通常,把反映“条件”和“结果”之间的关系称为逻辑关系。如果以电路的输入信号反映“条件”,以输出信号反映“结果”,此时电路输入、输出之间也就存在确定的逻辑关系。数字电路就是实现特定逻辑关系的电路,因此,又称为逻辑电路。逻辑电路的基本单元是逻辑门,它们反
映了基本的逻辑关系。
基本逻辑关系和逻辑门
基本逻辑关系和逻辑门
逻辑电路中用到的基本逻辑关系有与逻辑、或逻辑和非逻辑,相应的逻辑门为与门、或门及非门。
一、与逻辑及与门
与逻辑指的是:只有当决定某一事件的全部条件都具备之后,该事件才发生,否则就不发生的一种因果关系。
如图2.1.1所示电路,只有当开关A与B全部闭合时,灯泡Y才亮;若开关A或B其中有一个不闭合,灯泡Y就不亮。
这种因果关系就是与逻辑关系,可表示为Y=A•B,读作“A与B”。在逻辑运算中,与逻辑称为逻辑乘。
(a)常用符号
图2.1.1 与逻辑举例 (b)国标符号
与门是指能够实现与逻辑关系的门电路。与门具有两个或多个输入端,一个输出端。其逻辑符号如图2.1.2所示,为简便计,输入端只用A和B两个变量来表示。
与门的输出和输入之间的逻辑关系用逻辑表达式表示为: Y=A•B=AB
两输入端与门的真值表如表2.1.1所示。波形图如图2.1.3所示。
表2.1.1 与门真值表
A B Y 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 图2.1.2 与逻辑符号 图2.1.3 与门的波形图
由此可见,与门的逻辑功能是,输入全部为高电平时,输出才是高电平,否则为低电平。 二、或逻辑及或门
或逻辑指的是:在决定某事件的诸条件中,只要有一个或一个以上的条件具备,该事件就会发生;当所有条件都不具备时,该事件才不发生的一种因果关系。
如图2.1.4所示电路,只要开关A或B其中任一个闭合,灯泡Y就亮;A、B都不闭合,灯泡Y才不亮。这种因果关系就是或逻辑关系。可表示为:
Y=A+B
读作“A或B”。在逻辑运算中或逻辑称为逻辑加。
图2.1.4 或逻辑举例
(a)常用符号 (b)国标符号 图2.1.5 或逻辑符号
或门是指能够实现或逻辑关系的门电路。或门具有两个或多个输入端,一个输出端。其逻辑符号如图2.1.5所示。
或门的输出与输入之间的逻辑关系用逻辑表达式表示为: Y=A+B
两输入端或门电路的真值表和波形图分别如表2.1.2和图2.1.6所示。
表2.1.2 A B 0 0 0 1 1 0 1 1 Y 0 1 1 1 图2.1.6 或门的波形图
由此可见,或门的逻辑功能是,输入有一个或一个以上为高电平时,输出就是高电平;输入全为低电平时,输出才是低电平。
三、非逻辑及非门
非逻辑是指:决定某事件的唯一条件不满足时,该事件就发生;而条件满足时,该事件反而不发生的一种因果关系。
(a)常用符号 (b)国标符号 图2.1.7 非逻辑举例 图2.1.8 非逻辑符号 如图2.1.7所示电路,当开关A闭合时,灯泡Y不亮;当开关A断开时,灯泡Y才亮。这种因果关系就是非逻辑关系。可表示为Y=A,读作“A非”或“非A”。在逻辑代数中,非逻辑称为“求反”。
非门是指能够实现非逻辑关系的门电路。它有一个输入端,一个输出端。其逻辑符号如图2.1.8所示。
非门的输出与输入之间的逻辑关系用逻辑表达式表示为: Y=A
A Y 0 1 1 0
图2.1.9 非门的波形图
其真值表和波形图分别如表2.1.3和图2.1.9所示。
由此可见,非门的逻辑功能为,输出状态与输入状态相反,通常又称作反相器。
复合逻辑门
由与门、或门和非门可以组合成其他逻辑门。把与门、或门、非门组成的逻辑门叫复合门。常用的复合门有与非门、或非门、异或门、与或非门等。
一、与非门
将一个与门和一个非门按图2.1.10连接,就构成了一个与非门。与非门有多个输入端,一个输出端。三端输入与非门的逻辑符号如图2.1.11所示,它的逻辑表达式为:
Y=A•B•C=ABC
(a)常用符号 (b)国标符号 图2.1.10 与非逻辑
图2.1.11 与非逻辑符号 真值表和波形图分别如表2.1.4和图2.1.12所示。
A B C 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Y 1 1 1 1 1 1 1 0
由此可知,与非门的逻辑功能为:当输入全为高电平时,输出为低电平;当输入有低电平时,输出为高电平。
二、或非门
把一个或门和一个非门连接起来就可以构成一个或非门,如图2.1.13所示。或非门也可有多个输入端和一个输出端。
三端输入或非门的逻辑符号如图2.1.14所示,它的逻辑表达式为:
Y=ABC
真值表和波形图分别如表2.1.5和图2.1.15所示。
由此可知,或非门的逻辑功能为:当输入全为低电平时,输出为高电平;当输入有高电
表2.1.5
平时,输出为低电平。
A B C 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Y 1 0 0 0 0 0 0 0
三、异或门
当两个输入变量的取值相同时,输出变量取值为0;当两个输入变量的取值相异时,输出变量取值为1。这种逻辑关系称为异或逻辑。能够实现异或逻辑关系的逻辑门叫异或门。异或门只有两个输入端和一个输出端,其逻辑符号如图2.1.16(a)所示。 异或门的逻辑表达式为:
B+A· Y=A·B=A⊕B
式中,符号⊕表示异或逻辑。
异或门真值表如表2.1.6所示。波形图如图(b)所示。
异或门表2.1.6 异或门真值表 的逻辑功能 可简述为:输
入相异,输出为高电平。输入相同,输出为低电平。
A B Y 0 0 0 1 1 0 1 1
0 1 1 0
四、与或非门
把两个与门、一个或门和一个非门联结起来,就构成了与或非门。它有多个输入端、一个输出端,逻辑符号如图2.1.17(a)所示。其逻辑表达式为: Y=ABCD
真值表如表2.1.7所示,波形图见图2.1.17(b)。与或非门的逻辑功能是:当任一组与门输入端全为高电平或所有输入端全为高电平时,输出为低电平;当任一组与门输入端有低平或所有输入端全为低电平时,输出为高电平。
表2.1.7与或非门真值表
输 入 A B C D 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 输 出 Y 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 2.2 逻辑代数基础
逻辑代数是讨论逻辑关系的一门学科,它是分析和设计逻辑电路的数学基础。逻辑代数是由英国科学家乔治·布尔(George·Boole)创立的,故又称布尔代数。
逻辑代数也是用字母表示变量,但是逻辑代数和普通代数有着根本的区别。逻辑代数中的逻辑变量只有两种可能取值—— 0和1,而且这里的0和1不同于普通代数中的0和1。它只表示两种对立的逻辑状态,并不表示数量的大小。
2.2.1 逻辑代数的基本定理与规则
在逻辑运算中,基本的逻辑关系有与、或、非三种。在逻辑代数中,相应地也有三种基本运算,即与运算、或运算和非(求反)运算。
1. 与运算(逻辑乘)
图T1101所示与门电路的逻辑关系为Y=AB,由此可得与运算的规则为: 0·0=0 0·1=0 1·0=0 1·1=1 A·0=0 A·1=A A·A=A 2. 或运算(逻辑和)
图T1104所示或门电路的逻辑关系为Y=A+B,由此可得或运算的规则为: 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1 A+0=A A+1=1 A+A=A 3. 非运算(求反运算)
图T1107所示非门电路的逻辑关系为Y=A,由此可得非运算的规则为: 0=1 1=0
A+A=1 A·A=0 A=A
2.2.2 逻辑代数的基本定律
逻辑代数不但有与普通代数相似的交换律、结合律和分配律,其本身还有一些特殊定律。常用的定律如下:
(1)交换律 A·B=B·A A+B=B+A (2)结合律 (A·B)·C=A·(B·C)
(A+B)+C =A+(B+C) (3)分配律 A·(B+C)=A·B+A·C A十BC=(A+B)(A+C) (4)重迭律 A·A=A A+A=A (5)0-1律 0·A=0 0+A=A 1·A=A 1+A=1 (6)互补律 A·A=0 A+A=1
B (7)摩根定律 A•B=A+B AB=A· (8)吸收律 A·(A+B)=A A+AB=A
1)与门(AND Gate)
[学生活动] 通过演示实验,学习与门电路的逻辑关系。观察实验结果,填写真值表。
输入 A 0 0 1 1
B 0 1 0 1 输出 Z 0 0 0 1
(2)或门(OR Gate)
[学生活动] 分组实验,填写真值表。
输入 A 0 0 1 1
B 0 1 0 1 我们把输入A与输入B均是高电势时,输出Z才是高电势的逻辑电路叫做与门。 [讨论]与逻辑为:当决定某一事件的所有条件全部具备时,这一事件才会发生。 与门用来实现与逻辑关系的电路。
A 与门的符号 & Z B 输出 Z 0 1 1 1 我们把输入A与输入B任一个或者两个都为高电势时,输出Z就为高电势的逻辑电路叫做或门。
[讨论]或逻辑为:当决定某一事件的各个条件中,只要一个或一个以上条件成立,这一事件就会发生。
与门的符号
A
B
(2)非门(NOT Gate)
观察演示实验,填写真值表。
输入 A 0 1
我们把输入A为高电势时输出Z为低电势输入A为低电势时输出Z为高电势的逻辑电路叫做非门。
非逻辑为:当某一事件的发生总是和条件相反,即条件成立,事件不发生;条件不成立,事件发生。
非门的符号
A 1 Z
≥1 Z
输出 Z 1 0
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