《数字电路与逻辑设计实验》实验报告

1、数字电路与逻辑设计实验实验报告_大学信息学院20_年至2021年下学期 数字电路与逻辑设计实验实验报告 实验名称：组合逻辑电路教师：学号：_姓名：序号：33上课日期：2021.4.11班级：周六三四节 一、 实验器材（芯片类型及数量） 芯片类型数量 QuartusII实验平台1台 7454芯片1片 四2输入与或非门74LS28芯片1片 四2输入与非门74LS00芯片10片 注释： 其中九片四2输入与非门74LS00芯片用于实验一，一片四2输入与非门74LS00芯片和其余器件用于实验二。 二、 实验原理 数字电路按逻辑功能和电路结构的不同特点，可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。组合逻辑电路

2、是根据给定的逻辑问题，设计出能实现逻辑功能的电路。用小规模集成电路实现组合逻辑电路，要求是使用的芯片最少，连线最少。一般设计步骤如下： 1、首先根据实际情况确定输入变量、输出变量的个数，列出逻辑真值表。 2、根据真值表，一般采用卡诺图进行化简，得出逻辑表达式。 3、如果已对器件类型有所规定或限制，则应将函数表达式变换成与器件类型相适应的形式。 4、根据化简或变换后的逻辑表达式，画出逻辑电路。 5、根据逻辑电路图，查找所用集成器件的管脚图，将管脚号标在电路图上，再接线验证。 三、 实验内容及原理图 1.Analysis of Combinatorial Logic Circuits（组合逻辑电路

3、分析p ） Aim: To get the logical function of the digital circuit（目的:得到数字电路的逻辑功能） Step 1 get the logical function of the digital circuit（步骤1得到数字电路的逻辑功能） Get the logical e_pression step by step from the input to the output.（从输入到输出，一步一步地获取逻辑表达式） Simplified the logical e_pression（简化逻辑表达式） Filled the truth

4、table（填写真值表） Summarized the function of the circuit（总结该电路的功能） Step 2 Test and verify if your analysis are correct.（步骤2测试和验证您的分析p 是否正确） Select the chip model and draw the circuit diagram;（选择芯片型号并绘制电路图） Realize the circuit.（实现电路） 1) Basic task: Analyze the logical functions of the follog circuit（基本任务:

5、分析p 下列电路的逻辑功能） 2) High level task: Realizing the logical function of Full Adder by and-or-invert gate (7454) and nand gate.（高级任务:通过异或门、与或非门(7454)和与非门实现全加法器的逻辑功能。） Y=AB+CDE+FGH+IJ四、实验数据记录（真值表/时序波形图/状态转换图） 1.l 得到数字电路的逻辑功能 AB·AAB·BAB（1）分析p 每一级的逻辑表达式并化简： 因为： Y=AiBi·Ai·AiBi·Bi=Ai

6、Bi·Ai+AiBi·Bi=（Ai+Bi）Ai+（Ai+Bi）Bi=AiBi+AiBi=AiÅBi _1=YCi-1=AiÅBi·Ci-1 所以： Ci=_i·AiBi=_i·AiBi=(AiÅBi)Ci-1·AiBi= (AiÅBi)Ci-1+AiBi 因为： 图中红框中的两部分结构相同，只是右边红框的一个输入从Bi变成了Ci-1，且Y= AiÅBi 所以： Si=( AiÅBi)ÅCi（2）列出真值表（3）总结该电路的功能 观察真值表可知该逻辑电路的功能是：一位

7、全加器 Ai和Bi分别为加数和被加数； Ci-1为低位向本位的进位； Si为本位和； Ci为本位向高位的进位。 l 测试和验证 （1）选择芯片型号并绘制电路图（2）电路的仿真实现结论：时序波形图与真值表表现得信息是匹配的，故验证成功！2.l 设计分析p 由上题得： Si=( AiÅBi)ÅCi Ci=_i·AiBi=_i·AiBi=(AiÅBi)Ci-1·AiBi= (AiÅBi)Ci-1+AiBi 考虑到由异或门、与或非门(7454)和与非门三种逻辑门实现逻辑功能 因为：Si=( AiÅBi)ÅCi表达

8、式中不含上述三种逻辑门电路以外的电路 故：Si=( AiÅBi)ÅCi 所以：Si由两个异或门实现 因为：将Ci= (AiÅBi)Ci-1+AiBi变换为符合上述三种逻辑门电路的形式为：Ci=(AiÅBi)Ci-1+AiBi 所以：Ci由一个异或门，一个与或非门和一个异或门实现 Y=AB+CDE+FGH+IJ此时：(AiÅBi)相当于上式的A; Ci-1相当于上式的B;Ai相当于上式的I； Bi相当于上式J。 使CDE项和FGH项均为低电位 其中可向与非逻辑门的输入输出同时输入(AiÅBi)Ci-1+AiBi或是一个输入端输入 (Ai

9、ÅBi)Ci-1+AiBi，另一个输入端接高电平以实现最后的取反功能，此次实验中，选用第一种方法。 l 测试和验证 （1） 选择芯片型号并绘制电路图（2） 电路的仿真实现（3） 真值表结论：此时序波形图和真值表分别于与题1的时序波形图和真值表相同，故验证成功！ 五、总结 ü 由时序波形图可知，此电路存在逻辑竞争，但不存在冒险，不会对功能产生影响。 ü 此题中四2输入与非门74LS00芯片有多种接法，如：(AiÅBi)接A； Ci-1接B；Ai接C；Bi接D；E接高电平； 使FGH项和IJ项为低电平。 ü 通过本次实验学会了推断逻辑电路功能的步骤方法。 ü 学会了在