数字电子技术实验指导书2009

实验二 用SSI设计组合逻辑电路

一、 实验目的

1、 掌握用基本逻辑门设计组合逻辑电路的方法；

2、 熟悉各种逻辑门电路的应用及其应用电路功能的测试方法。

二、用SSI设计组合逻辑电路的一般方法

根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简逻辑电路。用SSI设计组合逻辑电路的一般步骤如图5－２－1所示。

逻辑抽象 逻辑真值表 逻辑函数式 选定器件类型 化简逻辑函数 逻辑电路图 图5－２－1 用SSI设计组合电路的一般步骤

用小规模集成门电路设计组合逻辑电路时，通常要先根据具体设计任务的要求列出逻辑真值表，将真值表转化为对应的逻辑函数式，再根据所选器件的类型（如“与门”、“或门”、“非门”、“与非门”等），将函数式化简，最后根据化简的逻辑函数式，画出逻辑电路的连接图。至此，原理性设计基本完成。实际上，工程设计还必须考虑带载能力和抗干扰问题等，这些已超出了本实验要求范围，故不予以讨论。

三、设计举例

1.设计课题

设计一个监视交通灯工作状态的逻辑电路。交通灯每组信号由红、黄、绿三盏灯组成。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯亮，而且只允许有一盏灯亮。若某一时刻无一盏灯亮或两盏以上同时点灯亮，则表示电路发生了故障。监视交通灯工作状态的逻辑电路的功能就是要求能检测出这一故障信号。

2.设计步骤

1）逻辑抽象。取红、黄、绿三盏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”，不亮时为“0”。取故障信号为输出变量，以F表示，并规定正常工作状态下F为“0”，发生故障时F为“1”。在作出以上规定后，根据题意可列出真值表如表5－２－1所示。

2）写出逻辑表达式。由真值表5－2－1可求得：

F? RYG?RYG?RYG?RYG?RYG

表5－２－1 真值表 R Y G 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 F 1 0 0 1 0 1 1 1 3）选定器件类型。用小规模数字集成逻辑门电路：74LS00、74LS20实现。

4）化简逻辑函数。用卡诺图方法将函数化为最简“与-或”形式，并变换成“与非-与非”形式。

00 01 11 10 R YG 0 1 1 1 1 1 1

图5－２－2 F的卡诺图

F?RYG?YG?RG?RY?RYG?YG?RG?RY?RYG?YG?RG?RY

5）根据最简“与非-与非”表达式画出逻辑电路图，如图5－２－3所示。

R 1 Y 1 G 1 ＆ ＆ ＆

图5－２－3 逻辑电路图

6）实验验证。前面几步完成了基本的逻辑设计任务，但是否正确、稳定可靠，需要进行静态测试，也就是按真值表改变输入变量，测量相应的输出值，验证其逻辑功能。动态测试已

＆ ＆ F

超出了本实验要求，故不再赘述。

四、实验内容

1、完成上述实验举例的实验验证。 2、设计一个三变量多数表决电路。如举重比赛有三个裁判，运动员试举是否成功的裁决，由每个裁判按下自己面前的按钮来决定。只有两个以上裁判裁定成功，表示“成功”的灯才亮。试用与非门设计并实现该组合逻辑电路。 3、试用与非门和三态门设计一个频率选择电路。频率选择电路的框图如图5－2－4所示。图中虚线框内为三态门74LS126，其中数字为74LS126的引脚示意。各三态门控制端分别受2-4译码器输出B3、B2、B1、B0控制，各三态门的输入端分别接不同频率的输入信号，输出端均接在同一总线上。将总线接到示波器输入端。若译码器B0=1，TS0三态门选通，1KHz频率信号传送到总线上，而此时B3、B2、B1均为0，TS3、TS2、TS1三态门输出均为高阻态，所以示波器上只观察到1KHz频率信号，依次类推，总线实现了频率信号的选择。

设计要求：先用与非门设计2-4译码器，然后按图4连接，通过实验台上的逻辑电平改变译码器的输入A0和A1组合观察示波器的显示波形，并填入（如1KHZ）自制的数据表中。

500KHz 100KHz 10KHz 1KHz 2 TS3 3 5 6 9 8 12 TS0 11 74LS126 1 4 10 13 B3 B2 B1 B0 2-4译码器 A0 A1 示波器

图5－２－4 频率选择电路框图

五、选做实验

1、设计一个四位原码/反码转换器电路。要求用异或门实现。 2、设计一个全加器电路。要求用与非门实现。

3、某工厂有三个车间A、B、C 和一个自备电站，站内有两台发电机F1、F2。F1的额定输出功率为800KW，F2的额定输出功率为500KW。A车间单独生产时需要用电550KW，B车间单独生产需要用电350KW，C车间单独生产时需要用电200KW。试用与非门和反相器设计一个控制电路控制电机的起停。要求只需启动一台电机时，不同时启动两台，只需启动功率小的电机时，不启动功率大的。

六、预习要求及思考题

1、 复习基本逻辑门电路及组合电路设计等相关内容；

2、 仔细阅读设计举例及设计题目，着实弄懂其原理与要求；

3、 根据题目要求实验前作好理论设计，即对要求设计的题目要列出真值表、写出逻辑表达

式、画出逻辑图及芯片连接图等。

七、实验报告要求

1、 根据各题的题意，列出相应真值表，写出化简过程及电路实现的最简逻辑表达式和画出

逻辑电路图。

2、 将各测试结果填入自画的表格中。 3、 分析、讨论得出相应结论。

八、实验仪器与器材

1、仪器：数字实验台、三用表、双踪示波器。 2、器材：74LS00（四-2输入与非门）、74LS20（二-4输入与非门）、74LS126（三态门）、74LS86（四-2输入异或门）、74LS04（反相器）。

实验三 用MSI设计组合逻辑电路

一、实验目的

1、熟悉各种常用MSI组合逻辑电路的功能与使用方法；

2、掌握多片MSI组合逻辑电路的级联、功能扩展及综合应用技术； 3、学会组装和调试各种MSI组合逻辑电路。

二、MSI组合逻辑电路设计原则和步骤

MSI组合逻辑电路的设计是以所用MSI个数最少、品种最少，同时MSI间的连线也最少作为最基本的原则，其设计步骤如下：

1） 逻辑抽象，列出真值表； 2） 写出逻辑函数表达式；

3） 将逻辑函数化简或变换成MSI所需要形式的函数式； 4） 画出逻辑电路图。

三、设计举例

1、用一片8-3优先编码器74LS148组成8-3二进制输出的编码器，其输出为8421BCD码。