入变量的状态有关, 与本输出的原来状态及输入的原状态无关。电路没有记忆功能, 输出状态随着输入状态的变化而变化, 类似于电阻性电路, 如加法器、译码器、编码器、数据选择器等都属于此类。

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。设计组合电路的一般步骤如图1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[1]。最后, 用实验来验证设计的正确性。同样的逻辑电路设计可以用不同的设计方案来完成, 本文以三人逻辑表决器为例来说明, TTL集成电路、中规模集成译码器和中规模集成数据选择器的逻辑功能和设计原理及其应用。

1三人逻辑表决器的设计

设计要求与逻辑描述:用“与非”门设计一个表决电路。当3个输入端中有2个或3个为“1”时, 输出端才为“1”。

1.1采用基本逻辑门电路进行设计

组合逻辑电路的基本设计步骤如下:

1) 定义输入输出变量:定义设有A、B、C三位裁判, 三人表决中至少要有两人同意, 才可以通过。同意为1, 不同意为0, 输出为Y, 达成以上条件Y输出为1, 反之为0。

2) 根据逻辑功能列出真值表:

3) 由真值表写出输出逻辑函数表达式:

4) 化简逻辑表达式:

5) 画出逻辑电路图 (如图2)

1.2用74LS138译码器进行设计

二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息, 器件就成为一个数据分配器 (又称多路分配器) , 如图3所示。若在S1输入端输入数据信息, , 地址码所对应的输出是S1数据信息的反码;若从端输入数据信息, 令S1=1、, 地址码所对应的输出就是端数据信息的原码。若数据信息是时钟脉冲, 则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。

根据输入地址的不同组合译出唯一地址, 故可用作地址译码器。接成多路分配器, 可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点[2]。

二进制译码器还能方便地实现逻辑函数, 由于n个输入变量的二进制译码器的输出提供了2n个最小项, 而任何一个逻辑函数可以变换为最小项之和的标准与-或表达式。因此可利用译码器和门电路来实现组合逻辑电路。

根据上式, 只需在一片74LS138的输出端加一个与非门就可以实现该逻辑函数。

1.3用74LS151数据选择器进行设计

数据选择器又叫“多路开关”。数据选择器在地址码 (或叫选择控制) 电位的控制下, 从几个数据输入中选择一个并将其送到一个公共的输出端。

数据选择器为目前逻辑设计中应用十分广泛的逻辑部件, 它有2选1、4选1、8选1、16选1等类别[3]。

74LS151为互补输出的8选1数据选择器, 选择控制端 (地址端) 为A2~A0, 按二进制译码, 从8个输入数据D0~D7中, 选择一个需要的数据送到输出端Q, S珔为使能端, 低电平有效。用151数据选择器设计三人表决器步骤如下:

1) 使能端时, 不论A2~A0状态如何, 均无输出 (Q=0, ) , 多路开关被禁止。

2) 使能端时, 多路开关正常工作, 根据地址码A2、A1、A0的状态选择D0~D7中某一个通道的数据输送到输出端Q。

如:A2A1A0=000, 则选择D0数据到输出端, 即Q=D0。

如:A2A1A0=001, 则选择D1数据到输出端, 即Q=D1, 其余类推。

将逻辑函数转换成最小项表达式:

将不存在的最小项乘以0, 存在的最小项乘以1, 得到:

即:

由此可以画出逻辑电路图 (如图5)

函数F有三个输入变量A、B、C, 而数据选择器有两个地址端A1、A0少于函数输入变量个数, 在设计时可任选A接A1, B接A0。将函数功能表改画成表3的形式, 可见当将输入变量A、B、C中A、B接选择器的地址端A1、A0, 由表3可以得到:

则4选1数据选择器的输出, 便实现了函数F=珚ABC+A珔BC+AB珔C+ABC接线图如图6所示。

摘要：用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路, 可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。其中, 组合逻辑电路是由最基本的逻辑门电路组合而成。文章以三人表决器为例介绍了三种设计方案, 以便学生熟悉常见组合逻辑电路的特点及应用。

关键词：组合逻辑电路,逻辑表决器,设计

参考文献

[1]阎石.数字电子技术基础[M].第4版.北京:高等教育出版社, 1998.

[2]李世雄, 丁康源.数字集成电子技术教程[M].北京:高等教育出版社, 1993.

[3]李亚伯.数字电路与系统[M].北京:电子工业出版社, 1998.

组合逻辑电路设计 篇2

【关键词】组合电路设计；任务驱动教学；multisim仿真

1.教材和教学内容分析

《数字电子技术》是一门理论性和实践性都很强的专业基础课程，教学过程中涉及到的器件种类较多，知识更新速度快。课程的授课重点是以数字基本理论为基础、基本技能为桥梁、综合创新为目的，培养学生分析问题、解决问题的能力。

《组合逻辑电路的设计》是组合逻辑电路的重要组成部分，它在课程中起着承前启后的作用，既是对前面所学的逻辑电路、真值表、逻辑函数表达式以及逻辑代数等知识的综合应用，又为后续编码器、译码器等中规模组合逻辑电路的学习奠定基础。

2.教学目标和教学方法

本次教学的知识能力目标是使学生熟练掌握组合逻辑电路的设计方法及步骤，提高学生学以致用的能力。为了调动学生的积极性，教学过程中主要采用“任务驱动法”来进行教学，结合学生特点，精心设计任务，引导学生分析任务探究新知，然后启发学生运用所学知识解决实际任务。中间配合使用“类比法”、“讨论法”、“仿真法”来达到教学目标。

3.任务驱动教学方法

3.1 任务一校园歌曲评比电路

（1）创建任务，导入新知

设计一个“校园原创歌曲评比”考核电路。考核组由1名主评委和2名副评委组成。每名评委面前有一个按钮。只有当包括主评委在内的2名或2名以上评委认为该歌曲合格，按下按钮，表明是否通过的指示灯才亮。

本设计任务从学生身边事件引入，创设了真实的学习情境，引导学生带着真实的任务进入学习情境，使学习直观化和形象化，将学生自然而然地引入到学习氛围中。

（2）案例分析，传授新知

如何设计一个校园歌曲评比电路呢？学生根据课前预习情况会做出相应回答，即跟组合逻辑电路的分析过程顺序相反。接下来启发学生对实际问题进行分析，电路有几个输出变量和几个输入变量？每个变量代表什么含义呢？设a、b、c代表三名评委面前的按钮，按按钮用1表示，不按用0表示，y为评比结果显示指示灯，亮用1表示，不亮用0表示，同时还应考虑a为主评委，具有否决权。要设计组合逻辑电路，必须找出输出变量和输入变量直接的逻辑关系，通过教员的启发先列出输入输出的逻辑关系表，即真值表（见表1）。

3.2 自主学习含无关项的多输出任务

通过任务1的学习，学生基本明确了组合电路设计的基本步骤。这时采用层层递进的方式，加大设计难度，将输出量提升到3个，同时在逻辑抽象列真值表时又出现了无关项问题。这是1个加强任务，要求学生独立完成，以此自行消化、吸收、巩固掌握本次课的知识点的目的。

任务二：图4为一个电开水器的示意图，a、b、c为水位传感器，当a、b、c电极被淹没时，会有信号输出。当水面在ab间时为正常状态，绿灯亮；当水面在a以上或bc间时为异常状态，黄灯亮；当水面在c以下时，为危险状态，红灯亮。试设计一个水位监测逻辑电路。

在任务2中出现了3个输出变量问题，初看起来不易设计，但引导学生只要对于一个具有因果关系的事件，通过逻辑抽象的方法，列出真值表这一关键的一步，后面几步就容易了。组织小组讨论：水位能不能既高于a又低于b？出现这种不合实际的情况该怎么办？这些无关项如何处理？通过鼓励学生开阔思路、创新思维，突破重点难点，也使枯燥、乏味的新课内容很流畅的就被“由浅入深”、“化难为易”了。

3.3 小组讨论输入需要编码的任务

任务三：人类有四种基本血型—a、b、ab、o型。输血者与受血者的血型必须符合下述原则：o型血可以输给任意血型的人，但o型血只能接受o型血；ab型血只能输给ab型，但ab型能接受所有血型；a型血能输给a型和ab型，但只能接受a型或o型血；b型血能输给b型和ab型，但只能接受b型或o型血。试设计一个检验输血者与受血者血型是否符合上述规定的逻辑电路。如果输血者与受血者的血型符合规定电路输出1。

任务三的难点在逻辑抽象环节，即如何根据给定逻辑问题确定输入输出变量。课堂上将学生分组，给出一定思考时间后，组织不同小组的同学讨论设计方案。

方案一：输血者和受血者的血型都有4种血型，共8个输入变量，对应的真值表过于复杂。

方案二：对输入进行编码，用变量ef表示输血者血型，变量gh表示受血者血型；用两个逻辑变量的四种取值分别表示输血者、受血者血型。

通过学生分析，得出表达式并搭建电路。可见，任务三的难点就在于如何正确列出真值表，之后的逻辑化简、电路搭建等问题都是对前面所学内容的巩固，并不是本次课的重点。因此，教师可以适时引入电路设计软件来自动实现后续设计，让学生耳目一新。

启动multisim，打开逻辑转换仪面板，在真值表区点击e、f、g、h四个逻辑变量，建立一个四变量真值表，输入真值表1。点击逻辑转换仪面板上“真值表→简化逻辑表达式”按钮，求得简化的逻辑表达式如图5逻辑转换仪面板底部逻辑表达式栏所示。点击逻辑转换仪面板上“表达式→逻辑电路”按钮，得到用与非门组成的逻辑电路。

这一环节面向实际应用，通过“教学互动”；不断激发学生的求知欲和学习热情，让学生们在教学过程中体验成功、自我肯定、提升能力。

4.任务的延伸

本节课采用“虚实结合”、“循序渐进”的任务驱动教学方法，在教学中加入仿真验证，把理论知识同实际应用有机结合起来，对提高学生学习电子技术课程的兴趣、培养学生创新能力等方面应该有积极的引导作用。

本次教学的三个设计都是通过小规模集成电路（ssi）来实现的。随着电子技术的发展，组合逻辑电路设计的重心和实际逻辑命题也朝着中规模（msi）甚至大规模的方向发展。目前使用较多的组合逻辑msi有编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、奇偶校验/产生器和全加器等，教学过程中还要引导预习后续课程，在以后的学习中用msi重新设计这三个题目，进一步培养学生举一反

三、学以致用的综合能力。

参考文献

组合逻辑电路的设计方法 篇3

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、b 1、b 2、b 3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G1和G2分别代表两组代码的输出情况。若G1G2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G1G2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。

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。

参考文献

[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) .

组合逻辑电路的设计与仿真 篇4

数字电子技术已广泛应用于各个专业技术领域, 组合逻辑电路是数字电路重要的组成部分, 也是时序逻辑电路设计的基础, 在实践中被广泛应用。组合逻辑电路的输出仅与当前的输入状态有关, 而与输入之前的信号状态无关, 因此组合逻辑电路没有记忆功能, 在其电路中没有反馈延迟电路[1,2]。

Multisim的前身是EWB (Electronics Workbench) 软件, 是美国国家仪器 (NI) 有限公司推出的以Windows为基础的交互式SPice仿真和电路分析软件, 专用于原理图捕获、交互式仿真、电路板设计和集成测试[3,4,5]。Multisim软件包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式, 具有丰富的仿真分析能力。

本文以交通信号灯监控器为例, 分别运用与非门74LS00、中规模集成数据选择器74LS151和中规模集成译码器74LS138为主要元件设计三种实现监控交通信号灯状态的控制电路, 并利用Multisim 12.0软件进行仿真测试。

2 组合逻辑电路的设计

2.1 组合逻辑电路设计的一般步骤

组合逻辑电路设计主要是将用户的具体设计要求用逻辑函数加以描述, 再用具体的电路加以实现的过程。组合逻辑电路的设计可分为小规模集成电路、中规模集成电路、定制或半定制集成电路的设计[6]。其设计的一般步骤可用图1来表示:

1) 首先对命题要求进行分析, 确定输入变量、输出变量的个数和状态, 并以真值表的形式列出;

2) 根据真值表写出逻辑函数表达式;

3) 通过逻辑化简, 写出最简的逻辑函数表达式;

4) 根据逻辑功能要求以及实际情况, 选择合适的门器件, 把最简的表达式转换为相应的表达式;

5) 根据表达式画出该电路的逻辑电路图。

2.2 组合逻辑电路的设计方法

组合逻辑电路可以采用分立元件实现, 随着微电子技术的迅速发展和集成电路工艺水平的提高, 单块芯片的集成度越来越高, 价格越来越便宜, 也可用通过小规模集成电路SSI, 中规模集成电路MSI、定制或半定制集成电路等来实现[7]。

本文以监控交通信号灯工作状态的监控器为例分析组合逻辑电路的设计方法。交通信号灯是交通信号中的重要组成部分, 是道路交通的基本语言, 每一组交通信号灯由红、黄、绿三盏灯组成。正常工作情况下, 任何时刻必有一盏灯点亮, 而且也仅有一盏灯亮。当出现其他状态时, 电路发生故障, 这时监控器发出故障信号以提醒维护人员前去修理。

2.2.1 命题分析

根据交通信号灯监控器的工作原理, 确定红、黄、绿三盏灯的状态为输入变量, 分别用A、B、C表示;取故障信号为输出变量, 用F表示。

假设:A、B、C取1时, 表示灯亮, A、B、C取0时, 表示灯不亮;F为1时, 表示工作状态正常, F为1时表示发生故障。

2.2.2 列写真值表

根据命题分析列出逻辑真值表, 如表1所示。

2.2.3 写出逻辑函数式并化简

由表1, 可得输出与输入之间的逻辑关系:

运用卡诺图化简, 可得简化的逻辑函数表达式:

2.2.4 把最简的表达式转换为相应的表达式

逻辑电路图是根据逻辑函数表达式得出的, 因此画逻辑电路图之前要根据逻辑功能要求以及实际情况确定元件, 将最简的表达式转换为与所选用元件相对应的表达式。

1) 选用与非门实现

选用集成与非门74LS00、74LS20实现交通信号灯监控器, 将输出与输入之间的逻辑关系转换为与非表达式。通过表达式变换, 得到式3。

2) 选用数据选择器实现

数据选择器是一种多路输入、单路输出的逻辑部件。它在控制信号作用下, 从多个输入数据中选一个送到输出端。式4给出了数据选择器输出与输入的逻辑关系, 其中, A0、A1、……Ak表示控制信号, Y表示输出信号, Di为数据输入信号, mi为控制信号的最小项表示, 2k=n。

从表达式4中可以看出, 其输出实际上是数据输入与地址输入的最小项相与的关系, 所以数据选择器可以实现各种组合逻辑功能。选用中规模集成数据选择器74LS151可实现交通信号监控器。74LS151是八选一数据选择器, 对式1进行变换, 可得式5:

由式5可以看出, 选用74LS151实现交通信号监控器需使F=Y, A=A2, B=A1, C=A0, 则有D0=D3=D5=D6=D7=1, D1=D2=D4=0。

3) 选用变量译码器实现

变量译码器是组合逻辑电路中一个重要的器件, 它是一个将n个输入变为2n个输出的多输出端的组合逻辑电路。变量译码器的输出与输入之间的逻辑关系可用式6表示:

其中, Yi是输出端, mi是关于输入变量An-1, An-2, ……, A0的最小项, 0

由于译码器电路的输出列出了该电路的所有最小项表达式, 而任何一个组合逻辑电路都可以写成最小项表达式的形式, 因此我们可运用译码器电路实现各种组合逻辑电路。选用中规模集成译码器74LS138来实现交通信号灯监控器。由于74LS138的输出是反变量形式, 低电平有效, 因此变换式1得:

使74LS138的三个数据输入端分别为:A=A2, B=A1, C=A0, 且三个使能端有效, 则74LS138中的8个输出可分别与交通信号灯监控器输出的最小项一一对应。

2.2.5 根据表达式画出逻辑电路图

为了便于逻辑电路图的验证, 利用Multisim 12.0设计逻辑电路图。根据2.2.4小节中三种设计方法的相应表达式:式3、式5、式7画出逻辑电路图, 分别如图2、图3、图4所示。

图2~图4中的XLC1为逻辑转换仪, 它是Multisim软件的一种虚拟装置, 可以接入交通信号灯监控器的输入与输出端, 测试与验证其逻辑功能。通过逻辑转换仪中的“逻辑电路转换为真值表”的功能分别验证了图2~图4的逻辑功能, 得到的真值表相同, 如图5所示, 该电路真值表及逻辑函数表达式与设计的要求一致。

2.3 设计方法分析比较

选用不同的元件最后设计出的电路形式虽然差别很大, 但是实现的逻辑功能却相同。选用如本文选用的74LS00、74LS20等SSI来实现电路, 所用的集成电路芯片数量多, 线路复杂, 通用性不强, 仅能够适应某一特殊的函数要求。在用SSI设计电路时, 要力求逻辑门电路的数量、种类以及输入端的数量均应达到最少。

选用MSI设计组合逻辑电路, 如本文选用的74LS151、74LS138, 可以减少元件的数目, 具有较强的通用性, 可靠性高, 易于设计、生产、调试和维护[8]。

3 组合逻辑电路的仿真

对于设计好的组合逻辑电路, 不仅可以通过Multisim中的逻辑转换仪来验证, 还可以在Multisim窗口中搭建电路来仿真。从Multisim元件库在已经绘制好的逻辑电路图中添加电源、地、电阻、发光二极管等电器元件并进行连线, 得到仿真电路图。由于篇幅有限, 文中只给出了用74LS138实现交通信号灯监控器的仿真电路图, 如图6所示。

在仿真过程中, S1、S2、S3三个开关在全部打开、全部闭合以及任意两个闭合的情况下, 发光二极管就会亮, 此时表示交通信号灯出现故障。

4 结束语

本文以交通信号灯监控器为例分析了组合逻辑电路设计的过程并进行了Multisim仿真测试。可以看出组合逻辑电路设计中, 要实现相同的逻辑功能可根据实际情况选用不同的设计方法;同时, 借助于EDA软件Multisim, 可以显著提高电路设计工作的效率, 为组合逻辑电路的设计仿真提供了一定的借鉴方法。

摘要：以交通信号灯监控器为例分析了组合逻辑电路设计的过程, 运用SSI、MSI为主要元件分别设计了三种实现电路, 并总结了这三种电路的特点, 最后利用Multisim软件进行了仿真测试, 为组合逻辑电路的设计与仿真提供了借鉴方法。

关键词：组合逻辑电路,电路设计,Multisim,仿真,交通信号灯,监控器

参考文献

[1]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京:高等教育出版社, 2002.

[2]魏淑桃.计算机电路基础[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[3]周润景, 郝晓霞.Multisim&LabVIEW虚拟仪器设计技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

[4]石嘉顺.基于multisim环境下的电路设计与仿真[J].计算机仿真, 2007, 24 (12) :306-308.

[5]王延才.基于Multisim的电路仿真分析与设计[J].计算机工程与设计, 2004, 25 (4) :65-67.

[6]黄进文.组合逻辑函数的实现方法讨论[J].宝山师专学报, 2004, 23 (2) :42-46.

[7]孙津平.基于组合逻辑电路实现方法的探究[J].电子设计工程, 2011, 19 (8) :151-153.

浅析组合逻辑电路的分析与设计 篇5

组合逻辑电路为Y=F(A)如图1所示,逻辑功能上的特点为任意时刻的输出仅取决于该时刻的输入,与电路过去的状态无关;电路结构上的特点是只包含门电路而没有存储记忆单元。

二 分析组合逻辑电路

1. 分析的目的

由电路结构得到输入和输出之间的逻辑关系。理论上讲,逻辑图本身就是逻辑功能的一种表达方式,然而在许多情况下用逻辑图所表示的逻辑功能不直观,往往还需要把它转换为逻辑函数式或真值表的形式,使电路的逻辑功能更直观。

2. 分析的方法

由给定的逻辑图写出逻辑表达式;用代数法或卡诺图法进行函数式的化简或变换;列出真值表得出功能。

3. 仿真举例

分析图2所示的电路的功能,具体如下:

三 设计组合逻辑电路

1. 设计的目的

根据实际逻辑问题的要求,设计出能实现这一功能的最简单(电路所用器件最少;器件的种类最少;器件间连线最少)的逻辑电路。

2. 设计的方法

首先,逻辑抽象(设计要求一般是用文字描述的具有一定因果关系的事件,在这个过程中我们需要用逻辑函数来描述这一因果关系),分三步来完成:第一步:分析事件因果关系来确定输入输出变量;第二步:进行状态赋值,用0和1来表示输入和输出的两种对立状态;第三步:根据给定的因果关系列真值表。这三步完成以后,我们实现了把逻辑问题抽象成逻辑函数。其次,写逻辑函数式并化简。最后,根据设计要求画逻辑图,分两种情况(有关使用存储器和可编程器件设计的组合逻辑电路另作介绍):第一种情况:如果要求设计SSI电路,那么根据化简所得的函数式选择所用的门电路画逻辑图;第二种情况:如果要求设计MSI电路,则需要对函数式进行形式变换(要符合上面提到的“三最”要求)选择所用的芯片画逻辑图。

四 仿真举例

设计一个表决电路,要求输出信号的电平与三个输入信号中的多数电平一致。

1. 逻辑抽象

第一,设定变量:输入A、B、C,输出Y。

第二,状态赋值:

A、B、C=0,表示:输入信号为低电平;

A、B、C=1,表示:输入信号为高电平;

Y=0,表示:输入信号中多数为低电平;

Y=1,表示:输入信号中多数为高电平。

第三,列真值表。

2. 写输出表达式并化简

3. 画逻辑图

见图3。

各种组合逻辑电路在功能上千差万别,但它们的分析方法和设计方法是相同的。掌握了分析的一般方法,可以识别任何一个给定电路的逻辑功能。掌握了设计的一般方法,可以根据给定的设计要求设计出相应的逻辑电路。

摘要：组合逻辑电路作为数字电路中两大逻辑电路之一,在数字电路中有着重要的作用,对组合逻辑电路的分析和设计是数字电路学习过程的重点内容。

组合逻辑电路的一体化教学设计 篇6

关键词：一体化改革,教学设计,组合逻辑电路,培养能力

随着时代的发展,社会对技能人才的要求越来越高,要培养出“到企业就能用,一用就成功”的高技能人才。目前,开展一体化教学改革已经成为新形势下的重要任务,也是加强技工院校核心竞争力的重要手段。一体化教学模式改变了传统的理论和实践相分离的做法,所教、所学、所用,强调的是以学生为主导、为中心“,教与学”形成互动的学习方法,注重培养学生的职业能力。

在认识到一体化教学改革的重要性后,现结合我校实际,在电工电子技术中的“组合逻辑电路”这一章节中,尝试采用此方法进行教学,具体过程如下:

一、组织教学

俗话说:良好的开端是成功的一半。本次课组织教学的重点在于准备工作要做好如下几个方面。

(一)教师准备

教师在上课之前,要搜集大量的教学资料,如生活实例、相关视频、练习材料等。将其与教材中的知识点融为一体,设计好课堂教学方法,并制作好PPT课件。为了让学生能将理论知识转化为实践,教师要准备好电子电路搭接的模块和插接导线,方便示范演示,提供给学生练习。

(二)学生准备

要求学生对本章节内容进行提前预习,并且利用教材、其他课外书籍,或利用网络准备相关资料。

(三)提前分组

教师要对全班学生进行分组,在分组过程中,教师要充分分析并了解学生的学习现状,将不同层次的学生“混搭”,建立“好带差”的帮扶原则。

二、入门指导

(一)从实际问题出发,引人入胜

在本次教学中,导入新课时,我举了一个生活中常见的实例:汽车给人们的出行带来方便、舒适,但其安全性也很重要。汽车在行驶过程中,如果出现车门未关好,应该向主人发出报警。

(二)补充相应知识,打好基础

在讲解以上电路时,其实要涉及逻辑电路的一些基本知识,包括:基本的逻辑关系、逻辑代数的运算、逻辑图表示方法等。在这里教师首先要进行讲解,掌握了相关知识后,再对以上电路的功能进行分析。

三、布置任务

以真实的问题作为任务,让学生更加直观明确地了解任务的目标。在布置任务后,仍然要依据任务情况,先补充相关知识点。让学生有据可依,通过自行查阅相关资料来解决问题,完成任务。

四、任务实施

(一)分组讨论

在下达了具体的任务目标后,首先由每组小组长对任务进行分工,包括:谁负责查找资料、谁负责组织分析讨论、谁负责记录及谁负责最后的展示。通过这样的设计可以充分调动学生参与积极性。同时,加强学生团队合作的能力。

(二)展示环节

每个小组提出方案后,将方案的详细过程记录在白纸上,并选出一名代表进行展示演说。这样的环节设计,可以提高技校生的表达能力,同时在演说的过程中,找到自信心。

(三)电路搭接

在形成设计方案后,每个小组对电路进行搭接,模拟实现题目的要求,将理论的知识转化为实际的电路。这个过程,能充分激发学生的学习兴趣和激情,课堂气氛也进入高潮。在搭接完成后,学生还能享受成功带来的满足感,真正让学生享受课堂、享受学习。

五、结束指导

(一)评分环节

在展示环节中,学生和教师要分别对每个小组进行评分。每当一个小组展示完成后,其他的小组要及时地记录情况,并给本小组进行打分,每组的小组长要作为代表发言,说出评分理由,并对展示的小组进行简单的点评,评出有哪些借鉴之处,有哪些要改进的地方。同时,教师要做好充分的记录,便于最后的总结,并给每个小组进行打分。

(二)总结提高

评分环节结束后,由教师对整堂课进行总结。总结包括两个方面,一是对学习知识的总结,将整堂课的知识点进行梳理,巩固教学,使学生掌握得更加扎实;二是对任务的总结,以小组为单位,分别点评每组完成任务的过程和结果,公布教师评分。最终评选出本次课的最佳表现小组,并给予一定的奖励,鼓励优秀,激励落后。

总之,一体化课程的特点是通过一个典型任务的完成来提高学生各方面的能力,其中包括:自学能力、团队合作意识、独立思考能力、解决问题能力、自我表达能力等。把课程评价从以“教师讲过”“教师完成了教学进度”为准,变成以“学生有兴趣”“学生的能力明显提高”为准。教师可以不讲或少讲知识,但带领学生做事,在做事过程中,学生自己学到了知识,这是真正的“好课”。教师要树立新的观念:知识不是教师“教”会的,而是学生“学”会的;能力不是教师“讲”会的,而是学生“练”会的。一堂精心设计的一体化课,可以让学生因此热爱学习,享受其中,也会让教师在授课过程中发挥更大的价值,是教师和学生的共同财富。

参考文献

[1]路松行.电工与电子技术[M].西安电子科技大学出版社,2006-08.

组合逻辑电路设计 篇7

组合逻辑电路的基本构成单元是门电路, 与时序逻辑电路不同, 组合逻辑电路无记忆功能, 输出信号仅取决于当时的输入信号[1]。组合逻辑电路的设计是根据给定的实际问题, 用逻辑函数进行表达, 用数字电路来实现逻辑其功能。常用的中规模组合逻辑电路有编码器、译码器、数据选择器、加法器等。

在设计硬件电路之前, 常用一些虚拟软件进行仿真设计, Multisim软件是一款应用较广, 功能强大的电子电路设计开发与仿真软件[2,3,4,5]。

文中, 以集成与非门74LS00、译码器74LS138和数据选择器74LS151为主要元件设计了产生火灾报警控制信号的三种电路, 设计平台为基于windows系统的Multisim12.0软件, 并进行了仿真测试。

1 电路设计与仿真

组合逻辑电路的设计步骤一般为: (1) 根据设计要求, 定义输入、输出的逻辑状态; (2) 填写真值表; (3) 由真值表, 写出逻辑函数的最小项表达式并进行化简; (4) 采用相应的元器件进行电路布线。

文中, 火灾报警系统的输入为烟感、温感和紫外光感三种火灾探测器, 当其中两种或两种以上探测器检测到火灾信号时, 则系统发出火灾报警信号。设烟感信号为A、温感信号为B、紫外光感信号为C, 报警信号为Y, 当有信号时为1, 无信号时为0, 列出真值表, 如表1所示。

逻辑函数的最小项表达式为

用公式法或卡诺图法化简后为

1.1 基于与非门的电路设计

集成与非门74LS00有14个管脚, 可以实现4个二端输入与非逻辑功能, 74LS10可以实现3个三端输入与非逻辑功能。由公式 (2) 可见, 此报警控制电路需要4个与非门, 即三个二端输入与非门, 一个三端输入与非门, 电路连接如图1所示, 其中三个探测信号输入端接入74LS00的三个二端输入引脚, 三个二端与非门的输出接入74LS10的一个三端与非门输入引脚。

图1中的XLC1为逻辑变换器, 是一种虚拟仪器, 可以接入报警系统的输入与输出端, 测试与验证其逻辑功能, 从图2可见, 该电路真值表及逻辑函数表达式与设计要求一致。

1.2 基于译码器的设计

译码是编码的反过程, 74LS138译码器是集成有三个输入端, 八个输出端的中规模组合逻辑电路, 译码器的各输出端引脚信号对应于输入端二进制信号的组合情况。

用最小项的编号来表示最小项, 由公式 (1) 可得

由译码器输出与输入之间的关系可知Yi=mi (i=0~7) , 所以公式 (3) 可以变换为

依公式 (4) 可知, 只要将译码器对应的四个输出端引脚接入74LS20芯片中的一个四输入端与非门即可, 电路如图4所示。图中, 译码器74LS138的G1、~G2A与~G2B为控制端, 当G1接高电平, ~G2A与~G2B接低电平时, 芯片才能实现译码功能。系统接入逻辑变换器, 对整个电路的功能进行了测试, 测试结果与图2所示一致。

1.3 基于数据选择器的设计

数据选择器可以根据地址输入端的二进制信号, 对输入端信号进行选择。8选1数据选择器74LS151是集成有三个地址输入端A、B、C, 8个数据输入端D0~D7的中规模组合逻辑电路。74LS151数据选择器的功能用逻辑函数表示为

Y (A, B, C) =7i=Σ0miDi (5)

由公式 (3) 和公式 (5) 可知, 火灾报警控制信号电路的逻辑函数为Y (A, B, C) =m3D3+m5D5+m6D6+m7D7 (6)

这样只要将数据选择器的输入端进行适当的置位便可以实现此报警功能, 电路如图4所示。

图中, 数据选择器74LS151的~G为控制端, 低电平有效, D3、D5、D6、D7接高电平, 其余数据数据输入端接低电平, 地址输入端A、B、C与数据选择器的输出Y端接入逻辑变换器, 以验证逻辑电路功能, 验证结果与图2所示一致。

2 结论

组合逻辑电路广泛应用于各种数字电路设计中, 文中给出了用集成与非门74LS00、74LS10, 中规模组合逻辑电路器件74LS138译码器、数据选择器74LS151设计火灾报警控制电路的三种方法, 并用最新版本的Multisim软件进行了直观的仿真验证。三种电路设计中, 运用数据选择器最为有效。Multisim软件为组合逻辑电路的设计与仿真提供了强有力的计算机虚拟平台。

摘要：运用组合逻辑电路可以方便的将实际问题转换为逻辑问题并进行数字电路设计, 本文论述了以集成与非门74LS00和74LS10、译码器74LS138和数据选择器74LS151为主要芯片设计火灾报警控制信号电路的三种方法, 并用Multisim软件进行了仿真。设计与仿真结果表明, 与非门、译码器、数据选择器均可有效实现火灾报警控制电路, 并可应用于其它组合逻辑电路的设计, 采用计算机仿真软件提高了数字电路设计的效率。

关键词：组合逻辑电路,火灾报警,电路设计,仿真

参考文献

[1]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京:高等教育出版社, 2002.

[2]张晶, 李心广.基于multisim的电路设计与仿真[J].计算机仿真, 2005, 22 (5) :109-110.

[3]石嘉顺.基于multisim环境下的电路设计与仿真[J].计算机仿真, 2007, 24 (12) :306-308.

[4]马敬敏.基本RS触发器工作状态的Multisim仿真[J].电子设计工程, 2011, 19 (17) :24-26.

组合逻辑电路设计 篇8

1 明确教学目标

不管是哪一门学科的教学, 明确教学目标都是非常重要的。只有明确了教学的目标, 课堂教学才能够有序的进行。例如, 某个高职机电院校的教师, 其所教育的学生有一些基本的电子产品装配的经验, 他们对新鲜的事物有较强的接受能力, 并且十分喜欢亲自动手进行试验操作。由此, 这名教师就通过对教材的分析和研究, 为学生确立了“了解组合逻辑电路设计的步骤及其设计思维”的教学目标。这一教学目标需要学生积极的参与课堂内容, 并且对课堂的内容进行简单的动手操作, 制作出简单的电子产品。在教学进行的过程中, 教师采用分组进行的教学方式, 将学生固有的实习经验应用在课堂之中, 从而提高学生的团队合作精神和学生对课堂的兴趣。

2 改进教学方法

教学方法是应该不断的改进和创新的, 固有的教学方法会随着时代的发展和特定情况的出现而受到影响, 出现弊端。只有不断更新教学方法, 才能避免旧方式弊端的出现。而且教学方法的巧妙运用能够明确学生学习的内容还能够提高课堂的积极性和学生的学习兴趣。例如, 某校教师在课堂教学中采用情景教学的方式, 在教学的过程中为学生设立各种问题, 通过各种方式启发学生自主寻找答案。这种方法大大提高了学生的学习能力。除此之外, 采用分组合作的方法或者任务驱动的方法也对课堂教学的效率提高有所帮助。

3 教学的组织和实施

3.1 情景设置, 任务导入

对于情景的设置可以通过播放视频和图片的方式来进行。例如, 为学生播放中国达人秀的视频, 让同学们对节目海选中评委所使用的表决器进行观察, 其后通过图片的方式对这种表决器的优点及其实用性进行分析和说明:这种表决器在各类综艺选拔类节目中普遍应用, 不仅如此, 在体育竞赛或者人大表决的时候也时常会应用到这种表决器。在视频和图片的帮助和引导之下, 学生会逐渐的对课堂产生兴趣, 从而开始对表决器的组织结构进行思考和分析。这种方式就大大的提高了学生的课堂效率和对课堂的集中程度。

此外, 还要做好课堂任务的布置。视频和图片的说明再具体详尽也不如学生亲自动手操作来的直观具体。所以, 除了观看视频和图片之外, 教师还可以鼓励同学进行简单的动手操作。以表决器为例, 教师可以为学生播放表决器制作的的基本流程和理论, 通过教师的讲解和学生自主的观察, 在教师的引导下使学生运用组合逻辑电路设计的知识理论进行表决器的基础设计, 从而使学生带着任务学习, 激发学生在学习过程中的探索精神。

3.2 实施任务

组合逻辑电路设计大约分为四个步骤:通过对逻辑问题的分析和理解列出真值表、通过真值表来进行逻辑表达方式的书写、再将逻辑表达方式进行简化和变换的输出、最后画出电路逻辑图。在教学过程中, 为了使学生顺利的完成教学任务, 一定要让学生合理有序的进行组合逻辑电路的设计, 并且在教学的过程中对学生加以启发, 使学生能够自主的思考问题并且提出问题。鼓励学生进行积极的思考, 活跃自己的思维。

也可以采用分组的形式对教学任务进行实行。将学生分成固定人数的小组, 对小组内的各个成员进行合理具体的分工, 这些分工可以包括采供部、销售部、产品研发部等等。其中采购部主要负责实验操作中所需要零件和工具的采集购买, 以及对零件、仪器和制作出来的成品进行效果检测。销售部的成员可以负责小组制作的产品在目前市场中的市场调研和信息采集。产品研发部可以负责查阅各项资料和相关的文献, 对所要制作的产品进行深入的研究, 并且及时对其所具有的新功能、这个物品在市场上的反馈以及其上一次进行的改良时间进行了解和分析, 使小组将要制作的物品能够适应现代市场的需求, 有合理的实用性。通过合理的分工合作和职能分配, 可以将学生全部带入到动手操作的过程之中, 并且使学生在各项调查和分析的过程中了解到更多关于组合逻辑电路设计的知识, 使学生在学习组合逻辑电路设计的时候有更加清晰的认识, 提高学生的动手能力和思考能力, 调动了学生在课堂上学习的主观能动性。

除此之外, 在任务计划推行的过程中, 教师也要对学生的操作能力和实践经验充分的了解和考虑, 在课堂上教师主要负责引导学生, 而学生作为课堂的主体来展开教学内容。教师可以通过多媒体讲解等方式来对学生作出示范, 从而引导学生进行正确的实践流程。此外, 教师还要对学生无法掌握的重点和难点进行归纳和总结, 将这些重点、难点详细的为学生进行讲解, 还要对学生容易出现操作错误的部分进行及时的纠正和正确的操作演示。在学生遇到操作瓶颈的时候给予学生适当的启示和帮助, 避免学生产生消极情绪。将自己的经验以及一些操作技巧传授给学生。例如, 在进行操作的时候发现某一个小组的成员只懂得理论逻辑, 并没有具体的实践经验, 这就需要教师帮助学生对电路的设计进行构建以及变量的输出处理等等问题。在教师的协助之下学生通过自己的思考得出答案。

在任务完成之后, 小组成员之间要进行经验的交流和总结, 归纳出本组所出现过的问题和情况。并且将小组作品进行班级内的展示, 选派一位同学对本组产品的构造原理、设计思路等内容进行阐述和分析。最后教师对各组的产品进行分析和评价, 及时向学生反馈学生操作中所出现的各类常见问题。对优秀的小组进行鼓励和赞赏, 增强学生学习的自信心。

结束语

除了上文所举出的表决器的例子, 还有许多生活中所应用的电子产品需要组合逻辑电路设计的知识, 例如病房内的呼叫器、各种安全警报器等等。进行合理的课堂教学, 使学生通过在课堂上的简单动手操作理解组合逻辑电路设计的真正内涵, 通过对其内涵的理解进行举一反三, 将组合逻辑电路设计的知识应用在更多的产品之中。

参考文献

[1]何倩.组合逻辑电路设计的课堂教学组织与实施[J].考试周刊, 2014 (A5) .

[2]商倩.“组合逻辑电路设计”之教学探究[J].新课程 (下) , 2015 (3) .

[3]李玉兰, 范月圆, 陈金华.信息技术在“组合逻辑电路设计”教学中的应用[J].镇江高专学报, 2014 (1) .

[4]文丽, 李院生, 徐莎莎.组合逻辑电路的分析与设计教学探索[J].新西部 (理论版) , 2014 (13) .