组合逻辑电路设计步骤详解（详细教程）

　　组合逻辑电路的设计与分析过程相反，本文小编主要跟大家介绍一下关于组合逻辑电路的设计步骤，顺便回顾一下组合逻辑电路的分析方法。

　　组合逻辑电路的设计，通常以电路简单，所用器件最少为目标。在前面所介绍的用代数法和卡诺图法来化简逻辑函数，就是为了获得最简的形式，以便能用最少的门电路来组成逻辑电路。但是，由于在设计中普遍采用中、小规模集成电路（一片包括数个门至数十个门）产品，因此应根据具体情况，尽可能减少所用的器件数目和种类，这样可以使组装好的电路结构紧凑，达到工作可靠而且经济的目的。

　　组合逻辑电路设计步骤

　　在教学过程中，学生对组合逻辑电路的设计过程觉得比较难。不知从何人手。笔者经过多年的教学，总结出组合逻辑电路的设计步骤如下，并举例说明。

　　组合逻辑电路设计是根据给出的逻辑问题，设计出一个组合逻辑电路去满足提出的逻辑功能要求。

　　组合逻辑电路的设计步骤如下：

　　1、仔细分析设计要求。做出输入，输出变量的逻辑规定。根据给出的条件，列出真值表。

　　2、将真值表写入卡诺图。化简。卡诺图法化简是一种很方便、很准确的化简方法，只要有足够的细心，化简结果就不会有问题。

　　3、画逻辑电路图。卡诺图法化简后得到最简的与一或表达式。若需要其他的形式，可先转化后再作图。下面用实际例子来详细分析。

　　例：某单位举办游艺晚会，男士持红票入场。女士持黄票入场。持绿票不管男女均可入场，试用与非门设计这个游艺晚会入场放行的逻辑控制电路。

　　第一步：由题意找出输入、输出变量，列真值表。题中出现男、女、黄票、红票、绿票共五个变量。有人会建议设五个输入变量，可是若细细想来。可看出男、女为表示对立的变量。可用一个变量A的两种状态来表示。可设A=O为女，A=I表示男。

　　剩下的红票、黄票、绿票分别用B、C、D来表示，即B=I为持红票。B=O为没有红票；C=1为持黄票，C=0为没有黄票；D=l为持绿票，D=0为没有绿票；设L为输出变量，L=1可入场，L=0不可入场。根据上述逻辑规定，按题意列出真值表如附表。

　　第二步：将真值表写入卡诺图，化简。在画包围圈的过程中（如图l所示）。

　　要注意以下几点：

　　1、包围圈越大越好（合并后得到的乘积项中因子最少）。

　　2、包围圈的个数越少越好（表达式乘积项项数最少）。

　　3、同一个“1”方块可以被圈多次（因为A+A=A，对逻辑函数的正确性无影响）。

　　4、每个圈要有新的成分，如果某一圈中所有的“1”方块均被别的包围圈包围，则此圈所表示的乘积项是多余的。

　　5、画包围圈时，可先圈大，后圈小。

　　6、不要遗漏任何方块（否则函数会出错）。

　　将各圈写成逻辑函数表达式的形式，并化成题中要求的形式，即得到：L=D+AB+AC=DABAC综上所述。可看出设输入、输出变量是逻辑电路设计的第一关键。

　　只有变量设得恰当，才能根据题意顺利地列出正确的真值表。卡诺图法化简是第二关键，不过只要按照化简规则。仔细分析作答，并化简成题里所需要的形式，然后根据逻辑表达式画出相应的逻辑电路图即可。

　　延伸阅读：组合逻辑电路的分析步骤

　　1、分析组合逻辑电路的步骤大致如下：

　　已知逻辑图→写逻辑式 →运用逻辑代数化简或变换→ 列逻辑状态表→ 分析逻辑功能

　　例：某一组合逻辑电路如下图所示，试分析其逻辑功能。

　　解：（1）由逻辑图写出逻辑式，并化简

　　（2）由逻辑式列出逻辑状态表（下表）

　　（3）分析逻辑功能

　　只当A，B，C全为“0”或全为“1”时，输出Y才为“1”，否则为“0”。故该电路称为“判一致电路”，可用于判断三个输入端的状态是否一致。

　　2、综合组合逻辑电路的步骤大致如下：

　　已知逻辑要求→ 列逻辑状态表→ 写逻辑式→ 运用逻辑代数化简或变换→ 或逻辑图

　　例：试设计一逻辑电路供三人（A，B，C）表决使用。每人有一电键，如果他赞成，就按电键，表示“1”；如果不赞成，不按电键，表示“0”。表决结果用指示灯来表示，如果多数赞成，则指示灯亮，Y=1；反之则不亮，Y=0。

　　解：（1）由题意列出逻辑状态

　　          共有八种组合，Y=I的只有四种。逻辑状态表如下表所示。

　　（2）由逻辑状态表写出逻辑式

　　（3）变换和化简逻辑式

　　对上式应用逻辑代数运算法则7，8，14进行变换和化简：

　　（4）由逻辑式画逻辑图

　　由上式画出的逻辑图如下图所示。

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　　逻辑电路按其逻辑功能和结构特点可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。单一的与门、或门、与非门、或非门、非门等逻辑门不足以完成复杂的数字系统设计要求。组合逻辑电路是采用两个或两个以上基本逻辑门来实现更实用、复杂的逻辑功能。

　　接下来跟随小编一起了解一下关于组合逻辑电路的实验原理吧。

　　一、实验目的

　　1、掌握用与非门组成的简单电路，并测试其逻辑功能。

　　2、掌握用基本逻辑门设计组合电路的方法。

　　二、实验原理

　　数字电路按逻辑功能和电路结构的不同特点，可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。组合逻辑电路是根据给定的逻辑问题，设计出能实现逻辑功能的电路。用小规模集成电路实现组合逻辑电路，要求是使用的芯片最少，连线最少。一般设计步骤如下：

　　1、首先根据实际情况确定输入变量、输出变量的个数，列出逻辑真值表。

　　2、根据真值表，一般采用卡诺图进行化简，得出逻辑表达式。

　　3、如果已对器件类型有所规定或限制，则应将函数表达式变换成与器件类型相适应 的形式。

　　4、根据化简或变换后的逻辑表达式，画出逻辑电路。

　　5、根据逻辑电路图，查找所用集成器件的管脚图，将管脚号标在电路图上，再接线 验证。

　　三、实验仪器及器件

　　数字实验箱一台，集成芯片74LS00一块、74LS20三块，导线若干。

　　四、实验内容

　　1、用非与门实现异或门的逻辑功能

　　（1） 用集成电路74LS00和74LS20（74LS20管脚见图1所示），按图2连接电路（自己设计接线脚标），A、B接输入逻辑，F接输出逻辑显示，检查无误，然后开启电源。

　　（2）按表1的要求进行测量，将输出端F的逻辑状态填入表内

　　（3） 由逻辑真值表，写出该电路的逻辑表达式

　　2、用与非门组成“三路表决器”

　　（1）用74LS00和74LS20组成三路表决器，按图3连接电路（自己设计接线脚标），A，B，C接输入逻辑，F接输出逻辑显示，检查无误，然后开启电源。

　　（2）按表2的要求进行测量，将输出端F的逻辑状态填入表内。

　　3、设计一个“四路表决器”逻辑电路并测试

　　设计一个四变量的多路表决器。当输入变量A、B、C、D有三个或三个以上为1时，输出F为1；否则输出F为0。

　　（1）根据设计要求列出表3四人表决器真值表。

　　（2）用卡诺图化简逻辑函数，写出逻辑表达，F=

　　（3）用74LS20与非门实现“四人表决器”，画出实验电路，标出接线脚并测试，验证所列真值表。

　　4、设计型题目：

　　试用两片74LS00，设计一个输血——受血判别电路，当输血者和受血者的血型符合下列规则时，配型成功，受血者可接受输血者提供的血液。

　　（1）A 型血可以输给A 或AB 型血的人；

　　（2）B 型血可以输给B 或AB 型血的人；

　　（3）AB 型血只可以输给AB 型血的人；

　　（4）O 型血可以输给A、B、AB、O 型血的人。

　　提示：AB代表输血者血型；CD代表受血者血型。00为o型血，01为A型血；10为B型血，11为AB型血，F为1可相互输血，为0不可相互输血。先列出真值表画出卡诺图写出最简与非式，并画出逻辑电路图。

　　用卡诺图化简逻辑函数，写出逻辑表达：

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