实验三 组合逻辑电路

实验三 组合逻辑电路(常用门电路、译码器和数据选择器)

一、实验目的

1．掌握组合逻辑电路的设计方法

2．了解组合逻辑电路的冒险现象与消除方法 3．熟悉常用门电路逻辑器件的使用方法

4．熟悉用门电路、74LS138和74LS151进行综合性设计的方法 二、实验原理及实验资料 （一）组合电路的一般设计方法

1．设计步骤

根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成的工作。组合逻辑电路的一般设计步骤如图3.1所示。

逻辑问题抽象逻 辑真值表选定器件类型将函数式化简逻 辑电路图

图3.1 组合逻辑电路的一般设计步骤

设计组合逻辑电路时，通常先将实际问题进行逻辑抽象，然后根据具体的设计任务要求列出真值表，再根据器件的类型将函数式进行化简或变换，最后画出逻辑电路图。

2. 组合电路的竞争与冒险（旧实验指导书P17～20）

（二）常用组合逻辑器件

1．四二输入与非门74LS00

74LS00为双列直插14脚塑料封装，外部引脚排列和内部逻辑结构如图3.2所示。它共有四个独立的二输入“与非”门，每个门的构造和逻辑功能相同。

14VCC1312&11109&8&&GND1234567

图3.2 74LS00引脚排列及内部逻辑结构

2．二四输入与非门74LS20

74LS20为双列直插14脚塑料封装，外部引脚排列和内部逻辑结构如图3.3所示。它共有两个独立的四输入“与非”门，每个门的构造和逻辑功能相同。

14VCC131211109&&8GND1234567图3.3 74LS20引脚排列及内部逻辑结构

3．四二输入异或门74LS86

74LS86为双列直插14脚塑料封装，外部引脚排列和内部逻辑结构如图3.4所示。它共有四个独立的二输入“异或”门，每个门的构造和逻辑功能相同。

14VCC=1=11312111098=1=1GND1234567图3.4 74LS86引脚排列及内部逻辑结构

3．3线－8线译码器74LS138

74LS138是集成3线－8线译码器，其功能表见表3.1。它的输出表达式为

Yi?G1G2AG2Bmi（i＝0，1，?7；mi是最小项），与基本门电路配合使用，它能够实现任何三变量的逻辑函数。74LS138为双列直插16脚塑料封装，外部引脚排列如图3.5所示。

表3.1 74LS138的功能表 输 入 控 制 端 输 入 端 G1 G2A G2B C B A 0 × × × × × × 1 × × × × × × 1 × × × 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 输 出 端 Y0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 Y1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 Y2 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 Y3 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 Y4 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 Y5 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 Y6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 Y7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

16VCC15Y014Y113Y212Y311Y410Y59Y674LS138A1B2C3G2AG2B45G16Y77GND8

图3.5 74LS138引脚排列

4．8选1数据选择器74LS151

74LS151是一种典型的集成电路数据选择器，它有3个地址输入端CBA，可选择D0 ～D78个数据源，具有两个互补输出端，同相输出端Y和反相输出端W。其功能表见表3.2，外部引脚排列如图3.6所示。它的同相输出表达式为（mi是最小项；Di是Y?G?miDi7数据输入），它能够实现任何三变量的逻辑函数。

i?0表3.2 74LS151的功能表 输 入 使能 G 1 0 0 0 0 0 0 0 0 地 址 选 择 C × 0 0 0 0 1 1 1 1 B × 0 0 1 1 0 0 1 1 A × 0 1 0 1 0 1 0 1 输 出 Y 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 W 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7

16VCC15D414D513D612D711A10B9C74LS151D31D22D13D04Y5W6G7GND8 图3.6 74LS151引脚排列

三、实验设备与器件

设备：THHD-2型数字电子技术实验箱、示波器 器件：74LS00、74LS20、74LS86、74LS138、74LS151 四、实验内容及步骤

1．设计一个监测信号灯工作状态的逻辑电路，每一组信号灯由红、黄、绿三盏构成，其正常工作状态如图3.7所示，其余状态为故障状态，故障状态时要发出报警信号。要求用74LS151实现电路。

代表灯亮RYGRYG代表灯灭RYG

图3.7 正常工作状态

(1) 逻辑抽象。红、黄、绿三盏信号灯的状态为输入变量，分别用R、Y、G表示，并规定灯亮时为1，

灯灭时为0；故障信号为输出变量，用Z表示，并规定正常工作状态下Z为0，发生故障时Z为1。 (2) 列真值表于表3.3。

(3) 选定逻辑器件。按题目中要求，用74LS151实现

(4) 将函数式化简、变换。根据真值表填卡诺图化简，并将化简结果进行变换，变换成“与非”形式。 (5) 画出逻辑电路图。

(6) 连线与验证。按照逻辑电路图和器件的引脚图连接电路，并对电路进行静态和动态测试，消除冒

险现象。

表3.3 真值表 R 0 0 0 0 1 1 1 1 Y 0 0 1 1 0 0 1 1 G 0 1 0 1 0 1 0 1 Z 2． 实现一位全加器。

(1) 按照组合逻辑电路的一般设计步骤，用基本门电路（74LS00、74LS20、74LS86）实现一位全加器。 (2) 用异或门和与非门实现

(3)用1片74LS138和1片74LS20实现一位全加器。 用2片74LS151实现一位全加器。

3． 用74LS151和74LS138组成8通道传输系统。要求：将某路信号先送入74LS151的某个数据输入端，再通过地址选择将信号输出，然后将此输出接入74LS138的某个使能端，再通过地址选择将信号从相应地址输出端输出。试画出设计电路，并监测电路功能。在CBA＝000～111八种状态下，在地址码对应的输入端加f＝1KHz的脉冲信号，用示波器观察和记录该输入端及地址码对应的输出端的波形。 4． 用74LS151和74LS138组成3位并行数码比较器，被比较的3位二进制数自拟。 五、实验报告 1． 实验预习

（1） 熟练掌握组合逻辑电路设计的一般步骤。

（2） 了解74LS00、74LS20、74LS86、74LS138、74LS151的功能表、引脚图和使用注意事项，熟练掌

握使用它们实现逻辑函数的方法。 （3） 完成实验的预习报告，包括：实验目的、实验设备、布置实验内容及步骤、原始数据记录表格

及图形。 2． 实验及数据处理

（1） 根据布置实验内容认真完成实验中的各项任务，仔细观察实验中的各种现象并加以分析。

（2） 列出真值表，画出完整的电路原理图，记录实验波形，并对这些数据进行分析。

3． 思考题

（1）什么情况下必然存在静态0型险象？如何消除？ （2）什么情况下必然存在静态1型险象？如何消除？ 4． 实验的注意事项及主要经验教训。

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