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组合逻辑控制器工作原理

组合逻辑控制器组成结构及工作原理解析

按照控制信号产生的方式不同，控制器分为微程序控制器和组合逻辑控制器两类

微程序控制器是将全部控制信号存贮在控制存储器中。

优点：控制信号的逻辑设计、实现及改动都较容易。

缺点：产生控制信号所需的时间较长。

组合逻辑控制器，又称硬布线方案控制器，是用组合逻辑的门电路实现控制信号。

优点：产生控制信号所需的延迟时间少，对提高系统的运行速度有利。

缺点：控制信号的逻辑设计复杂，用门电路实现也较困难，尤其要变动一些设计更不方便。（见图）

一、组合逻辑控制器的组成与运行原理

1、组成：PC、IR、脉冲源和启停控制逻辑与微程序控制器相同，不同的是：

●微程序控制器中的控制存储器在组合逻辑控制器中变成时序控制信号形成部件，是用组合逻辑的门电路实

现的；

●微程序控制器中的下地址形成部件在组合逻辑控制器中变成节拍发生器，是由计数器线路实现的；

●增加了指令译码器，用于标识每一条不同的指令。

2、运行原理：依据执行过程中的操作码、当前指令所处的执行步骤等输入信号，用组合逻辑门电路直接、

快速地形成并送出指令当前执行步骤要求的控制信号。

二、TEC-8教学计算机的组成与设计

1、简介：TEC-8教学计算机字长8位，地址总线16位（可寻址64K内存），控制器用组合逻辑控制

器。

●运算器是Am2901（见图）

●16个通用寄存器中，R0、R1、R2和R3作为通用寄存器，其余12个作为专用寄存器

R5，R4用作16位的PC（程序计数器）

R7，R6用作16位的SP（堆栈指示器）

R9，R8用作内存读写地址AR

R11，R10用作指令转移或子程序的地址

2、指令系统概述

●指令中用到的符号：

DR:目的寄存器

SR: 源寄存器

OFFSET: 变址偏移量

DATA: 立即数

X: 一个bit位，可取值0或1

C、Z、V、S: 分别代表进位、结果为0、溢出和结果的符号位

●指令长度：单字节或双字节指令两种

●指令的操作码：采用操作码位数逐段扩展的技术，最少4位，最多8位

●指令的分类：首先按操作数的个数来分

（1）双操作数指令Ⅰ：

格式：

格式：操作码

已实现5条指令：ADD DR, SR ;加法指令

(使用R3~R0) SUB DR, SR ;减法指令

CMP DR, SR ;比较指令

AND DR, SR ;逻辑与指令

MOV DR, SR ;传送指令

（2）单操作数指令Ⅰ：

1 0 X X X X

DR/SR/IO PORT地址

已实现8条指令：SHR DR ;逻辑右移指令(使用R3~R0) SHL DR ;逻辑左移指令

PUSH DR;压栈指令

POP DR;出栈指令

CMP DR, SR ;比较指令

STO SR ;存数指令

LOD DR ;取数指令

IN I/O PORT ;输入指令

OUT I/O PORT ;输出指令

（3）单操作数指令Ⅱ：

格式：

格式：操作码

INC DR; 加1指令

（4）双操作数指令Ⅱ：

格式：操作码

MOVE DR, DATA; 立即数转送指令

（5）双字节指令

转移指令：JR OFFSET；无条件转移指令

JZ OFFSET；结果为0转移指令

JNZ OFFSET；结果不为0转移指令

JC OFFSET；结果有进位转移指令

JNC OFFSET ；结果无进位转移指令

（6）无操作数指令：已实现7条

PUSHF ；压栈指令

POPF ；出栈指令

STC ；进位位C置1

CLC ；进位位C置0

RET ；返回主程序

JMP ；转移指令，转移地址由R11,R10给出

CALL ；调用子程序指令，转移地址由R11,R10给出

格式：操作码

指令的执行步骤：(对于8位字长教学实验机）

读指令：地址寄存器低位（R8) ←指令的低位地址(R4)

地址寄存器高位（R9) ←指令的高位地址(R5)

修改指令地址PC←PC+1

读内存，指令寄存器←读出的指令

分析指令

执行指令：

●通用寄存器之间的运算和传送，可一步完成

●读写内存或读写外设操作，通常要三步完成，前两步用于向地址寄存器送入低、高位各8位地址，第三步

完成内存的读、写操作。

注：一条指令可仅在通用寄存器之间操作，可仅包括读写内存或外设，或它们一次、多次的不同的组合，因此，不同指令的执行步骤和操作内容是不一样的。

判中断请求：有中断请求，转去响应中断并处理；

无中断请求，执行下一条指令。

其次按指令的功能来分：

A组指令：ADD,SUB,CMP,AND,MOV,SHR,SHL,INC,IN,OUT,STC,CLC 共12条这类指令主要在CPU内

通用寄存器间传送，在取指令之后一步完成。

B组指令：

LOD,STO,PUSH,POP,PUSHF,POPF,MVD

这类指令完成的是一次内存读、写，在取指令之后可三步完成。前两步用于向地址寄存器送入低、高位各

8位地址，第三步完成内存的读、写操作。

C组指令：

CALL, RET, JM P, JR, JNZ, JZ, JNC, JC

这类指令完成的是与指令转移有关的操作，相对转移指令有5条：JR, JNZ, JZ, JNC, JC

转移地址=当前指令地址+指令第二字节中的偏移量

其中JNZ, JZ, JNC, JC属于条件转移指令，条件成立时转移要四步完成：前两步送读偏移量的内存地址，后两步读出偏移量计算转移地址送PC；条件不成立顺序执行，只须两步。

CALL , RET两条指令比较复杂，

为恢复或保存断点需两次读写内存，共需六步，还用两步为CALL指令给出子程序的入口地址。

节拍发生器

（1）作用：是用多位触发器的输出信号的不同组合状态，来标识每条指令的执行步骤。

（2）触发器的个数的确定：触发器输出能组合出的状态数应等于或大于全部指令执行状态的数目。

（3）为指令的执行状态分配编码：

原则：从一个状态变到另一状态时，状态发生变化的触发器的数目应尽量少，即4个二进制位中只变一个。

（4）写出每位触发器状态变化的逻辑表达式：

方法：状态用四位编码表示。

①当从一个状态转换到另一个状态时，若一位触发器的状态由0变为1或仍保持1时，该情形要写进表达

式中。

②当状态变化一定会发生时（不受任何条件限制），由原状态的4位编码组成一个条件写进表达式中。

③当状态变化是在某些条件成立时才会出现，则由原状态的4位编码再“与”上这些条件后写进表达式中。

组合逻辑电路的设计题目

1、在一旅游胜地，有两辆缆车可供游客上下山，请设计一个控制缆车正常运行的逻辑电路。要求：缆车A和B在同一时刻只能允许一上一下的行驶，并且必须同时把缆车的门关好后才能行使。设输入为A、B、C，输出为Y。（设缆车上行为“1”，门关上为“1”，允许行驶为“1”） (1) 列真值表；（4分）（2）写出逻辑函数式；（3分）（3）用基本门画出实现上述逻辑功能的逻辑电路图。（5分）解：（1）列真值表：（3）逻辑电路图： A B C Y 000 001 010 011 100 101 110 111 （2）逻辑函数式： 2、某同学参加三类课程考试，规定如下：文化课程（A）及格得2分，不及格得0分；专业理论课程（B）及格得3分，不及格得0分；专业技能课程（C）及格得5分，不及格得0分。若总分大于6分则可顺利过关（Y），试根据上述内容完成：（1）列出真值表；（2）写出逻辑函数表达式，并化简成最简式；（3）用与非门画出实现上述功能的逻辑电路。（3）逻辑电路图 A B C Y 000 001 010 011 100 101 110 111 (2)逻辑函数表达式3、中等职业学校规定机电专业的学生，至少取得钳工(A)、车工(B)、电工(C)中级技能证书的任意两种，才允许毕业（Y）。试根据上述要求：（1）列出真值表；（2）写出逻辑表达式，并化成最简的与非—与非形式；（3）用与非门画出完成上述功能的逻辑电路。解：（1（3）逻辑电路： A B C Y 000 001 010 011 100 101 110 111 （2）逻辑表达式：最简的与非—与非形式： 4、人的血型有A、B、AB和O型四种，假定输血规则是：相同血型者之间可输出，AB血型者可接受其他任意血型，任意血型者可接受O型血。图1是一个输血判断电路框图，其中A1A0表示供血者血型，B1B0表示受血者型，现分别用00、01、10和11表示A、B、AB和O四种血型。Y 为判断结果，Y=1表示可以输血，Y=0表示不允许输血。请写出该判断电路的真值表、最简与—或表达式，并画出用与非门组成的逻辑图。输血判断电路框图：解：（1）真值表：（3）逻辑图：输入输出 A1A0B1B0Y 0000 0001 0010 0011

组合逻辑电路中的竞争与冒险.

组合逻辑电路中的竞争与冒险前面分析组合逻辑电路时,都没有考虑门电路的延迟时间对电路产生的影响。实际上, 从信号输入到稳定输出需要一定的时间。由于从输入到输出的过程中, 不同通路上门的级数不同, 或者门电路平均延迟时间的差异, 使信号从输入经不同通路传输到输出级的时间不同。由于这个原因, 可能会使逻辑电路产生错误输出,通常把这种现象称为竞争冒险。竞争:在组合逻辑电路中, 某个输入变量通过两条或两条以上途径传到输出门的输入端, 由于每条途径的延迟时间不同帮到达输出门的时间就有先有后, 这种现象称为竞争。冒险:是指数字电路中, 某个瞬间出现了非预期信号的现象, 即某一瞬间数字电路出现了违背真值表所规定的逻辑电平。这样就出现了不该出现的尖脉冲, 一、竞争冒险的概念及其产生的原因以图示电路为例可看出, 大多数组合电路都存在竞争, 但所有竞争不一定都产生错误的干扰脉冲。竞争是产生冒险的必然条件, 而冒险并非竞争的必然结果。由以上分析可知, 只要两个互补的信号送入同一门电路, 就可能出现竞争冒险。因此把冒险现象分为两种: 1. “ 0”型冒险

A A +冒险在理想情况下输出电平为“ 1” , 由于竞争输出产生低电平窄脉冲。 A A ?冒险在理想情况下输出电平为“ 0” ,由于竞争输出产生高电平窄脉冲。二、竞争冒险的判断方法判断竞争冒险是否存在的方法很多,最常见的方法有: 1.代数法在逻辑函数表达式中, 是否存在某变量的原变量和反变量。若去掉其他变量得到 A A Y +=,电路有可能产生“ 0”冒险;若得到 A A Y ?=,则可能产生“ 1” 冒险。 2.卡诺图法画出逻辑函数的卡诺图, 当卡诺图中两个合并最小项圈相切, 即两个合并最小项圈相邻—有相邻项, 各合并最小项圈各自独立—不相交时, 这个逻辑函数有可能出现冒险现象。三、消除竞争冒险的方法 1.修改逻辑设计 (1代数法 ①逻辑变换消去互补量 ((C A B A Y ++=当 B =C=0时, A A Y ?=, 存在竞争冒险。若将逻辑函数表达式进行逻辑变换,则 BC B A AC Y ++=,这时消去了 A A ?互补量,从而不会产生竞争冒险。②增加乘积项 C A AB Y +=当 B=C=1时, A A Y +=,存在竞争冒险。若增加乘积项 BC , 则 BC C A AB Y ++=,消除了竞争冒险。 (2卡诺图法将卡诺图中相切的圈用一个多余的圈连接起来,即可消除冒险现象。

组合逻辑电路设计心得体会

组合逻辑电路设计心得体会篇一：实验一_组合逻辑电路分析与设计实验1 组合逻辑电路分析与设计 XX/10/2 姓名：学号：班级：15自动化2班 ? 实验内容................................................. .. (3) 二.设计过程及讨论 (4) 1.真值表................................................. .(转载于: 小龙文档网:组合逻辑电路设计心得体会)................4 2.表达式的推导................................................. .....5 3.电路图................................................. .................7 4.实验步骤................................................. .............7 5. PROTEUS软件仿真 (9)

三测试过程及结果讨论.....................................11 1.测试数据................................................. ...........11 2.分析与讨论................................................. . (13) 四思考题................................................. (16) 实验内容：题目：设计一个代码转换电路，输入为4位8421码输出为4位循环码（格雷码）。实验仪器及器件： 1.数字电路实验箱，示波器 2.器件：74LS00（简化后，无需使用，见后面） 74LS86（异或门），74LS197 实验目的： ①基本熟悉数字电路实验箱和示波器的使用 ②掌握逻辑电路的设计方法，并且掌握推导逻辑表达式的方法 ③会根据逻辑表达式来设计电路 1.真值表：

用数据选择器设计组合逻辑电路

用数据选择器设计组合逻辑电路一、用一片四选一数据选择器实现逻辑函数：BC C A C AB Y ++=//// 要求写出分析与计算过程并画出连线图。四选一数据选择器的功能表及逻辑图如下图所示。（10分）解一：（1）选A 、B 作为数据选择器的地址码A 1、A 0，将逻辑函数变形为： ) ()()1()(//////////////////C AB C AB B A C B A ABC BC A BC A C B A C AB BC C A C AB Y +++=++++=++= （2）将变形后的逻辑函数与四选一数据选择器的输出逻辑式进行比较得： 013/0120/11/0/10A A D A A D A A D A A D Y +++= C D C D D C D ====3/21/0;;1; （3）连接电路：

解二：（1）、写出四选一数据选择器的逻辑表达式：（2分） S A A D A A D A A D A A D Y ?+++=)(013/0120/11/0/10 （2）、把所求逻辑函数的表达式变形：（4分） C AB C AB B A C B A ABC BC A BC A C B A C AB BC C A C AB Y )()(1)()(//////////////////++?+=++++=++= （3）、确定电路连接：（4分）将上述两个表达式进行比较，可知应令： 1=S ，即0/=S 01;A B A A == C D C D D C D ====3/21/0;;1; （4）、画出连接图：（ 2分）

二、试用一片四选一数据选择器实现逻辑函数： ' +' ' = Y' + B C A AC BC A 要求写出详细的设计过程并画出连线图。四选一数据选择器的功能表及逻辑图如图（a）、(b)所示。（10分）解：（1）、把所求逻辑函数的表达式变形：（4分）（2）、与四选一数据选择器的逻辑表达式进行比较，确定电路连接：（4分）（3）、画出连接图：（ 2分）

组合逻辑电路的设计

\ 广州大学学生实验报告开课学院及实验室：电子信息楼410 2013年5月20日学院机械与电气工程学院年级、专业、班 11级电气1班姓名·学号实验课程名称数字电子技术实验成绩实验项目名称；实验二设计性实验——组合逻辑电路的设计指导老师一、实验目的 1、学习组合逻辑电路的设计方法； 2、掌握使用通用逻辑器件实现逻辑电路的一般方法。二、实验原理使用中、小规模集成电路来设计组合电路时最常见的逻辑电路设计方法。设计的过程通常是根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成的工作。 , 组合逻辑电路的设计工作通常可按如下步骤进行。（1）进行逻辑抽象（2）写出逻辑函数式（3）选定器件的类型（4）将逻辑函数化简或变换成适当形式（5）根据化简或变换后的逻辑函数式画出逻辑电路的连接图（6）工艺设计例设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。每一组信号灯由红、黄、绿3盏灯组成，如图 3-22所示。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯亮，而且只允许有一盏灯亮。而当出现其他5种点亮状态时，电路发生故障，这是要求发出故障信号，以提醒维护人员前去修理。 { 首先进行逻辑抽象。取红、黄、绿3盏灯的状态为输入变量，分别用R、Y、G表示，并规定灯亮时为1，不亮为0。取故障信号为输出变量，以Z表示，并规定正常工作状态下Z=0，发生故障时Z=1。更具题意可列出表3-9 所示的逻辑真值表。表3-9真值表 R Y G Z\ R Y G Z 000[ 1 1000 00| 1 01011 0{ 1 001101

控制器的工作原理介绍

控制器的工作原理介绍控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。控制器的分类有很多，比如LED控制器、微程序控制器、门禁控制器、电动汽车控制器、母联控制器、自动转换开关控制器、单芯片微控制器等。 1.LED控制器(LED controller)：通过芯片处理控制LED灯电路中的各个位置的开关。控制器根据预先设定好的程序再控制驱动电路使LED阵列有规律地发光，从而显示出文字或图形。 2.微程序控制器：微程序控制器同组合逻辑控制器相比较，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器，并已被广泛地应用。在计算机系统中，微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。 3.门禁控制器：又称出入管理控制系统(Access Control System) ，它是在传统的门锁基础上发展而来的。门禁控制器就是系统的核心，利用现代的计算机技术和各种识别技术的结合，体现一种智能化的管理手段。 4.电动汽车控制器：电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。上述只是简单的介绍了几种控制器的名称和主要功能，控制器的种类繁多、技术不同、领域不同。在控制器领域内，高标科技作为一家国家级的高新企业，其主打产品是电动车控制器，并且在电动车控制领域内占有很重要的地位，之前已经说到电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。高标科技在这里为大家介绍一下高标控制器的基本工作原理：（一）高标科技电动车控制器的结构电动车控制器是由周边器件和主芯片(或单片机)组成。周边器件是一些功能

组合逻辑电路中的竞争冒险备课讲稿

组合逻辑电路中的竞争冒险

目录摘要 1 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 1 引言 (1) 2 竞争冒险现象及产生的原因 (1) 2.1竞争冒险现象 (1) 2.2竞争冒险现象产生的原因 (2) 2.3竞争冒险的危害 (2) 2.4竞争冒险的分类 (2) 2.4.1静态冒险 (2) 2.4.2动态冒险 (2) 3竞争冒险的判断 (2) 3.1代数法 (2) 3.2卡诺图法 (3) 3.3仿真法和实验法 (4) 3.4通过实验判断竞争冒险现象 (4) 3.4.1实验分析 (6) 3.4.2实验总结 (7) 4竞争冒险的消除方法 (7) 4.1增加冗余项法 (7) 4.2消除互补项法 (7) 4.3接入滤波电容 (7) 4.4引入选通脉冲 (8) 4.5引入封锁脉冲 (8) 4.6采用可靠性编码 (8) 4.7输出加D触发器 (8) 5实际应用中竞争冒险的敏感度问题 (8) 6总结 (8) 致谢 10 参考文献 (10)

组合逻辑电路中的竞争冒险网络工程专业学生郭翔指导教师吴俊华摘要：在组合逻辑电路中，当输入信号改变状态时，输出端可能出现由于竞争冒险而产生的干扰脉冲信号，如果负载是对干扰脉冲信号十分敏感的电路，有可能引起电路的误动作，因此应该采取措施消除竞争冒险。从理论上分析了组合逻辑电路竞争冒险的产生，及其判断和消除的方法，其产生原因包括：门电路开关电平的时间差和门电路延迟时间。竞争冒险可以通过代数法、卡诺图法、仿真法和实验法进行判断，采用引入选通脉冲、引入封锁脉冲、增加冗余项、接入滤波电容等手段以消除竞争冒险。关键词：组合逻辑电路竞争冒险干扰消除门电路 Competitive Adventure in Assembled Logical Circuit Student Majoring in Network Engineering Guo Xiang Tutor Wu Junhua Abstract: The disturbance pulse caused by competition and adventure may be emerged in the out put terminal of assembled logic circuit when the statement of input signals changes. The misact caused by the disturbance may appear if the load is very sensitive to the pulse. So the measures should be taken to eliminate the competition and adventure. The reasons of competition and adventure in assembled logic circuit are analyzed and the judging and eliminating method are provided in the paper. The interval between on/off levels in a gate circuit and the delay time of gate circuits is resulted in by competitive adventure. Competitive adventure can be detected by a circuit’s logical function, listing the truth table of circuit in sequence and testing the circuit. The methods of exerting gating pulse and blocking pulse, transforming function of a circuit, and adding redundancy product term, parallel connection capacitance at the output terminal, etc are applied to eliminate competitive adventure. Key words: Assembled logic circuit; Competition and adventure; Disturbance eliminating; Gate circuits 1引言数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类，是电子技术的重要组成部分，掌握数字电路的基本知识是设计计算机控制系统的基础。计算机控制系统性能优劣的重要指标是其稳定性、可靠性和抗干扰性，这在很大程度上取决于构成其系统的基本部件的性能。组合逻辑电路中的门电路由于其本身的结构和工作情况，常常会发生竞争冒险现象。因此，在组合逻辑电路的分析和设计中，仅研究输入与输出之间的稳定关系是不够的，还应考虑信号在电路中传输的时延问题，事实上，信号经过任何逻辑门与导线时都会产生时间的延迟，该时间的延迟会使数字系统的操作速度下降，引起电路中波形参数变坏，产生竞争冒险现象，而竞争与冒险现象将会直接影响电路工作的可靠性和稳定性，甚至可能会导致整个数字系统的逻辑紊乱和错误动作。因此在组合逻辑电路中竞争与冒险的判别和消除对于保证电路正常工作具有至关重要的意义[1]。 2 竞争冒险现象及产生的原因 2.1竞争冒险现象

组合逻辑电路的设计

组合逻辑电路的设计一．实验目的 1、加深理解组合逻辑电路的工作原理。 2、掌握组合逻辑电路的设计方法。 3、掌握组合逻辑电路的功能测试方法。二．实验器材实验室提供的芯片：74LS00与非门、74LS86异或门，74LS54与或非门，实验室提供的实验箱。三．实验任务及要求 1、设计要求（1）用与非门和与或非门或者异或门设计一个半加器。（2）用与非门和与或非门或者异或门设计一个四位奇偶位判断电路。 2、实验内容（1）测试所用芯片的逻辑功能。（2）组装所设计的组合逻辑电路，并验证其功能是否正确。三．实验原理及说明 1、简述组合逻辑电路的设计方法。 (1)分析实际情况是否能用逻辑变量来表示。 (2) 确定输入、输出逻辑变量并用逻辑变量字母表示，作出逻辑规定。 (3) 根据实际情况列出逻辑真值表。 (4) 根据逻辑真值表写出逻辑表达式并化简。 (5) 画出逻辑电路图，并标明使用的集成电路和相应的引脚。 (6) 根据逻辑电路图焊接电路，调试并进一步验证逻辑关系是否与实际情况相符。 2、写出实验电路的设计过程，并画出设计电路图。 (1)半加器的设计如果不考虑有来自低位的进位将两个1位二进制数相加。 A、B是两个加数，S是相加的和，CO是向高位的进位。逻辑表达式 S=A’B+A’B=A⊕B CO=AB (2)设计一个四位奇偶位判断电路。当四位数中有奇数个1时输出结果为1;否则为0。 A, B, C, D 分别为校验器的四个输入端,Y时校验器的输出端

逻辑表达式 Y=AB’C’D’+A’BC’D’+A’B’C D’+A’B’C’D+A’BCD+AB’CD+ABC’D+ABCD’ =(A⊕B)⊕(C⊕D) 四．实验结果 1、列出所设计电路的MULTISM仿真分析结果。（1）半加器的设计，1-A被加数,2-B加数,XMMI（和数S）XMM2（进位数CO） (2)设计一个四位奇偶位判断电路。

组合逻辑电路的设计实验报告

中国石油大学现代远程教育电工电子学课程实验报告所属教学站：青岛直属学习中心姓名：杜广志学号：年级专业层次：网络16秋专升本学期：实验时间：2016-11-05实验名称：组合逻辑电路的设计小组合作：是○否●小组成员：杜广志 1、实验目的：学习用门电路实现组合逻辑电路的设计和调试方法。 2、实验设备及材料：仪器：实验箱元件：74LS00 74LS10 3、实验原理： 1．概述组合逻辑电路又称组合电路，组合电路的输出只决定于当时的外部输入情况，与电路过去状态无关。因此，组合电路的特点是无“记忆性”。在组成上组合电路的特点是由各种门电路连接而成，而且连接中没有反馈线存在。所以各种功能的门电路就是简单的组合逻辑电路。组合逻辑电路的输入信号和输出信号往往不止一个，其功能描述方法通常有函数表达式、真值表、卡诺图和逻辑图等几种。组合逻辑电路的分析与设计方法，是立足于小规模集成电路分析和设计的基本方法之一。 2．组合逻辑电路的分析方法分析的任务是：对给定的电路求解其逻辑功能，即求出该电路的输出与输入之间的逻辑关系，通常是用逻辑式或真值表来描述，有时也加上必须的文字说明。分析的步骤：（1）逐级写出逻辑表达式，最后得到输出逻辑变量与输入逻辑变量之间的逻辑函数式。（2）化简。（3）列出真值表。（4）文字说明上述四个步骤不是一成不变的。除第一步外，其它三步根据实际情况的要求而采用。 3．组合逻辑电路的设计方法设计的任务是：由给定的功能要求，设计出相应的逻辑电路。设计的步骤；（1）通过对给定问题的分析，获得真值表。在分析中要特别注意实际问题如何抽象为几个输入变量和几个输出变量之间的逻辑关系问题，其输出变量之间是否存在约束关系，从而获得真值表或简化

常用组合逻辑电路设计

实验报告实验日期：学号：姓名：实验名称：常用组合逻辑电路设计总分：一、实验目的学习常用组合逻辑电路的可中和代码编写，学习并熟悉VHDL 编程思想与调试方法，掌握LPM 元件实现逻辑设计，从而完成电路设计的仿真验证和硬件验证，记录结果。二、实验原理 VHDL 设计采用层次化的设计方法，自上向下划分系统功能并逐层细化逻辑描述。层次关系中的没一个模块可以是VHDL 描述的实体，上层VHDL 代码中实例化出各个下层子模块。利用VHDL 语言和LPM 元件设计这两种方法方法实现两个二位数大小比较的电路，根据A 数是否大于、小于、等于B 数，相应输出端F1、F2、F3为1，设A=A2A1，B=B2B1(A2A1、B2B1表示两位二进制数)，当A2A1>B2B1时，F1为1；A2A1

port(a2,a1:in STD_LOGIC; b2,b1:in STD_LOGIC; f1,f2:buffer STD_LOGIC; f3:out STD_LOGIC); end bijiao; architecture bijiao_arch of bijiao is begin f1<=(a2 and(not b2))or(a1 and (not b1)and a2)or(a1 and (not b1)and(not b2)); f2<=((not a2)and b2)or((not a2)and(not a1)and b1)or((not a1)and b1 and b2); f3<=not(f1 or f2); end bijiao_arch; (2)波形仿真网格大小 100ns 结束时间 2μs 功能仿真：时序仿真：输入信号00， 01，10，11 输入信号00， 01，10，11 输出信号001， 010，100 信号均为二进制表达输入信号00， 01，10，11

组合逻辑控制器工作原理

组合逻辑控制器组成结构及工作原理解析按照控制信号产生的方式不同，控制器分为微程序控制器和组合逻辑控制器两类微程序控制器是将全部控制信号存贮在控制存储器中。优点：控制信号的逻辑设计、实现及改动都较容易。缺点：产生控制信号所需的时间较长。组合逻辑控制器，又称硬布线方案控制器，是用组合逻辑的门电路实现控制信号。优点：产生控制信号所需的延迟时间少，对提高系统的运行速度有利。缺点：控制信号的逻辑设计复杂，用门电路实现也较困难，尤其要变动一些设计更不方便。（见图）一、组合逻辑控制器的组成与运行原理 1、组成：PC、IR、脉冲源和启停控制逻辑与微程序控制器相同，不同的是： ●微程序控制器中的控制存储器在组合逻辑控制器中变成时序控制信号形成部件，是用组合逻辑的门电路实现的； ●微程序控制器中的下地址形成部件在组合逻辑控制器中变成节拍发生器，是由计数器线路实现的； ●增加了指令译码器，用于标识每一条不同的指令。 2、运行原理：依据执行过程中的操作码、当前指令所处的执行步骤等输入信号，用组合逻辑门电路直接、快速地形成并送出指令当前执行步骤要求的控制信号。二、TEC-8教学计算机的组成与设计 1、简介：TEC-8教学计算机字长8位，地址总线16位（可寻址64K内存），控制器用组合逻辑控制器。 ●运算器是Am2901（见图） ●16个通用寄存器中，R0、R1、R2和R3作为通用寄存器，其余12个作为专用寄存器 R5，R4用作16位的PC（程序计数器） R7，R6用作16位的SP（堆栈指示器） R9，R8用作内存读写地址AR R11，R10用作指令转移或子程序的地址 2、指令系统概述 ●指令中用到的符号： DR:目的寄存器 SR: 源寄存器 OFFSET: 变址偏移量 DATA: 立即数 X: 一个bit位，可取值0或1 C、Z、V、S: 分别代表进位、结果为0、溢出和结果的符号位

组合逻辑控制器部件实验

控制器部件是计算机的五大功能部件之一，其作用是向整机每个部件（包括控制器本身）提供协同运行的需要的控制信号?因而，控制器在计算机组成原理过程中是非常重要的内容，但学生在学习过程中，对其工作原理却常常感到难以理解.教师在讲述这一部分内容时，也常常觉得难以叙述清楚，通过本实验，轻而易举的解决了这一问题。一?实验设备和运行环境在组合程序控制器方式下，同样可以做汇编语言程序设计、主存储器扩展、I/O接口扩展和中断实验。这几项实验的操作步骤与在微逻辑控制器方式下的实验操作相同，用户也可参照后面给出的参考步骤。本节只给出组合逻辑控制器实验的操作步骤。 .实验目的、原理、实验具体步骤和内容2.1实验原理控制器的设计实现有两种方式：一种是微程序，另一种是组合逻辑线路，微程序控制器的工作原理，是用一条微指令的控制命令字段来提供一条机器指令的一个执行步骤所需要的控制信号，用这条微指令的下地址字段，指明下一条微指令在控制器存储器中的地址,以便从控制器存储器中读出下一条微指令?换句话说，每一条微指令对应一条机器指令的一个执行步骤。 1微指令格式其中高八位为下地址字段?其余各位为控制字段? 1）址形成逻辑 TH —UNION 教学机利用器件形成下一条微指令在控制器存储器的地址? 下地址的形成由下地址字段及控制字段中的CI3—SCC控制.当为顺序执行时，下地址字段不起作用?下地址为当前微指令地址加1；当为转移指令（CI3—0=0011）时,由控制信号SCC提供转移条件，由下地址字段提供转移地址? 2）控制字段控制字段用以向各部件发送控制信号，使各部件能协调工作。控制字段中各控制信号有如下几类： ①对运算器部件为了完成数据运算和传送功能，微指令向其提供了24位的控制信号，包括：4位的A、B 口地址，用于选择读写的通用积存器3组3位的控制码I 8 - I 6、 I 5 —I 3、I 2 - I 6,用于选择结果处置方案、运算功能、数据来源。 3组共7位控制信号控制配合的两片GAL20V8 3位SST，用于控制记忆的状态标志位 2位SCI，用于控制产生运算器低位的进位输入信号 2位SSH，用于控制产生运算器最高，最地位（和积存器）移位输入信号 ②对内存储器I/O和接口部件，控制器主要向它们提供读写操作用到的全部控制信号，共3位，即MRW ③对CPU内部总线数据来源的控制，主要通过3位编码标记为DCD，来选择把哪一组数据发送到内部总线（IB）上。 ④对几个特定的积存器接受输入的控制，也通过了编码C标记为D （2），用来选择允许哪个积存器接受送个它的一组数据。 2.2实验目的：通过看懂教学计算机中已经设计好并正常运行的几条典型指令（例如，ADD

实验四：组合逻辑控制器实验

实验四：组合逻辑控制器实验一、实验目的 1、深入理解计算机控制器的功能和组成； 2、学习和掌握计算机各类典型指令的执行流程； 3、学习组合逻辑控制器的控制原理和相关技术。二、实验说明 1、TEC-XP+十算机的指令分类 TEC-2000指令系统按指令的功能和执行步骤可划分为A B C D四组： A组：主要完成通用寄存器之间的数据传送或运算，以及少数特殊操作，在取指后一步完成。基本指令：ADD，SUB，AND，OR，XOR，CMP，TEST，MVRR，INC，DEC，SHR，SHL，JR，JRC，JRNC，JRZ，JRNZ 扩展指令：ADC，SBB，NOT，RCL，RCR，ASR，STC，CLC，EI，DI ，JRS，JRNS， JMPR B 组：需完成一次主存读/ 写操作，或IO 读/ 写操作，在取指后二步完成。第一步向地址寄存器送入 16 位（或8位的I/O 端口）地址，第二步完成读、写操作。基本指令：LDRR，STRR，PUSH，POP，PSHF，POPF，MVRD，IN，OUT，JMPA， RET C 组：完成两次主存读/ 写操作（间址操作），在取指令后三步完成。第一次读出的数据是操作数的地址，读出后直接（或经过一次加法运算）将其送入地址寄存器，省掉第二次内存读/ 写操作的地址传送步骤。CALR指令先用第2步保存PC内容到堆栈，第3步把寄存器中的子程序入口地址传送到程序计数器PC中。扩展指令：CALR，LDRA，STRA，LDRX，STRX D组：完成两次内存的读、写操作，在取指之后四步完成。基本指令：CALA 扩展指令：TRET 8位指令操作码（记作“ IR15 - IR8”）的特殊含义： ①IR15 - IR14用于区分指令组，0X表示A组，10表示B组，11表示C D组； ②IR11用于区分C、D组，IR11=0为C组，IR11=1为D组； ③IR13 用于区分基本指令和扩展指令，基本指令为0，扩展指令为1。 ④IR12 用于简化控制器实现，暂定为0。 ⑤IR10 - IR8用于区分同一指令组的不同指令。 TEC-XP+勺基本指令已全部实现，扩展指令只完成了指令格式和执行流程的设计，控制信号的逻辑尚未实现，可由用户扩展实现。 2、TEC-XP+十算机的指令执行流程 TEC-2000计算机指令的执行流程由节拍发生器（即时序产生器）控制，节拍（即机器周期或CPU周期）用T4T3T2T1T0来编码，其中，在组合逻辑控制器中T4恒为0 （T4=0）。下图为TEC-2000的指令执行流程图，方框表示1个节拍（即机器周期），左上角为节拍的编码（用T3T2T1T0表示）。

唐朔飞《计算机组成原理》课后习题详解(控制单元的设计)【圣才出品】

10.2课后习题详解 1．假设响应中断时，要求将程序断点存在堆栈内，并且采用软件方法寻找中断服务程序的入口地址，试写出中断隐指令的微操作及节拍安排。答：设软件查询程序的首址为0号内存单元，则中断隐指令的微操作及节拍安排如表10-1所示。表10-1 2．写出完成下列指令的微操作及节拍安排（包括取指操作）。（1）指令“ADD R1,X”完成将R1寄存器的内容和主存X单元的内容相加结果存于R1的操作。（2）指令“ISZ X”完成将主存X单元的内容增1，并根据其结果若为0，则跳过下一条指令执行。答：（1）指令“ADD R1,X”的微操作及节拍安排如表10-2所示。取指周期：表10-2（a）

执行周期：表10-2（b）（2）指令“ISZ X”的微操作及节拍安排如表10-3所示。取指周期：表10-3（a）执行周期1：表10-3（b）执行周期2：表10-3（c）

3．按序写出如表10-4所示程序所需的全部微操作命令及节拍安排。表10-4 答：（1）LDA 306指令所需全部微操作命令及节拍安排如表10-5所示。取指周期：表10-5（a）执行周期：表10-5（b）（2）ADD 307指令所需全部微操作命令及节拍安排如表10-6所示。取指周期：表10-6（a）

执行周期：表10-6（b）（3）BAN 304指令所需全部微操作命令及节拍安排如表10-7所示。取指周期：表10-7（a）执行周期：（设N为结果为负标志）表10-7（b）（4）STA 305指令所需全部微操作命令及节拍安排如表10-8所示。取指周期：表10-8（a）

组合逻辑电路的设计教案

2015年全省技工教育和职业培训参评教案参评组别：B组专业分类：电工电子课程名称：电子技术基础组合逻辑电路的设计作者姓名：徐崇丽单位：山东工程技师学院通讯地址：_聊城市湖南西路8号联系电话：0635-8426630

科目电子技术基础授课日期 2015.4.25 课时 2 章节名称7-4 组合逻辑电路的设计班级鲁化电工班1401 授课方式讲授法、启发法、练习法、演示法作业题数 1 作业拟用时间 30 分钟教学目的只有一堂让自己感动的课，才能感染你的学生认知目标掌握组合逻辑电路的设计步骤能力目标能够根据控制要求进行组合电路的设计选用教具挂图 1、投影仪 2、电子课件 3、教学电脑 4、黑板重点 1、组合逻辑电路的设计步骤； 2、逻辑表达式的化简； 3、由最简表达式绘制组合逻辑电路图难点 1、将控制要求转换成真值表 2、卡诺图化简表达式教学回顾组合逻辑电路的分析步骤说明学生在学习了《组合逻辑电路的分析》基础上，对逻辑代数的化简、真值表、逻辑门电路等步骤都有了相应程度的理解，鉴于学生在以上环节反映出的问题，在新的课程讲解中将再次强调，借助练习帮助学生更好地掌握。

教学过程时间分配教学内容教学过程教学方法任务目标︵2分钟︶任务目标：三人表决器设计课题引入：有一场卡拉OK比赛，学校请了三个评委，如果你是电子设计师，怎么设计一个电路能够根据“少数服从多数”的原则让评委对选手进行评判呢？情境导入引起注意鼓励法知识准备（约5分钟）【例】试分析下列电路的逻辑功能。（板书步骤）一、电路二、表达式，化简得最简表达式由图，可得ABC P=，P C P B P A L? + ? + ? = 化简，得C B B A L⊕ + ⊕ = 三、真值表四、功能 “不一致”电路。积极思考：功能电路 A B C L A B C L 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 老师引导学生讨论多媒体演示板书结果讨论法演示法归纳法 & & & & ≥1 A B C L P

微程序控制器与组合逻辑控制器的区别

微程序控制器的基本原理详细图解 1、控制存储器：控制存储器是微程序控制器中的核心部件，通常由只读存储器ROM器件实现，简称控存。 2、微指令：控制存储器中的一个存储单元（字）表示了某一条指令的某一操作步骤的控制信号，以及下一步骤的有关信息，称该字为微指令。作用：准确提供了指令执行中的每一步要用的操作信号及下一微指令的地址。 3、微程序：全部微指令的集合称为微程序。 4、微程序控制器的基本工作原理：根据IR（指令寄存器）中的操作码，找到与之对应的控存中的一段微程序的入口地址，并按指令功能所确定的次序，逐条从控制存储器中读出微指令，以驱动计算机各部件正确运行。 5、得到下一条微指令的地址的有关技术：要保证微指令的逐条执行，就必须在本条微指令的执行过程中，能得到下一条微指令的地址。形成下条微指令地址（简称下地址）可能有下列五种情况： ①下地址为本条微指令地址加1； ②微程序必转某一微地址，可在微指令中给出该微地址值； ③根据状态标志位，选择顺序执行或转向某一地址； ④微子程序的调用及返回控制，要用到微堆栈； ⑤根据条件判断转向多条微指令地址中的某一地址，比③更复杂的情况。如：若C=1，转移到 A1 微地址；若S=1，转移到 A2 微地址；若Z=1，转移到 B1 微地址；这种情况，在微指令中直接给出多个下地址是不现实的，应找出更合理的解决方案。

计算机的微程序控制器和组合逻辑控制器（硬连线）在组成和运行原理上有何相同和不同之处？它们各有哪些优缺点？答：微程序的控制器和组合逻辑的控制器是计算机中两种不同类型的控制器。共同点：①基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号；②组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR；③都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。不同点：主要表现在处理指令执行步骤的办法，提供控制信号的方案不一样。微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤，应提供的控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。组合逻辑控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤，用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号。微程序的控制器的优点是设计与实现简单些，易用于实现系列计算机产品的控制器，理论上可实现动态微程序设计，缺点是运行速度要慢一些。组合逻辑控制器的优点是运行速度明显地快，缺点是设计与实现复杂些，但随着EDA 工具的成熟，该缺点已得到很大缓解。组合逻辑控制器和微程序控制器2011-2-15 来源：深圳市恒益机电设备有限公司>>进入该公司展台组合逻辑控制器和微程序控制器，两种控制器各有长处和短处。组合逻辑控制器设计麻烦，结构复杂，一旦设计完成，就不能再修改或扩充，但它的速度快。微程序控制器设计方便，结构简单，修改或扩充都方便，修改一条机器指令的功能，只需重编所对应的微程序；要增加一条机器指令，只需在控制存储器中增加一段微程序，但是，它是通过执行一段微程。具体对比如下：组合逻辑控制器又称硬布线控制器，由逻辑电路构成，完全靠硬件来实现指令的功能。组合逻辑控制器的设计步骤

组合逻辑电路的分析与设计

第三章组合逻辑电路的分析和设计 [教学要求] 1.掌握逻辑代数的三种基本运算、三项基本定理、基本公式和常用公式； 2.掌握逻辑函数的公式化简法和卡诺图化简法； 3.了解最小项、最大项、约束项的概念及其在逻辑函数化简中的使用。 4.掌握组合逻辑电路的分析和设计方法； 5.了解组合电路中的竞争和冒险现象、产生原因及消除方法。 [教学内容] 1．逻辑代数的三种基本运算、三项基本定理、基本公式和常用公式 2．逻辑函数的公式化简法和卡诺图化简法 3．最小项、最大项、约束项的概念及其在逻辑函数化简中的使用 4．组合逻辑电路的分析方法 5．组合逻辑电路的设计方法 6．组合电路中的竞争和冒险现象、产生原因及消除方法组合逻辑电路――在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而和先前状态无关的逻辑电路。组合逻辑电路具有如下特点：（1）输出、输入之间没有反馈延迟通路；（2）电路中不含记忆单元。 3.1 逻辑代数逻辑代数是分析和设计逻辑电路不可缺少的数学工具。逻辑代数提供了一种方法，即使用二值函数进行逻辑运算。逻辑代数有一系列的定律和规则，用它们对数学表达式进行处理，可以完成对电路的化简、变换、分析和设计。

一、逻辑代数的基本定律和恒等式常用逻辑代数定律和恒等式表：P90 加乘非基本定律结合律交换律分配律反演律（摩根定律）吸收律其他常用恒等式表中的基本定律是根据逻辑加、乘、非三种基本运算法则，推导出的逻辑运算的一些基本定律。对于表中所列的定律的证明，最有效的方法就是检验等式左边的函数和右边函数的真值表是否吻合。证明：证明如下：二、逻辑代数的基本规则

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