组合逻辑电路的设计.

实验4.9 组合逻辑电路的设计

一、实验目的

1.掌握组合逻辑电路的设计方法与测试方法

2.了解组合逻辑电路的竞争冒险现象

二、实验仪器与器材

1.集成与非门若干块

2.数字实验箱一台

三、实验原理

组合逻辑电路的设计是给定一定的逻辑功能，要求用门电路实现这一逻辑功能。用小规模集成电路(SSI)进行组合逻辑电路设计的一般步骤是：

（1）根据实际问题对逻辑功能的要求，定义输入输出逻辑变量，列出真值表。（2）通过化简和变换得到符合要求（一般为与非关系）的最简逻辑表达式。（3）根据最简的逻辑表达式画出逻辑图，实现逻辑功能。

组合逻辑电路设计的关键之一，是对输入逻辑变量和输出逻辑变量作出合理的定义，在定义时，应注意以下几点：

（1）有具有二值性的命题才能定义成输入或输出逻辑变量。

（2）把逻辑变量取1值的定义表达清楚。

组合逻辑电路的设计都是在理想的情况下进行的，即假定一切逻辑器件都没有延迟效应。但事实并非如此，信号通过任何导线和器件都存在一个响应时间。由于工艺上的原因，各器件的延迟时间离散型非常大，往往按照理想情况下设计的逻辑电路，在实际工作中有可能会产生错误输出。一个组合逻辑电路，在它的输入信号变化时，输出出现瞬时错误的现象称为组合逻辑电路的冒险现象。冒险现象直接影响数字设备的可靠性和稳定性，故要设法消除。

四、实验内容

1.设计一个交通灯报警电路。在三个输入变量中，当两个或两个以上输入端为

“1”时，属不正常状态，应该发出报警。

（1）逻辑抽象

输入变量为A、B、C三个交通灯，灯亮时认为是“1”，灯灭时为“0”。输出变量为Y，正常时，输出为“0”，灯不亮铃不响；出现故障时，输出为“1”，灯亮铃响。

1 1 1 1

得到逻辑表达式

F=AB+ BC+ AC

（3）逻辑电路图

开关闭合为信号1,断开为信号0。经检验，电路完全和逻辑状态表值完全吻合。股可以证明电路是正确的。

2.设计一个一位8421BCD码的检码电路，当输入数码等于或大于1010时，电路应输出“1”，否则输出为“0”。

（1）逻辑抽象

A、B、C、D分别代表四位二进制码，输出为“1”时灯亮，输出为“0”时灯不亮。

A B C D F

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 1 0 0

0 0 1 1 0

0 1 0 0 0

0 1 0 1 0

0 1 1 0 0

0 1 1 1 0

1 0 0 0 0

1 0 0 1 0

1 0 1 0 1

1 0 1 1 1

1 1 0 0 1

1 1 0 1 1

1 1 1 0 1

1 1 1 1 1

（3）逻辑表达式

Y=

（4）逻辑电路

3．设计一个三人无弃权表决电路。

（1）逻辑抽象

A、B、C分别代表三个人，同意为“1”，不同意为“0”，大于等于两人同意时输出为“1”，否则输出“0”。

A B C F

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 1

（2）逻辑表达式

同电路一

（3）逻辑电路

同电路图一

4．设计一个有三个参赛组参加比赛的抢答器电路。

（1）逻辑抽象

A、B、C分别代表三个组，第一个人抢答闭合开关输入为“1”，对应的灯亮灯亮，表示输出“1”；当再有人抢答时，对应的灯不再亮。

(2) 思考分析电路要求，设计电路。

与非门的性质，“有0出1，全1出0”。如果有一段作为控制端，另一端作为信号段，那么控制端只有在1时，信号才能被传输。又显然，电路需要引入反馈，由此引入的反馈就容易确定了。即初始所有反馈信号都为1，当有一人输入1时，须向另两方反馈为0的信号，来抑制信号的传输，从而锁定电路。由此，不难作出电路。

(3) 逻辑电路为

仿真结果完全和理论值对应。

五、实验结果及误差分析

由此次逻辑电路设计的实验，明白了怎样去设计一个数字电路。具体的步骤在前面已作了说明，对大部分电路都很实用。

在设计最后一个电路时，觉得更需要逻辑分析，用逻辑状态表已不是很适用，最后，顺利的做出来了。但仍想证实一下自己所想是否正确？这个电路是否可以按照常规的步骤去设计？望老师解答，谢谢。

在实验室做实验时，第四个硬件实验和仿真有出入。仿真得到的结果是理想的，但在真正实验时，闭合A，X1亮，再闭合B、C，灯不发生变化。这时如果

先断开C，X1灭，X2亮。除此之外，所有的电路反映都是正常的。这应该是和与非门的响应有关系，造成了这一现象。