實驗三組合邏輯電路

1、實驗三 組合邏輯電路一、實驗?zāi)康?. 通過簡單的組合邏輯電路設(shè)計與調(diào)試，掌握采用小規(guī)模（SSI）集成電路設(shè)計組合邏輯電路的方法。2. 用實驗驗證所設(shè)計電路的邏輯功能。3. 熟悉、掌握各種邏輯門的應(yīng)用。二、實驗原理組合邏輯電路是最常見的邏輯電路之一，可以用一些常用的門電路來組合成具有其他功能的門電路。組合邏輯電路在邏輯功能上的特點是任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入，而與電路過去的狀態(tài)無關(guān)。在電路結(jié)構(gòu)上的特點是只包含門電路，而沒有存儲（記憶）單元。在使用中、小規(guī)模集成電路來設(shè)計組合電路時，一般步驟如圖3-1所示：1. 進(jìn)行邏輯抽象，首先根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求建立輸入、輸出變量，列出其真值表。2.

2、用卡諾圖或代數(shù)法化簡，求出最簡邏輯表達(dá)式。3. 根據(jù)簡化后的邏輯表達(dá)式，畫出邏輯電路圖。若已知邏輯電路，欲分析組合電路的邏輯功能，則分析步驟為：1. 由邏輯電路圖寫出各輸出端的邏輯表達(dá)式。2. 由邏輯表達(dá)式列出真值表。3. 根據(jù)真值表進(jìn)行分析，從而確定電路功能。 組合電路的設(shè)計過程是在理想情況下進(jìn)行的，即假設(shè)一切器件均沒有延遲效應(yīng)。 圖3-1 組合邏輯電路設(shè)計流程圖三、實驗儀器及器件1. EL-ELL-型數(shù)字電路實驗系統(tǒng)2. 集成電路芯片： 74LS00 74LS04 74LS86等四、實驗內(nèi)容及步驟1. 測試用異或門和與非門組成的半加器的邏輯功能如果不考慮來自低位的進(jìn)位而能夠?qū)崿F(xiàn)將兩個1位二

3、進(jìn)制數(shù)相加的電路，稱為半加器，半加器的符號如圖3-2所示。半加器的邏輯表達(dá)式為：根據(jù)半加器的邏輯表達(dá)式可知，半加和S是輸入A、B的異或，而進(jìn)位CO則為輸入A、B相與，故半加器可用一個集成異或門和二個與非門組成，電路如圖3-3所示。 圖3-2 半加器符號 圖3-3 異或門和與非門組成的半加器邏輯電路在實驗儀上用74LS00及74LS86按圖3-3接線，當(dāng)輸入端A、B為表3-1所列狀態(tài)時，測量輸出端S及CO的邏輯狀態(tài)，將結(jié)果記錄于表3-1中。表3-1 半加器的邏輯功能測試記錄輸入端A0011B0101輸出端SCO2. 由加法器組成的組合邏輯電路的設(shè)計與測試在將兩個多位二進(jìn)制數(shù)相加時，除了最低位以外

4、，每一位都應(yīng)該考慮來自低位的進(jìn)位，即將兩個對應(yīng)位的加數(shù)和來自低位的進(jìn)位3個數(shù)相加。能實現(xiàn)這種運(yùn)算的電路稱為全加器。電路的輸入有被加數(shù)A、加數(shù)B以及來自相鄰低位的進(jìn)位數(shù)CI，輸出有全加和S與向高位的進(jìn)位CO。全加器的邏輯表達(dá)式為：全加器的符號如圖3-4所示。用異或門和與或非門組成的全加器電路如圖3-5所示。實現(xiàn)多位二進(jìn)制數(shù)相加有多種形式電路，其中比較簡單的一種電路是采用串行相加，逐位進(jìn)位的方式。（1）設(shè)計一個代碼轉(zhuǎn)換電路，將BCD碼的8421碼轉(zhuǎn)換為余3碼。要求使用簡單門電路設(shè)計電路，用Multisim進(jìn)行仿真，列出真值表，畫出邏輯電路圖并在實驗儀上進(jìn)行測試，記錄測量結(jié)果。（2）用門電路芯片構(gòu)成

5、三位加法器電路，要求能進(jìn)行兩個三位二進(jìn)制數(shù)A2、A1、A0和B2、B1、B0相加。自擬實驗電路并進(jìn)行測量，用Multisim進(jìn)行仿真，實驗結(jié)果記錄于表3-2中。3.組合邏輯電路設(shè)計（1）設(shè)計一個燃油鍋爐自動報警器電路。要求燃油噴嘴在開啟狀態(tài)下，如鍋爐水溫或壓力過高則發(fā)出報警信號。 A、B、C表示開關(guān)、水溫、壓力，A=1，開關(guān)接通；A=0，開關(guān)被切斷。圖3-4 全加器符號 圖3-5 異或門和與或非門組成的全加器邏輯電路表3-2 三位加法器電路測試記錄加數(shù)被加數(shù)結(jié)果A2A1A0B2B1B0S2S1S0C2011010011100101110111111 B、C=1表示水溫、壓力過高；B、C=0表示

6、水溫、壓力正常。 輸出F：F=0正常，F(xiàn)=1報警。要求：按要求寫出邏輯表達(dá)式，如需化簡則通過卡諾圖，得到最簡邏輯表達(dá)式（按實驗室能提供的器件），畫出邏輯電路圖。在實驗儀上對所設(shè)計的電路進(jìn)行實驗測試，記錄測試結(jié)果，數(shù)據(jù)記錄表格自擬。（2） 在一幢宿舍樓的樓梯間有一盞電燈L，用三個控制開關(guān)A、B、C來控制電燈L的開啟和關(guān)閉。要求只改變?nèi)齻€開關(guān)中任意一個開關(guān)的狀態(tài)，都能控制電燈的點亮和熄滅。試設(shè)計該燈的邏輯控制電路。電路要求用與非門及異或門實現(xiàn)，電燈L用發(fā)光二極管代替。要求：寫出詳細(xì)的設(shè)計過程，畫出完整的控制電路圖，并在實驗以上選擇相應(yīng)的器件對所設(shè)計的電路進(jìn)行實驗測試，記錄實驗結(jié)果。五、預(yù)習(xí)報告要求1. 復(fù)習(xí)教材中有關(guān)半加器、全加器的內(nèi)容，熟悉有關(guān)集成電路芯片的引腳及性能。2. 復(fù)習(xí)組合邏輯電路的分析和設(shè)計方法。六、實驗報告要求1. 總結(jié)組合邏輯電路的分析、設(shè)計方法。2. 將仿真結(jié)果與設(shè)計結(jié)果比較。3. 回答思考題：（1）什么是組合邏輯電路的競爭冒險現(xiàn)象？如何消除？（2）如何用最簡單的方法驗證“與或非”門的邏輯功能是否完好？（3）圖3-6是一個數(shù)字密碼鎖的模擬電路，其中三個開關(guān)S1、S2、S3只有按一定順序閉合，才能在報警燈（紅色）不亮的情況下，打開保險柜（開門指示燈亮，綠色）