组合逻辑电路

出处:维库电子市场网时间:2023-02-23

    其输出在任何时刻仅取决于其输入的数字逻辑电路称为组合逻辑电路。组合逻辑电路的输出状态是其输入组合的逻辑结果,不涉及任何类型的存储器或存储等。与此相反,时序逻辑电路的输出取决于输入和输出的先前状态。输出前一状态的存储在时序逻辑电路中起着记忆的作用,反馈也起着类似的作用。组合逻辑电路除了输入外,没有记忆、存储、反馈等可能影响其逻辑输出的东西。在任何时刻,根据输入状态的逻辑组合,输入状态会立即反映在输出端。这意味着在任何输入状态发生变化的那一刻,输出可以相应地从“0”变为“1”或从“1”变为“0”。
    组合逻辑框图图 1:组合逻辑电路框图


    组合逻辑电路的组成
    组合逻辑电路由逻辑门、输入和输出变量等基本元件组成。输入和输出变量表示数字状态,即“0”或“1”。然而,逻辑门形成组合逻辑,可能由 NAND、NOR 和 NOT 逻辑门组成。这些逻辑门是任何数字逻辑电路的基本构建块。两个或多个逻辑门的组合形成组合逻辑电路。NAND 和 NOR 逻辑门,正如逻辑门部分所讨论的,被称为“通用门”,因为任何其他逻辑电路都可以仅使用它们中的任何一个来构建。组合逻辑电路可以简单也可以复杂,这取决于它执行的逻辑门或逻辑运算的数量。组合逻辑电路的任务是执行定义的逻辑功能,并且有多种方法来指定逻辑功能。组合逻辑电路的功能可以通过以下方法指定或表示:
      真值表以表格形式表示组合逻辑电路的逻辑功能,其中列出了所有可能的输入组合及其针对相应输出的状态。简单地说,它列出了每个可能的输入组合的逻辑输出。
       布尔代数以表达式或方程的形式表达组合逻辑。该表达式将输入和输出变量相关联以产生所需的函数或输出。可以通过提供输入状态(即“0”和“1”)并根据输入状态检查结果来评估表达式。
     逻辑图是组合逻辑电路的图形表示。它由以特定方式连接在一起以执行所需功能的逻辑门组成。逻辑图通过使用每个门的特定图形符号详细说明了组合逻辑中使用的每个逻辑门。\


    组合逻辑的表示方法图 2:组合逻辑的表示方法
    如前所述,组合逻辑电路由逻辑门组成,这些逻辑门以组合方式连接在一起以执行特定功能或决策等。组合逻辑电路组合两个或多个输入信号以产生至少一个输出信号,具体取决于它执行的逻辑操作。组合逻辑电路执行的典型应用或功能是编码器、解码器、多路复用器、 多路分解器、加法器等。
    组合逻辑分类


    组合逻辑电路的分类图 3:组合逻辑电路的应用
    在组合逻辑的应用中,重要和应用广泛的是复用器和解复用器电路。多路复用器根据选择线将多个输入之一路由到单个输出线。选择线代表选择将被路由到单个输出的输入线的代码。因此,选择线被解码以识别要路由的输入。另一方面,多路分解器执行多路复用的逆过程,即根据选择线将单个输入路由到多条输出线中的一条。多路复用器基本上由两部分组成:解码器和固态开关。在讨论复用、解复用、编码、解码等之前先介??绍固态开关的应用和工作。
    固态开关
    传统的机电开关和继电器不用于数字系统,主要是因为它们的转换时间长。另一方面,基于硅的固态开关具有快速的转换时间,并且它们产生的损耗可以忽略不计。基于晶体管-晶体管-逻辑 (TTL) 的固态开关使用晶体管作为单向器件的开关。场效应晶体管 (FET)、基于互补金属氧化物半导体 (CMOS) 的器件用作双向开关,非常适合用于需要双向固态开关的应用。固态开关通常根据开关应用进行分类,并具有不同的类型和额定值等。
    固态开关的开关应用
    下面列出了固态开关的三 (3) 个主要开关应用:模拟开关:它们用于路由信号,例如音频、视频、数据交换/通信、仪器仪表和过程信号等。数字开关:它们涉及USB、LAN、USART、以太网等数字外设中的高速信号路由、数据传输和执行切换。电源开关:它们用于传递高压和电流信号,例如用于电源模块、整流器、逆变器等。
    模拟双边开关
    模拟双向开关是那些在“关断”状态下抑制(阻止)数据和信号电流切换,而仅在“开”状态下允许切换的开关。开关状态的触发由施加在开关控制栅极的数字信号执行。“OFF”和“ON”之间的切换非常迅速,反之亦然。该开关在“ON”状态下提供可忽略的电阻(理想情况下为零),而在“OFF”状态下提供非常高的电阻(理想情况下为无穷大)。下图显示了一个典型的由 N 和 P 沟道 MOSFET 组成的双向固态开关。


    双向 MOSFET 开关图 4:基于双向 MOSFET 的开关的典型图
    信号或数据的方向可以从左到右或从右到左切换,具体取决于 MOSFET 的状态和两侧的电压电平。MOSFET 的状态由“控制”信号触发。当“控制”信号为“1”时,N 沟道 MOSFET 为“OFF”,P 沟道 MOSFET 为“ON”。当“控制”信号为“0”时,MOSFET 的状态会反转。
    接触类型
    就像机电开关一样,固态开关也根据每个开关提供的掷数和极数来命名。例如,单刀单掷 (SPST)、单刀双掷 (SPDT)、单刀四掷 (SPQT) 等。每个触点的状态为“打开”或“闭合”,并且在正常情况下即未通电状态它们分别被标准化为“常开(NO)”和“常闭(NC)”。此外,它们还包括 make-before-break 和 break-before-make 等配置。下图说明了几种触点类型。


    SPST 和 SPDT图 5:单刀单掷 (SPST) 和单刀双掷 (SPDT)
    模拟开关以 IC 封装的形式在市场上销售,每个 IC 包括多个开关以形成多通道多路复用器。例如,74HC4066 有四 (4) 个独立的双向开关。众所周知的复用器和解复用器具有多路双边开关,它们是 CMOS 模拟开关的变体。

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