实验4 组合逻辑电路设计 - 图文

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数字逻辑与电路实验

学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日 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.Quartus II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

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数字逻辑与电路实验

学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日 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 D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 输出 F1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 F2 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 F3 1 1 1 1 1 1 1 1 0 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

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数字逻辑与电路实验

学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日

图1 (4)根据测试,输出的结果如下表2 输入 输出 X2 X3 D C B A X1 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 亮 亮 亮 亮 不亮 不亮 0 1 0 0 不亮 亮 0 1 0 1 不亮 亮 0 1 1 0 亮 亮 0 1 1 1 不亮 亮 1 0 0 0 不亮 亮 1 0 0 1 亮 表2

亮 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。

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数字逻辑与电路实验

学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日 (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 J6 * * * * * * * 0 1 J2 * * * * * * 0 1 1 J1 * * * * * 0 1 1 1 J3 * * * * 0 1 1 1 1 J4 * * * 0 1 1 1 1 1 J5 * * 0 1 1 1 1 1 1 J7 * 0 1 1 1 1 1 1 1 J8 0 1 1 1 1 1 1 1 1

数码管 显示 0 1 2 3 4 5 6 7 7 表3

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学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日 (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

A4 A3 A2 A1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 …… 1 1 1 1 1 1 1 1 B4 B3 B2 B1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 …… 1 1 1 0 1 1 1 1

数码显示结果 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 …… 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 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:

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学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日

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) M 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 N 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 P 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 输入(受血者) Q 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 配对结果 Z 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 输

血者

A B AB O

A B AB O

受 血者

表2-2

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数字逻辑与电路实验

学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日 (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 D 0 0 0

输出 A 0 1 0 F 0 0 0 7

C 0 0 0 B 0 0 1 数字逻辑与电路实验

学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 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

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学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日 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 S1 A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 S2 D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 F1(S1S2) 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 输出 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

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学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日 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 An 0 0 0 0 1 1 1 1 Bn 0 0 1 1 0 0 1 1 Cn 0 1 0 1 0 1 0 1 Dn 0 1 1 0 1 0 0 1 输出 Cn+1 0 1 1 1 0 0 0 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

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学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日 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

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学号:123012010080 姓名:黄武松 Email:1053756676@qq.com 2年 月 日

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Quartus II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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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/l2fp.html

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