实验一_组合逻辑电路分析与设计

第1页共17页实验1组合逻辑电路分析与设计2016/10/2姓名：学号：班级：15自动化2班目录第2页共17页实验内容............................................................3二.设计过程及讨论................................................41.真值表..................................................................42.表达式的推导......................................................53.电路图..................................................................74.实验步骤..............................................................75.PROTEUS软件仿真..........................................9三测试过程及结果讨论.....................................111.测试数据............................................................112.分析与讨论........................................................13四思考题.............................................................16实验内容第3页共17页实验内容：题目：设计一个代码转换电路，输入为4位8421码输出为4位循环码（格雷码）。实验仪器及器件：1.数字电路实验箱，示波器2.器件：74LS00（简化后，无需使用，见后面）74LS86（异或门），74LS197实验目的：①基本熟悉数字电路实验箱和示波器的使用②掌握逻辑电路的设计方法，并且掌握推导逻辑表达式的方法③会根据逻辑表达式来设计电路设计过程及讨论第4页共17页1.真值表：0Q，1Q，2Q，3Q为输入，0G，1G，2G，3G为输出注：画真值表的目的可让我们用卡诺图算出逻辑表达式并进行化简Q3Q2Q1Q0G3G2G1G000000000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101101011111011111011001010110110111110100111111000设计过程及讨论第5页共17页2.逻辑公式的推导步骤一：根据真值表画出相应的卡诺图:0G10QQ32QQ00011110000000011111110000101111:1G10QQ32QQ00011110000011011100111100100011设计过程及讨论第6页共17页:2G10QQ32QQ00011110000101010101110101100101:3G10QQ32QQ00011110000110010110110110100110步骤二：分别写出G3，G2，G1，G0的最小项SOP由图得：0G=10QQ+10QQ=10QQ；1G=21QQ+21QQ=21QQ；2G=32QQ+32QQ=32QQ；3G=3Q；设计过程及讨论第7页共17页3.电路图1F，2F，3F，4F分别是0Q，1Q，2Q，3Q。4.实验步骤步骤一：用逻辑开关模拟二进制代码输入，并把输出接LED灯并检查电路，看电路是否正常工作步骤二：设计过程及讨论第8页共17页用74LS197计数器构成四位计数器，即十六进制计数器作为输入信号源。首先74LS197的CP0接连续脉冲作为时钟输入，然后Q0与CP1连接，再将MR,PL接地，那么Q3，Q2，Q1，Q0就是计数器的输出。将Q3，Q2，Q1，Q0分别接LED灯，看是否工作正常。注：接完后，MR,PL要接回高电压或不接任何东西即拨开，重新打开电源，才能启动计数器步骤三：计数器正常后，将Q3直接作为输出G3，将Q3和Q2接74LS86（异或门）的输入端，则输出端即为G2，将Q2和Q1接74LS86（异或门）的输入端，则输出端即为G1，将Q1和Q0接74LS86（异或门）的输入端，则输出端即为G0，将G3，G2，G1，G0，Q3，Q2，Q1，Q0，CP0接入示波器的通道接口，进行数据观察注：当接入示波器的通道接口时，要将连续脉冲调至10KHz的方波步骤四：用示波器观察并记录G3，G2，G1，G0，Q3，Q2，Q1，Q0，CP0的波形。注：注意电压波形图之间的相位关系设计过程及讨论第9页共17页5.PROTEUS软件仿真：电路图：设计过程及讨论第10页共17页仿真电路功能：可以看出，仿真得到的波形图和8421码转格雷码的真值表是十分相符的。测试数据及结果分析第11页共17页1.测试数据实际电路连线：测试数据及结果分析第12页共17页注：10D，13D，12D，15D，14D分别为0Q，0G，1G，2G，3G。测试数据及结果分析第13页共17页2.数据分析因为实验课时时间不够，没有拍照记录3Q，2Q，1Q，0Q，CP0的图像，现用时序图绘制如下：TimeGenDemoTimeGenDemo123456789101112TimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenCP0Q0Q1Q2Q3由上所示的示波器测试数据图，绘制0G，1G，2G，3G的时序图如下：TimeGenDemoTimeGenDemo123456789101112TimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenDemoTimeGenG0G1G2G33.讨论①实验结果：根据上述的时序图，可以轻易看出0G的波形图是有错误的，应是电线接触不良导致示波器该输出端口没有接收到信号，导致波形图为一条直线。而其余的波形图都与真值表的对应关系一致，符合实验的内容。②误差原因：实验数据的误差主要是在输出结果上，在输出结果的波形图中，可以轻易看出0G的波形图是有错误的，应是电线接触不良导致示波器该输出端口没有接收到信号，此外，许多波形图中间都有测试数据及结果分析第14页共17页白色线出现，重复实验，白色线仍然存在，可能是机器的原因，从上图还可以看出有时候各输出端口信号突然消失，波形图均为一小段直线，可能是连接连续脉冲的电线接触不良导致有一小段输入信号没有接收到。③波形与电路功能间的关系：CP0连接连续脉冲之后作为时钟输入，故其波形图就为连续脉冲的波形图；0Q连接CP1后，3Q，2Q，1Q，0Q就是计数器的输出，符合二进制计数的性质，即3Q2Q1Q0Q以0000,0001,0010...到1111然后再次0000的方式输出信号，从波形图中也能看出。之后，将3Q2Q1Q0Q作为8421码输入连接到代码转换的输入端，得到的0G，1G，2G，3G即为以8421码输入信号转换得到的格雷码输出信号，从波形图也可以看出符合各8421码输入得到的格雷码真值表。④总结组合逻辑电路分析方法与设计过程：组合逻辑电路分析方法：由给定的组合逻辑电路写函数式，然后对函数式进行化简或变换，根据化简得到的最简式列真值表后确认逻辑功能。组合逻辑电路的设计：根据想要实现的逻辑功能列出真值表，然后由真值表写出函数式，对函数式进行化简或变换后画出逻辑图并测试。⑤实验的心得体会：（1）预习很重要，好的预习可以节省很多实验时花费的时间。（2）实验时遇到问题时，要先检查是否是自己做错了，若排除主观的问题发现是器材有问题时，应尽早更换器材，避免耽搁更多的时间。（3）要注意把控时间，避免最后时间不够导致实验无法全部完成。（4）使用示波器时输出端口最好按顺序接线，比如0G，1G，测试数据及结果分析第15页共17页2G，3G分别进入0D，1D，2D，3D，避免波形图与输出信号之间对应关系不清导致混淆。（5）经过这次实验，我掌握了利用卡诺图化简真值表并转化为逻辑电路的方法，这对我接下来的学习是很有益的。思考题第16页共17页思考分析组合电路的分析。多功能发生电路的逻辑表达式为：Y=ABF1BAF2BAF3BAF4。F4F3F2F1取不同组合，则可得到以A、B为输入变量的各种逻辑函数。表一：多功能发生电路函数表F4F3F2F1Y0000Y00001Y10010Y20011Y30100Y40101Y50110Y60111Y71000Y81001Y91010Y101011Y111100Y121101Y131110Y141111Y15表二：各函数真值表ABY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15001111111100000000011100110011001100101111000011110000111010101010101010思考题第17页共17页组合电路的分析：Y可以化简为Y=))()()((4321BAFBAFBAFABF，由化简的表达式易得，不论输入变量A、B取何值，AB、BA、BA、BA总是其中一个为0其余为1，则Y等于1F、2F、3F、4F中其中一个。比如若A=1、B=1，则AB=0，其余为1，此时Y=1F。所以这个逻辑电路的功能为以A，B为选择输入端，以F1，F2，F3，F4为数据输入端，根据A、B输入的值的不同，数据输出端Y为1F、2F、3F、4F中其中一个。