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1、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗實驗報告 *大學(xué)信息學(xué)院xx年至202x年下學(xué)期 數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗實驗報告 實驗名稱:組合邏輯電路教師: 學(xué)號:xxxxxxxxx姓名: 序號: 33 上課日期:202x.4.11班級:周六三四節(jié) 一、 實驗器材(芯片類型及數(shù)量) 芯片類型數(shù)量 quartusii實驗平臺1臺 7454芯片1片 四2輸入與或非門74ls28芯片1片 四2輸入與非門74ls00芯片10片 注釋: 其中九片四2輸入與非門74ls00芯片用于實驗一,一片四2輸入與非門74ls00芯片和其余器件用于實驗二。 二、 實驗原理 數(shù)字電路按邏輯功能和電路結(jié)構(gòu)的不同特點,可分為組合邏輯電路和時序邏輯
2、電路兩大類。組合邏輯電路是根據(jù)給定的邏輯問題,設(shè)計出能實現(xiàn)邏輯功能的電路。用小規(guī)模集成電路實現(xiàn)組合邏輯電路,要求是使用的芯片最少,連線最少。一般設(shè)計步驟如下: 1、首先根據(jù)實際情況確定輸入變量、輸出變量的個數(shù),列出邏輯真值表。 2、根據(jù)真值表,一般采用卡諾圖進行化簡,得出邏輯表達式。 3、如果已對器件類型有所規(guī)定或限制,那么應(yīng)將函數(shù)表達式變換成與器件類型相適應(yīng)的形式。 4、根據(jù)化簡或變換后的邏輯表達式,畫出邏輯電路。 5、根據(jù)邏輯電路圖,查找所用集成器件的管腳圖,將管腳號標(biāo)在電路圖上,再接線驗證。 三、 實驗內(nèi)容及原理圖 1. analysis of combinatorial logic c
3、ircuits(組合邏輯電路分析) aim: to get the logical function of the digital circuit(目的:得到數(shù)字電路的邏輯功能) ? step 1 get the logical function of the digital circuit(步驟1得到數(shù)字電路的邏輯功能) ? get the logical expression step by step from the input to the output.(從輸入到輸出,一步一步地獲取邏輯表達式) ? simplified the logical expression(簡化邏輯表達式)
4、 ? filled the truth table(填寫真值表) ? summarized the function of the circuit(總結(jié)該電路的功能) ? step 2 test and verify if your analysis are correct.(步驟2測試和驗證您的分析是否正確) ? select the chip model and draw the circuit diagram;(選擇芯片型號并繪制電路圖) ? realize the circuit.(實現(xiàn)電路) 1) basic task: analyze the logical functions o
5、f the following circuit(根本任務(wù):分析以下電路的邏輯功能) 2) high level task: realizing the logical function of full adder by and-or-invert gate (7454) and nand gate.(高級任務(wù):通過異或門、與或非門(7454)和與非門實現(xiàn)全加法器的邏輯功能。) y=ab+cde+fgh+ij 四、實驗數(shù)據(jù)記錄(真值表/時序波形圖/狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖) 1. l 得到數(shù)字電路的邏輯功能 ab·a ab·b ab (1)分析每一級的邏輯表達式并化簡: 因為: y=aib
6、i·ai·aibi·bi=aibi·ai+aibi·bi=(ai+bi)ai+(ai+bi)bi=aibi+aibi=ai?bi x1=yci-1=ai?bi·ci-1 所以: ci=xi·aibi=xi·aibi=(ai?bi)ci-1·aibi= (ai?bi)ci-1+aibi 因為: 圖中紅框中的兩局部結(jié)構(gòu)相同,只是右邊紅框的一個輸入從bi變成了ci-1,且y= ai?bi 所以: si=( ai?bi)?ci (2)列出真值表 (3)總結(jié)該電路的功能 觀察真值表可知該邏輯電路的功能是:一位全加器
7、 ai和bi分別為加數(shù)和被加數(shù); ci-1為低位向本位的進位; si為本位和; ci為本位向高位的進位。 l 測試和驗證 (1)選擇芯片型號并繪制電路圖 (2)電路的仿真實現(xiàn) 結(jié)論:時序波形圖與真值表表現(xiàn)得信息是匹配的,故驗證成功! 2. l 設(shè)計分析 由上題得: si=( ai?bi)?ci ci=xi·aibi=xi·aibi=(ai?bi)ci-1·aibi= (ai?bi)ci-1+aibi 考慮到由異或門、與或非門(7454)和與非門三種邏輯門實現(xiàn)邏輯功能 因為:si=( ai?bi)?ci表達式中不含上述三種邏輯門電路以外的電路 故:si=( ai?b
8、i)?ci 所以:si由兩個異或門實現(xiàn) 因為:將ci= (ai?bi)ci-1+aibi變換為符合上述三種邏輯門電路的形式為:ci=(ai?bi)ci-1+aibi 所以:ci由一個異或門,一個與或非門和一個異或門實現(xiàn) y=ab+cde+fgh+ij 此時:(ai?bi)相當(dāng)于上式的a; ci-1相當(dāng)于上式的b; ai相當(dāng)于上式的i; bi相當(dāng)于上式j(luò)。 使cde項和fgh項均為低電位 其中可向與非邏輯門的輸入輸出同時輸入(ai?bi)ci-1+aibi或是一個輸入端輸入 (ai?bi)ci-1+aibi,另一個輸入端接高電平以實現(xiàn)最后的取反功能,此次實驗中,選用第一種方法。 l 測試和驗證 (1) 選擇芯片型號并繪制電路圖 (2)電路的仿真實現(xiàn) (3)真值表 結(jié)論:此時序波形圖和真值表分別于與題1的時序波形圖和真值表相同,故驗證成功! 五、總結(jié) ü 由時序波形圖可知,此電路存在邏輯競爭,但不存在冒險,不會對功能產(chǎn)生影響。 ü 此題中四2輸入與非門74ls00芯片有多種接法,如:(ai?bi)接a; ci-1接b; ai接c; bi接d; e接高電平; 使fgh項和ij項為低電平。 ü 通過本次實驗學(xué)會了推斷邏輯電路功能的步驟方法。 ü 學(xué)會了在限定的邏輯門組合下
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