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组合逻辑电路的设计

广州大学学生实验报告

开课学院及实验室：机械与电气工程学院电子楼410 年月日

学院

机械与电气工程

年级、专业、班

姓名

学号

实验课程名称

数字电子技术实验

成绩

实验项目名称

组合逻辑电路的设计

指导老师

胡晓

一、实验目的

1、学习组合逻辑电路的设计方法

2、掌握使用通用逻辑器件实现逻辑电路的一般方法

二、实验原理

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方法。设计的过程通常是根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成的工作。

这里所说的“最简”，是指电路所用的器件数最少，器件的种类最少，器件之间的连线也最少。

组合逻辑电路的设计工作通常可按如下步骤进行：

（1）进行逻辑抽象

在许多情况下，提出的设计要求是用文字描述的一个具有因果关系的事件。这时就需要通过逻辑抽象的方法，用一个逻辑函数来描述这一因果关系。

逻辑抽象的工作通常是这样进行的：

a、分析事件的因果关系，确定输入变量和输出变量。一般把引起事件的原因定为输入变量，把事件的结果作为输出变量。

b、定义逻辑状态的含义。以二值逻辑的0、1两种状态分别代表输入变量和输出变量的两种不同状态。

c、根据给定的因果关系列出逻辑真值表。

（2）写出逻辑函数式

（3）选定器件的类型

既可用小规模集成的门电路（SSI）组成相应的逻辑电路，也可以用中规模集成的常用组合逻辑器件（MSI）等构成相应的逻辑电路。

（4）将逻辑函数化简或变换成适当的形式

在使用小规模集成的门电路进行设计时，为获得最简单的设计结果，应将函数化成最简形式，即函数式中相加的乘积项最少，而且每个乘积项中的因子也最少。

（5）根据化简或变换后的逻辑函数式画出逻辑电路的连接图

（6）工艺设计：为了把逻辑电路实现为具体的电路装置，还需要作一系列的工艺设计工作，包括设计机箱、面板、电源、显示电路、控制开关等，最后还必须完成组装、调试。

三、实验仪器、材料

1、+5V直流电源 2、逻辑电平开关

3、逻辑电平显示器 4、74LS20×4

四、实验步骤

（1）红、黄、绿灯监控电路

利用通用集成块实现例题的红、黄、绿灯监控电路，并进行检验。

（2）“四人表决”电路

设计一个四人表决电路，要求为：当4个输入端中有3个及以上为“1”时，输出端才为“1”。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。

五、实验过程原始记录

（1）红、黄、绿灯监控电路

取红、黄、绿3盏灯的状态为输入变量，分别用R、Y、G表示，并规定灯亮时为1，不亮时为0。取故障信号为输出变量，以Z表示，并规定正常工作状态下Z = 0，发生故障时Z = 1.根据题意可列出表1 所示的逻辑真值表。

表1

R	Y	G	Z	R	Y	G	Z
0	0	0	1	1	0	0	0
0	0	1	0	1	0	1	1
0	1	0	0	1	1	0	1
0	1	1	1	1	1	1	1

由上表可知 Z = R’Y’G’+ R’YG + RY’G + RYG’+ RYG （1）

选定器件类型为小规模通用集成门电路。

将式（1）利用卡诺图化简后得

Z = R’Y’G’ + RY + RG + YG （2）

卡诺图

因实验要求全部用与非门组成这个逻辑电路，要把（2）式化为最简与非-与非表达式。将上式两次求反后得到

Z = ((R’Y’G’)’·(RY)’·(RG)’·(YG)’)’ （3）

根据式（3）可画出用与非门组成的逻辑电路，如下图所示

按上图所示连线，输入端R、G、Y接至逻辑开关输出插口，输出端Z接逻辑电路电平显示输入插口，按真值表要求，逐次改变输入变量，测量相应的输出值。

经验证，所设计的逻辑电路符合要求。

（2）“四人表决”电路

设4个输入端分别为A、B、C、D，输出为Y，用指示器显示表决器输出状态。当4个输入端中有3个或以上为“1”时，输出端才为“1”。否则输出为“0”。根据题意可列出表2 所示的逻辑真值表。

表2

A	B	C	D	Y	A	B	C	D	Y
0	0	0	O	0	1	0	0	0	0
0	0	0	1	0	1	0	0	1	0
0	0	1	0	0	1	0	1	0	0
0	0	1	1	0	1	0	1	1	1
0	1	0	0	0	1	1	0	0	0
0	1	0	1	0	1	1	0	1	1
0	1	1	0	0	1	1	1	0	1
0	1	1	1	1	1	1	1	1	1

由上表可知 Y = ABC + BCD + ACD + ABD （1）

因实验要求全部用与非门组成这个逻辑电路，故画出如左下卡诺图进行化简。

可将（1）式化为 Z = (（ABC）’ + （BCD）’ + （ACD）’ + （ABD）’)’ (2)

根据式（2）可画出用与非门组成的逻辑电路，如右上图所示

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接电平显示输入插口，按真值表要求，逐次改变输入变量，测量相应的输出值。

经验证，所设计的逻辑电路符合要求。

六、实验结果及分析

测试结果如上

设计体会：纸面上的分析设计并不困难，难的是实际电路的连接。电路连接时，已经花费了大量的时间，但往往连接完并不能正常工作。

因此，要在连完一个与非门时就要进行测试，看能不能正常工作。若不能工作，要分析是连接的电线、模拟电路箱还是芯片出错。此实验学会分析潜在的错误非常重要。

本文发布于:2024-09-20 21:29:25，感谢您对本站的认可！

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