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第三章 组合逻辑电路
第一节 重点与难点
一、重点：
1.组合电路的基本概念
组合电路的信号特点、电路结构特点以及逻辑功能特点。 2.组合电路的分析与设计
组合电路分析是根据已知逻辑图说明电路实现的逻辑功能。
组合电路设计是根据给定设计要求及选用的器件进行设计，画出逻辑图。如果选用小规模集成电路SSI，设计方法比较规范且容易理解，用SSI设计是读者应掌握的最基本设计方法。由于设计电路由门电路组成，所以使用门的数量较多，集成度低。
若用中规模集成电路MSI进行设计，没有固定的规则，方法较灵活。
无论是用SSI或MSI设计电路，关键是将实际的设计要求转换为一个逻辑问题，即将文字描述的要求变成一个逻辑函数表达式。
3.常用中规模集成电路的应用
常用中规模集成电路有加法器、比较器、编码器、译码器、数据选择器和数据分配器等，重要的是理解外部引脚功能，能在电路设计时灵活应用。
4.竞争冒险现象
竞争冒险现象的产生原因、判断是否存在竞争冒险现象以及如何消除。 二、难点： 1.组合电路设计
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无论是用SSI还是用MSI设计电路，首先碰到的是如何将设计要求转换为逻辑问题，得到明确的真值表，这一步既是重点又是难点。总结解决这一难点的方法如下：
（1）分析设计问题的因果关系，分别确定输入变量、输出变量的个数及其名称。
（2）定义逻辑变量0、1信号的含义。无论输入变量、输出变量均有两个状态0、1，这两个状态代表的含义由设计者自己定义。
（3）再根据设计问题的因果关系以及变量定义，列出真值表。 2.常用组合电路模块的灵活应用
同样的设计要求，用MSI设计完成后，所得的逻辑电路不仅与所选芯片有关，而且还与设计者对芯片的理解及灵活应用能力有关。读者可在下面的例题和习题中体会。
3.硬件描述语言VHDL的应用
VHDL的应用非常灵活，同一个电路问题可以有不同的描述方法，初学者可以先仔细阅读已有的程序实例，再自行设计。
三、考核题型与考核重点 1.概念与简答
题型1为填空、判断和选择； 题型2为叙述基本概念与特点。 建议分配的分数为3～6分。 2.综合分析与设计
题型1为根据已知电路分析逻辑功能；
题型2为根据给定的逻辑问题，设计出满足要求的逻辑电路。 建议分配的分数为6～12分。
第二节 思考题题解
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题3.1 简述组合逻辑电路的分析步骤和设计步骤。
答：组合逻辑电路的分析是用逻辑函数来描述已知的电路，找出输入、输出间的关系，从而判断电路功能。组合逻辑电路分析有以下几个步骤：首先根据逻辑电路图写出逻辑函数表达式，然后利用代数法或图解法化简函数，列出真值表，最后根据真值表判断电路的逻辑功能。
组合逻辑电路的设计是根据实际逻辑问题，求出实现相应逻辑功能的最简单或者最合理的数字电路的过程。逻辑电路的设计步骤如下：
首先分析设计要求，建立真值表，选择所用门的类型，将逻辑表达式化为最简形式，或者变换为最合理的表达式，最后画出逻辑图。
题3.2 组合逻辑电路如思考题3.2图（a）所示。 （1）写出函数F的表达示。
（2）将函数F化为最简与或式，并用与非门实现之。 （3）若改用或非门实现，试写出相应的表达式。
F F ≥1 & & F ≥1 & AB & CD & BD & AC & & & B C D ≥1 ≥1 ≥1 AD （c）
≥1 BC ≥1 A B D AC （b）
CA AB DC （a）
思考题3.2图
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解：（1）根据题图3.3（a）已知电路，写出函数F的表达式如下：
F=A?B?C?D?B?D?A?C
（2）将函数F化简为最简与或表达式，并用与非门实现。
F =A?B?C?D?B?D?A?C
?A?B?C?D?B?D?A?C
?(A?B?C?D)?(B?D?A?C)
?A?BD?AC?ABC?BCD?ACD
?A?BD?AC?BCD
?AC?A?BD?BCD
根据与非表达式画出用与非门实现的电路如思考题3.2图（b）所示。 （3）若改用或非门实现，首先写出相应的表达式。
画出F的卡诺图，得到F的与或式，从而求出F的与或非式，变换得到或非-或非式。
F=A?C?AB?AD?BC?C?D
=A?C?A?B?A?D?B?C?D?C 函数F的或非门电路如思考题3.2图（c）所示。
题3.3 什么叫竞争-冒险现象？当门电路的两个输入端同时向相反的逻辑状态转换（即一个从0变成1，另一个从1变成0）时，输出是否一定有干扰脉冲产生？
答：竞争指的是一个门电路多个输入信号同时跳变，或者一个信号经过不同路径传到同一个门电路的输入端导致信号到达时间不同的现象。冒险指的是由于竞争可能在电路输出端产生的毛刺现象。当门电路的两个输入端同时向相反的逻辑状态转换时，输出不一定有干扰脉冲产生。
3.4 简述VHDL的主要优点。
答：VHDL的覆盖面广，描述能力强，是一个多层次的硬件描述语言，VHDL已成为IEEE承认的一个工业标准，是一种通用的硬件描述语言。
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