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1、数字逻辑与数字电路,作者：徐晓光,附录C 二进制逻辑单元的图形符号,1.概述在实际应用中，同一个二进制逻辑元件有几种不同的画法。因而有必要介绍和学习逻辑元件图形符号的有关知识，以便于能够读懂用不同符号绘制的逻辑图，并且掌握使用国际标准和国家标准规定的二进制逻辑图形符号绘图的方法。在逻辑电路技术发展的历史上，出现过一些不同形式的逻辑元件图形符号。其中图C-1所示的是一种在外国文献中十分常见的逻辑符号“特异形符号”，它采用特定形,状的图形符号来区分不同的逻辑功能。虽然这种以形状区分功能的图形符号目前仍有大量的使用，但是当所表示的逻辑系统比较复杂时，就显现出它的不足之处了。为此出现了标准化的二进制逻
2、辑元件图形符号，并得到了越来越多的应用。,图C-1逻辑单元的“特异形”符号,目前逻辑元件图形符号的标准，有由国际电工委员会制定的IEC标准，以及由美国电气电子工程师协会制定的IEEE标准。我国采用的是与IEC标准完全相同的国家标准，其中常用门电路的图形符号如图C-2所示。IEC标准化逻辑符号的基本形状均为一个方框，框内用各种符号、说明等来表示特定的逻辑功能。,对于图C-2a的“与门”符号而言，其意义为：当所有输入为1时，输出才为1。,图C-2 逻辑门的IEC符号,对于图C-2b的“或门”符号而言，其意义为：当所有输入为1的数目大于等于1时，输出才为1。对于图C-2c的“缓冲器”符号而言，其意义
3、为：当输入为1时，输出才为1。对于图C-2d的“非门”符号而言，其意义为：在缓冲器基础上逻辑信号反相。对于图C-2g的“异或门”符号而言，其意义为：当输入为1的数目等于1时，输出才为1。对于图C-2h的“同或门”符号而言，其意义为：当所有输入信号相等时，输出才为1。,IEC标准的二进制逻辑符号具有十分明显的优点，它是一种功能强大的符号语言，能够很好地描述二进制逻辑元件的逻辑功能。二进制逻辑元件的IEC标准能够直接由符号给出逻辑元件的功能信息，而不再依赖元件的真值表和原理图。从而能够使我们通过元件符号直接把握元件的功能和特性。下面我们对二进制逻辑元件的图形符号国家标准进行介绍。,2.GB/T 4
4、72812-1996电气简图用图形符号 第12部分：二进制逻辑元件简介（1）术语1）逻辑状态逻辑电路中的逻辑变量只能有两个取值0和1，它们对应于电路中具体的两种不同的物理状态。我们将这两种不同的状态称之为逻辑状态，通常也称0状态和1状态。0状态和1状态的与物理状态的具体对应关系，依逻辑约定而定。,2）逻辑电平在逻辑电路中是用电位的高低来表示和区分两种不同的逻辑状态的。然而，一般不用具体的电位大小来表示逻辑状态，而是将代数值较多的电位称为高电平，并用H表示；将代数值较少的电位称为低电平，并用L表示。这就是逻辑电平的概念。,3）内部逻辑状态和外部逻辑状态为了更好地表达逻辑功能和简化叙述，引入了内部
5、逻辑状态和外部逻辑状态两个术语。内部逻辑状态是指符号框内部输入、输出的逻辑状态。外部逻辑状态是指符号框外部输入、输出的逻辑状态。,4）“逻辑非”符号体系和“极性”符号体系存在两种体系来表示逻辑元件符号输入、输出物理量与其内部逻辑状态之间的对应关系。一种是“逻辑非”符号体系，另一种是“极性”符号体系。在“逻辑非”符号体系中，图形符号只有带逻辑非符号和不带逻辑非符号的输入和输出。这种体系直接表示输入、输出内部逻辑状态和外部逻辑状态之间的关系；而外部逻辑状态和物理量之间的对应关系，是用正逻辑和负逻辑的逻辑约定加以规定的。因此，这种体系也称为单一逻辑约定。,“逻辑非”符号为输入、输出线上的靠近符号框的
6、小圆圈。,小圆圈,“极性指示”符号为输入、输出线上的靠近符号框的小三角形。有极性指示符时，表示内部的逻辑状态的0和外部逻辑H电平相对应，内部的逻辑状态的1和外部逻辑L电平相对应。 而没有极性指示符时，表示内部的逻辑状态的1和外部逻辑H电平相对应，内部的逻辑状态的0和外部逻辑L电平相对应。,三角形,按照规定，在同一逻辑图上，“逻辑非”符号和“极性”符号不能同时出现，但在“极性”符号体系中的内部连接允许出现“逻辑非”符号。分别用“逻辑非”符号体系和“极性”符号体系绘制逻辑符号的例子，如下图(图C-3)所示。,图中符号框内部的x、y、z、w、v均表示内部逻辑状态。图a中的a、b、c、d、e表示外部的
7、逻辑状态。图b中的a、b、c、d、e表示外部的逻辑电平。5）逻辑约定正逻辑约定用物理量正的较多值（H电平）对应逻辑1状态；用物理量正的较少值（L电平）对应逻辑0状态。负逻辑约定用物理量正的较少值（L电平）对应逻辑1状态；用物理量正的较多值（H电平）对应逻辑0状态。,在符号框内只存在逻辑状态而没有逻辑电平概念。在极性符号体系中，符号框外只有逻辑电平概念而没有逻辑状态概念。在逻辑非符号体系中，符号框外既有逻辑电平概念又有逻辑状态概念。极性符号和逻辑非符号不能出现在同一份图上，但采用极性符号的内部连接可以出现逻辑非符号。,总结:,例：正逻辑约定时，,负逻辑约定时，,L,L,L,1,1,1,H,L,0
8、,1,H,0,（2）IEC逻辑元件图形符号的优点1）IEC的二进制元件图形符号是一种符号语言，能够在不表示或少表示内部逻辑元件及其连接的条件下，由符号提供元件功能及输入输出之间的关系。2）IEC的二进制元件图形符号规定了总限定符号、输入输出限定符号和关联标记，减少了逻辑元件图形符号中的连线和元件符号，从而使图面清楚，易于识别。3）IEC的二进制元件图形符号标准不是按器件给定符号，而是规定图形符号的各种要素及构成原则。人们可根据这些要素和原则绘制逻辑元件图形符号，因而它具有较强的适应性。,（3）逻辑元件图形符号的构成1）二进制逻辑单元图形符号标准规定，所有二进制逻辑单元的图形符号皆由方框（或方框
9、的组合）和标注其上的各种限定性符号组成。对方框的长宽比没有限制。二进制逻辑单元的图形符号规定见图C-4所示。图中XX表示总限定符号，*表示与输入输出有关的限定符号。,输入,输出,图C-4,2）符号框（a）符号框的种类标准规定了三种符号框：元件框，公共控制框和公共输出元件框，见右图(图C-5)所示。,（b）符号框的组合为了缩小一组相邻逻辑元件图形符号所需的幅面，只要遵守下列规则，元件框就可以邻接或嵌入。a）相邻的元件框公共线平行于信息流方向时，两元件之间不存在逻辑连接。b）组合后的元件框公共线垂直于信息流方向时，两元件之间至少有一种逻辑连接。这时每一种逻辑连接可用在公共线一边或两边的限定符号、关
10、联标记表示。这两种邻接表示，如图C-6所示。,图C-6,表附C-1 几种常见的内部连接符号,具有逻辑非的内部连接（右边单元输入端的内部逻辑状态与左边单元输出端的内部逻辑状态的补状态相对应）。,内部连接（右边单元输入端的内部逻辑状态与左边单元输出端的内部逻辑状态相对应）。,表附C-1 几种常见的内部连接符号（续）,具有动态特性的内部连接。,具有逻辑非和动态特性的内部连接。,元件框组合的例子，见下图(图C-7)所示。,（c）公共输入、公共输出和公共输出元件a）公共输入公共输入是指全部阵列元件或部分阵列元件所公用的输入。公共输入可表示在公共控制框内。当公共控制框中的输入不是关联标记的影响输入时，则该
11、输入是所有阵列元件的公共输入，如下图(图C-8)所示。,当公共控制框中的输入是关联标记的影响输入时，则该输入仅是出现其标识号的那些阵列元件的公共输入，如下图(图C-9)所示。,b）公共输出公共输出是指和部分阵列元件或全部阵列元件输出有关的输出。公共输出可以表示为公共控制框中的一个输出，如下图(图C-10)所示。,图C-10a表示当计数器的输出内容值（与4个输出端有关）达到9时，输出端b输出为1。图C-10b表示输出端b和输出端1、2、3、4是“与”逻辑关系，只有当1、2、3、4皆为1时，b才输出1。图C-10c表示输出端b和输出端1、2是“或”逻辑关系，只要1、2中有一个为1时，b就输出1。c
12、）公共输出元件公共输出元件是指和所有阵列元件输出都有关的一种逻辑元件。公共输出元件可以画在公共控制框内，也可以画在阵列的未端，如图C-11a所示。,图C-11b为一个公共输出元件的例子。,图C-11 公共输出元件的表示及举例,（4）总限定符号总限定符号是用来规定逻辑元件所完成的逻辑功能的符号。通过总限定符号就可以明确元件框的总的逻辑功能。总限定符号的位置，由图附C-4指定。 总限定符号给出的条件，是使元件内部输出状态为1的内部输入条件。即当输入条件满足时，输出才为1。常用的逻辑元件总限定符号见表附C-2所示。,表附C-2 总限定符,说明,&,与逻辑只有所有的输入为1状态时，输出才是1状态。,1
13、,或逻辑只要有1个或者1个以上的输入为1状态时，输出就是1状态。或者当状态为1的输入端数目大于等于1时，输出才是1状态。,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,=1,异或逻辑当状态为1的输入端数目为1时，输出才是1状态。,=,恒等逻辑当所有的输入状态都相等时，输出才是1状态。,符号,表附C-2 总限定符（续）,m,逻辑门槛当状态为1的输入端数目大于等于m时，输出才是1状态。,m,等于m当状态为的输入端数目等于m时，输出才是1状态。,符号,说明,表附C-2 总限定符（续）,说明,n/2,多数当多数输入端的状态为时，输出才是1状态。,2k,偶数当状态为的输入端数目为偶数时，输出才是1状态。,符号
14、,表附C-2 总限定符（续）,说明,2k+1,奇数当状态为的输入端数目为奇数时，输出才是1状态。,缓冲当输入端状态为时，输出才是1状态。,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,具有磁滞特性在总限定符“*”限定的逻辑功能之外，具有磁滞特性。即输入具有双门槛特性。“*”应当用指定逻辑功能的总限定符号代替。只有当总限定符号为1时，才可以省略。,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,可重复触发的单稳态触发器,放大驱动,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,非稳态电路,不可重复触发的单稳触发器,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,完成最后一个脉冲后停止输出的非稳态电路,同步启动的非稳态电路,符
15、号,表附C-2 总限定符（续）,说明,编码、代码转换。和可以分别用表示输入输出信息代码的适当符号代替。,同步启动，完成最后一个脉冲后停止输出的非稳态电路,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,加法运算,P-Q,乘法运算,减法运算,数值比较,COMP,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,超前进位,ALU,CPG,DUX,算术逻辑单元,多路选择,多路分配,DX,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,m位的移位寄存,CTRm,SRGm,CTRDIVm,循环长度为2m的计数,循环长度为m的计数,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,只读存储器* *用存储器的“字数位数”代替,ROM* *,可
16、编程只读存储器* *用存储器的“字数位数”代替,PROM* *,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,随机存储器* *用存储器的“字数位数”代替,RAM* *,由TTL到CMOS的电平转换,TTL/CMOS,由ECL到 TTL的电平转换,ECL/TTL,符号,表附C-2 总限定符（续）,说明,触发器的初始状态为1,I=1,触发器的初始状态为0,I=0,符号,（5）输入输出限定符号输入输出限定符号是用于规定逻辑元件输入输出的逻辑或物理特性的符号。表附C-3 常用的输入输出限定符号,表附C-3 常用的输入输出限定符号(续),表附C-3 常用的输入输出限定符号(续),表附C-3 常用的输入输出限定
17、符号（续）,表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）,表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）,表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）,表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）,表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）,表附C-3 常用的输入输出限定符号（续）,（6）关联标注法关联标注是用元件框内的关联标注字母和数字来表示输入之间、输入和输出之间、输出之间关系的一种方法。在使用关联标注法时，字母指示关联性质、数字指示互相关联的对象。具有相同数字的对象之间存在关联关系。,标准规定：用表示关联性质的字母和后跟的数字来标记“影响输入（或输出）”。影响输入（或输出）是影响的施加者。用和“影响输入（或
18、输出）”相同的数字来标记“受影响的输入（或输出）”。受影响输入（或输出）是影响的承受者。,字母开头的是影响的施加者,数字开头的是影响的承受者,如果“受影响输入（或输出）”另有其它标记（输入输出限定符、关联标记字母等），则应在这个标记之前加上“影响输入（或输出）” 相同的数字。如果一个输入或输出受两个以上“影响输入（或输出）”的影响，则这些“影响输入（或输出）”的数字均应出现在“受影响输入（或输出）”的标记之前，并用逗号隔开。如果是“影响输入（或输出）”内部状态的补去影响“受影响输入（或输出）”，则应在“受影响输入（或输出）”的数字上加上一个横线。,图附C-12是一个D触发器的图形符号。图中a是
19、时钟输入端，是“影响输入”端，C是关联标注的控制字母。b是“受影响输入”端，同时又是D输入端。所以将时钟输入标注为C1，而将D输入端标注为1D，以表示b既受a的控制、同时又是D输入功能。,各种关联标注字母及意义见下表（表附C-4）所示。,表附C-4 各种关联标注字母及意义,关联类型,A,地址关联用于标识存储器的地址输入,C,控制关联它仅适用于时序元件，如边沿触发器的时钟等。当Cm处于内部状态1时，受影响的输入才正常工作。,字母,表附C-4 各种关联标注字母及意义(续),EN,使能关联用于标识使能输入，并指出由它控制的输入和/或输出（例如哪些输出呈现高阻抗状态）,G,“与”关联它用于表明“影响输
20、入(输出)”和“受影响输入(输出)”内部逻辑状态之间是“与”逻辑关系。,表附C-4 各种关联标注字母及意义(续),M,方式关联用于标识选择单元操作方式的输入，并指出取决于该方式的输入和/或输出。（有些元件的工作方式有多种，且取决于输入信号的译码，这时就要用方式关联来标注）,表附C-4 各种关联标注字母及意义(续),N,“非”关联Nm处于内部状态1时，受影响输入输出的逻辑状态求补。Nm处于内部状态0时，受影响输入输出的逻辑状态不受影响。因此非关联是指“影响输入(输出)”与指“影响输入(输出)”之间的逻辑状态是“异或”关系。,表附C-4 各种关联标注字母及意义(续),R,复位关联用于表明R输入处于
21、内部状态1时，受影响的输出呈现R=1，S=0的内部逻辑状态。,S,置位关联用于表明S输入处于内部状态1时，受影响的输出呈现S=1，R=0的内部逻辑状态。,表附C-4 各种关联标注字母及意义(续),V,或关联它用于表明“影响输入(输出)”和“受影响输入(输出)”内部逻辑状态之间是“或”逻辑关系。,X,传输关联用于表明受影响端口之间的可控传输通路。当Xm处于内部状态1时，则建立受影响的全部端口之间的连接通路。,表附C-4 各种关联标注字母及意义(续),Z,互连关联用于表明一个输入(输出)将其逻辑状态强加到另一个或多个输入和/或输出之上。,（7）与输入输出有关的标记的排列在输入输出上，用逗号“，”分开、顺序排列的多个关联标识号，表示该输入输出同时受到几个关联影响。如果其中任一个关联不起作用，则该输入或输出就不起作用。例如：,在输入端，用斜线分开的多个关联标记组，表示它们是有着多个影响的输入标记组。在输出端，用斜线分开的多个关联标记组，表示它们是以“或”方式起作用的。即其中任一个关联组起作用，该输出就起作用。例如：,再见！,再见！,
