组合逻辑电路和时序逻辑电路

实验十三　组合逻辑电路的设计与测试

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、实验原理

1．组合电路是最常用的逻辑电路，可以用一些常用的门电路来组合完成具有其他功能的门电路。例如，根据与门的逻辑表达式得知，可以用两个非门和一个或非门组合成一个与门，还可以组合成更复杂的逻辑关系。

2．分析组合逻辑电路的一般步骤

（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。

3．设计组合逻辑电路的一般步骤

（1）根据任务的要求，列出真值表。

（2）用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式。

（3）根据表达式，画出逻辑电路图，用标准器件构成电路。

（4）最后，用实验来验证设计的正确性。

4．组合逻辑电路的设计举例

（1）用“与非门”设计一个表决电路。当4个输入端中有3个或4个“1”时，输出端才为“1”。

设计步骤：

根据题意，列出真值表如表6－17所示，再填入卡诺图表6－18中。

表6－17　表决电路的真值表

表6－18表决电路的卡诺图

然后，由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式：

图6－52　表决电路原理图

最后，画出用“与非门”构成的逻辑电路如图6－52所示。

输入端接至逻辑开关（拨位开关）输出插口，输出端接逻辑电平显示端口，自拟真值表，逐次改变输入变量，验证逻辑功能。

（2）试用10－4线优先编码器74LS147（相关资料见实验六）和基本门电路构成输出为8421BCD码并具有编码输出标志的编码器。

逻辑图见图6－53所示。

图6－53　输出为8421BCD码并具有编码输出标志的编码器的逻辑图

三、实验设备与器材

1．数字逻辑电路实验箱。

2．数字万用表。

3．芯片74LS147、74LS00、74LS02、74LS04、74LS10、74LS20、74LS86。

四、实验内容实验步骤

1．完成组合逻辑电路的设计中的两个例子。

2．设计一个四人无弃权表决电路（多数赞成则提议通过即三人及三人以上），要求用4－2输入与非门来实现。

3．设计一个保险箱用的4位数字代码锁，该锁有规定的地址代码A、B、C、D四个输入端和一个开箱钥匙孔信号E的输入端，锁的代码由实验者自编。当用钥匙开箱时，如果输入的四个地址代码正确，保险箱被打开；否则，电路将发出警报（可用发光二极管亮表示）。提示：4位数字代码锁，每位数字量为0～9，实现每位数字量的输入需要四个地址代码来译码，比如9需输入1001来表示1位数字代码，故需要16个输入量，共组成4位数字代码。

4．用与非门74LS00和异或门74LS86设计一可逆的4位码变换器。

要求：

（1）当控制信号C＝1时，它将8421码转换成为格雷码；当控制信号C＝0时，它将格雷码转换成为8421码。

（2）写出设计步骤，列出码变换关系真值表并画出逻辑电路图。

（3）连接电路并测试逻辑电路的功能。

五、实验预习要求

1．复习各种基本门电路的使用方法。

2．实验前，画好实验用的电路图和表格。

3．自己参考有关资料画出实验内容2、3、4中的原理图，找出实验将要使用的芯片，以备实验时用。

六、实验报告要求

1．将实验结果填入自制的表格中，验证设计是否正确。

2．总结组合逻辑电路的分析与设计方法。