从表决器设计看组合逻辑电路设计方法

马惠兰（西北民族大学电气工程学院，兰州，730030）



从表决器设计看组合逻辑电路设计方法

马惠兰
（西北民族大学电气工程学院，兰州，730030）

摘要：组合逻辑电路是数字电路很重要的组成部分，其设计方法的掌握程度直接关系到数字系统的设计能力。本文通过三个实验，采用不同的方法设计了四变量多数表决器，并验证了其逻辑功能，进一步对组合逻辑电路的设计方法进行了分析总结，表现了数字电路设计的灵活性，锻炼了学生的动手能力。

关键词：表决器；组合逻辑电路；设计方法

0　引言

数字电路根据逻辑功能不同，分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。而组合逻辑电路的分析和设计还是时序逻辑电路分析和设计的基础，特别是设计方法。所以，熟练掌握组合逻辑电路的设计方法对于学习时序逻辑电路乃至数字系统的设计显得尤为重要。以四变量多数表决器为例，分别采用门电路、译码器和数据选择器进行设计，并在实验箱上进行逻辑功能验证。

1　四变量多数表决器设计要求

四变量多数表决器的设计要求是：当输入变量A、B、C、D有3个或3个以上为1时输出为1，输入为其他状态时输出为0。

设四变量多数表决器逻辑函数为Y，列出其真值表如表1所示。

由真值表得到函数Y的逻辑表达式为：

2　四变量多数表决器设计方法

2.1用与非门设计

用与非门设计组合逻辑电路，需要把逻辑函数转换成与非—与非式。上述四变量多数表决器逻辑函数Y利用卡诺图化简，形式转换得到：

选择2-4输入与非门74LS20，设计的四变量多数表决器逻辑图如图1 所示。

表1　四变量多数表决器的真值表

图1　用与非门设计的四变量多数表决器逻辑图

2.2用译码器设计

可见，用具有n位输入变量的二进制译码器可以实现最多n个变量的逻辑函数。如果译码器的输出函数是低有效，则可以用与非门和译码器设计逻辑函数，与非门的输入变量是要产生逻辑函数最小项之和表达式中对应的。如果译码器的输出函数是高有效，即，则可以用译码器的代替组合逻辑函数表达式中相应的，可以用或门和译码器设计逻辑函数，或门的输入变量是要产生逻辑函数最小项之和表达式中对应的。

2.3用数据选择器设计

图2　用译码器设计的四变量多数表决器逻辑图

图3　用数据选择器设计的四变量多数表决器逻辑图

可见，用具有n位地址输入的数据选择器，可以产生任何形式最多有个输入变量的组合逻辑函数，其中n个变量由数据选择器的n位地址输入变量实现，第个变量由数据选择器的个数据输入变量产生，他们为第个变量的原变量、反变量、0或1。

4　结论

本文通过四变量多数表决器的三种设计，并进行了功能验证，详细介绍和总结了用门电路、译码器和数据选择器设计组合逻辑函数的方法和技巧，也用实验证明了组合逻辑函数的逻辑表达式不唯一、逻辑图不唯一，而其逻辑真值表唯一，其逻辑功能完全相同。组合逻辑电路的设计非常灵活，实际中到底采用哪一种方法进行组合逻辑电路的设计，还取决于设计要求和器件的资源情况。

参考文献

[1] 阎石. 数字电子技术基础-5版[M]. 北京：高等教育出版社，2006

[2] 房国志. 数字电子技术实验教程[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2013

马惠兰（1969—），女，甘肃康乐人，本科，副教授，西北民族大学电气工程学院，主要研究方向为嵌入式系统及应用。

Design Method of Combinational Logic Circuit from the View of the Voting Machine Design

Ma Huilan
（College of Electrical and Engineering， Northwest University For Nationalities， Lanzhou 730030）

Abstract：The combinational logic circuits is very important part of the digital circuit，design method for the master degree directly related to digital system design capacity.In this paper，by three experiments，use different method to design the four variables majority voter，and verify its logic function，further of combinational logic circuit design methods are analyzed and summarized， showing the flexibility of digital circuit design，exercise the students' practical ability.

Keywords：voting machine;combinational logic circuit;design method

作者简介

课题：西北民族大学2013年教育教学改革项目，项目编号：13JG-1670665120。