实验三组合逻辑电路的设计终结报告

20##年秋季学期自动化系

第一部分预习报告

一、实验目的

1. 学习组合逻辑电路的分析方法和设计方法。

2. 初步学会分析实验现象，并且使用仪器查找、排除电路故障的方法。

二、预习任务

1. 复习补码及如何利用补码实现减法运算。

2. 根据实验任务要求完成电路设计，包括：

（1）查阅元件盒中74HC 系列芯片的门电路功能及其引脚图。

74HC00:四—双输入与非门

74HC02:四—双输入或非门

74HC08:四—双输入与门

74HC11:三—三输入与门

74HC20:双—四输入与非门

74HC27：三—三输入或非门

74HC86：四—双端异或门

74HC14：触发反相器

（2）根据任务中的建议步骤，列出各模块电路的真值表和逻辑表达式。

一位全加器：

S=(A’B’CI’+AB’CI+ A’BCI+ABCI’)’

CO=(A’B’+B’CI’+A’CI’)’

二位运算器：

设二位全加器输出结果为S1、S0、CO

Y0=S0

Y1=S1+(S0Sp)

Y2=COK’

Sp=CO’K

真值表：

（3）根据任务和元件盒中74HC 系列芯片画出实现电路功能的逻辑图。建议使用

EDA 软件对电路设计进行仿真验证。

一位全加器：

二位运算器：

3. 写出调试方法和步骤、注意事项等。

搭接好面包板并与学习机连接后，打开电源，若结果不正确，应按如下步骤检查调试：

（1）检查学习机是否正常工作，包括电源、连线、拨码开关和数码管等

（2）根据出现的问题，检查原理图和连线是否正确

（3）逐级检查，找出有问题的电路模块，若不是原理图和连线错误，则用万用表检查是否有导线虚接或器件损坏等。

注意事项：

（1）集成电路的管教要确保有效的插入面包板，不要让管脚窝在集成电路下面造成漏接；

（2）接插电路时要认真检查，不要有短路和漏接，尤其要注意电源线和地线不要漏接；

（3）要学会用万用表查错。

4.建议进入实验室之前，在面包板上搭接电路。

5. 分析图 2 电路是否会发生竞争冒险现象？若发生，画出电压波形表明毛刺有可能产

生的位置。

三、必做任务

使用元件盒中的74HC系列门电路芯片设计并实现一个2位运算器，如图1所示。

根据控制开关K的状态可以进行2位二进制数（无符号数）的加减运算，即K＝0时，

S＝A＋B；K＝1时，S＝A-B。

其中当减法运算结果为负数时，输出显示差的原码和

负数标志。

建议按以下步骤进行设计和调试：

1. 用门电路设计一个 1 位全加器；

2. 用两个 1 位全加器接成一个2 位全加器；

3. 用门电路和 2 位全加器构成2 位运算器。

用学习机上的拨码开关模拟两个二进制数；用数码管（带译码器）显示运算结果；用发

光二极管显示负数标志。

四、选做任务（未做）

用 CD4011 搭建如图2 所示电路，vI 是由函数信号发生器输出20Hz 的方波，通过示波

器观察vI 与vO 的波形。

若电路出现竞争 — 冒险现象请在不改变电路结构的条件下予以消除。

五、实验注意事项

1. 本实验中门电路的工作电压均为 5V，由学习机上引出。

2. 了解芯片的引脚排列，特别注意电源和接地引脚不能接错。若引脚有弯折，调整后

再插入面包板中。

3. 整体电路输出故障时，可参照三中步骤分块检查调试。

第二部分最终设计电路图

一位全加器：

二位运算器：

其中Block1 是封装后的一位全加器

第三部分总结

（1）组合逻辑电路的设计和调试步骤。

首先通过真值表与卡诺图，根据元件情况，得到合适的逻辑表达式，然后通过逻辑表达式设计出电路连接图，最后按照电路连接原理图搭接电路。

（2）在实验中遇到的问题及解决方法。

问题：电路连接完成后调试时，学习机数码管显示的数字在正确结果和错误结果间闪烁。

解决办法：结果不稳定，可能是某根导线虚接，用万用表从顶级到低级，逐一排查找出了虚接导线，重新连接后调试成功。

（3）此次实验的收获。

初步掌握了组合电路的设计的实现方法步骤和调试方法步骤，懂得了从电路图到真实电路的基本过程，学会了如何用万用表逐级排查找出故障导线或器件等。

第四部分思考题

1. 试分析图 2 电路，若采用在输出端加滤波电容的方式消除竞争冒险，该电容会对输

出信号有何影响？试讨论该电容值的选取并给出理论依据。

2. 请根据你的 1 位全加器电路设计，并查阅相应门电路的数据手册。试分析该电路传

输延迟时间是多少？并说明电路传输延迟时间与哪些因素相关。

第二篇：实验三组合逻辑电路实验分析与设计

实验三 组合逻辑电路实验分析与设计

1、掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法。

2、能用指定芯片完成组合逻辑电路的设计。

3、用实验验证所设计的逻辑电路的逻辑功能。

4、熟悉各种集成门电路及正确使用集成门电路。

二、设计要求

1、根据题意列出输入、输出真值表。

2、利用卡诺图化简，写出最简的逻辑函数表达式。

3、利用指定门电路（如74LS00等）实现逻辑功能。

三、实验原理

1、组合电路是最常见的逻辑电路，可以用一些常用的门电路来组合成具有其它功能的门电路。

2、合电路的分析是根据所给的逻辑电路，写出其输入与输出之间的数表达式或真值表，从而确定该电路的逻辑功能。

3、组合电路设计过程是在理想情况下进行的，即假设一切器件均没有延迉效应，但实际上并非如此，信号通过任何导线或器件都需要一断响应时间，由于制造工艺上的原因，各器件延迟时间的离散性很大，这就有可能在一个组合电路中，在输入信号发生变化时，有可能产生错误的输出。这种输出出现瞬时错误的现象称为组合电路的冒险现象（简称险象）。

四、实验内容

1、分析、测试用与非门74LS00组成的半加器的逻辑功能