实验二--组合逻辑电路分析与设计

实验二组合逻辑电路分析与设计一、实验目的1.掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法；2.掌握组合逻辑电路的设计方法。二、实验预习要求1.熟悉门电路工作原理及相应的逻辑表达式；2.熟悉数字集成电路的引脚位置及引脚用途；3.预习组合逻辑电路的分析与设计步骤。三、实验原理通常，逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。电路在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与先前的状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。1．组合逻辑电路的分析过程，一般分为如下三步进行：（1）由逻辑图写出输出端的逻辑表达式；（2）画出真值表；（3）根据对真值表进行分析，确定电路功能。2．组合逻辑电路的一般设计过程为图实验2.1所示。设计过程中，“最简”是指电路所用器件最少，器件的种类最少，而且器件之间的连线也最少。四、实验仪器设备1．TPE－ADⅡ实验箱（+5V电源，单脉冲源，连续脉冲源，逻辑电平开关，LED显示，面包板数码管等）1台；实际逻辑问题真值表卡诺图化简最简逻辑表达式逻辑电路图逻辑代数化简逻辑抽象图实验2.1组合逻辑电路设计方框图2．四两输入集成与非门74LS002片；3.四两输入集成异或门74LS861片；4.两四输入集成与非门74LS203片。五、实验内容及方法1．分析、测试74LS00组成的半加器的逻辑功能。（1）用74LS00组成半加器，如图实验2.2所示电路，写出逻辑表达式并化简，验证逻辑关系。根据图实验2.2所示电路，可得出逻辑表达式为：进位：和：（2）列出真值表。真值表如下：ABSiCi+10000011010101101（3）分析、测试用异或门74LS86与74LS00组成的半加器的逻辑功能，自己画出电路，将测试结果填入自拟表格中，并验证逻辑关系。图实验2.2由与非门组成的半加器电路2．分析、测试全加器电路，设计用74LS86和74LS00组成全加器电路，用异或门、与门和或门组成的全加器如图实验2.3所示，将测试结果填于真值表内，验证其逻辑关系。iiiiiiiiiiBABABASBAC1全加和:1)(iiiiCBAS进位：1()iiiiiiCABCAB图实验2.3全加器电路图全加器真值表：AiBiCi-1Ci+1Si00000001010100101110100011011011010111113．设计：用“与非门”设计一个表决电路。当四个输入端中有3个或4个“1”时输出为“1”其步骤如下。（1）写出真值表。表实验2.1真值表输入输出输入输出ABCDZABCDZ00000100000001010010001001010000110101110100011000010101101101100111010111111111（2）用卡诺图化简。11111化简后的逻辑函数表达式：Z=ABC+BCD+ACD+ABD（3）写出逻辑表达式。Z=ABC+BCD+ACD+ABD（4）用“与非门”构成的逻辑电路图。图实验2.4表决电路逻辑图10CDAB000111000111104．学生自行设计：设计一个对两个两位无符号二进制数进行比较的电路，根据第一个数是否大于、等于、小于第二个数，使相应的三个输出端中的一个输出为“1”。（1）写出真值表。设两个数A=A2A1,B=B2B1。F1表示AB,F2表示A=B,F3表示AB.A2A1B2B1F1(AB)F2(A=B)F3(AB)0000010000100100100010011001010010001010100110001011100110001001001100101001010110011100100110110011101001111010由真值表可得：F1=m4+m8+m9+m12+m13+m14;F2=m0+m5+m10+m15;F3=m1+m2+m3+m6+m7+m11;（2）卡诺图化简由卡诺图可得出逻辑表达式为：F1=A2B2+A2A1B1+A1B2B1;F2=A2A1B2B1+A2A1B2B1+A2A1B2B1+A2A1B2B1;F3=A2B2+A2A1B1+A1B2B1；（3）用“与非门”构成的逻辑电路图。六、实验报告1.整理实验数据并填表，对实验结果进行分析。实验结果分析：（1）半加器：在测试用74LS00组成的半加器的逻辑功能时，由逻辑函数表示式可以知道当A和B都为0时，Ci+1和Si的值都为0，即两个灯都是灭的；当AB为01或者10组合时，Ci+1的值为0，Si的值为1，即Ci+1的灯是灭的，Si的灯是亮的；当A和B都为1时，Ci+1的值为1，Si的值为0，即Ci+1的灯是亮的，Si的灯是灭的。（2）全加器：在测试用异或门74LS86与74LS00组成的半加器的逻辑功能时，由真值表和逻辑函数表达式可以知道，Ai、Bi和Ci-1的不同组合决定了Ci+1和Si的亮或者灭，当Ai、Bi和Ci-1的组合为011、101、110和111时，Ci+1的值为1，Si的值为0，即Ci+1的灯是亮的，而Si的灯是灭的；当Ai、Bi和Ci-1的组合为000、001、010和100时，Ci+1的值为0，Si的值为1，即Ci+1的灯是灭的，而Si的灯是亮的。（3）设计表决电路：用“与非门”设计一个表决电路，并用74LS20测试其当四个输入端中有3个或4个“1”时输出为“1”的逻辑功能时，由真值表和化简后的逻辑函数表达式可以知道，当ABCD的组合中有三个或四个“1”时，Z的值为1，反之则Z值为0，即满足条件时Z的灯是亮的，不满足则是灭的。2.总结组合逻辑电路的分析与设计方法。组合逻辑电路的分析方法为：1.写出输出函数表达式；根据逻辑电路图写输出函数表达式时，一般从输入端开始往输出端逐级推导，直至得到所有与输入变量相关的输出函数表达式为止。2.化简输出函数表达式；3.列出输出函数真值表；4.功能评述。组合逻辑电路的设计方法为：1.按文字描述的逻辑命题写出真值表；具体为：先分析设计要求，设置输入、输出变量，设定逻辑状态1和0的含义，然后再按逻辑功能的要求列出真值表。2.由真值表写出函数表达式，并化简；①当采用小规模集成电路设计时，则要根据所选用的门进行函数化简，以求用最少的门来实现。化简时，可通过卡诺图法(直接根据真值表填图化简)，也可通过代数法(根据表达式进行化简)。②当采用中、大规模集成电路设计时，有时可能需对表达式进行适当的变换，以适应所需门的需要，然后再用最少的集成块来实现。3.画出相应的逻辑图。