组合逻辑电路和时序逻辑电路

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、实验仪器

(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、74LS30、74LS86

三、实验原理

1．组合逻辑电路

组合逻辑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Z=AB=A+B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

与分析组合逻辑电路的一般步骤相反:

(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。当四个输入端中有三个或四个“1”时，输出端才为“1”。

设计步骤:

①根据题意，列出真值表如表2－12－1所示，再填入卡诺图表2－12－2中。

②由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式:

③画出用“与非门”构成的逻辑电路，如图2－12－1所示。

表2－12－1 表决电路的真值表

表2－12－2 表决电路的卡诺图

图2－12－1 表决电路原理图

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(相关资料见实验七)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，逻辑图如图2－12－2所示。

图2－12－2 输出为8421BCD码并具有编码输出标志的编码器的逻辑图

四、实验内容

1．表决电路设计结果验证

(1)对照芯片引脚图，把一片74LS20、一片74LS10正确地放置到实验箱上相应引脚数目的插座中。

(2)把各芯片的接地与电源引脚分别接到实验箱上的“GND”和“+5V”处。

(3)按照图2－12－1所示连线，组成一个表决电路。

(4)将组成的表决电路的输入端连接到实验箱上逻辑电平输出单元，输出端连接到逻辑电平显示单元。

(5)打开电源，验证所设计的表决电路的逻辑功能。

2．编码器设计结果验证

电路连接如图2－12－2所示，验证方法同上，自行选择芯片，观察并记录测试结果。

3．自主设计1

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以上包括三人)，要求用四二输入与非门来实现。

4．自主设计2

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位地址代码锁，每位数字量为0～9，实现每位数字量的输入需要四个数字码来译码，比如9需输入1001来表示1位地址代码，故需要16个输入量，共组成4位地址代码。

5．自主设计3

用与非门74LS00和异或门74LS86设计一可逆的4位码变换器。设计要求:

(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。