组合逻辑电路的设计方法

组合逻辑电路的设计任务是根据给定的逻辑功能，求出可实现该逻辑功能的最合理组 合电路。理解组合逻辑电路的设计概念应该分两个层次：（1）设计的电路在功能上是完整的，能够满足所有设计要求；（2）考虑到成本和设计复杂度，设计的电路应该是最简单的，设计最优化是设计人员必须努力达到的目标。  

在设计组合逻辑电路时，首先需要对实际问题进行逻辑抽象，列出真值表，建立起逻辑模型；然后利用代数法或卡诺图法简化逻辑函数，找到最简或最合理的函数表达式；根据简化的逻辑函数画出逻辑图，并验证电路的功能完整性。设计过程中还应该考虑到一些实际的工程问题，如被选门电路的驱动能力、扇出系数是否足够，信号传递延时是否合乎要求等。组合电路的基本设计步骤可用图来表示。

组合逻辑电路的特点及设计时的注意事项

①组合逻辑电路的输出具有立即性，即输入发生变化时，输出立即变化。（实际电路中还要考虑器件和导线产生的延时）。

②组合逻辑电路设计时应尽量避免直接或间接的反馈，以免出现不确定的状态或形成振荡。如右图设计的基本触发器，当输入~S、~R从“00”变为“11”时，无法确定Q和~Q的值。

③组合逻辑电路容易出现“毛刺”，这是由于电路“竞争－冒险”产生的。如图所示，图中与门的两个输入分别由信号 A 经过不同路径传递而来。按照理想情况分 析，电路输出端应该始终为 L=A ·~A =0。考虑到信号在逻辑门中的传输延迟，~A 到达与门输入端的时间始终落后于 A。图（b）的波形显示，信号 A的四次变化都产生了竞争。但这四次竞争引起的结果是不一样的。第一次和第三次竞争造 成输出错误，第二次和第四次竞争则没有造成输出错误。换言之，只有第一次和第三次竞争引起了冒险，产生了尖峰干扰。

由于“毛刺”的影响，应避免使用组合逻辑电路直接产生时钟信号，也应避免将组合逻辑电路的输出作为另一个电路的异步控制信号。如右图，本意是设计一个计数范围为“0~5”的六进制计数器，即输出QD、QC、QB、QA从5“0101”变到6“0110”时，与门输出“1”，控制“CLR”异步复位到“0000”，但是由于输出从3“0011”变到4“0100”时，QC先于QB从“0”变到“1”，导致短暂的“0111”出现，使与门输出“1”，引起复位，从而使实际的电路计数范围为“0~3”，与设计的初衷相悖。  

④用VHDL描述组合逻辑电路时，所有的输入信号都应放在敏感信号表中。

⑤用IF语句和CASE语句描述电路分支时，一定要列举出所有输入状态（一般在最后加上“else”或“when others”分支），否则在综合时将引入LATCH，使电路输出出现延时。