实验4 组合逻辑电路设计.docx
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实验4 组合逻辑电路设计.docx
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实验4组合逻辑电路设计
实验四组合逻辑电路研究(设计性实验)
一、实验目的
1.掌握用SSI器件实现组合逻辑电路的方法。
2.熟悉各种MSI组合逻辑器件的工作原理和引脚功能。
3.掌握用MSI组合逻辑器件实现组合逻辑电路的方法。
4.进一步熟悉测试环境的构建和组合逻辑电路的测试方法。
二、实验所用仪器设备
1.Multisim10中的虚拟仪器
2.QuartusII中的功能仿真工具
3.GW48-EDA实验开发系统
三、实验说明
1.组合逻辑电路的设计一般可按以下步骤进行
(1)逻辑抽象:
将文字描述的逻辑命题转换成真值表。
(2)选择器件类型:
根据命题的要求和器件的功能决定采用哪种器件。
(3)根据真值表和所选用的逻辑器件写出相应的逻辑表达式:
当采用SSI集成门电路设计时,为了使电路最简,应将逻辑表达式化简,并变换成与门电路相对应的最简式;当采用MSI组合逻辑器件设计时,则不用化简,只需将由最小项构成的函数式变换成MSI器件所需要的函数形式。
(4)根据化简或变换后的逻辑表达式及选用的逻辑器件画出逻辑电路图。
2.常见的SSI和MSI的型号
(1)常见的SSI:
四2输入异或门74LS86,四2输入与非门74LS00,六非门74LS04,二4输入与非门74LS20,四2输入或非门74LS02,四2输入与门74LS08等。
(2)常见的MSI:
二2-4译码器74LS139,3-8译码74LS138,4-16译码器74LS154,8-3线优先编码器74LS148,七段字符译码器74LS248,四位全加器74LS283,四2选1数据选择器74LS157,双4选1数据选择器74LS153,8选1数据选择器74LS151,16选1数据选择器74LS150等。
四、实验内容
(一)基本命题
1.设计一个多输出的逻辑网络,它的输入是8421BCD码,它的输出定义为:
(1)F1:
检测到输入数字能被3整除。
(2)F2:
检测到输入数字大于或等于4。
(3)F3:
检测到输入数字小于7。
自选逻辑器件,列出设计步骤,画出逻辑电路图,记录测试结果。
解:
(1)逻辑器件:
二-十进制译码器74HC52三输入端与非门7410
八输入端与非门7430指示灯
(2)由已知的命题得到以下的真值表表1
输入
输出
D
C
B
A
F1
F2
F3
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
表1
(3)根据真值表的输入、输出的关系,选定元器件,设计电路图图1
图1
(4)根据测试,输出的结果如下表2
输入
输出
D
C
B
A
X1
X2
X3
0
0
0
0
不亮
不亮
亮
0
0
0
1
不亮
不亮
亮
0
0
1
0
不亮
不亮
亮
0
0
1
1
亮
不亮
亮
0
1
0
0
不亮
亮
亮
0
1
0
1
不亮
亮
亮
0
1
1
0
亮
亮
亮
0
1
1
1
不亮
亮
亮
1
0
0
0
不亮
亮
不亮
1
0
0
1
亮
亮
不亮
表2
2.用8-3线优先编码器74LS148、七段字符译码器74LS248和数码管组成编码、译码、显示电路;编码器8个数据输入端接至8个编码开关,自拟实验步骤,记录实验结果,说明电路具备的功能。
(1)逻辑设计器材:
电源、开关、8-3线优先编码器74LS148、七段字符译码器74LS248和数码管组,以及500欧姆电阻
(2)根据题目要求,设计如下的电路图图2
(3)
图2
(3)记录实验结果
开关
数码管
J6
J2
J1
J3
J4
J5
J7
J8
显示
*
*
*
*
*
*
*
0
0
*
*
*
*
*
*
0
1
1
*
*
*
*
*
0
1
1
2
*
*
*
*
0
1
1
1
3
*
*
*
0
1
1
1
1
4
*
*
0
1
1
1
1
1
5
*
0
1
1
1
1
1
1
6
0
1
1
1
1
1
1
1
7
1
1
1
1
1
1
1
1
7
表3
(4)电路功能说明:
该电路有八个控制输入的开关,控制输入的高低电平,如表3所示的,八个端对应的是8-3线优先编码器74LS148八个输入端,然后连接七段字符译码器74LS248的三个输入端,达到的功能是通过改变输入的高低电平,控制数码管的显示。
(二)扩展命题(每人选1题)
1.用异或门74LS86和四位全加器74LS283实现有符号三位全减器(实验电路参考下图),要求用译码显示电路显示其差,并将结果填入表3.2中。
表3.2
A4A3A2A1
B4B3B2B1
数码显示结果
0000
0000
00000
0000
0001
10001
0000
0010
10010
……
……
……
1111
1110
10001
1111
1111
00000
人类参考电路图
2.有4种血型O、A、B、AB,输血时,输血者和受血者的血型必须符合一定的规律,否则将出现生命危险,试用4选1数据选择器和最少的与非门设计一个血型符合判断器。
输血者和受血者的血型符合的规律如下:
解:
(1)以MN代表输血者的血型,PQ代表受血者的血型,Z代表配对的结果,用00代表o型血,01代表A型血,10代表B型血,11代表AB型
(2)依照题意可得如下表真值表表2-2
输入(输血者)
输入(受血者)
配对结果
M
N
P
Q
Z
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
表2-2
(3)电路图如下图
3.利用两个4位二进制全加器和与非门,设计一个1位NBCD码的全加器,输出结果如下表所示,画出设计电路图,检测电路运算功能。
4*.设计一个四人(A,B,C,D)无弃权表决器电路(多数赞成则提案通过F)。
本设计要求用16选1数据选择器实现。
解:
(1)依照题意可得如下表4-1的真值表
输入
输出
D
C
B
A
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
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
表4-1
(2)利用两个8选1数据选择器74LS151搭建成题目要求的16选1数据选择器,并设计电路图图4-1
图4-1
5*.设计一个对两个2位无符号的二进制数进行比较的电路。
根据第一个数是否大于,等于,小于第二个数,使相应的三个输出端中的一个输出为1。
解:
(1)依照题意可得如下表5-1的真值表
输入
输出
S1
S2
A
B
C
D
F1(S1 F2(S1=S2) F3(S1>S2) 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 表5-1 (2)有真值表可以得出逻辑表达式: F1=A'B'C'D+A'B'CD'+A'B'CD+A'BCD'+A'BCD+AB'CD=A'B'D+A'C+B'CD F2=A'B'C'D'+A'BC'D+AB'CD'+ABCD F3=A'BC'D'+AB'C'D'+AB'C'D+ABC'D'+ABC'D+ABCD'=BC'D'+AC'+ABD' 利用4位二进制数值比较器74LS85,将后面的输入都设置为零,即比较前面的两位数值的大小,如下图5-1 图5-1 6*.使用一个3线—8线译码器74LS138和与非门74LS20设计一个1位二进制全减器,画出逻辑电路图,检测并记录电路功能。 要求用3个开关分别表示被减数An、减数Bn和低位向本位借位Cn;用2个指示灯表示差Dn和本位向高位借位Cn+1。 解: (1)依照题意可得如下表6-1的真值表 输入 输出 An Bn Cn Dn Cn+1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 图6-1 (2)有真值表可以得出逻辑表达式: Dn=An’Bn’Cn+An’BnCn’+AnBn’Cn’+AnBnCn Cn+1=An’Bn’Cn+An’BnCn’+An’BnCn+AnBnCn (3)电路图如下图6-1 图6-1 *从4.5.6选做题。 五、参考电路 基本命题 (2)参考电路图 六、设计要求 1.根据题目需求分析并抽象出与实际问题相符的逻辑关系(真值表或逻辑表达式); 2.列出相应的逻辑函数表达式,若采用门电路构建逻辑电路,则需要化简逻辑函数表达式,并转换为与所选逻辑门类型相符的表达式; 3.画出逻辑电路图。 4.在Multisim10或QuartusII仿真平台中检测电路功能,自己制定检测方案,记录实验结果并进行分析和评价。 七、总结(包括实验过程的体会、心得和实验教与学之间还需改进的内容)
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- 实验4 组合逻辑电路设计 实验 组合 逻辑电路 设计
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