实验六 组合逻辑电路的设计与测试

实验六组合逻辑电路的设计与测试

1．实验目的

(1)掌握组合逻辑电路的设计方法；

(2)熟悉基本门电路的使用方法。

(3)通过实验，论证所设计的组合逻辑电路的正确性。

2．实验设备与器材

1)数字逻辑电路实验箱，2)万用表，3)集成芯片74LS00二片。

3．预习要求

(1)熟悉组合逻辑电路的设计方法；

(2)根据具体实验任务，进行实验电路的设计，写出设计过程，并根据给定的标准器件画出逻辑电路图，准备实验；

(3)使用器件的各管脚排列及使用方法。

4．实验原理

数字电路中，就其结构和工作原理而言可分为两大类，即组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路输出状态只决定于同一时刻的各输入状态的组合，与先前状态无关，它的基本单元一般是逻辑门；时序逻辑电路输出状态不仅与输入变量的状态有关，而且还与系统原先的状态有关，它的基本单元一般是触发器。

(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。设计组合逻辑电路的一般步骤是：

1)根据逻辑要求，列出真值表；

2)从真值表中写出逻辑表达式；

3)化简逻辑表达式至最简，并选用适当的器件；

4)根据选用的器件，画出逻辑电路图。

逻辑化简是组合逻辑设计的关键步骤之一。为了使电路结构简单和使用器件较少，往往要求逻辑表达式尽可能化简。由于实际使用时要考虑电路的工作速度和稳定可靠等因素，在较复杂的电路中，还要求逻辑清晰易懂，所以最简设计不一定是最佳的。但一般来说，在保证速度、稳定可靠与逻辑清楚的前提下，尽量使用最少的器件，以降低成本。

(2)与非门74LS00芯片介绍

与非门74LS00一块芯片内含有4个互相独立的与非门，每个与非门有二个输入端。其逻辑表达式为Y=AB，逻辑符号及引脚排列如图6-1(a)、(b)所示。

(a)逻辑符号(b)引脚排列

图6-1 74LS20逻辑符号及引脚排列

(3)异或运算的逻辑功能

当某种逻辑关系满足：输入相同输出为“0”，输入相异输出为“1”，这种逻辑关系称为“异或”逻辑关系。

(4)半加器的逻辑功能

在加法运算中，只考虑两个加数本身相加，不考虑由低位来的进位，这种加法器称为半加器。

5．实验内容

(1)用1片74LS00与非门芯片设计实现两输入变量异或运算的异或门电路

要求：设计逻辑电路，按设计电路连接后，接通电源，验证运算逻辑。输入端接逻辑开关输出插口，以提供“0”与“1”电平信号，开关向上，输出逻辑“1”，向下为逻辑“0”；电路的输出端接由LED发光二极管组成的0-1指示器的显示插口，LED亮红色为逻辑“1”，亮绿色为逻辑“0”。接线后检查无误，通电，用万用表直流电压20V档测量输入、输出的对地电压，并观察输出的LED颜色，填入表6-1。

(2) 用2片74LS00与非门芯片设计一个实现一位二进制数相加的半加器

要求：设计逻辑电路，按设计电路连接后，接通电源，验证半加逻辑。输入端接逻辑开关输出插口，以提供“0”与“1”电平信号，开关向上，输出逻辑“1”，向下为逻辑“0”；电路的输出端接由LED发光二极管组成的0-1指示器的显示插口，LED亮红色为逻辑“1”，亮绿色为逻辑“0”。接线后检查无误，通电，用万用表直流电压20V档测量输入、输出的对地电压，并观察输出的LED颜色，填入表6-2。

6．实验注意

(1)注意芯片不能被插反，接线时要注意芯片的正负极辨别，以及电源的正负供给。

(2)要给每块芯片供电，如果只供给一片芯片电源，会导致实验数据出错。

(3)测量时应注意电压表档位的选择。

(4)改接线路时，要关掉电源。

7．实验报告要求

(1)列写实验任务的设计过程(真值表、逻辑表达式、化简过程、逻辑式变换过程)，画出设计的电路图。

(2)对所设计的电路进行实验测试，记录测试结果，填入表格中，验证设计是否正确。

(3) 回答问题：

1)与非门中，芯片没用到的管脚悬空是什么状态？会影响实验的稳定性吗？不用的输入端应如何处理？

2)如果与非门的一个输入端连接脉冲时，那么

(a)其余的输入端是什么逻辑状态时允许脉冲通过？脉冲通过时，输出波形与输入波形有差别吗？

(b)其余输入端是什么逻辑状态时不允许脉冲通过？在这种情况下输出端是什么状态？

(4)总结组合逻辑电路的设计方法。