4組合邏輯電路4.1組合邏輯電路的分析4.2組合邏輯電路的設計4.3組合邏輯電路中的競爭和冒險4.4常用組合邏輯集成電路4.5組合可編程電路4.6用VerilogHDL描述組合邏輯電路教學基本要求1.熟練掌握組合邏輯電路的分析方法和設計方法2.掌握編碼器、譯碼器、數據選擇器、數值比較器和加法器的邏輯功能及其應用；3.學會閱讀MSI器件的功能表，并能根據設計要求完成電路的正確連接。4.掌握可編程邏輯器件的表示方法,會用PLD實現組合邏輯電路組合邏輯電路的一般框圖Li=f(A1,A2,…,An)(i=1,2,…,m)工作特征:組合邏輯電路工作特點:在任何時刻，電路的輸出狀態只取決于同一時刻的輸入狀態而與電路原來的狀態無關。

序關于組合邏輯電路結構特征:1、輸出、輸入之間沒有反饋延遲通路，2、不含記憶單元二.組合邏輯電路的分析步驟：

4.1組合邏輯電路分析1、由邏輯圖寫出各輸出端的邏輯表達式；2、化簡和變換邏輯表達式；3、列出真值表；4、根據真值表或邏輯表達式，經分析最后確定其功能。根據已知邏輯電路，經分析確定電路的的邏輯功能。一.組合邏輯電路分析

三、組合邏輯電路的分析舉例

例1分析如圖所示邏輯電路的功能。1.根據邏輯圖寫出輸出函數的邏輯表達式2.列寫真值表。10010110111011101001110010100000CBA001111003.確定邏輯功能：解：輸入變量的取值中有奇數個1時，L為1，否則L為0,電路具有為奇校驗功能。如要實現偶校驗，電路應做何改變？例2

試分析下圖所示組合邏輯電路的邏輯功能。解：1、根據邏輯電路寫出各輸出端的邏輯表達式，并進行化簡和變換。X=A2、列寫真值表X=A真值表111011101001110010100000ZYXCBA000011110011110001011010這個電路邏輯功能是對輸入的二進制碼求反碼。最高位為符號位，0表示正數，1表示負數，正數的反碼與原碼相同；負數的數值部分是在原碼的基礎上逐位求反。3、確定電路邏輯功能真值表111011101001110010100000ZYXCBA0000111100111100010110101、邏輯抽象：根據實際邏輯問題的因果關系確定輸入、輸出變量，并定義邏輯狀態的含義；2、根據邏輯描述列出真值表；3、由真值表寫出邏輯表達式;5、畫出邏輯圖。4、根據器件的類型,簡化和變換邏輯表達式二、組合邏輯電路的設計步驟

一、組合邏輯電路的設計：根據實際邏輯問題，求出所要求邏輯功能的最簡單邏輯電路。4.2組合邏輯電路的設計例1某火車站有特快、直快和慢車三種類型的客運列車進出，試用兩輸入與非門和反相器設計一個指示列車等待進站的邏輯電路，3個指示燈一、二、三號分別對應特快、直快和慢車。列車的優先級別依次為特快、直快和慢車，要求當特快列車請求進站時，無論其它兩種列車是否請求進站，一號燈亮。當特快沒有請求，直快請求進站時，無論慢車是否請求，二號燈亮。當特快和直快均沒有請求，而慢車有請求時，三號燈亮。解：1、邏輯抽象。輸入信號:I0、I1、I2分別為特快、直快和慢車的進站請求信號且有進站請求時為1，沒有請求時為0。輸出信號:L0、L1、L2分別為3個指示燈的狀態，且燈亮為1，燈滅為0。輸入輸出I0I1I2L0L1L20000001××10001×010001001根據題意列出真值表(2)寫出各輸出邏輯表達式。L0=I0

輸入輸出I0I1I2L0L1L20000001××10001×010001001真值表2、根據真值表寫出各輸出邏輯表達式。L0=I0

3、根據要求將上式變換為與非形式

4、根據輸出邏輯表達式畫出邏輯圖。例2試設計一個碼轉換電路，將4位格雷碼轉換為自然二進制碼。可以采用任何邏輯門電路來實現。解：(1)明確邏輯功能，列出真值表。設輸入變量為G3、G2、G1、G0為格雷碼，當輸入格雷碼按照從0到15遞增排序時，可列出邏輯電路真值表輸出變量B3、B2、B1和B0為自然二進制碼。0111010001100101010101110100011000110010001000110001000100000000B3

B2

B1

B0G3

G2

G1

G0輸出輸入1111100011101001110110111100101010111110101011111001110110001100B3

B2

B1

B0G3

G2

G1

G0輸出輸入邏輯電路真值表(2)畫出各輸出函數的卡諾圖，并化簡和變換。33GB==2B+2G3G2G3G+2G3G1B=1G+2G3G1G2G3G1G+2G3G1G=(2G3G)+2G3G1G+2G3G)+2G3G1G=?3G2G?1G0B=?3G2G?1G?0G(3)根據邏輯表達式，畫出邏輯圖4.3

組合邏輯電路中的競爭冒險4.3.1

產生的競爭冒險的原因4.3.2

消去競爭冒險的方法4.3

組合邏輯電路中的競爭冒險不考慮門的延時時間考慮門的延時時間,當A=0B=14.3.1

產生的競爭冒險的原因競爭:當一個邏輯門的兩個輸入端的信號同時向相反方向變化，而變化的時間有差異的現象。冒險:兩個輸入端的信號取值的變化方向是相反時，如門電路輸出端的邏輯表達式簡化成兩個互補信號相乘或者相加，由競爭而可能產生輸出干擾脈沖的現象。4.3.2

消去競爭冒險的方法1.發現并消除互補變量

A

B

C

1

&

L

B=C=0時為消掉AA，變換邏輯函數式為))((CABAL++=可能出現競爭冒險。AAF=BCBAACF++=2.

增加乘積項,避免互補項相加，

當A=B=1時，根據邏輯表達式有CBACL+=當A=B=1時CBACL+=CBACL+=+ABCCL+=AB

0

1

A

0

0

0

1

0

1

1

1

L

B

C

00011110

3.

輸出端并聯電容器

如果邏輯電路在較慢速度下工作，為了消去競爭冒險，可以在輸出端并聯一電容器，致使輸出波形上升沿和下降沿變化比較緩慢，可對于很窄的負跳變脈沖起到平波的作用。4~20pF

4.4若干典型的組合邏輯集成電路4.4.1編碼器4.4.2譯碼器/數據分配器4.4.3數據選擇器4.4.4數值比較器4.4.5算術運算電路1、)編碼器(Encoder)的概念與分類編碼：賦予二進制代碼特定含義的過程稱為編碼。如：8421BCD碼中，用1000表示數字8如：ASCII碼中，用1000001表示字母A等編碼器：具有編碼功能的邏輯電路。4.4.1編碼器4.4若干典型的組合邏輯集成電路能將每一個編碼輸入信號變換為不同的二進制的代碼輸出。

如8線-3線編碼器：將8個輸入的信號分別編成8個3位二進制數碼輸出。如BCD編碼器：將10個編碼輸入信號分別編成10個4位碼輸出。編碼器的邏輯功能：1、)編碼器(Encoder)的概念與分類編碼器的分類：普通編碼器和優先編碼器。普通編碼器：任何時候只允許輸入一個有效編碼信號，否則輸出就會發生混亂。優先編碼器：允許同時輸入兩個以上的有效編碼信號。當同時輸入幾個有效編碼信號時，優先編碼器能按預先設定的優先級別，只對其中優先權最高的一個進行編碼。1、)編碼器(Encoder)的概念與分類二進制編碼器的結構框圖普通二進制編碼器1、編碼器的工作原理

I0

I1

Yn-1

Y0

Y1

1n2-I二進制

編碼器

2n個

輸入

n位二進制碼輸出

(1)4線─2線普通二進制編碼器(設計)1000010000100001Y0Y1I3I2I1I0

（2）邏輯功能表編碼器的輸入為高電平有效。

（a）邏輯框圖4輸入二進制碼輸出110110001、編碼器的工作原理該電路是否可以再簡化？(2.)鍵盤輸入8421BCD碼編碼器（分析）代碼輸出使能標志編碼輸入

輸入輸出S0S1S2S3S4S5S6S7S8S9ABCDGS

111111111100000

111111111010011

111111110110001

111111101101111

111111011101101

111110111101011

111101111101001

111011111100111

110111111100101

101111111100011

011111111100001

該編碼器為輸入低電平有效2.鍵盤輸入8421BCD碼編碼器功能表

當所有的輸入都為1時，Y1Y0=？Y1Y0=00無法輸出有效編碼。結論：普通編碼器不能同時輸入兩個已上的有效編碼信號I2=I3=1,I1=I0=0時，Y1Y0=？Y1Y0=003.

優先編碼器

優先編碼器的提出：

實際應用中，經常有兩個或更多輸入編碼信號同時有效。

必須根據輕重緩急，規定好這些外設允許操作的先后次序，即優先級別。

識別多個編碼請求信號的優先級別，并進行相應編碼的邏輯部件稱為優先編碼器。(2)優先編碼器線(4─2線優先編碼器)（設計）（1）列出功能表輸入輸出I0I1I2I3Y1Y0100000×10001××1010×××111高低（2）寫出邏輯表達式（3）畫出邏輯電路（略）輸入編碼信號高電平有效，輸出為二進制代碼輸入編碼信號優先級從高到低為I0I3~輸入為編碼信號I3

I0輸出為Y1Y03321IIIY+=33210IIIIY+=優先編碼器CD4532的示意框圖、引腳圖2集成電路編碼器CD4532電路圖

優先編碼器CD4532功能表輸入輸出EII7I6I5I4I3I2I1I0Y2Y1Y0GSEOL××××××××LLLLLHLLLLLLLLLLLLHHH×××××××HHHHLHLH××××××HHLHLHLLH×××××HLHHLHLLLH××××HLLHLHLLLLH×××LHHHLHLLLLLH××LHLHLHLLLLLLH×LLHHLHLLLLLLLHLLLHL為什么要設計GS、EO輸出信號？用二片CD4532構成16線-4線優先編碼器,其邏輯圖如下圖所示，試分析其工作原理。

。00

00000無編碼輸出0

CD4532(1)

I0

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

Y0

Y1

Y2

EO

EI

GS

CD4532(0)I0

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

Y0

Y1

Y2

EO

EI

GS

EI1

EO1

EI0

EO0A8

A9

A10

A11

A12

A13

A14

A15

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

L0

L1

GS1L2

GS

GS1

G3

G2

G1

G0

L3

≥1

≥1

≥1

≥1

若無有效電平輸入那塊芯片的優先級高？。110000001111若有效電平輸入

CD4532(1)

I0

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

Y0

Y1

Y2

EO

EI

GS

CD4532(0)

I0

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

Y0

Y1

Y2

EO

EI

GS

EI1

EO1

EI0

EO0A8

A9

A10

A11

A12

A13

A14

A15

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

L0

L1

GS1

L2

GS

GS0G3

G2

G1

G0

L3

≥1

≥1

≥1

≥1

10001111

。100若有效電平輸入CD4532(1)

I0

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

Y0

Y1

Y2

EO

EI

GS

CD4532(I)

I0

I1

I2

I3

I4

I5

I6

I7

Y0

Y1

Y2

EO

EI

GS

EI1EO1EI0

EO0A8

A9

A10

A11

A12

A13

A14

A15

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

L0

L1

GS1L2

GS

GS0G3

G2

G1

G0

L3

≥1

≥1

≥1

≥1

禁止編碼狀態譯碼器的分類：

譯碼：譯碼是編碼的逆過程，它能將二進制碼翻譯成代表某一特定含義的信號.(即電路的某種狀態)1譯碼器的概念與分類譯碼器：具有譯碼功能的邏輯電路稱為譯碼器。唯一地址譯碼器代碼變換器將一系列代碼轉換成與之一一對應的有效信號。將一種代碼轉換成另一種代碼。二進制譯碼器二—十進制譯碼器顯示譯碼器常見的唯一地址譯碼器：4.4.2

譯碼器/數據分配器2線-4線譯碼器的邏輯電路(分析）

LHHHHHLHLHHLHLHHLHHLLHHHLLLLHHHH××HY3Y2Y1Y0A0A1E輸出輸入功能表（1.）二進制譯碼器n個輸入端使能輸入端2n個輸出端設輸入端的個數為n，輸出端的個數為M則有M=2n2、集成電路譯碼器(a)74HC139集成譯碼器

(1.)二進制譯碼器LHHHHHLHLHHLHLHHLHHLLHHHLLLLHHHH××HY3Y2Y1Y0A0A1E輸出輸入功能表邏輯符號說明邏輯符號框外部的符號，表示外部輸入或輸出信號名稱，字母上面的“—”號說明該輸入或輸出是低電平有效。符號框內部的輸入、輸出變量表示其內部的邏輯關系。在推導表達式的過程中，如果低有效的輸入或輸出變量(如)上面的“—”號參與運算(如E變為E)，則在畫邏輯圖或驗證真值表時，注意將其還原為低有效符號。E1

A11

1

&&&&Y0Y1Y2Y3A0Y0Y2Y1Y3EA1A0(b)74HC138(74LS138)集成譯碼器引腳圖邏輯圖74HC138集成譯碼器邏輯圖74HC138集成譯碼器功能表LHHHHHHHHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHLHHHHHHLHLLHHHHLHHHHLLHLLHHHHHLHHHHHLLLHHHHHHLHHLHLLLHHHHHHHLHHLLLLHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHH×××××LHHHHHHHH×××HX×HHHHHHHH××××H×A2E3輸出輸入A1A0LHHHHHHHHHHLLHHLHHHHHHLHHLLHHHLHHHHHHLHLLHHHHLHHHHLLHLLHHHHHLHHHHHLLLHHHHHHLHHLHLLLHHHHHHHLHHLLLLHHHHHHHHLLLLLLHHHHHHHHH×××××LHHHHHHHH×××HX×HHHHHHHH××××H×A2E3輸出輸入A1A01、已知下圖所示電路的輸入信號的波形試畫出譯碼器輸出的波形。譯碼器的應用2、譯碼器的擴展用74X139和74X138構成5線-32線譯碼器~3線–8線譯碼器的~

含三變量函數的全部最小項。Y0Y7基于這一點用該器件能夠方便地實現三變量邏輯函數。3、用譯碼器實現邏輯函數。...當E3=1，E2=E1=0時用一片74HC138實現函數首先將函數式變換為最小項之和的形式在譯碼器的輸出端加一個與非門，即可實現給定的組合邏輯函數.數據分配器：相當于多輸出的單刀多擲開關，是一種能將從數據分時送到多個不同的通道上去的邏輯電路。數據分配器示意圖用74HC138組成數據分配器用譯碼器實現數據分配器

010當ABC=010時，Y2=DCBA輸入輸出E3E2E1A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7LLXXXXHHHHHHHHHLDLLLDHHHHHHHHLDLLHHDHHHHHHHLDLHLHHDHHHHHHLDLHHHHHDHHHHHLDHLLHHHHDHHHHLDHLHHHHHHDHHHLDHHLHHHHHHDHHLDHHHHHHHHHHD74HC138譯碼器作為數據分配器時的功能表

集成二–十進制譯碼器－7442功能：將8421BCD碼譯成為10個狀態輸出。7442功能表十進制數BCD輸入輸出A3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y90LLLLLHHHHHHHHH1LLLHHLHHHHHHHH2LLHLHHLHHHHHHH3LLHHHHHLHHHHHH4LHLLHHHHLHHHHH5LHLHHHHHHLHHHH6LHHLHHHHHHLHHH7LHHHHHHHHHHLHH8HLLLHHHHHHHHLH9HLLHHHHHHHHHHL對于BCD代碼以外的偽碼（1010～1111這6個代碼）Y0～Y9均為高電平。（2）集成二–十進制譯碼器——7442顯示譯碼器

1.七段顯示譯碼器（1）最常用的顯示器有：半導體發光二極管和液晶顯示器。共陽極顯示器共陰極顯示器abcdfge顯示器分段布局圖常用的集成七段顯示譯碼器----------CMOS七段顯示譯碼器74HC4511

LTHHLHHHHHLLHHHL9HHHHHHHLLLHHHL8LLLLHHHHHHLHHL7HHHHHLLLHHLHHL6HHLHHLHHLHLHHL5HHLLHHLLLHLHHL4HLLHHHHHHLLHHL3HLHHLHHLHLLHHL2LLLLHHLHLLLHHL1LHHHHHHLLLLHHL0gfedcba字形輸出輸入十進制或功能D3D2D1D0BLLECMOS七段顯示譯碼器74HC4511功能表**××××HHH鎖存熄滅LLLLLLL××××HL×滅燈HHHHHHH××××L××燈測試熄滅LLLLLLLHHHHHHL15熄滅LLLLLLLLHHHHHL14熄滅LLLLLLLHLHHHHL13熄滅LLLLLLLLLHHHHL12熄滅LLLLLLLHHLHHHL11熄滅LLLLLLLLHLHHHL10LTgfedcba字形輸出輸入十進制或功能BLLED3D2D1D0CMOS七段顯示譯碼器74HC4511功能表(續)例由74HC4511構成24小時及分鐘的譯碼電路如圖所示，試分析小時高位是否具有零熄滅功能。4.3.3數據選擇器1、數據選擇器的定義與功能

數據選擇的功能：在通道選擇信號的作用下，將多個通道的數據分時傳送到公共的數據通道上去的。數據選擇器：能實現數據選擇功能的邏輯電路。它的作用相當于多個輸入的單刀多擲開關，又稱“多路開關”。4選1數據選擇器2位地址碼輸入端使能信號輸入端，低電平有效1路數據輸出端（1）邏輯電路數據輸入端（2）工作原理及邏輯功能00I3011011=1=00××1YS0S1E地址使能輸出輸入功能表0 0 0 I00 0 1 I10 1 0 I20 1 1 I374LS151功能框圖D7YYE74HC151D6D5D4D3D2D1D0S2S1S02、集成電路數據選擇器8選1數據選擇器74HC1512、集成電路數據選擇器2個互補輸出端8路數據輸入端1個使能輸入端3個地址輸入端74LS151的邏輯圖輸入輸出使能選擇YYES2S1S0HXXXLHLLLLD0LLLHD1LLHLD2LLHHD3LHLLD4LHLHD5LHHLD6LHHHD73、74LS151的功能表當E=1時，Y=1。當E=0時①數據選擇器組成邏輯函數產生器控制Di，就可得到不同的邏輯函數。5、數據選擇器74LS151的應用當D0=D3=D5=

D7=0D1=D2=D4=

D6=1時：當D0=D3=D5=

D7=1D1=D2=D4=

D6=0時：D7YYE74LS151D6D5D4D3D2D1D0S2S1S0當E=0時：比較Y與L，當

D3=D5=D6=D7=1D0=D1=D2=D4=0時，D7E74HC151D6D5D4D3D2D1D0S2S1S0LYXYZ10Y=L例1試用8選1數據選擇器74LS151產生邏輯函數解:利用8選1數據選擇器組成函數產生器的一般步驟a、將函數變換成最小項表達式b、將使器件處于使能狀態c、地址信號S2、S1

、S0

作為函數的輸入變量d、處理數據輸入D0~D7信號電平。邏輯表達式中有mi,則相應Di=1，其他的數據輸入端均為0。總結:用兩片74151組成二位八選一的數據選擇器②

數據選擇器的擴展位的擴展字的擴展將兩片74LS151連接成一個16選1的數據選擇器，

③實現并行數據到串行數據的轉換1.1位數值比較器(設計)

數值比較器：對兩個1位數字進行比較（A、B），以判斷其大小的邏輯電路。輸入：兩個一位二進制數A、B。

輸出：FBA>=1，表示A大于BFBA<=1，表示A小于BFBA==1，表示A等于B4.4.4數值比較器1位數值比較器BA=FBA>BA=FBA<ABBA+=FBA=一位數值比較器真值表10011001010101010000FA=BFA<BFA>BBA輸出輸入2、2位數值比較器：輸入：兩個2位二進制數

A=A1A0、B=B1B0能否用1位數值比較器設計兩位數值比較器?比較兩個2位二進制數的大小的電路當高位（A1、B1）不相等時，無需比較低位（A0、B0），高位比較的結果就是兩個數的比較結果。當高位相等時，兩數的比較結果由低位比較的結果決定。用一位數值比較器設計多位數值比較器的原則

真值表001010100A0>B0A0<B0A0=B0A1=B1A1=B1A1=B1010×A1<B1001×A1>B1FA=BFA<BFA>BA0

B0A1

B1輸出輸入FA>B=(A1>B1)+(A1=B1)(A0>B0)FA=B=(A1=B1)(A0=B0)FA<B=(A1<B1)+(A1=B1)(A0<B0)兩位數值比較器邏輯圖FA>B=(A1>B1)+(A1=B1)(A0>B0)FA=B=(A1=B1)(A0=B0)FA<B=(A1<B1)+(A1=B1)(A0<B0)3集成數值比較器74LS85(1.)集成數值比較器74LS85的功能74LS85的引腳圖

74LS85是四位數值比較器，其工作原理和兩位數值比較器相同。74LS85的示意框圖輸入輸出A3B3A2B2A1B1A0B0IA>BIA<BIA=BFA>BFA<BFA=BA3

>B3××××××HLLA3

<B3××××××LHLA3

=B3A2

>B2×××××HLLA3

=B3A2

<B2×××××LHLA3

=B3A2

=B2A1

>B1××××HLLA3

=B3A2

=B2A1

<B1××××LHLA3

=B3A2

=B2A1

=B1A0

>B0×××HLLA3

=B3A2

=B2A1

=B1A0

<B0×××LHLA3

=B3A2

=B2A1

=B1A0

=B0HLLHLLA3

=B3A2

=B2A1

=B1A0

=B0LHLLHLA3

=B3A2

=B2A1

=B1A0

=B0××HLLHA3

=B3A2

=B2A1

=B1A0

=B0HHLLLLA3

=B3A2

=B2A1

=B1A0

=B0LLLHHL4位數值比較器74LS85的功能表用兩片74LS85組成8位數值比較器（串聯擴展方式）。2.集成數值比較器的位數擴展輸入:A=A7A6A5A4A3A2A1A0B=B7B6B5B4B3B2B1B0輸出:FBA>FBA<FBA=高位片輸出低位片B3A3~B0A0B7A7~B4A4用兩片74LS85組成16位數值比較器（串聯擴展方式）。高位片

輸出低位片B3A3~B0A0B7A7~B4A4B11A11~B8A8B15A15~B12A12采用串聯擴展方式數值比較器用74HC85組成16位數值比較器的并聯擴展方式。B3A3~B0A0B7A7~B4A4B11A11~B8A8B15A15~B12A12輸出4.4.5算術運算電路

@在兩個1位二進制數相加時，不考慮低位來的進位的相加

---半加

@在兩個二進制數相加時，考慮低位進位的相加

---全加加法器分為半加器和全加器兩種。半加器全加器1、半加器和全加器兩個4位二進制數相加:（1）1位半加器（HalfAdder）

不考慮低位進位，將兩個1位二進制數A、B相加的器件。

半加器的真值表

邏輯表達式1000C011110101000SBA

半加器的真值表BABAS+=如用與非門實現最少要幾個門?C=AB

邏輯圖（2）全加器（FullAdder）

1110100110010100全加器真值表

全加器能進行加數、被加數和低位來的進位信號相加，并根據求和結果給出該位的進位信號。111011101001110010100000CSCBA

你能用74151\74138設計全加器嗎?

用這兩種器件組成邏輯函數產生電路,有什么不同?

于是可得全加器的邏輯表達式為加法器的應用1110100110010100全加器真值表111011101001110010100000CSCBAABC有奇數個1時S為1；ABC有偶數個1和全為0時S為0。-----用全加器組成三位二進制代碼奇偶校驗器用全加器組成八位二進制代碼奇偶校驗器，電路應如何連接？（1）串行進位加法器如何用1位全加器實現兩個四位二進制數相加？

A3

A2A1

A0+B3

B2

B1

B0=?低位的進位信號送給鄰近高位作為輸入信號，采用串行進位加法器運算速度不高。2、多位數加法器0定義兩個中間變量Gi和Pi：Gi=AiBi

（2）超前進位加法器

提高運算速度的基本思想：設計進位信號產生電路，在輸入每位的加數和被加數時，同時獲得該位全加的進位信號，而無需等待最低位的進位信號。定義第i位的進位信號（Ci

）：Ci=

Gi＋Pi

Ci-1

4位全加器進位信號的產生：C0=G0+P0C-1

C1=G1+P1C0C1=G1+P1G0+P1P0C-1

C2=G2+P2C1

C2=G2+P2G1+P2

P1G0+P2

P1P0C-1

C3=G3+P3C2=G3+P3

（G2+P2C1)=G3+P3G2+P3P2C1

=G3+P3G2+P3P2(G1+P1C0)

C3=G3+P3G2+P3P2G1+P3P2P1(G0+P0C-1)[Gi=AiBiCi=

Gi＋Pi

Ci-1集成超前進位產生器74LS182邏輯圖邏輯符號超前進位集成4位加法器74LS283

74HC283邏輯框圖

74HC283引腳圖74HC283邏輯框圖4.超前進位加法器74LS283的應用例1.用兩片74LS283構成一個8位二進制數加法器。在片內是超前進位，而片與片之間是串行進位。8421碼輸入余3碼輸出1100例.用74283構成將8421BCD碼轉換為余3碼的碼制轉換電路。8421碼余3碼000000010010001101000101+0011+0011+0011CO3減法運算

在實際應用中，通常是將減法運算變為加法運算來處理，即采用加補碼的方法完成減法運算。若n位二進制的原碼為N原，則與它相對應的2的補碼為

N補=2N

N原

補碼與反碼的關系式

N補=N反+1 設兩個數A、B相減，利用以上兩式可得A

B=A+B補2n=A+B反+12n1）AB

0的情況。2）AB

<0的情況。

結果表明，在A–B

0時，如加補進位信號為1，所得的差就是差的原碼。在A–B

<0時，如加補的進位信號為0，所得的差是差絕對值的補碼。A=0101，B=0001A=0001，B=0101

10100

01100

0110輸出為原碼的4位減法運算邏輯圖4.5組合可編程邏輯器件4.5.1PLD的結構、表示方法及分類4.5.2組合邏輯電路的PLD實現4.5組合可編程邏輯器件可編程邏輯器件是一種可以由用戶定義和設置邏輯功能的器件。該類器件具有邏輯功能實現靈活、集成度高、處理速度快和可靠性高等特點。4.5.1PLD的結構、表示方法及分類與門陣列或門陣列乘積項和項PLD主體輸入電路輸入信號互補輸入輸出電路輸出函數反饋輸入信號

可由或陣列直接輸出，構成組合輸出；通過寄存器輸出，構成時序方式輸出。1、PLD的基本結構與門陣列或門陣列乘積項和項互補輸入2.

PLD的邏輯符號表示方法(1)

連接的方式(2)基本門電路的表示方式F1=A?B?C與門或門ABCDF1

AB

C&

L

AB

C≥1L

DF1=A+B+C+D三態輸出緩沖器輸出恒等于0的與門輸出為1的與門輸入緩沖器(3)編程連接技術

PLD表示的與門熔絲工藝的與門原理圖VCC+(5V)

R

3kW

L

D1

D2

D3

A

B

C

高電平A、B、C有一個輸入低電平0VA、B、C三個都輸入高電平+5V5V0V5V低電平

L

VCC

A

B

C

D

5V5V5VL=A?B?C連接連接連接斷開A、B、C中有一個為0A、B、C都為1輸出為0；輸出為1。L=AC斷開連接連接斷開L=ABCXX器件的開關狀態不同,電路實現邏輯函數也就不同101111(4)浮柵MOS管開關用不同的浮柵MOS管連接的PLD，編程信息的擦除方法也不同。SIMOS管連接的PLD，采用紫外光照射擦除；FlotoxMOS管和快閃疊柵MOS管，采用電擦除方法。浮柵MOS管疊柵注入MOS(SIMOS)管浮柵隧道氧化層MOS(FlotoxMOS)管快閃(Flash)疊柵MOS管

當浮柵上帶有負電荷時，使得MOS管的開啟電壓變高，如果給控制柵加上VT1控制電壓，MOS管仍處于截止狀態。若要擦除，可用紫外線或X射線，距管子2厘米處照射15-20分鐘。

當浮柵上沒有電荷時，給控制柵加上大于VT1的控制電壓

，MOS管導通。a.疊柵注入MOS(SIMOS)管

25V25VGND5V5VGND

iD

VT1

VT2

vGS

浮柵無電子

O

編程前

iD

VT1

VT2

vGS

浮柵無電子

浮柵有電子

O

編程前

編程后

5V5VGND5V5VGND導通截止L=B?C連接連接斷開斷開連接連接斷開斷開1111浮柵延長區與漏區N+之間的交疊處有一個厚度約為80A(埃)的薄絕緣層——遂道區。當遂道區的電場強度大到一定程度，使漏區與浮柵間出現導電遂道，形成電流將浮柵電荷泄放掉。遂道MOS管是用電擦除的，擦除速度快。b.浮柵隧道氧化層MOS(FlotoxMOS)管

結構特點:

1.閃速存儲器存儲單元MOS管的源極N+區大于漏極N+區，而SIMOS管的源極N+區和漏極N+區是對稱的；

2.浮柵到P型襯底間的氧化絕緣層比SIMOS管的更薄。c.快閃疊柵MOS管開關

（FlashMemory)（自學）特點：結構簡單、集成度高、編程可靠、擦除快捷。3.PLD的分類PROMPLAPALGAL低密度可編程邏輯器件（LDPLD）EPLDCPLDFPGA高密度可編程邏輯器件（HDPLD）可編程邏輯器件（PLD）按集成密度劃分為2、按結構特點劃分簡單PLD(PAL，GAL)復雜的可編程器件(CPLD):CPLD的代表芯片如：Altera的MAX系列現場可編程門陣列(FPGA)PLD中的三種與、或陣列與陣列、或陣列均可編程(PLA)與陣列固定，或陣列可編程(PROM)與陣列可編程，或陣列固定(PAL和GAL等)按PLD中的與、或陣列是否編程分4.5.2組合邏輯電路的PLD實現

例1由PLA構成的邏輯電路如圖所示，試寫出該電路的邏輯表達式，并確定其邏輯功能。寫出該電路的邏輯表達式：AnBnCnAnBnAnCnBnCn全加器AnBnCnAnBnCnAnBnCn試寫出該電路的邏輯表達式。

4.6

用VerilogHDL描述組合邏輯電路4.6.1

組合邏輯電路的門級建模4.6.2

組合邏輯電路的數據流建模4.6.3

組合邏輯電路的行為級建模4.6

用VerilogHDL描述組合邏輯電路用VerilogHDL描述組合邏輯電路有三種不同抽象級別：組合邏輯電路的門級描述、組合邏輯電路的數據流描述、組合邏輯電路的行為級描述。VerilogHDL描述的電路就是該電路的VerilogHDL模型。行為描述方式：

一般使用下述語句描述，可以對組合、時序邏輯電路建模。

1）initial語句

2）always語句數據流描述方式：

一般使用assign語句描述，主要用于對組合邏輯電路建模。門級描述：

一般使用Primitive（內部元件）、自定義的下層模塊對電路描述。主要用于層次化設計中。end基本門級元件模型元件符號功能說明元件符號功能說明and多輸入端的與門nand多輸入端的與非門or多輸入端的或門nor多輸入端的或非門xor多輸入端的異或門xnor多輸入端的異或非門buf多輸出端的緩沖器not多輸出端的反相器bufif1控制信號高電平有效的三態緩沖器notif1控制信號高電平有效的三態反相器bufif0控制信號低電平有效的三態緩沖器notif0控制信號低電平有效的三態反相器多輸入門多輸出門三態門4.6.1組合邏輯電路的門級建模門級建模:將邏輯電路圖用HDL規定的文本語言表示出來。Verilog

基本門級元件

andn-inputANDgate

nandn-inputNANDgateorn-inputORgatenorn-inputNORgate

xorn-inputexclusiveORgate

xnorn-inputexclusiveNORgate

bufn-outputbuffer notn-outputinverter bufif0tri-statebuffer; Ioenable bufif1tri-statebuffer;hienable notif0tri-stateinverter;Ioenable notif1tri-stateinverter;hienable1、多輸入門只允許有一個輸出，但可以有多個輸入。andA1（out，in1，in2，in3）；輸入2xxx1zxxx1xxx01111110zx10

輸入1nand

nand真值表X-不確定狀態Z-高阻態

and真值表x0zx0xx10100000zX10

輸入1and輸入2xxxxx調用名XX1XZXX1XX11111XX100ZX10輸入1or輸入2

or真值表輸入2XXXXZXXXXXXX011XX100ZX10輸入1xorxor真值表2、多輸出門允許有多個輸出，但只有一個輸入。notN1（out1，out2，…，in）；xx10zx10輸入buf輸出

buf真值表輸出xx01zx10輸入notnot真值表bufB1（out1，out2，…，in）；out1inout2outN…out1inout2outN…bufif1真值表xxxzzxxxzx1/z1/z1z10/z0/z0z0zx10控制輸入bufif1數據輸入xxxzzxxxzx0/z0/z0z11/z1/z10zzx10控制輸入notif1數據輸入notif1真值表3、三態門有一個輸出、一個數據輸入和一個輸入控制。如果輸入控制信號無效，則三態門的輸出為高阻態z。4、設計舉例//Gate-leveldescriptionofa2-to-4-linedecodermodule_2to4decoder(A1,A0,E,Y);inputA,B,E;output[3:0]Y;wireA1not,A0not,Enot;notn1(A1not,A1),n2(A0not,A0),n3(Enot,E);

nandn4(Y[0],A1not,A0not,Enot),n5(Y[1],A1not,A0,Enot),n6(Y[2],A1,A0not,Enot),n7(Y[3],A1,A0,Enot);endmodule

試用Verilog語言的門級元件描述2線-4線譯碼器.說明部分功能描述例2用Verilog的門級元件進行描述由三態門構成的2選1數據選擇器。//Gate-leveldescriptionofa2-to-1-linemultiplexermodule_2to1muxtri(A,B,SEL,L);inputA,B,SELoutputL;triL;bufif1(L,B,SEL);bufif0(L,A,SEL);endmodule

5、分層次的電路設計方法簡介

4位全加器的層次結構框圖分層次的電路設計:在電路設計中，將兩個或多個模塊組合起來描述電路邏輯功能的設計方法。設計方法：自頂向下和自底向上兩種常用的設計方法modulehalfadder(S,C,A,B);inputA,B;outputS,C;//Instantiateprimitivegates

xor(S,A,B);and(C,A,B);endmodule//Gate-levelhierarchicaldescriptionof4-bitadder//Descriptionofhalfadder//Descriptionof1-bitfulladdermodulefulladder(S,CO,A,B,CI);inputA,B,CI;outputS,CO;wireS1,D1,D2;//內部節點信號//Instantiatethehalfadder

halfadderHA1(S1,D1,A,B);

halfadderHA2(S,D2,S1,CI);org1(CO,D2,D1);endmoduleD1S1D2//Descriptionof4-bitfulladdermodule_4bit_adder(S,C3,A,B,C_1);input[3:0]A,B;inputC_1;output[3:0]S;outputC3;wireC0,C1,C2;//內部進位信號//Instantiatethefulladder

fulladder

FA0(S[0],C0,A[0],B[0],C_1),FA1(S[1],C1,A[1],B[1],C0),FA2(S[2],C2,A[2],B[2],C1),FA3(S[3],C3,A[3],B[3],C2);endmodule

4.6.2組合邏輯電路的數據流建模數據流建模能在較高的抽象級別描述電路的邏輯功能。通過邏輯綜合軟件，能夠自動地將數據流描述轉換成為門級電路。VerilogHDL的運算符類型符號功能說明類型符號功能說明算術運算符（雙目運算符）+-*/%二進制加二進制減二進制乘二進制除求模關系運算符（雙目運算符）><>=<===!=大于小于大于或等于小于或等于等于不等于位運算符（雙目運算符）~&|^^~或~^按位取反按位與按位或按位異或按位同或縮位運算符（單目運算符）&~&|~|^^~或~^縮位與縮位與非縮位或縮位或非縮位異或縮位同或邏輯運算符!&&||邏輯非邏輯與邏輯或移位運算符（雙目運算符）>><<右移左移位運算符與縮位運算的比較