实验三组合逻辑电路的设计终结报告

实验三组合逻辑电路的设计终结报告2013年秋季学期自动化系第一部分预习报告一、实验目的1.学习组合逻辑电路的分析方法和设计方法。2.初步学会分析实验现象，并且使用仪器查找、排除电路故障的方法。二、预习任务1.复习补码及如何利用补码实现减法运算。2.根据实验任务要求完成电路设计，包括：（1）查阅元件盒中74HC系列芯片的门电路功能及其引脚图。74HC00:四—双输入与非门74HC02:四—双输入或非门74HC08:四—双输入与门74HC11:三—三输入与门74HC20:双—四输入与非门74HC27：三—三输入或非门74HC86：四—双端异或门74HC14：触发反相器（2）根据任务中的建议步骤，列出各模块电路的真值表和逻辑表达式。一位全加器：S=(A’B’CI’+AB’CI+A’BCI+ABCI’)’CO=(A’B’+B’CI’+A’CI’)’ABCISCO0000001010100101100100110011011010111111二位运算器：设二位全加器输出结果为S1、S0、COY0=S0Y1=S1○+(S0Sp)Y2=COK’Sp=CO’K真值表：A1A0B1B0KY2Y1Y0Sp000000000010000010100000100110000110000100010010100100100100110110101000001000100011000110101001000111001010001100110011101000101101010111101100000010000010010010100010100110010110000110011010110000100110010110110100001010101011010011101010000111010010001110111011110101101110011111110000（3）根据任务和元件盒中74HC系列芯片画出实现电路功能的逻辑图。建议使用EDA软件对电路设计进行仿真验证。一位全加器：二位运算器：3.写出调试方法和步骤、注意事项等。搭接好面包板并与学习机连接后，打开电源，若结果不正确，应按如下步骤检查调试：（1）检查学习机是否正常工作，包括电源、连线、拨码开关和数码管等（2）根据出现的问题，检查原理图和连线是否正确（3）逐级检查，找出有问题的电路模块，若不是原理图和连线错误，则用万用表检查是否有导线虚接或器件损坏等。注意事项：（1）集成电路的管教要确保有效的插入面包板，不要让管脚窝在集成电路下面造成漏接；（2）接插电路时要认真检查，不要有短路和漏接，尤其要注意电源线和地线不要漏接；（3）要学会用万用表查错。4.建议进入实验室之前，在面包板上搭接电路。5.分析图2电路是否会发生竞争冒险现象？若发生，画出电压波形表明毛刺有可能产生的位置。三、必做任务使用元件盒中的74HC系列门电路芯片设计并实现一个2位运算器，如图1所示。根据控制开关K的状态可以进行2位二进制数（无符号数）的加减运算，即K＝0时，S＝A＋B；K＝1时，S＝A-B。其中当减法运算结果为负数时，输出显示差的原码和负数标志。建议按以下步骤进行设计和调试：1.用门电路设计一个1位全加器；2.用两个1位全加器接成一个2位全加器；3.用门电路和2位全加器构成2位运算器。用学习机上的拨码开关模拟两个二进制数；用数码管（带译码器）显示运算结果；用发光二极管显示负数标志。四、选做任务（未做）用CD4011搭建如图2所示电路，vI是由函数信号发生器输出20Hz的方波，通过示波器观察vI与vO的波形。若电路出现竞争—冒险现象请在不改变电路结构的条件下予以消除。五、实验注意事项1.本实验中门电路的工作电压均为5V，由学习机上引出。2.了解芯片的引脚排列，特别注意电源和接地引脚不能接错。若引脚有弯折，调整后再插入面包板中。3.整体电路输出故障时，可参照三中步骤分块检查调试。第二部分最终设计电路图一位全加器：二位运算器：其中Block1是封装后的一位全加器第三部分总结（1）组合逻辑电路的设计和调试步骤。首先通过真值表与卡诺图，根据元件情况，得到合适的逻辑表达式，然后通过逻辑表达式设计出电路连接图，最后按照电路连接原理图搭接电路。（2）在实验中遇到的问题及解决方法。问题：电路连接完成后调试时，学习机数码管显示的数字在正确结果和错误结果间闪烁。解决办法：结果不稳定，可能是某根导线虚接，用万用表从顶级到低级，逐一排查找出了虚接导线，重新连接后调试成功。（3）此次实验的收获。初步掌握了组合电路的设计的实现方法步骤和调试方法步骤，懂得了从电路图到真实电路的基本过程，学会了如何用万用表逐级排查找出故障导线或器件等。第四部分思考题1.试分析图2电路，若采用在输出端加滤波电容的方式消除竞争冒险，该电容会对输出信号有何影响？试讨论该电容值的选取并给出理论依据。2.请根据你的1位全加器电路设计，并查阅相应门电路的数据手册。试分析该电路传输延迟时间是多少？并说明电路传输延迟时间与哪些因素相关。