40、数字逻辑电路的实现与扩展功能解析

数字逻辑电路的实现与扩展功能解析

1 逻辑网络的实现基础

逻辑网络可依据示意图相互连接形成复杂结构，不同应用领域会采用不同技术来实现。实现逻辑功能最简单的方式是使用开关触点，它通过“有电压”和“无电压”状态，结合适当的电气布线来表示二进制信号。开关触点分为常开触点和常闭触点，常闭触点在空闲状态下闭合，代表反相，通常在变量名上方用横线表示。

若开关触点由螺线管线圈驱动，则被称为继电器。继电器能让一个或多个触点在较大距离和难以触及的地方由电气控制电流驱动。通过合理设计，利用螺线管线圈中的小励磁电流，借助触点可以切换更大的电流，实现功率增益。例如，图中所示的继电器有四个转换触点，即四个触点同时打开，四个触点同时闭合。相互连接的继电器可以创建任意大小的逻辑网络。

在逻辑电路的实现中，通过值表和全析取范式可以直接得到电路方程。使用开关触点直接实现该方程，并通过合并并联开关触点进行简化。以函数 F1 为例，如果不进行最小化，从值表得到该函数需要 10 个常开触点和 5 个常闭触点（共 15 个开关触点，去除明显冗余触点后为 10 个开关），而实际仅需要 3 个常开触点。

2 基本逻辑功能的实现

逻辑功能的图形符号允许创建逻辑网络的示意图，而无需考虑基本功能的技术实现方式。基本功能以模块形式提供，具体取决于所使用的技术。

2.1 继电器与晶体管的应用

过去，继电器在逻辑电路中较为常用，但随着更小、更快、成本更低的电子元件的出现，如今继电器很少使用。用于激活高功率设备（如电机、加热线圈等）的继电器被称为接触器，它们可以具备热过载保护功能，即当功率超过限制时，接触器会自动停用。

晶体管的出现