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摘 要：设计组合逻辑电路要求在满足逻辑功能和技术要求基础上,力求使电路简单、经济、可靠.实现组合逻辑函表达式的途径是多种多样的,可采用基本门电路,也可采用中、大规模集成电路.
关 键 词：组合逻辑电路设计竞争冒险现象门电路多余输入端
中图分类号：TN492文献标识码：A文章编号：1007-9416（2013）08-0155-01
组合逻辑电路的设计是根据给定的逻辑功能要求,用最少的逻辑门加以实现的过程,通常以电路简单,所用器件最少为目标.
1组合逻辑电路的设计
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,不知从何入手.笔者经过多年的教学,总结组合逻辑电路的设计步骤大致如下：
（1）根据对电路逻辑功能的要求,列出真值表；
（2）简化和变换逻辑表达式；
（3）画出逻辑图.
当然,上述设计步骤不是一成不变的,有些逻辑问题较简单,某些设计步骤就可以省略.这三个设计步骤中,最关键的是第一步,即根据逻辑要求列真值表.在列真值表时需弄清楚以下三个方面的概念：1）输入、输出变量是什么?2）0、1代表的含义是什么?3）输入输出的关系是什么?
下面通过具体例子来说明组合逻辑电路的设计步骤与方法.
例如设计一个交通灯故障报警电路,用与非门实现.交通灯有红、黄、绿三色,只有其中一只亮为正常状态,其余情况为故障状态.
第一步：由题意找出输入、输出变量,列真值表.
题中出现红、黄、绿三色交通灯,可分别用三个变量A、B、C来表示,其中每个变量1表示灯亮,0表示灯灭；Y表示电路是否报警,其中1表示报警,0表示不报警,根据题意,列出真值表,如表1所示.
第二步：将真值表写入卡诺图如图1所示,化简并转换成与非结构.
第三步：根据输出逻辑式画逻辑图,如图2所示.
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.
2组合逻辑电路设计中注意事项
上面介绍的是组合逻辑的一般设计方法,实际遇到的问题往往比较复杂,所以设计时应注意以下几点.
2.1注意组合逻辑电路的竞争冒险
组合逻辑电路设计时,都没有考虑逻辑门的延迟时间对电路产生的影响.实际上,信号在通过连线和逻辑门电路时,都有一定的延时.延时的大小与连线的长短和逻辑门的数目有关,同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响.信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间.由于存在这两方面因素,多路信号的电平值发生变化时,在信号变化的瞬间,可能与稳态下的逻辑功能不一致,产生错误输出,这种现象就是电路中的竞争冒险.冒险现象降低了逻辑电路的可靠性,因此在设计组合电路时要尽量地发现和消除冒险现象.
2.2注意门电路多余输入端的处理
利用逻辑门电路（CMOS或TTL）实现具体的电路时,应注意逻辑门多余端的处理.
集成逻辑门电路在使用时,一般不让多余的输入端悬空,以防止干扰信号引入.对于多余端的处理一是将它与其他输入端并接在一起.二是根据逻辑要求,与门或与非门的多余输入端通过1～3kΩ电阻接正电源,对CMOS电路可以直接接电源；或门或者或非们的多余输入端接地.对于高速电路的设计,并接会增加输入端等效电容性负载,而使信号的传输速度下降,最好采用如图3所示.