计算机硬件技术基础实验5-组合逻辑电路的设计

淮海工学院计算机工程学院实验报告书课 程 名： 计算机硬件技术基础 题 目： 实验五 组合逻辑电路的设计 班 级： 软嵌151 学 号： 2015123349 姓 名： 陈正宁 评语：成绩： 指导教师： 批阅时间： 年 月 日一、实验目的与要求1）掌握组合逻辑电路的设计与测试方法2）设计用与非门及用异或门、与门组成的半加器电路。写出用与非门实现的半加器的逻辑表达式：S=AB+A B=AB 写出用异或门、与门组成的半加器的逻辑表达式：Si=AiBi Ci=AiBi 3）设计一个一位全加器，要求用异或门、与门、或门组成。写出该全加器的逻辑表达式：Si=AiBiCi-1Ci=AiBi+Ci-1Ai+Ci-1Bi 4）设计一位全加器，要求用与或非门实现。写出该全加器的逻辑表达式：Fn=Cn*Xn+Cn*Yn+Cn*Yn*1+Xn Yn Cn-1Cn=Xn* Yn+ Yn* Cn-1*1+Xn * Cn-1*1+0*0 二、实验原理1、组合逻辑电路设计流程使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。设计组合电路的一般步骤如图5.1所示。图5.1 组合逻辑电路设计流程图根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式。并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。 根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。最后，用实验来验证设计的正确性。2、 组合逻辑电路设计举例 要求：使用“与非”门设计一个表决电路。当四个输入端中有三个或四个为“1”时，输出端才为“1”。设计步骤：根据题意列出真值表，如表5.1所示，再填入表决器卡诺图中，如表5.2所示。表5.1 表决器真值表D0000000011111111A0000111100001111B0011001100110011C0101010101010101Z0000000100010111表5.2 表决器卡诺图 DABC000111100001111111101 由卡诺图化简，得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式如下： ZABCBCDACDABD根据逻辑表达式画出用“与非门”构成的逻辑电路如图5.2所示。图5.2 表决电路逻辑图线路连接如下：实验线路选择2片74ls10（U1使用了全部的三个门，也可以每片使用2个门，避免连线拥塞）；一片74LS20A、B、C、D四个输入引脚连接4个开关量输出开关（K3K0）；输出接LED指示。开关K3K0的开关，观察L1指示灯的状态，记录实验数据。输入输出K3K2K1K0Y1000000001011111注：只要输入端K1、K2、K3、K0中有三个按下，则输出端Y1就会是1（亮）。实验验证逻辑功能：按上图接线，输入端A、B、C、D接至逻辑开关输出插口，输出端Z接逻辑电平显示输入插口，按真值表（自拟）要求，逐次改变输入变量，测量相应的输出值，验证逻辑功能，与表5.2进行比较，验证所设计的逻辑电路是否符合要求。三、实验仪器与器件1、 5V直流电源 2、 逻辑电平开关3、 逻辑电平显示器 4、 直流数字电压表5、 实验芯片序号所需芯片名称可替代型号含义数量备注174LS10CD4023三-3输入与非门2DIP14274LS20CC4012二-4输入与非门1DIP14374LS08CC4081四-2输入与门1DIP14474LS32CD4071四-2输入或门1DIP14574LS86CC4030四-2输入异或门1DIP14674LS54CC4085/CD4086四路2-3-3-2输入与或非门2不能替换774LS04CD40696非门（六倒相器）1DIP14四、实验内容及步骤1、半加器设计74LS86是一片四-2输入异或门；74LS08是一片2输入与门。试用上述二芯片，设计一个半加器。要求按本文所述的设计步骤进行，直到测试电路逻辑功能符合设计要求为止。（1）设计使用上述给定元件的全加器，逻辑表达式为（以下为举例）（2）设计符合上述表达式的硬件原理图（以下为举例）线路连接如下：使用1片74LS86和一片74LS08。输入接K1、K0，输出接L2和L1，连接好线路，接通电源，改变K1、K0开关状态，观察L2、L1显示，记录在表格中。（3）设计验证表格，实验验证上述设计正确性序号输入输出AiBiSiCi10000201103101041101（4）写出设计与实验小结实验数据和理论值一致。上述设计正确。输入端Ai和Bi只要其中一个亮，输出端都是Si亮，只有当Ai和Bi同时亮，输出端才是Ci亮。2、设计一个一位全加器，要求用异或门(74LS86)、与门（74LS08）、或门（74LS32）组成。（1）设计使用上述给定元件的全加器，逻辑表达式为：Si=AiBICi-1Ci=AiBi+Ci-1Ai+Ci-1Bi（2）设计符合上述表达式的硬件原理图（3）设计验证表格，实验验证上述设计正确性输入输出K1K2K3L1L20000000101010010110110000101011100011111（4）写出设计与实验小结输入端K2、K3中只要任意一个亮或者同时亮，那么输出端只有L2亮；输入端K1和K3同时亮，输出端只有L2亮；输入端K1、K2、K3同时亮时，输出端L1、L2同时亮。3、设计一位全加器，要求用与或非门（只提供2片74LS54和一片74LS04）实现。要求：做好预习，事先设计好线路，实验连线，并记录相关数据下面是参考设计方案：（1）按要求计算并化简Fn=Xn Yn Cn-1+Xn Yn Cn-1+Xn Yn Cn-1+Xn Yn Cn-1Cn=Xn Yn Cn-1+Xn Yn Cn-1+Xn Yn Cn-1+Xn Yn Cn-1Cn=Xn Yn+ Yn Cn-1+Xn Cn-1Cn=Xn Yn+ Yn Cn-1+Xn Cn-1CnXn=Xn Yn Cn-1CnYn=Xn Yn Cn-1CnYn=Xn Yn Cn-1故：Fn=CnXn+CnYn+CnYn1+Xn Yn Cn-1这里的1为VCCCn=Xn Yn+ Yn Cn-11+Xn Cn-11+00此处0/1为了配合74LS54芯片的输入引脚数量要求（2）设计好实验线路，按事先设计好的线路连线如下是连线图（3）波动K3K1开关，记录L2和L指示灯的状态。输入输出K1K2K3L1L20000000110010100110110010101011100111111（4）得到结论，完成分析。输入端K1、K2、K3只要其中任意一个亮，输出端都是L1亮；K1、K2、K3只要其中任意两个亮，输出端都是L2亮；K1、K2、K3三个都亮时，输出端L1、L2同时亮。 五、实验数据处理 1、列写实验任务的设计过程，画出设计的电路图。（1）设计1 （2） 设计2A、真值表 A、真值表序号 输入输出输入输出AiBiSiCiK1K2K3L1L2K1K2K31000000000000201100010100131010010010104110101101011B、表达式（或卡诺图） B、表达式（或卡诺图）Si=AiBi Si=AiBICi-1Ci=AiBi Ci=AiBi+Ci-1Ai+Ci-1Bi C、电路逻辑图 C、电路逻辑图（3）设计3 A、真值表 输入输出K1K2K3L1L20000000110010100110110010101011100111111B、表达式（或卡诺图） Fn=CnXn+CnYn+CnYn1+Xn Yn Cn-1Cn=Xn Yn+ Yn Cn-11+Xn Cn-11+00C、电路逻辑图 2、对所设计的电路进行实验测试，记录测试结果。测试数据及过程（自己做表）（1）设计1序号输入输出AiBiSiCi10000201103101041101（2）设计2输入输出K1K2K3L1L20000000101010010110110000101011100011111（3）设计3输入输出K1K2K3L1L20000000110010100110110010101011100111111六、实验体会1.做实验设计时，应该按步骤设计：列真值表根据真值画卡若图列出逻辑函数表达式并化简根据化简了的逻辑表达式画出逻辑电路图选择适当的电路芯片合理布线设计实验线路。2.实验设计选择电路芯片时，应该先了解芯片的构造，原理，主要用途。熟悉芯片各引脚对应的输入或输出内容。3.做实验时需要用到很多的连接导线，在连