您好,欢迎来到微智科技网。
搜索
您的当前位置:首页组合逻辑电路设计基础

组合逻辑电路设计基础

来源:微智科技网
维普资讯 http://www.cqvip.com

(t气开其)c2002 No 1 4l 文章编号:1004--289X{2002)01—0041—06 组合逻辑电路设计基础 王新国 (新乡广播电视大学,河南新乡453003) Design Basis of Combinationa1 Logic Circuit WANGX锄一guo (Xinxiang Radio and TV University,Xinxiang Henan 453003 China) 5二进制代码 5 1二进制数码 在数字系统中.我们用0、1组成的二进制代码来 表示一个数。该数称之谓二进制数。 5.1.1二进制数的表示方法及二进制数转换为十进 制的方法 二进制数的基数是2,各位数的权是2的幕,低位 和相邻高位之间的进位关系是“逢二进一”。n位二进 制整数[M] 的表达式为: [M】2=l(口一12 一 + 一22 - ……+N2 +Ko2。 (5 1式) 即由O、1组成的n位二进制数M,最低位i=0.往 高位推.其权依次为1…2 4 8、16、32……2 。当i位系 数K =0.该位数为0,当Kf=1时.该位数为2‘。[M]2 即为各位二进制之和。 例5.1,[M]2=[1OO1111o]2,求其对应十进制数. 即[M]2=[D]l0。 解:根据n位二进制数的表达式(5.1式) [M]2=1 27+0X26+1X2 +1×24+1×2]+1× 22+1×2 +0X2o=[158]10 因此,n位二进制数转换为十进制时,我们可以直 接将【M]2写成1+2+4+8+…+2Tl一,然后去掉二进 制数中为0的项,即可转换为对应的十进制数。 如[M】2=[1 0 0 1 1 1 1 O]2 =[128一∞+靶+16+8+4+2+1]lo :[158]1o 5 1,2十进制数转换为二进制数的方法 任一个十进制数转抉为二进制的方法:十进制数 连续被2除,直到商为0。每次所得的余数从后(高位) 到前(低位)排列起来,即为转换后的二进制数。 例5.2.将[158]10转抉为[M]2。 解:用2去除 [158]”,直至商为0。如竖式除法。 除数 被除数 余数 2 低位 2 ^ 2{19 2 l 9 2i 4 2I 2 2 1 0 高位 然后.将所得余数从后倒排起来,得: [158]1o=[10011110]2 由于四位二进制数高位到低位的权依次是8、4、2、 1,所以四位二进制代码也常写为8421码。广义的 8421码则表示任意多位二进制数的权为……8.4、2、1。 5.2 BCI)码 8421四位二进制代码可表达24:16个数。用其 中前10个代码来表示一位十进制数,则称其为一种 BCI)码(--进制表示的十进制数),称8421--BCD码。 见表5.1。 表5.1 维普资讯 http://www.cqvip.com

42 表5.2 十进制 格雷码 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9加n B¨ ∞毗n加∞u毗∞∞叭u加加毗叭∞ 莹蓦 量星 当然BCD码还有2421码、5221码、余3码等。它 们的权依次是2…4 2 1.5、2、2、1和(8421)+3的代码。 5.3格雷码 格雷码是一种二进制代码表示的一种无权码。其 特点是:相邻两个代码之间仅有一位不同,其余各位均 相同。格雷码有多种代码形式,其中最常用的一种是循 环码。计数电路按格雷码计数时,每次状态更新仅有一 位代码改变.减少了出错的可能性。 格雷码纵向循环周期分别为 “0110”、“001100”、 “000011111iii0000”。如表5.2所示。 格雷码横向扩展规律如图5.1所示。 一 。。… … 一 △ △ 一一。。一一。 ̄//\A/i  崮5 1 图中第一列一个0;第二列扩展为0、1;第3列由0 扩展为0 1,面由1扩展为1、0,这样可以保证相邻的两 个代码之间仅有一位不同。以此类推。然后将图5.1 所示横行排列起来,它与纵向记忆法写出的格雷码表 5.2相同。 6逻辑状态、真值表与表达式 6.1逻辑状态 (t气开关)c2002 No 1} 逻辑状态是指事物两种截然不同的存在状态。如 开关的通断,电灯的明暗.人员的有无,对事物的赞成、 反对等。它们只表示事物的存在状态,而不涉及事物的 数量多少。 实际逻辑设计要求可能是一般文字说明,也可能 是—个具体的逻辑问题。进行逻辑设计时.必须首先认 真分析设计要求.明确哪些是输入变量.哪些是输出变 量,以及输入与输出之间的相互状态关系.列出输入与 输出之间的状态关系表。 例6.1.试列出一个三变量多数表决器的状态关系 表。 解:从题意不难分析出,三个变量是该逻辑问题的 输入变量。设A、B、C’每个变量可以表示赞成,也可以 表示反对,二者必具其一;三个变量每个变量有两种状 态,共有22=8种状态组合。表决器结果是困变量.设 为Y;当三变量中有两个或两个以上赞成时,表决结果 Y是赞成;否则则是反对。 因此该逻辑问题的逻辑逻辑状态表如表6.1所示。 表中用“×”表示反对。用“\/”表示赞成。 6.2逻辑真值表表6.1 表6.1 辅^ 输出 A B C Y × × ×√ \/× X × ×\/ √x 、/、/ 反对:×置或: 用0、1来表示两种截然不同的逻辑状态.称之为状 态定义或状态赋值。由于状态赋值不同,由逻辑状态表 得到的逻辑真值表亦不同.如表6.2(a)、(b)、(C)、(d)所 示。 显然,对一个具体的逻辑问题.输出变量与输入变 量之间逻辑状态关系是唯一确定的,而它的真值表依对 其状态赋值不同而不同。 在逻辑电路中,我们常常是用电平状态来表示逻 辑状态的。如倒6.1中输入变量赞成用置高电平来表 示,反对用置低电平表表示。 在一般情况下,我们定义输入高电平为逻辑1,低 电平为逻辑0,即正逻辑范畴,并在正逻辑范畴内求得 输出变量与输入变量之间的逻辑表达式。 6.3逻辑表达式 维普资讯 http://www.cqvip.com

(t气开关)c2002 No 1 43 表6.2 ABC 000 0O1 ABC 的组合相或(加),即得到Y的与或表达式。输入变量 000 001 010 011 =斌一咖 咖叭瑚卅m 形式出现一次;用1表示原变量,用0表示反变量;每一 种组合都是一种与关系,并成为或表达式中之一项。 Y 0 0 O l 0 l l 的每一种组合包括了所有变量,并以原变量或反变量的 010 011 100 101 110 ——如由表6.2(a)、(b)、(c)、(d)可得到: 五Bc+A}3C+AB +ABC + +蕊+厩 例6.I(a)式 例6.1(b)式 例6.I(c)式 100 101 I10 Yf b]=蕊Yf 1=ABC+ABC+ABC+ABC ilL————止 Yfd)=ABC+ABC+ABC+ABC 例6.1(d)式 输人: 为1.x为 0.输出: 为1.x 为0. ca】 输人: 为1.×为 0.输出: 为0.× 为1 [b) 雠一 7.1基本及常用逻辑公式 啪叭栅埘m Y l l l 0 l 0 0 n 7常用逻辑公式及公式法化简 根据逻辑变量特点及基本逻辑关系,可以推导出 说明: Y l l 1 0 l 0 0 常用逻辑公式。如表7 1所示。 (1)表7.1中所列公式均可用逻辑真值表证明其正 确性。 (2)(1)~(9)式0、1定律及A・A(五)定律可由基本 逻辑关系定义导出,故可视为逻辑公理。 (3)(10)~(15)式类似代数中的交换、结合、分配 律,但(15)式在代数中未曾遇到。 (4)(16)~(17)式为逻辑代数中有名的摩根定理。 输人: 为0.×为1 输出: 为1,×为0. ‘c1 输人: 为0.×为1 输出: 为0.×为1 【dl (5)(18)~(22)式是根据(1)~(17)式推出的五个 常用的实用公式。 (6)(1)~(22)式中所有字母A、B、c…・・可以是一 个变量,也可以是一个逻辑表达式。 将逻辑真值表中输出变量Y为1的所有输入变量 表7.1 l0】A・B=B-A I11】A+B=B+A 与或交换律 与或结合律 12】A・【B・C】=【A-Bl_C 13】A+【B+C】:eA+B】+C 14】A-【B+CI=AB+AC l5】A+]342=【A十B】・【A+C】 与或舟配肆 牵根定律 常用公式 I l6】j =五. e 17】丽=五+正 ItS)A+/.B=A I19)AB+幅=A【2OJA+五B=A+B I2l】 =A ̄B I22】AB+ +]342=AB+T.C 7.2逻辑函数的公式法化简 定的逻辑要求,列出逻辑真值表,由真值表求得逻辑表 在进行组合逻辑电路设计时,通常的方法是根据给 达式。但如果根据由真值表求得的逻辑表达式直接绘 维普资讯 http://www.cqvip.com

(电气奇吴)c 2002 N0 1 Y=AB+AB+t3C+BC ^ 例7 2 B C 要求设计出能完成该逻辑功能的逻辑图。 解:如果采用配项、公式化筒可靠得 Y:AB+13(3+BC(A+A)+AB(c+C) =AB+gc+A百c+ =AB+t3C+AC +碗十五百c 例7 2(a) 根据7.2(a)式可绘出实现该逻辑功能的逻辑图如 圈7.1 图7 2(a)。它需要三个2输入与门和一个3输入或门  制逻辑图,则往往不尽合理。例如,若由逻辑真值表求得 组成。逻辑表达式为: Y=AI3C+At3C+AI3C 例7 1(a)式 若直接根据例7 1(a)式绘制出的逻辑图如图7 1 (a)。 但若根据基本及常用逻辑公式对侧7.1(a)式先进 行公式法化筒: y-蕊+AB~C+A 公式(14),提出已 =已(面+AB+Ag) 公式(19) =E(_艋+A) 公式(20) =C(A+豆) 公式(14) 所以,Y:A_c+百己 例7.1(b)式 根据公式法简化后的与或表达式例7.1(b)式绘制 出的逻辑图如图7.1(b)。 比较图7.1(a)、(b),它们实现的是同一逻辑功能; 但图7 1(b)较图7 1(a)少用了一个与门电路,且与门、 或门电路的输入端数也减少了。 因此,对由真值表求得的与或表达式,一般应进行 逻辑化筒,得到最简与或表达式后再进行后边的工作。 所谓最筒与或表达式,是指与原与或表达式等效 的,项数最少,每项因了数最少的与或表达式。项数最 少.意味着或门输入端数最少,使用的与门数最少;每项 因子数最少,意昧着与门输入端数最少。这样,不仅可 以简化设计.节省材料,而且增强了电路工作的可靠性。 还要说明的是: (1)与或表达式利用公式法化筒.一般能较快地得 到最简与或表达式。但有时需要在函数某一项中乘以 (x+ ),然后展开消去更多项,即所谓配项法。这时,公 式法化简可能还没有卡诺图化筒来得快。 (2)一般来说.化为最简与或表达式后,根据最简与 或表达式绘制逻辑图比较经济、合理。但有时也可根据 实际情况,只要能用最少数量输入端及最少数目的门电 路,经济、可靠、方便地实现同样的逻辑功能,即可视为 合理。 侧如.已知逻辑表达式为: 但如果将7 2式直接改为: Y=A百+AB+t3g+gc=(A0B)+(B0c)7 2(b) 根据7 2(b)式,利用二个异或门和一个2输入或门 亦可完成该逻辑功能,如图7.2(b) 在一般工作速度条件下,图7 2(b)也可视为一种合 理设计。 圈7 2 8逻辑函数的卡诺图法化简 利用公式法化简逻辑函数.除需要熟练掌握常用逻 辑公式以外,有时还要有一定的运算拄巧,而且化简的 结果有时还难以确定是否是最筒。 而卡诺图化筒逻辑函数,它可以简便而又明确地得 到最筒与或表达式。 8 1逻辑函数的最小项表示法: 在由n个自变量组成的逻辑函数中,若每个变量都 从其原变量或其反变量的形式作为一个因子出现一次, 那么该乘积项称为n个变量的一个最小项 侧如.三个变量A、B、c的最小项分别是:碗、五百c、 五Be、五Bc、A百已、Agc、ABC、AB巴若视A为最高位,C为 最低位,且原变量以1表示,反变量以0表示,则其二进 制代码分别为000、001、010、Ol1、100、101、110、111。敏 亦可分别记为mo、ml、rnz、 、驰、 、 、m7。每一项中 均含有三个变量,而每个变量都以原变量或反变量形式 在一个乘积项中出现一次,故共有2 8项。 维普资讯 http://www.cqvip.com

(t气开其)【2002 No 1 45 同理,n个变量的最小项共有2 =16项。n个变量 量c不同等。 的最小项共有2“项。 任何一个逻辑函数都可以写成与或表达式。如果 表达式某项不是最小项形式,则可通过乘以(x+趸)补齐 所缺因子,也可以将该函数展开成最小项之和的形式。 8.3卡诺圈化简法 卡诺图化简与或表达式步骤为: (1)根据自变量的数目,画出相应的卡诺图。 (2)若已知逻辑真值表,则可将输出Y为1的最小 达式.则应将原与或表达式展开成最小项和的形式,并 (3)将相邻填1的项圈在一起。 例8.1.将逻辑函数最小项和的形式。 Y+AB+AC…例8.1式写成 项分别在卡诺图对应项中填入…1’;若已知的是与或表 解:由于例8 1式中,自变量为A、B、 故最小项必 分别在卡诺图对应项中填…1’。 须是3个因子的乘积。而AB、AC项分别缺少c( )、B (豆),故应分别乘以(c+C)、(B+秀)并展开得到: Y=AB(C+ )+AC(B+豆) =ABC+ABC一 AB—C =m7+rn6+m5=∑ (7,6,5)。 表8.1 ——————————————一 ——————————————一 o t 。o o t 。 00 me ml 啦 01 驰reef地 11 rnl2 m j m14 0“ l0 l 0 1 Tm (c) 8 2逻辑函数的卡诺图表示法 n个逻辑函数可以组成2 个最小项。如果两个最 小项仅有一个因子不同,其余因子均相同,那么这两个 最小项即为相邻项。 卡诺图就是把逻辑相邻项安排在位置相邻的方格 中,如图8.1(a)、(b)、(c)所示。 图中,将变量A、B,A、B、c,A、B、C、D标注在卡诺图 的左上角,且用1和0来表示原变量和反变量注在卡诺 图的上方和左边。变量的取值与方格中的最小项编号 相对应。 卡诺图变量取值按各雷码排列。因此,不仅相邻纵 列,相邻横行之间只有一个变量不同,而且卡诺图上下 对拆,或左右对拆起来也均为只有一个变量不同的相邻 项。 如四变量卡诺图(见表8 1(c)).纵列mo、m4、ml2、 脚与m1、rp.5、rill”re,为相邻列,它们只有变量D不同; 横行mo、ml、i'n3、rn-z与m4、ms、m7、rn6为相邻行.它们只 有变量B不同;上下对拆.mo、ml、rn3、rn-z与ms、 、mll、 mlo亦为相邻行,它们只有变量A不同;左右对拆,mo、 m4、ml2、ms与啦、rn6、ml4、m1o亦为相邻列,它们只有变 (4)将每个圈内公共因子作为乘积项;圈与圈之间 作为逻辑或,即可得到最简与或表达式。 例8.2,将Yl(A、B、C、D)=∑ (1、3、5…7 8 9、lO、 12、14)8.2(a)式 化简为最简与或表达式: 解:设ABCD中A为最高位,D为最低位, 则ABCD=mo、ABCD…rill… (1)首先画出四变量卡诺图,如表8 2; (2)将所有最小项填入卡诺图(以1表示); (3)将相邻项圈在一起; (4)写出最简与或表达式。 YI=AD+AD+ABC 8 2(b)式。 表8.2 表8 3 Y Y 1l 10 / .  。/ ll 固 {J 歹。 袭8 4 Y| 00 01 11 10 0 厂l 1 1 l 画圈时应注意: a)相邻项只能是2,4、8…2“项,而不能是2“以外其 它数项; 维普资讯 http://www.cqvip.com

(t气开关)【2002 No1) b)圈越大越好,田大意味着该项因子数少; 少; 圈到过的; 解:∑ 为有效项,∑d为无关项。在卡诺图化简时, c)圈数越步越好,圈数少意味着表达式中或的项数 有效项填1,无关项填×,如表8.3所示。ml3、ml5、 l可 作为1处理,使圈画得大一些;m12、m14、mlo可作为0处 所 =D 例8.3(b)式 d)gYt"圈都要有意义,即必须有一项是其它圈未曾 理,因为它们为无关项。 e)对于受约束条件而不会出现的项或其它无关 项,在卡诺图中常填作“×”。如果“×”项能与其它项圈 在一起,可以将其作为“r处理,以使圈画得大一些;但若 圈外只剩下“×”项,则可将其视为0处理.不予考虑。 例8 3,化简 13、14、15)8.3(a)式 例8.4,化简{ =ABc+c+AB 8.4( )式 【AB十AC=0 解:题中AB+AC=0为约束条件。换言之, AB+AC=1不会出现。也就是A=B=1.或A=C =1不会出现,故可按无关项处理。其卡诺图化简,如 得: =A 8.4(b)。 (待续) 嗡 Y (A…B C D)=∑ (1、3…5 7 9)+∑d(1O、11、12、 表8.4 (上接29页) 在日本.分布型光纤温度传感系统已广泛应用于地 下电缆、高压架空电缆在线检测及过热报警、大小型变 L 儿. =J …—监I I鬟辙 舢 敬乱光谐  压器的整体温度检测及过热报警领域。 图9是广州羊城科技实业(集团)有限公司开发的 分布型光纤温度传感系统的结构。这种带有工业控制 计算机和液晶显示的一体化测试系统的价格为10万元 人民币左右,随着我国工、农业发展,电力系统等发展, 对在线监测要求提高.分布型光纤温度传感技术会得到 全面的广泛应用。 I.]研 = 匾而 ~I 6结论 智能化高压电器状态监测技术是涉及智能化高压 {^ ^ 【^ 6 J 电器可靠性的重要部分,长期以来一直受到人们重视, 但受当时技术的,发展甚慢,现在由于光纤微电子 圈8分布型光纤温度测量原理 技术、微处理机技术、通讯技术等技术的发展,智能化高 压电器状态监测技术也发展较快。 状态监测方法可以实现潜伏故障的早期诊断,帮助 管理人员提前作出判断,决定是否需要大修或需要更 换。 参T ̄背向散射光也示于图8中.其中有同入射光相同波 长的光(称瑞利散乱光)和同入射光波长偏移±出的光 (称为喇曼散乱光)。喇曼散乱光又固波长不同而分为 斯托克斯光和反斯托克斯光。喇曼散乱光很弱.但它与 温度有关.通过它们之间的关系,可以求出温度。 考文献 1.D.W.DLAUS等The evolution of rfission and Distribution Network operafon Practi ̄ lI激光 i赡 盟 ——— 嚣j 教射光 and its effects oil Switcher requirements(CIGRE SC一13) 1998 l口黼 2.广州市革城科技实业有限公司“分布式光纤温度 传惑皋统”. 3.D.Birtwhisde and I D.Gray A Flew technique for omadition rpx ̄toring of MV metaldad switehgear Trends in Distribution Switehger,10—12 November 1998. 图9广州羊城科技实业(集团)公司 收稿日期:2001—12~03 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- 7swz.com 版权所有 赣ICP备2024042798号-8

违法及侵权请联系:TEL:199 18 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务