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；

2． 四两输入集成与非门74LS00 2片；

3.  四两输入集成异或门74LS86 1片；

4.  两四输入集成与非门74LS20 3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。

    （2）列出真值表。

    （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。

     对上面实验数据的分析：当A，B输入相同时，Si的值为0，输入不同时Si的值为1，即就是说Si是检测A，B的输入是否不同的——异或；而Ci的值是A，B输入值得和。

    自己设计的用来测试半加器的逻辑功能的电路图：

      设计的异或门和与非门组成的半加器的测试结果如下列的真值表所示：

评价：通过这种方法获得测试结果和上述电路完全相同，并且在有异或门的情况下实现较为简单，所以我们应当在设计的时候在条件允许的情况实现最简。

3．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

    （2） 用卡诺图化简。

（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。

（4）、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”。

分析：该电路有四个输入变量ABCD，三个输出分别表示这两个无符号二位数的小关系，分别用X，Y，Z表示前一个大于、等于、小于第二个。

列真值表：

画卡诺图:

00    01    11    10

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。

具体过程如上 ：

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：所谓组合逻辑电路分析就是对一个给定的逻辑电路，找出其输入与输出之间的逻辑关系。首先，要根据逻辑电路图写出输出函数表达式，应该逐级推导，认真观察并识别各个逻辑关系。然后，化简输出函数表达式，再然后便是根据输出函数表达式列出函数真值表。最后一步，根据化简后的函数表达式和真值表归纳出对电路逻辑功能的文字描述，并对原电路设计方案进行评定。必要时提出改进意见和改进方案。 即功能评述。

组合逻辑电路的设计：所谓组合逻辑电路的设计就是根据问题要求完成的逻辑功能，求出在特定条件下实现该功能的逻辑电路的过程。设计过程一般分为四个步骤：首先，要建立给定问题的逻辑描述，是整个设计过程最重要的一步，完成的关键在于正确理解设计要求，弄清楚各变量与函数之间的关系并且得出逻辑函数的表达式。其次便是对逻辑函数表达式进行化简，求出最简逻辑函数表达式。然后，根据逻辑门类型对逻辑函数进行交换。最后，根据所采用的逻辑门和变换后的表达式画出逻辑电路图。

实验感悟：说实话在做这次试验之前，我以为不会难做,就像以前高中做的实验一样，操作应该不会很难，做完实验之后两下子就将实验报告写完，直到做完这次电路实验时，我才知道其实并不容易做。它真的不像我想象中的那么简单，天真的以为自己把平时的理论课学好就可以很顺利的完成实验，事实证明我错了。。。总的来说，通过这次电路实验，我的收获真的蛮大的，不止是学会了一些仪器的使用，更重要的是在此次实验过程中，更好的培养了我们的具体实验的能力。又因为在在实验过程中有许多实验现象，需要我们仔细的观察，并且分析现象的原因。特别有时当实验现象与我们预计的结果不相符时，就更加的需要我们仔细的思考和分析了，并且进行适当的调节。因此电路实验可以培养我们的观察能力、动手操做能力和独立思考能力。

 

第二篇：数字实验二 组合逻辑电路的分析及设计

实验二 组合逻辑电路的分析与设计

一、实验目的

1、掌握组合逻辑电路的分析与设计方法。

2、加深对基本门电路使用的理解。

二、实验设备与器件

1、数字逻辑实验箱

2、器件

   74LS00    2片

   74LS20    1片

三、实验原理

1、组合逻辑电路是最常用的数字电路，在电路结构上基本是由逻辑门电路组成。常见的典型电路有编码器、译码器、数据选择器、比较器、全加器等。组合逻辑电路的分析，就是找出给定逻辑电路输出和输入之间的关系，从而了解其逻辑功能。一般分析方法如下：

(1)  由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；

(2)  化简和变换各逻辑表达式；

(3)  列出真值表；

(4)  根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定其功能。

2、组合逻辑电路的设计就是按照具体逻辑命题设计出最简单的组合电路。设计组合逻辑电路的一般步骤与上面相反，方法如下：

(1)      分析给定的实际逻辑问题的因果关系，确定输入和输出变量，进行逻辑状态赋值；

(2)      根据给定的因果关系，列出真值表；

(3)      用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式；

(4)      根据表达式，画出逻辑电路图，用标准器件构成电路；

(5)      最后，用实验来验证设计的正确性。

四、实验室操作实验内容

1、组合逻辑电路的分析。

（1）测试图4.1所示电路逻辑功能。A、B、C为输入变量，F为输出变量。

1）由图写出输出端F的逻辑表达式：F=_________________________。

2）对逻辑表达式进行化简：F=_________________________。

3）按F的最简表达式列出真值表。填入表4.1中。

4）根据真值表确定此电路的功能为：_____________________________。

5）按图4.1在实验箱上连接电路，A、B、C接实验箱的逻辑电平开关，F接发光二极管。按表4.1改变输入端的逻辑状态，将实测结果填入表4.1中。比较实测值和理论值是否一致。

      图4.1 组合逻辑电路

表4.1 真值表

2、组合逻辑电路的设计

（1）设计一交通报警控制系统

用与非门设计一个交通报警控制电路。交通信号灯有红、绿、黄3种，当3种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属正常情况，其他情况均属故障，出现故障时输出报警信号。分析过程如下：

1）分析问题，确定输入输出变量。

设红、绿、黄灯为控制电路的输入，分别用A、B、C表示，灯亮时其值为1，灯灭时其值为0；输出报警信号用F表示，灯正常工作时其值为0，灯出现故障时其值为1。F即为控制电路的输出信号。

2）根据以上分析可列出真值表。

 

3）由真值表写出函数表达式：F=________________________________________。

4）化简后得到最简表达式：F=___________________________。

5）根据表达式画出电路图。

6）按电路图在实验箱连线，测试其逻辑功能。

（2）设计一个火灾报警控制系统

     要求该系统设有烟感、温感和紫外光感三种类型的火灾报警器。为防止误报，只有当其中两种或两种以上类型的探测器发出火灾信号时，报警系统才产生报警控制信号。分析过程如下：

1）  由于各探测器发生的探测信号只有两种情况：一种是高电平，表示有火灾；一种是低电平，表示无火灾。报警控制信号也只有两种可能：一种是高电平，表示有火灾报警；一种是低电平，表示无火灾报警。我们可将烟感、温感和紫外光感三种探测器发出的信号，做为报警电路的输入，分别用A、B、C表示；将报警控制信号作为报警电路的输出，用F表示。

2）  根据以上分析列出真值表。

 

3）由真值表写出函数表达式：F=________________________________________。

4）化简后得到最简表达式：F=___________________________。

5）根据表达式画出电路图。

6）按电路图在实验箱连线，测试逻辑功能。

五、实验报告要求

1.写出各实验的设计过程，画出电路图。

2.分析实验中出现的问题。

3.总结组合逻辑电路分析和设计体会。