第3章-组合电路设计

东南大学电工电子实验中心实验报告课程名称：数字逻辑设计实践第3次实验实验名称：组合函数设计院（系）：电工电子实验中心专业：姓名：学号：实验室:实验组别：同组人员：实验时间：2010年11月11日评定成绩：审阅教师：一、实验目的1.掌握常用中规模组合逻辑器件的功能和使用方法；2.掌握逻辑函数工程设计方法；3.掌握存储器实现复杂逻辑函数的原理和存储器的使用过程。二、实验原理思考题：1.使用图3.1.1给出的值固定、传递和取反的符号画出基本向量函数)1,1,,,1,0,,(),,,,,,,(01234567AAAAGGGGGGGGG的实现图。答：2.试用两片74148接成16线-4线优先编码器，用三片74148和门电路构成24线-5线优先编码器。答：两片74148接成16线-4线优先编码器：三片74148和门电路构成24线-5线优先编码器：3.用一片74LS138加若干与非门实现如下三输出函数的电路图：123YACBCYACYABC答：画出卡诺图，将最简表达式转化为标准表达式。A\BC000111100010010110CBACBAABCY1A\BC0001111001001111112YABCABCABCABCABCABCABCABCA\BC0001111000111111113YABCABCABCABCABCABCABCABC根据以上表达式，用译码器进行设计如下：4.分别用8选1数据选择器74LS151芯片、双4选1数据选择器74LS253芯片、一个4选1数据选择器实现如下逻辑函数：)13,12,10,8,5,2,1,0()(mDCBAY。答：卡诺图DC\BA00011110001101010100111100101001降一维:D\BA000111100C10C11C0C于是用8选1数据选择器74LS151芯片实现逻辑函数如下：双4选1数据选择器扩展为8选1数据选择器实现函数功能：再降一维，得将维卡诺图：BA00011110DDCDDC0C用一个4选1数据选择器实现逻辑函数:5.完成两个3位二进制数相乘，需用几片74283？试画出逻辑电路图。答：需要两片74283芯片，具体电路连接如下：6.用ROM设计1位全减器答：首先，列真值表注：A为被减数，B为减数，CI为低位来的借位，CO为向高位的借位，S为结果。ABCICOS0000000111010110111010001101001100011111根据真值表列出ROM数据表：A3A2A1A0I/OI/O7-I/Oo765432102位十六进制表示0000000000000000010000001103001000000011030011000000100201000000000101010100000000000110000000000001110000001103利用软件superpro进行编程，即在数据缓冲区的0000H地址依次写入数据：00、03、03、02、01、00、00、03。之后将数据缓冲区的内容下载到器件中，搭接电路进行测试三、实验内容必做实验：1.用多种方案设计1一位全减器电路。答：a)列真值表注：A为被减数，B为减数，CI为低位来的借位，CO为向高位的借位，S为结果。ABCICOS0000000111010110111010001101001100011111b)设计方案：（1）最小化设计：画卡诺图：COS写逻辑表达式：COABACIBCISABCIABCIABCIABCI用门电路实现（2）标准化设计根据真值表写出标准表达式：ABCI000111100010011110ABCI000111100010111010COABCIABCIABCIABCISABCIABCIABCIABCI用74LS1383线-8线译码器实现：用74LS153双4选1数据选择器实现：首先通过降维得到关于A、B的卡诺图：AB010CI110CICOS于是可用如下连接方式实现功能：c)测试并记录结果：最终选用译码器的方案进行测试，并用逻辑分析仪记录结果如下表：AB010CICI1CICI由上表知测试结果与理论分析一致，能够实现题目要求的功能。。2.人类有4种血型：A、B、AB和O型。输血时，输血者与受血者必须符合图3.3.1的规定，否则有生命危险，利用一个4选1数据选择器和最少数量的与非门，完成血型配对任务。答：a)定义变量：用二进制数A1A0、B1B0分别代表输血者和受血者的血型，Y表示血型是否匹配（Y=1表示匹配，Y=0表示不匹配）输血者：A1A0代表血型受血者：B1B0代表血型00A型00A型01B型01B型10AB型10AB型11O型11O型b)列真值表A1A0B1B0Y00001000100010100110010000101101101011101000010010101011011011001110111110111111c)设计方案画出卡诺图：A1B1\A0B000011110001010011001111011100011降维卡诺图：A1\A00100B10BB110BB1根据降维卡诺图使用4选1数据选择器及与非门设计逻辑图如下d)测试：利用逻辑分析仪进行测试，结果如下：由上表知测试结果与理论分析一致，能够实现题目要求的功能。3.用ROM设计一个8421BCD码7段显示译码电路，其真值表见下表所示。要求：1)使用编程器将组合电路下载到ROM中。2)自己在面包板上搭接测试电路，检查ROM中是否为设计的组合电路。3Q2Q1Q0Qabcdefg显示000000000010000110011111001000100102001100001103010010011004010101001005011001000006011100011117100000000008100100001009答：a)实验步骤：1)选择器件AT28C64，连接硬件电路；2)利用软件superpro进行编程，即在数据缓冲区的0000H地址依次写入数据：01、4F、12、06、4C、24、20、0F、00、04。之后将数据缓冲区的内容下载到器件中；3)在面包板上搭接测试电路，检查ROM中数据是否满足要求；测试步骤：搭好电路后，变换四个逻辑开关的状态，数码管对应输出显示数字0-9，与设计要求一致，验证正确；4)利用逻辑分析仪输出测试结果：选做实验：1.设有三台用电设备A、B、C和两台发电机组X、Y。X机组功率为10kW，Y机组功率为20kW。用电设备A用电量为15kW，设备B用电量为10kW，设备C用电量为5kW，三台用电设备有时同时工作，有时只有其中部分设备工作，甚至均不工作。试设计一个供电控制电路控制发电机组，以达到节电的目的。答：a)变量逻辑说明：对于A、B、C，等于1表示处于工作状态，等于0表示未处于工作状态；对于X、Y，等于1表示开，等于0表示不开。b)以节能为目的列出真值表如下：ABCXY0000000110010100110110001101011101111111c)由真值表，利用74LS1383线-8线译码器实现该功能：d)测试：将X、Y的输出接到LED灯测试，发光表示开，不发光表示不开。测试与理论分析一致，能实现题目要求的功能。四、思考题1.根据ROM实验内容，是选择共阴极数码管还是共阳极数码管？答：选择共阳极数码管。在本实验中，输出高电平时数码管不亮，输出低电平时亮，即对于数码管来说，要求电极接低电平公、公共极接高电平时相应笔段发光，这与共阳极数码管的工作特点相一致。2.无论是共阳极还是共阴极数码管，在使用时各段都必须加限流电阻。设数码管每段的最大工作电流为8mA，试确定限流电阻的大小。答：设电压为5V，因为每段数码管并联，故限流电阻为56258VmA。