逻辑门设计考试题实战解析:从真值表到电路图一步到位

刚考完数字电路,翻出卷子一看——第三大题又是逻辑设计:‘用最少的与非门实现函数 F = A'B + AC’。旁边同学抓耳挠腮,草稿纸画满又划掉……这场景是不是特别熟?

别急着套公式,先看清楚题干在问啥

很多同学一看到‘设计逻辑电路’就直奔卡诺图和化简,结果漏了关键限制条件。比如题目写明‘仅使用 2 输入与非门’,你却画了个三输入或门进去,白忙活。再比如要求‘不使用反相器’,那A'就得靠A接两个输入的与非门自己造出来(A NAND A = A')。

真值表不是摆设,是解题起点

遇到带文字描述的题,比如‘当电梯载重超限且门未关严时报警’,先别想芯片,掏出表格列清楚:超限=1、门未关=1 → 报警=1;其他情况报警=0。填完真值表,F(A,B)自然就出来了,后面化简、选门、画图才不会跑偏。

手把手拆一道典型考题

题:用 2 输入与非门设计组合电路,实现 F = AB + C。

第一步:把表达式全转成与非形式。我们知道:
AB + C = ((AB)' C')' (德摩根律)
而 AB = (A NAND B)',C = (C NAND C)',所以:

F = ((A NAND B)' NAND (C NAND C)')'

第二步:再套一层与非——因为 X' = X NAND X,所以上式可写为:
F = ((A NAND B) NAND (C NAND C)) NAND ((A NAND B) NAND (C NAND C))

数一数:共用了 4 个 2 输入与非门,没用到其他类型门,满足题干要求。

小技巧:画图前先标好中间信号

比如上题中,建议在草稿纸上标出:G = A NAND B,H = C NAND C,I = G NAND H,最后 F = I NAND I。每一步都对应一个门,检查起来不串行、不漏接。

还有种常见陷阱题:‘用最少门数实现 F = A ⊕ B’。异或没法直接用单个与非门搞定,但记住这个等价式:A ⊕ B = (A NAND (A NAND B)) NAND (B NAND (A NAND B)) —— 虽然看着绕,但只用 4 个与非门,比先做与或再转还省一个。

平时练习时,不妨拿面包板搭搭简单电路,比如用 74LS00(四2输入与非门)真接一接 F = A'B + AB',灯亮灭一试,比纯算印象深得多。考试前夜,别光背公式,挑三道不同类型的门设计题,掐表 15 分钟内画完真值表→化简→门级实现→反向验证,手感就回来了。