組合邏輯電路
出處:維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于:2023-02-23 17:06:42 | 360 次閱讀
其輸出在任何時(shí)刻僅取決于其輸入的數(shù)字邏輯電路稱(chēng)為組合邏輯電路。組合邏輯電路的輸出狀態(tài)是其輸入組合的邏輯結(jié)果,不涉及任何類(lèi)型的存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)等。與此相反,時(shí)序邏輯電路的輸出取決于輸入和輸出的先前狀態(tài)。輸出前一狀態(tài)的存儲(chǔ)在時(shí)序邏輯電路中起著記憶的作用,反饋也起著類(lèi)似的作用。組合邏輯電路除了輸入外,沒(méi)有記憶、存儲(chǔ)、反饋等可能影響其邏輯輸出的東西。在任何時(shí)刻,根據(jù)輸入狀態(tài)的邏輯組合,輸入狀態(tài)會(huì)立即反映在輸出端。這意味著在任何輸入狀態(tài)發(fā)生變化的那一刻,輸出可以相應(yīng)地從“0”變?yōu)椤?”或從“1”變?yōu)椤?”。
組合邏輯框圖圖 1:組合邏輯電路框圖
組合邏輯電路的組成
組合邏輯電路由邏輯門(mén)、輸入和輸出變量等基本元件組成。輸入和輸出變量表示數(shù)字狀態(tài),即“0”或“1”。然而,邏輯門(mén)形成組合邏輯,可能由 NAND、NOR 和 NOT 邏輯門(mén)組成。這些邏輯門(mén)是任何數(shù)字邏輯電路的基本構(gòu)建塊。兩個(gè)或多個(gè)邏輯門(mén)的組合形成組合邏輯電路。NAND 和 NOR 邏輯門(mén),正如邏輯門(mén)部分所討論的,被稱(chēng)為“通用門(mén)”,因?yàn)槿魏纹渌壿嬰娐范伎梢詢(xún)H使用它們中的任何一個(gè)來(lái)構(gòu)建。組合邏輯電路可以簡(jiǎn)單也可以復(fù)雜,這取決于它執(zhí)行的邏輯門(mén)或邏輯運(yùn)算的數(shù)量。組合邏輯電路的任務(wù)是執(zhí)行定義的邏輯功能,并且有多種方法來(lái)指定邏輯功能。組合邏輯電路的功能可以通過(guò)以下方法指定或表示:
真值表以表格形式表示組合邏輯電路的邏輯功能,其中列出了所有可能的輸入組合及其針對(duì)相應(yīng)輸出的狀態(tài)。簡(jiǎn)單地說(shuō),它列出了每個(gè)可能的輸入組合的邏輯輸出。
布爾代數(shù)以表達(dá)式或方程的形式表達(dá)組合邏輯。該表達(dá)式將輸入和輸出變量相關(guān)聯(lián)以產(chǎn)生所需的函數(shù)或輸出??梢酝ㄟ^(guò)提供輸入狀態(tài)(即“0”和“1”)并根據(jù)輸入狀態(tài)檢查結(jié)果來(lái)評(píng)估表達(dá)式。
邏輯圖是組合邏輯電路的圖形表示。它由以特定方式連接在一起以執(zhí)行所需功能的邏輯門(mén)組成。邏輯圖通過(guò)使用每個(gè)門(mén)的特定圖形符號(hào)詳細(xì)說(shuō)明了組合邏輯中使用的每個(gè)邏輯門(mén)。\
組合邏輯的表示方法圖 2:組合邏輯的表示方法
如前所述,組合邏輯電路由邏輯門(mén)組成,這些邏輯門(mén)以組合方式連接在一起以執(zhí)行特定功能或決策等。組合邏輯電路組合兩個(gè)或多個(gè)輸入信號(hào)以產(chǎn)生至少一個(gè)輸出信號(hào),具體取決于它執(zhí)行的邏輯操作。組合邏輯電路執(zhí)行的典型應(yīng)用或功能是編碼器、解碼器、多路復(fù)用器、 多路分解器、加法器等。
組合邏輯分類(lèi)
組合邏輯電路的分類(lèi)圖 3:組合邏輯電路的應(yīng)用
在組合邏輯的應(yīng)用中,最重要和應(yīng)用最廣泛的是復(fù)用器和解復(fù)用器電路。多路復(fù)用器根據(jù)選擇線(xiàn)將多個(gè)輸入之一路由到單個(gè)輸出線(xiàn)。選擇線(xiàn)代表選擇將被路由到單個(gè)輸出的輸入線(xiàn)的代碼。因此,選擇線(xiàn)被解碼以識(shí)別要路由的輸入。另一方面,多路分解器執(zhí)行多路復(fù)用的逆過(guò)程,即根據(jù)選擇線(xiàn)將單個(gè)輸入路由到多條輸出線(xiàn)中的一條。多路復(fù)用器基本上由兩部分組成:解碼器和固態(tài)開(kāi)關(guān)。在討論復(fù)用、解復(fù)用、編碼、解碼等之前先介??紹固態(tài)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用和工作。
固態(tài)開(kāi)關(guān)
傳統(tǒng)的機(jī)電開(kāi)關(guān)和繼電器不用于數(shù)字系統(tǒng),主要是因?yàn)樗鼈兊霓D(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)。另一方面,基于硅的固態(tài)開(kāi)關(guān)具有快速的轉(zhuǎn)換時(shí)間,并且它們產(chǎn)生的損耗可以忽略不計(jì)。基于晶體管-晶體管-邏輯 (TTL) 的固態(tài)開(kāi)關(guān)使用晶體管作為單向器件的開(kāi)關(guān)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET)、基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 的器件用作雙向開(kāi)關(guān),非常適合用于需要雙向固態(tài)開(kāi)關(guān)的應(yīng)用。固態(tài)開(kāi)關(guān)通常根據(jù)開(kāi)關(guān)應(yīng)用進(jìn)行分類(lèi),并具有不同的類(lèi)型和額定值等。
固態(tài)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)應(yīng)用
下面列出了固態(tài)開(kāi)關(guān)的三 (3) 個(gè)主要開(kāi)關(guān)應(yīng)用:模擬開(kāi)關(guān):它們用于路由信號(hào),例如音頻、視頻、數(shù)據(jù)交換/通信、儀器儀表和過(guò)程信號(hào)等。數(shù)字開(kāi)關(guān):它們涉及USB、LAN、USART、以太網(wǎng)等數(shù)字外設(shè)中的高速信號(hào)路由、數(shù)據(jù)傳輸和執(zhí)行切換。電源開(kāi)關(guān):它們用于傳遞高壓和電流信號(hào),例如用于電源模塊、整流器、逆變器等。
模擬雙邊開(kāi)關(guān)
模擬雙向開(kāi)關(guān)是那些在“關(guān)斷”狀態(tài)下抑制(阻止)數(shù)據(jù)和信號(hào)電流切換,而僅在“開(kāi)”狀態(tài)下允許切換的開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)狀態(tài)的觸發(fā)由施加在開(kāi)關(guān)控制柵極的數(shù)字信號(hào)執(zhí)行?!癘FF”和“ON”之間的切換非常迅速,反之亦然。該開(kāi)關(guān)在“ON”狀態(tài)下提供可忽略的電阻(理想情況下為零),而在“OFF”狀態(tài)下提供非常高的電阻(理想情況下為無(wú)窮大)。下圖顯示了一個(gè)典型的由 N 和 P 溝道 MOSFET 組成的雙向固態(tài)開(kāi)關(guān)。
雙向 MOSFET 開(kāi)關(guān)圖 4:基于雙向 MOSFET 的開(kāi)關(guān)的典型圖
信號(hào)或數(shù)據(jù)的方向可以從左到右或從右到左切換,具體取決于 MOSFET 的狀態(tài)和兩側(cè)的電壓電平。MOSFET 的狀態(tài)由“控制”信號(hào)觸發(fā)。當(dāng)“控制”信號(hào)為“1”時(shí),N 溝道 MOSFET 為“OFF”,P 溝道 MOSFET 為“ON”。當(dāng)“控制”信號(hào)為“0”時(shí),MOSFET 的狀態(tài)會(huì)反轉(zhuǎn)。
接觸類(lèi)型
就像機(jī)電開(kāi)關(guān)一樣,固態(tài)開(kāi)關(guān)也根據(jù)每個(gè)開(kāi)關(guān)提供的擲數(shù)和極數(shù)來(lái)命名。例如,單刀單擲 (SPST)、單刀雙擲 (SPDT)、單刀四擲 (SPQT) 等。每個(gè)觸點(diǎn)的狀態(tài)為“打開(kāi)”或“閉合”,并且在正常情況下即未通電狀態(tài)它們分別被標(biāo)準(zhǔn)化為“常開(kāi)(NO)”和“常閉(NC)”。此外,它們還包括 make-before-break 和 break-before-make 等配置。下圖說(shuō)明了幾種觸點(diǎn)類(lèi)型。
SPST 和 SPDT圖 5:?jiǎn)蔚秵螖S (SPST) 和單刀雙擲 (SPDT)
模擬開(kāi)關(guān)以 IC 封裝的形式在市場(chǎng)上銷(xiāo)售,每個(gè) IC 包括多個(gè)開(kāi)關(guān)以形成多通道多路復(fù)用器。例如,74HC4066 有四 (4) 個(gè)獨(dú)立的雙向開(kāi)關(guān)。眾所周知的復(fù)用器和解復(fù)用器具有多路雙邊開(kāi)關(guān),它們是 CMOS 模擬開(kāi)關(guān)的變體。
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