实 验 原 理 实 验 内 容 实 验 设 备 与 器 材 实 验 思 考 题 实 验 报 告 要 求 实 验 目 的 实 验 预 习 要 求 实验实验 十十 用小规模集成电路用小规模集成电路 进行组合逻辑电路设计进行组合逻辑电路设计 芯片图示一一 实验目的实验目的 q 掌握用小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法。q 验证所设计电路的逻辑功能二二 实验原理实验原理 数字逻辑电路根据逻辑功能的不同特点分为两大类，一类叫做组合逻辑电路，另一类是时序逻辑电路。 组合逻辑电路任何时刻的输出仅取决于该时刻的输入信号，而与这一时刻输入信号作用前电路原来的状态没有任何关系。 根据实际给出的逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最佳逻辑电路，这就是组合逻辑电路设计所要完成的任务。 组合逻辑电路设计的步骤可用如图所示的框图来描述。图 组合逻辑电路设计过程 分析任务要求，确定输入和输出变量之间的逻辑关系，列出真值表。 根据真值表，写出逻辑表达式，并用布尔代数法或卡诺图法化简，得出最简的逻辑函数表达式。 按化简后的逻辑表达式，对照真值表进行功能检查，以确定所设计的电路是否符合要求。 按照具体情况对化简后的逻辑表达式进行整理，具体可能是： 从尽可能简单的角度来考虑选用元器件。 设计任务中规定了所用的电路类型，如规定用与非门、或非门、与或非门等。 从经济角度考虑选用价格便宜的元件或利用现有的元件来构成组合逻辑电路。 选用元件时，可以用同类型号的元件来实现相同的逻辑功能。对于小规模器件来说，应充分利用每个门的扇入系数，力求用最少量的门获得最佳效果。 上图中的逻辑化简，是组合逻辑电路设计步骤中较重要的一步。为了确保逻辑电路结构简单以及使用器件较少，通常要求尽可能简化逻辑表达式，还要根据实际情况，使电路结构达到最佳。 前面几步只是完成了基本的逻辑设计任务，至于设计的是否正确，电路是否稳定可靠，还需进行静态测试。也就是说根据真值表来改变输入变量，测出对应的输出值，验证电路的逻辑功能。 下面通过一个例子说明组合逻辑电路设计过程。 例如：设计一个组合逻辑电路，将 8421BCD码变换为余3码。 根据题意，列出真值表。 这是一个码制变换问题。由于都是BCD码，因此它是一个四输入、四输出函数。根据两种代码的编码关系，列出真值表如表211所示。 表211 代码转换电路真值表 输输 入入 输输 出出A ABCDW WX XYZ00000011000101000010010100110110010001110101100001101001011110101000101110011100101010111100110111101111表1 代码转换电路真值表 选择实验器件，写出逻辑函数表达式。 由于设计要求没有具体指定用哪一种门电路，因此可以从门电路的种类、数量、速度等方面综合考虑，选择最佳设计方案。首先根据代码转换电路真值表，得出最简与或表达式，然后进行函数式变换。变换时一方面应尽量利用公共项以减少门的数量，另一方面通过减少门的级数，来减少传输延迟时间，因而得到最佳逻辑函数式。该电路的化简过程如下：还可以用卡诺图对逻辑函数进行化简如图212 所示，即采用圈圈合并最小项的方法，函数化简后乘积项的数目等于合并圈的数目，每个乘积项所含变量因子的大小，取决于合并圈的数目，每个合并圈应尽可能的扩大。图表对应的卡诺图 画出逻辑电路图。 该电路采用了三种门电路，速度较快，逻辑电路图如图所示。图 代码转换逻辑电路三三 实验预习要求实验预习要求 复习用SSI进行组合逻辑电路设计的相关内容。 根据实际任务要求，从设计过程到电路图实现,设计组合逻辑电路。 制定测试方法和步骤。四四 实验内容实验内容使用若干与非门设计一个一位半加器或半减器。使用若干与非门和异或门设计一个一位二进制全加器或全减器,画出设计逻辑图,检测并记录电路逻辑功能. 如果将旅客列车分为特快、直快和慢车，它们的优先顺序为特快、直快和慢车，在同一时刻只能有一趟列车从车站开出，即只能给出一个开出信号。请设计一个满足上述要求的排队电路。 v 注：v设计过程中要把具有二值逻辑性的命题，才能定义为输入或输出逻辑变量。v在实验进行中，插拔集成芯片或改变电路连接线时，一定要切断电源，否则集成芯片容易受到较大感应或电冲击，从而导致损坏。v实验电路中的连接线长度要尽可能短，其目的是防止噪声干扰及减少传输时间。v 正确选择电源电压.TTL集成电路的电源电压允许变化范围一般在4.5V5.5V之间。在使用时，不能将电源与地颠倒接反。否则TTL集成电路将会因为过大电流而造成器件损坏。v 不要在输入端施加超过电源电压的信号。v对输入端的处理.门的多个输入端往往不会全部用上，对于那些多余的输入端必须妥善处理。最好不要悬空，否则会造成电路的误动作。应把不用的输入端按其逻辑功能特点接至相应的逻辑电平上。v 对于输出端的处理.一般的TTL电路输出端不允许直接接到一起，只有集电极开路门（OC门）和三态门可以把输出端连在一起，实现线与。v集成门电路的输出更不允许与电源或地短路，否则可能造成器件损坏。五五 实验设备与器材实验设备与器材 数字逻辑实验箱 一台 双列直插式集成电路74LS00,74LS10，74LS20，74LS86等 通过实验，你认为SSI组合逻辑电路设计的关键步骤是什么？ 对于同一个命题，是否有不同的设计方案，比较各自的优缺点。 对实验中出现的问题进行分析。六六 实验思考题实验思考题 七七 实验报告要求实验报告要求 根据各题实验任务，列出相应的真值表、画出卡诺图，写出最简的逻辑表达式，画出设计的逻辑电路图。 将设计的电路进行实验测试，并记录测试结果。 实验体会和设计分析。 7400示意图7410示意图 八八 芯片图示芯片图示7420示意图 7486示意图