任务2.1 组合逻辑电路
在数字系统中，常用的各种逻辑电路，就其结构、工作原理和逻辑功能而言，可分为两大类，即组合逻辑电路（简称组合电路）和时序逻辑电路（简称时序电路）。本项目主要研究组合逻辑电路。
1．定义
由若干个逻辑门组成的具有一组输入和一组输出的非记忆性逻辑电路，即为组合逻辑电路。其任意时刻的稳定输出，仅仅取决于该时刻的输入，而与电路原来的状态无关。其结构框图如图2-1所示。
图2-1 组合逻辑电路的结构框图
2．特点
1）从结构上看：输入与输出之间没有反馈延迟通路且电路中不含记忆元件。
2）从功能上看：电路任何时刻的输出仅取决于该时刻的输入，而与电路原来的状态无关。
描述组合电路逻辑功能的方法主要有逻辑表达式、真值表、卡诺图、逻辑图、波形图等。
2.1.1 组合逻辑电路的分析
1．分析组合逻辑电路的目的
分析组合逻辑电路是为了确定已知电路的逻辑功能，或者检查电路设计是否合理。分析就是根据给定的逻辑图，找出输出信号与输入信号之间的关系，从而确定电路的逻辑功能。
2．分析组合电路的步骤
1）根据给定的逻辑图，写出逻辑函数表达式（从输入到输出逐级写出）。
2）用公式法化简或变换逻辑函数表达式。
3）根据逻辑函数表达式，将输入变量全部取值组合，逐一代入表达式中计算，得到函数值，然后列出真值表。
4）分析真值表，确定电路的逻辑功能。
【例2-1】分析图2-2所示组合逻辑电路的功能。
图2-2 例2-1的组合逻辑电路
解：1）写出逻辑函数表达式：
2）化简，由反演律得Y=AB+BC+AC
3）列真值表，见表2-1。
4）确定逻辑功能：两个或两个以上输入为1时，输出Y为1，故此电路在实际应用中为“多数表决电路”。
表2-1 例2-1真值表
【例2-2】分析图2-3所示组合逻辑电路的功能。
图2-3 例2-2的组合逻辑电路
解：1）写出逻辑函数表达式：Y=A⊕B⊕C
2）列真值表，见表2-2。
表2-2 例2-2真值表
3）确定逻辑功能：输入奇数个1时，输出Y为1，故此电路为“三变量判奇电路”。
2.1.2 组合逻辑电路的设计
1．设计组合逻辑电路的目的
设计组合逻辑电路是为了得到满足功能要求的最佳电路。
所谓设计，就是根据给出的实际逻辑问题，求出能够实现这一逻辑功能（要求）的最简的逻辑电路，它是分析的逆过程。
2．设计组合逻辑电路的步骤
1）分析设计要求。根据题意，确定输入、输出变量并进行逻辑赋值（即确定0和1代表的含义）。
2）根据功能要求列出真值表。
3）由真值表写出逻辑函数表达式并根据需要化简和变换。
4）根据最简表达式画逻辑图或根据最小项表达式画出用组合逻辑电路实现该逻辑功能的电路图。
【例2-3】设计一个表决电路，有A、B、C三人进行表决，当有两人或两人以上同意时决议才算通过，但同意的人中必须有A。
解：1）确定输入、输出变量并赋值。设输入变量为A、B、C，1表示同意，0表示不同意；输出变量Y表示决议是否通过，1表示通过，0表示没有通过。
2）根据题目要求列真值表。真值表见表2-3。
表2-3 例2-3真值表
3）由真值表写出逻辑函数表达式并化简得
4）画出逻辑电路图。逻辑电路如图2-4a所示。
图2-4 例2-3的逻辑电路
若要求用与非门实现，则需要将化简后的与或表达式转换为与非表达式，即Y=
，画出的逻辑电路图如图2-4b所示。
【例2-4】设计一个组合逻辑电路，完成如下功能：
举重比赛设3名裁判（一名裁判长和两名助理裁判），裁判长认为杠铃已举起并符合标准时或者两名助理裁判都认为杠铃已举起并符合标准时，表示举重成功，否则，表示举重失败。要求用与非门实现。
解：1）确定输入、输出变量并赋值。设输入变量A表示裁判长，B、C表示两位裁判：1表示符合标准，0表示不符合标准；输出Y代表举重结果：1表示举重成功，0表示举重失败。
2）根据题目要求列真值表。真值表见表2-4。
表2-4 例2-4真值表
3）由真值表写出逻辑函数表达式：
化简并变换得
4）画出逻辑电路图。逻辑电路如图2-5所示。
图2-5 例2-4的逻辑电路
技能训练 组合逻辑电路的设计与验证
1．训练目标
1）掌握常用逻辑门电路的功能及使用方法。
2）会设计简单组合逻辑电路并正确接线，验证其逻辑功能。
3）能够排除电路中出现的故障。
2．训练器材
1）数字电子技术技能训练开发板。
2）集成电路74LS00、74LS20、杜邦线若干。
3．训练内容
使用小规模集成电路构成组合逻辑电路的设计步骤：首先，根据任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表；然后化简求出简化的逻辑函数表达式；其次，按实际选用的逻辑门的类型修改逻辑函数表达式，根据表达式画出逻辑电路图；最后，搭接电路测试从而验证设计的正确性。
1）设计一个密码锁，如图2-6所示。其中，A、B、C、D是四个二进制代码输入端，
为密码输入确认端（当
时，表示确认）。每把锁有四位密码（设该锁的密码为1011），若输入代码符合该锁密码且
确认时，送出一个开锁信号（F1=1），用于开锁指示的发光二极管亮；若输入代码不符合该锁密码且
确认时，送出报警信号（F2=1），用于报警指示的发光二极管亮；若
，不送出任何信号。
图2-6 密码锁示意图
2）用与非门设计一个多数表决电路。当三个输入中有多数个（两个或三个）为“1”时，输出才为“1”。
4．训练步骤
（1）设计一个密码锁电路
写出设计过程，要求用最少的逻辑门实现，画出实验电路图，搭接电路进行验证，并自拟表格记录实验结果。
（2）用与非门设计一个多数表决电路
按组合逻辑电路的设计步骤设计电路（写出最简与或表达式，然后变换为与非-与非形式并画出实验电路图），在开发板上用74LS00和74LS20搭接电路并验证功能。
5．训练报告要求
1）列出组合逻辑电路的设计过程。
2）绘制设计的电路图。
3）记录实验结果并填入自拟的相应表格中，分析各电路逻辑功能的正确性。