实验二 组合逻辑电路的分析与设计

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、实验设备与器件

1、数字逻辑实验箱

2、器件

   74LS00    2片

   74LS20    1片

三、实验原理

1、组合逻辑电路是最常用的数字电路，在电路结构上基本是由逻辑门电路组成。常见的典型电路有编码器、译码器、数据选择器、比较器、全加器等。组合逻辑电路的分析，就是找出给定逻辑电路输出和输入之间的关系，从而了解其逻辑功能。一般分析方法如下：

(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。

2、组合逻辑电路的设计就是按照具体逻辑命题设计出最简单的组合电路。设计组合逻辑电路的一般步骤与上面相反，方法如下：

(1)      分析给定的实际逻辑问题的因果关系，确定输入和输出变量，进行逻辑状态赋值；

(2)      根据给定的因果关系，列出真值表；

(3)      用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式；

(4)      根据表达式，画出逻辑电路图，用标准器件构成电路；

(5)      最后，用实验来验证设计的正确性。

四、实验室操作实验内容

1、组合逻辑电路的分析。

（1）测试图4.1所示电路逻辑功能。A、B、C为输入变量，F为输出变量。

1）由图写出输出端F的逻辑表达式：F=_________________________。

2）对逻辑表达式进行化简：F=_________________________。

3）按F的最简表达式列出真值表。填入表4.1中。

4）根据真值表确定此电路的功能为：_____________________________。

5）按图4.1在实验箱上连接电路，A、B、C接实验箱的逻辑电平开关，F接发光二极管。按表4.1改变输入端的逻辑状态，将实测结果填入表4.1中。比较实测值和理论值是否一致。

      图4.1 组合逻辑电路

表4.1 真值表

2、组合逻辑电路的设计

（1）设计一交通报警控制系统

用与非门设计一个交通报警控制电路。交通信号灯有红、绿、黄3种，当3种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属正常情况，其他情况均属故障，出现故障时输出报警信号。分析过程如下：

1）分析问题，确定输入输出变量。

设红、绿、黄灯为控制电路的输入，分别用A、B、C表示，灯亮时其值为1，灯灭时其值为0；输出报警信号用F表示，灯正常工作时其值为0，灯出现故障时其值为1。F即为控制电路的输出信号。

2）根据以上分析可列出真值表。

 

3）由真值表写出函数表达式：F=________________________________________。

4）化简后得到最简表达式：F=___________________________。

5）根据表达式画出电路图。

6）按电路图在实验箱连线，测试其逻辑功能。

（2）设计一个火灾报警控制系统

     要求该系统设有烟感、温感和紫外光感三种类型的火灾报警器。为防止误报，只有当其中两种或两种以上类型的探测器发出火灾信号时，报警系统才产生报警控制信号。分析过程如下：

1）  由于各探测器发生的探测信号只有两种情况：一种是高电平，表示有火灾；一种是低电平，表示无火灾。报警控制信号也只有两种可能：一种是高电平，表示有火灾报警；一种是低电平，表示无火灾报警。我们可将烟感、温感和紫外光感三种探测器发出的信号，做为报警电路的输入，分别用A、B、C表示；将报警控制信号作为报警电路的输出，用F表示。

2）  根据以上分析列出真值表。

 

3）由真值表写出函数表达式：F=________________________________________。

4）化简后得到最简表达式：F=___________________________。

5）根据表达式画出电路图。

6）按电路图在实验箱连线，测试逻辑功能。

五、实验报告要求

1.写出各实验的设计过程，画出电路图。

2.分析实验中出现的问题。

3.总结组合逻辑电路分析和设计体会。

第二篇：数字电子技术：组合逻辑电路的分析与设计

第六次课：组合逻辑电路的分析与设计       课时：4

一、教学目标：

知识目标：1、组合逻辑电路的分析方法

能力目标：1、组合逻辑电路的设计方法

素质目标：

二、教学重难点：

重难点：掌握组合逻辑电路的设计方法

三、教学方法及教具：讲授法

四、课程类型：新课教学

五、教学过程：

引入：前面我们学习了逻辑函数的几种表示方法及其相互转换，今天我们在此基础上学习组合逻辑电路的分析与设计方法。

新课教学：

1、组合逻辑函数的分析方法

定义：在任意时刻，电路的稳定输出只取决于该时刻的输入，与信号作用之前电路原来的状态无关的逻辑电路。

特点：电路中没有记忆性器件，是由各种逻辑门电路构成，输出与输入之间没有反馈通路，所以组合电路没有记忆功能。

组合逻辑电路的分析步骤：

（1）根据给定的逻辑图写出逻辑表达式。

（2）将表达式化简（适合使用代数化简法化简）。

（3）根据表达式列出真值表

（4）描述电路的逻辑功能

例1：组合电路如图所示，试分析其功能

解：1.根据逻辑图写出函数表达式并将其化简

2.根据表达式列出真值表

3.根据真值表分析其逻辑功能

由真值表可以看出：当输入A、B、C中有2和或3个为1时，输出Y为1，否则输出Y为0。所以这个电路实际上是一种3人表决用的组合电路：只要有2票或3票同意，表决就通过。

例2：组合电路如图所示，试分析其功能

解：1.根据逻辑图写出逻辑表达式并将其化简

2.根据表达式列出真值表

3.根据真值表分析其逻辑功能

电路的输出Y只与输入A、B有关，而与输入C无关。Y和A、B的逻辑关系为：A、B中只要一为0，Y=1；A、B全为1时，Y=0。所以Y和A、B的逻辑关系为与非运算的关系。

用与非门实现为：

2、组合逻辑函数的设计方法

设计步骤：

（1）逻辑抽象：根据命题要求确定输入、输出变量并定义其取值0、1的含义

（2）列出真值表

（3）写出逻辑表达式并将其化简

（4）画出逻辑图

例3：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。

解：

1.设楼上开关为A，楼下开关为B，灯泡为Y。并设A、B闭合时为1，断开时为0；灯亮时Y为1，灯灭时Y为0。

2.根据逻辑要求列出真值表。

 3.写出逻辑表达式并将其化简

4.画出逻辑电路图

若用与非门实现则：

若用异或门实现则：

例4：用与非门设计一个举重裁判表决电路。设举重比赛有3个裁判，一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上裁判判明成功，并且其中有一个为主裁判时，表明成功的灯才亮。

解：

1.设主裁判为变量A，副裁判分别为B和C；表示成功与否的灯为Y。

2..根据逻辑要求列出真值表。

3.写出逻辑表达式并将其化简

4.根据表达式画出逻辑图

六、小结：

七、作业：

用与非门设计一个组合电路，当输入A、B、C中有奇数个1时，输出Y为1，否则为0.

八、课后记：