组合逻辑电路设计和仿真

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1、组合逻辑电路设计和仿真摘要：以交通信号灯监控器为例分析了组合逻辑电路设计的过程，运用SSI、MSI为主要元件分别设计了三种实现电路，并总结了这三种电路的特点，最后利用Multisim软件进行了仿真测试，为组合逻辑电路的设计与仿真提供了借鉴方法。关键词：组合逻辑电路；电路设计；Multisim；仿真;交通信号灯；监控器中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2013)29-6625-041概述数字电子技术已广泛应用于各个专业技术领域，组合逻辑电路是数字电路重要的组成部分，也是时序逻辑电

2、路设计的基础，在实践中被广泛应用。组合逻辑电路的输出仅与当前的输入状态有关，而与输入之前的信号状态无关，因此组合逻辑电路没有记忆功能，在其电路中没有反馈延迟电路[1-2]oMultisim的前身是EWB(ElectronicsWorkbench)软件，是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的交互式SPice仿真和电路分析软件，专用于原理图捕获、交互式仿真、电路板设计和集成测试[3-5]oMultisim软件包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。本文以

3、交通信号灯监控器为例，分别运用与非门74LS00、中规模集成数据选择器74LS151和中规模集成译码器74LS138为主要元件设计三种实现监控交通信号灯状态的控制电路，并利用Multisim12.0软件进行仿真测试。2组合逻辑电路的设计2.1组合逻辑电路设计的一般步骤组合逻辑电路设计主要是将用户的具体设计要求用逻辑函数加以描述，再用具体的电路加以实现的过程。组合逻辑电路的设计可分为小规模集成电路、中规模集成电路、定制或半定制集成电路的设计［6］。其设计的一般步骤可用图1来表不：1）首先对命题要求进行分析，确定

4、输入变量、输出变量的个数和状态，并以真值表的形式列出；2）根据真值表写出逻辑函数表达式；3）通过逻辑化简，写出最简的逻辑函数表达式；4）根据逻辑功能要求以及实际情况，选择合适的门器件，把最简的表达式转换为相应的表达式；5）根据表达式画出该电路的逻辑电路图。2.2组合逻辑电路的设计方法组合逻辑电路可以采用分立元件实现，随着微电子技术的迅速发展和集成电路工艺水平的提高，单块芯片的集成度越来越高，价格越来越便宜，也可用通过小规模集成电路SSI,中规模集成电路MSI、定制或半定制集成电路等来实现⑺。本文以监控交通信号

5、灯工作状态的监控器为例分析组合逻辑电路的设计方法。交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言，每一组交通信号灯由红、黄、绿三盏灯组成。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且也仅有一盏灯亮。当出现其他状态时，电路发生故障，这时监控器发出故障信号以提醒维护人员前去修理。2.2.1命题分析根据交通信号灯监控器的工作原理，确定红、黄、绿三盏灯的状态为输入变量，分别用A、B、C表示；取故障信号为输出变量，用F表示。假设：A、B、C取1时，表示灯亮，A、B、C取0时，表示灯不亮；F为1时，表示工作状

6、态正常，F为1时表示发生故障。2.2.2列写真值表根据命题分析列出逻辑真值表，如表1所示。计算机工程应用技术jxy02.jpg〉(1)运用卡诺图化简，可得简化的逻辑函数表达式：2.2.4把最简的表达式转换为相应的表达式逻辑电路图是根据逻辑函数表达式得出的，因此画逻辑电路图之前要根据逻辑功能要求以及实际情况确定元件，将最简的表达式转换为与所选用元件相对应的表达式。1)选用与非门实现选用集成与非门74LS00.74LS20实现交通信号灯监控器，将输出与输入之间的逻辑关系转换为与非表达式。通过表达式变换，得到式3

7、。(6)其中，Yi是输出端，mi是关于输入变量An-1,An-2,,AO的最小项，0由于译码器电路的输出列出了该电路的所有最小项表达式，而任何一个组合逻辑电路都可以写成最小项表达式的形式，因此我们可运用译码器电路实现各种组合逻辑电路。选用中规模集成译码器74LS138来实现交通信号灯监控器。由于74LS138的输出是反变量形式，低电平有效，因此变换式1得：[F=ABC+ABC+ABC+ABC+ABC=mO+m3+m5+m6+m7=m0+m3+m5+m6+m7=m0?m3?m5?m6?m7](7)使74LS13

8、8的三个数据输入端分别为：A=A2,B=A1,C=AO,且三个使能端有效，则74LS138中的8个输出可分别与交通信号灯监控器输出的最小项一一对应。2.2.5根据表达式画出逻辑电路图为了便于逻辑电路图的验证，利用Multisim12.0设计逻辑电路图。根据2.2.4小节中三种设计方法的相应表达式:式3、式5、式7画出逻辑电路图，分别如图2、图3、图4所示。图2〜图4中的XLC1为逻辑转换仪，它是Mu