数字电子技术基础

实验二组合逻辑电路分析与测试一、实验目的1．掌握组合逻辑电路的分析方法。2．验证半加器和全加器电路的逻辑功能。3．了解两个二进制数求和运算的规律。4．学会数字电子线路故障检测的一般方法。二、实验原理1．分析逻辑电路的方法：根据逻辑电路图---写出逻辑表达式---化简逻辑表达式（公式法、卡诺图法）---画出逻辑真值表---分析得出逻辑电路解决的实际问题（逻辑功能）。2．实验线路（1）用与非门组成的半加器，如图4-4-1所示。图4-4-1与非门组成的半加器（2）用异或门组成的半加器，如图4-4-2所示。。图4-4-2异或门组成的半加器（3）用与非门、与或非门和异或门组成的全加器，如图4-4-３所示：3．集成块管脚排列图见附录三、实验仪器及器材１．数字实验箱２．集成块74LS00３．集成块74LS54４．集成块74LS86&000&000&000&000&000X2X1SnCnX3AB&000=1000&000ABSnCn５．万用表6．＋5V直流电源图4-4-3与非门、与或非门和异或门组成的全加器四、实验内容及步骤１．检查所用集成块的好坏。２．测试用与非门组成的半加器的逻辑功能。（1）按图4-4-1接线，先写出其逻辑表达式，然后将输入端A、B接在实验箱逻辑控制开关插孔，X1、X2、X3、Sn、Cn分别接在电平显示插孔接好线后，进行测试。（2）改变输入端A、B的逻辑状态，观察各点相应的逻辑状态，将结果填入表4-4-1中，测试完毕，切断电源，分析输出端逻辑状态是否正确。表4-4-1３．测试用异或门和与非门组成的半加器的逻辑功能（1）按图4-4-2接线，将输入端A、B分别接在逻辑控制开关插孔，Cn、Sn分别接在电平显示插孔，接好线后进行测试。（2）改变输入端An、Bn的逻辑状态，观察Sn和Cn的显示状态，并将测试结果填入表4-4-2中，并分析结果正确与否。若输出有误，分析其原因并查找故障点。４．测试用与非门、与或非门组成的全加器的逻辑功能。（1）按图4-4-3接线，输入端An、Bn、Cn-1分别接逻辑控制开关插孔,Sn、Cn分别接电平显示插孔，接好线后进行测试。输入端输出端ABX1X2X3SnCn00011011CnSnCn-1AnBn=1000&000=1000+表4-4-2（2）改变An、Bn、Cn-1的输入状态，观察输出Sn和Cn相应的逻辑状态，将观察结果填入表4-4-3中。切断电源后，分析结果正确与否，若输出有误，分析其原因并查找故障点。表4-4-3五、实验注意事项1．实验接线前首先验证用到的与或非、异或、与非门的逻辑功能，检查集成块是否完好。2．与或非、异或、与非门中，当某一组输入端不用时，应按规定处理。六、实验报告要求1．分析逻辑电路图，说明逻辑电路的功能。2．对逻辑电路的功能进行实验测试，并记录测试结果。3．分析组合电路实验的体会。输入端被加数A0011加数B0101输出端半加和Sn进位Cn输入端被加数An01010101加数Bn00110011低位进位Cn-100001111输出全加和Sn进位Cn实验三组合逻辑电路的设计与测试一、实验目的1．掌握组合逻辑电路的设计与测试方法。2．进一步提高归纳逻辑问题的能力。二、实验原理1．使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路设计方法。设计组合电路的一般步骤如图4-5-1所示。图4-5-1组合逻辑电路设计流程图根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式。并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。最后，用实验来验证设计的正确性。2．组合逻辑电路设计举例用“与非”门设计一个表决电路。当四个输入端中有三个或四个为“1”时，输出端才为“1”。设计步骤：根据题意列出真值表如表4-5-1所示，再填入卡诺图表4-5-2中。表4-5-1D0000000011111111A0000111100001111B0011001100110011C0101010101010101Z0000000100010111表4-5-2DABC000111100001111111101由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式。Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD＝ABCACDBCDABC根据逻辑表达式画出用“与非门”构成的逻辑电路如图4-5-2所示。图4-5-2表决电路逻辑图用实验验证逻辑功能在实验装置适当位置选定三个14P插座，按照集成块定位标记插好集成块CC4012。按图4-5-2接线，输入端A、B、C、D接至逻辑开关输出插口，输出端Z接逻辑电平显示输入插口，按真值表（自拟）要求，逐次改变输入变量，测量相应的输出值，验证逻辑功能，与表4-5-1进行比较，验证所设计的逻辑电路是否符合要求。三、实验仪器与器件1．＋5V直流电源2．逻辑电平开关3．逻辑电平显示器4．直流数字电压表5．CC4011×2（74LS00）CC4012×3（74LS20）CC4030（74LS86）CC4081（74LS08）74LS54×2(CC4085)CC4001(74LS02)四、实验内容及步骤1．按图4-5-1接线验证四人表决器逻辑功能。2．设计一个三人表决器，设计要求A具有否决权，用与非门完成电路，要求按本文所述的设计步骤进行，直到测试电路逻辑功能符合设计要求为止。3．三人表决器列出真值表如表4-5-1表4-5-1输入输出ABCY0000010100111001011101114．根据三人表决器真值表，画出三变量逻辑卡诺图5．三人表决器设计参考电路图4-5-3图4-5-3三人表决A具有否决权电路逻辑图*6．下列设计题目供同学们根据自己的学习兴趣选做（1）数据范围指示器的设计与实验：设A、B、C、D是4位二进制数码，可用来表示16个十进制数。设计一个组合逻辑电路，使之能区分下列三种情况0≤X≤4；5≤X≤9；10≤X≤15：要求用与非门及八选一数据选择器两种方法实现。（2）数码转换电路的设计与实验：有一测试系统的测试结果是以二进制数码表&000&000&000ACBY示，数的范围为0～13，要求用两个七段数码管显示十进制数，试设计将二进制数码转换成2位8421BCD码的电路。（3）奇偶校验电路的设计与实验：用一个3线—8线译码器和最少的门电路设计一个奇偶校验电路，要求当输入的四个变量中有偶数个1时输出为1，否则为0。（4）3位二进制加／减器的设计与实验①有进位输出的3位二进制全加器的设计与实验：全加器的输入变量是被加数Bi、加数Ai以及低位送来的进位Ci，输出函数为和数Si及向高位发出来的进位Ci+1，下标i为二进制数的第i位。要求设计一个3位二进制全加器。②3位二进制全减器的设计与实验：全减器输入变量为被减数Xi、减数Yi以及低位送来的借位Bi，全减器的输出为差数Di，以及向高位发出的借位Bi+1，下标i为二进制数的第i位。(4)要求设计一个3位二进制全减器。3位二进制加／减器的设计与实验：在控制变量控制下，既能做加法运算又能做减法运算的电路称为加／减器。其输入变量为加数Ai(被减数Xi)、被加数Bi(减数Yi)、低位来的进位Ci(借位Bi)，以及控制加／减运算的控制变量M。当M为高电平时做加法运算，当M为低电平时做减法运算。其输出端有两个：一是和(差)数Si（Di），另一个是向高位发出的进位Ci＋1：(借位Bi+1)。设计一个3位二进制加／减器。（5）编码器、译码器的设计与实验①8421BCD编码器的设计与实验：此电路具有10个数码输入端0～9，当某一输入端为高电平而其余输入端全为低电平时，表示有某一个十进制数码输入，输出仍为相应的4位二进制数码，这个数码称做BCD码。试设计一个BCD码编码器。②8421BCD译码器的设计与实验：此电路有输入端四个，输入8421BCD码；有十个输出端，分别表示十进制数码0～9。当某一输出为高电平时，表示相应的8421BCD码被译出，此电路与上述编码器连起来，可以互相校验设计的正确性。试设计一个8421BCD码译码器。（6）显示电路的设计与实验：设计一个显示电路，用七段译码器显示A、B、C、D、E、F、G和H8个英语字母。要求先用3位二进制数对这些字母进行编码，然后进行译码显示。(7)血型关系检测电路的设计与实验：人类有四种血型：A、AB、B和O型。输血时。输血者和受血者必须符合图4-5-4的规定，即O型血可以输给任何血型的人，但是O型血的人只能接收O型血；AB型血的人只能输给AB型血的人；但AB型血的人能接受所有血型的血；A型可以输给A型及AB型血的人，而A型血的人能接受A型血及O型血；B型血输给B型及AB型血的人，而B型血的人能接受B型血及O型血。试用与非门设计一电路，判断输血和受血者是否符合规定。如符合，输出为1，否则输为0。图4-5-4血型关系示意图五、实验注意事项1．根据所给的标准器件完成设计组合电路的任务，并画出逻辑电路图。2．实验接线前应先验证用到的与非门的逻辑功能，检查其好坏。3．当与非门中某一端不用时应作处理。4．实验课前同学们利用课余时间设计好逻辑电路图。5．带*的实验项目为选做内容。六、实验报告要求1．写出所选题目的实验步骤和测试方法。2．根据所选用的器件画出逻辑电路图，并安装调试电路。3．分析实验结果，排除实验过程中出现的故障。4．组合电路设计体会。ABABOABABO实验四译码器及其应用一、实验目的1．掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法。2．熟悉数码管的使用方法。二、实验原理译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器。1．变量译码器（又称二进制译码器），用以表示输入变量的状态，如2线－4线、3线－8线和4线－16线译码器。若有n个输入变量，则有2n个不同的组合状态，就有2n个输出端供其使用。而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。以3线－8线译码器74LS138为例进行分析，图4-6-1(a)、(b)分别为其逻辑图及引脚排列。其中A2、A1、A0为地址输入端，0Y～7Y为译码输出端，S1、2S、3S为使能端。当S1＝1，2S＋3S＝0时，器件使能，地址码所指定的输出端有信号（为0）输出，其它所有输出端均无信号（全为1）输出。当S1＝0，2S＋3S＝X时，或S1＝X，2S＋3S＝1时，译码器被禁止，所有输出同时为1。(a)(b)图4-6-13－8线译码器74LS138逻辑图及引脚排列二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息，器件就成为一个数据分配器(又称多路分配器)，如图4-6-2所示。若在S1输入端输入数据信息，2S＝3S＝0，地址码所对应的输出是S1数据信息的反码；若从2S端输入数据信息，令S1＝1、3S＝0，地址码所对应的输出就是2S端数据信息的原码。若数据信息是时钟脉冲，则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。根据输入地址的不同组合译出唯一地址，故可用作地址译码器。接成多路分配器，可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点。二进制译码器还能方便地实现逻辑函数，如图4-6-3所示，实现的逻辑函数是Z＝CBACBACBA＋ABC图4-6-2作数据分配器图4-6-3实现逻辑函数利用使能端能方便地将两个3/8译码器组合成一个4/16译码器，如图4-6-4所示。图4-6-4用两片74LS138组合成4/16译码器2．数码显示译码器(1)七段发光二极管(LED)数码管LED数码管是目前最常用的数字显示器，图4-6-5(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸