实验三 组合逻辑电路的设计

实验三组合逻辑电路的设计一、实验目的（1）掌握用门电路设计组合逻辑电路的方法。（2）掌握半加器、全加器的设计及连接调试电路的全过程。（3）通过前面的举例学习解决实际问题的能力。二、预习要求1、阅读数字电子基础教材第五章的内容。2、查阅集成电路器件（见附图）74LS32、74LS86、74LS08、74LS54的电路功能以及引脚结构图。3、阅读本实验的实验原理和测试方法。三、实验内容1、半加器和一位全加器的设计和验证。2、用门电路设计组合逻辑电路的应用举例。3、自行设计题目。四、实验原理与测试方法组合逻辑电路是数字系统中逻辑电路形式的一种。特点：电路任何时刻的输出状态只取决于该时刻输入信号（变量）的组合，而与电路的历史状态无关。组合逻辑电路的设计是在给定问题（逻辑命题）情况下，通过逻辑设计过程，选择合适的标准器件，搭接成实验给定问题（逻辑命题）功能的逻辑电路。通常，设计组合逻辑电路按下述步骤进行。如图3.1所示：（1）列真值表。设计的要求一般是用文字来描述的。设计者首先对命题的因果关系进行分析，“因”为输入，“果”为输出，即“因”为逻辑变量，“果”为逻辑函数。其次，对逻辑变量赋值，即用逻辑0和逻辑1分别表示两种不同状态。最后，对命题的逻辑关系进行图3.1组合逻辑电路设计流程图分析，确定有几个输入，几个输出，由于真值表在四种逻辑函数表示方法中，表示逻辑功能最为直观，所以设计的第一步为按逻辑关系列出真值表。（2）由真值表写出逻辑函数表达式。（3）对逻辑函数进行化简。若由真值表写出的逻辑函数表达式不是最简，应利用公式法或卡诺图法进行逻辑函数化简，得出最简式。如果对所用器件有要求，还需将最简式转换成相应的形式。（4）按最简式画出逻辑电路图。（5）按照逻辑电路图连接电路（并注意器件的使用规则），进行测试达到其要求。1、利用异或门74LS86、与门74LS08、或门74LS32设计半加器、一位全加器。半加器：只考虑被加数和加数的相应位相加，而不考虑相邻低位的进位。全加器：实现一位二进制的加法，它由被加数、加数和来自相邻低位的进位数相加，输出有全加和与向高位的进位。设计过程如下：（1）根据半加器、全加器的逻辑功能列出其真值表，见表3-1、表3-2；（2）由真值表表3-1、表3-2写出半加器、全加器逻辑表达式半加器逻辑表达式：S=AB+AbnnnnnC广"

全加器逻辑表达式:S=ABC+ABC+ABC+ABCnnnn-1nnn-1nnn-1nnn-1=(A金B)C+(A+B)C~nnn-1nnn-1=(A©B)©C1C=AbC+ABc+ABC+ABCnnnn-1nnn-1nnn-1nnn-1=(~AB+AB)C+AB(C+C)nnnnn-1nnn-1n-1=(A©B)C+ABnnn-1nn表3-2全加器真值表AnBnsncn00000110101AnBnsncn0000011010101101表3-1半加器真值表AnBnCn-1sncn0000000110010100110110010101011100111111BnAnSnCn图3.2全加器逻辑电路图图3.3半加器逻辑电路图（4）在数字电子综合实验箱上用74LS08、74LS32、74LS86搭接半加器、全加器实验电路，在输入端A、B、C接电平开关，输出端S、C接状态灯，验证其逻辑功能。nnn-1nn2、实际应用举例：某工厂有A、B、C三个车间，各需电力10千瓦，由变电所的X、7两台变压器供电。其中X变压器的功率为13千伏安，Y变压器的功率为25千伏安。为合理供电，需设计一个送电控制电路。使控制电路的输出接继电器线圈。送电时线圈通电；不送电时线圈不通电。提供异或门（74LS86）、与非门（74LS00）、与或非门（74LS54）各一片。完成设计电路，并标出集成电路型号及相应的管脚号。解：根据命题确定A、B、C为输入变量，X、Y为输出逻辑函数。现赋值如下：工作用1表示，不工作用0表示；送电用1表示，不送电用0表示。三个车间的工作情况及变压器是否供电，列入表3-3中。经公式变换和化简得：X=ABC+ABC+ABC+ABC=A（BC+BC）+A（BC+BC）=A㊉B㊉CY=AB+BC+AC=AB-BC-AC根据逻辑表达式画出接线图，如图3.4所示。在输入端A、B、C分别接三个电平开关，输出端X和Y接输出状态灯。将测试结果与真值表3-3对照验证。表3-3控制电路真值表图3.4逻辑电路图3、自行设计题目。试用2输入与非门和反相器设计一个4位的奇偶校验器，即当4位数中有奇数个1时输出为0;否则输出为1。要求：写出真值表和逻辑表达式，画出逻辑电路图，搭接电路并验证其功能。某大楼走廊中的一只电灯L，有三处控制开关分别为A、B、C，要求三处开关中的任何一处都能控制该灯亮和灭。试设计一个控制该灯的逻辑电路，并要求分别用与非门和异或门两种类型的门电路来实现。五、实验报告1、画出逻辑电路图，写出各电路的逻辑函数表达式，整理实验数据填入表中；2、简述用小规模数字集成电路设计组合电路的方法。3、自行设计题目要写出设计的全过程，并画出标明所用芯片型号和引脚号的电路图。六、实验设备和器件1、数字电子实验箱；2、双踪示波器和数字万用表；4、集成数字芯片