实验二
组合逻辑电路设计（半加器、全加器）
一、半加器.
说明：其中A为加数，B为被加数，Y为A、B的和与它们同位的部分，Z为它们的和中向高位的进位部分。真值
表如图示：Array其逻辑函数式为：
Y=A’B+AB’
Z=AB
如果用74ls138做半加器。
图为74LS138的真值表：
由真值表得：
由Y=A’B+AB’
=m1+m2
=(m1’.m2’)’
Z=AB
=(m3’)’
二、 全加器
说明：其中A 为加数，B 为被加数，C 为低位向高位的进位， Y 为A 、B 得和与他们同位部分，Z 为它们的和中向高位的进位部分。真值表如图示： 由表得：
Y=A ’BC ’+AB ’C ’+A ’B ’C+ABC =m 2+m 4+m 1+m 7
= (m 2’·m 4’·m 1’·m 7’)’
Z=ABC ’+A ’BC+AB ’C+ABC =m 6+m 3+m 5+m 7
=(m 6’·m 3’·m 5’·m 7’)’
1、若用与非门、反相器、异或门做，
由卡洛图得Z 。 Z 有： Z=AB+BC+AC
=((((AB)’(BC)’)’)’(AC)’)’
Z 逻辑函数图为：
若不用卡洛图化简： 则：Z= ABC ’+A ’BC+AB ’C+ABC
=AB(C ’+C)+C(A ⊕B) =((AB)’·(C(A ⊕B))’)’ 逻辑函数图为：
2、由于Y用卡洛图无法化简，即已为最简，但没有三输入与非门只有二输入的。故Y化简为：
Y=A’BC’+AB’C’+A’B’C+ABC
=C’(A⊕B)+C(A⊙B)
=(( C’(A⊕B))’·(C(A⊙B)’)’
Y的逻辑图为：
用与非门做
若用74LS138做：
Y的逻辑函数式及测试真值表为
如图：
Z的逻辑函数表达式及测试真值表如图示：
1、在一旅游胜地，有两辆缆车可供游客上下山，请设计一个控制缆车正常运行的逻辑电路。要求：缆车A和B在同一时刻只能允许一上一下的行驶，并且必须同时把缆车的门关好后才能行使。设输入为A、B、C，输出为Y。（设缆车上行为“1”，门关上为“1”，允许行驶为“1”） (1) 列真值表；（4分） （2）写出逻辑函数式；（3分） （3）用基本门画出实现上述逻辑功能的逻辑电路图。（5分） 解：（1）列真值表：（3）逻辑电路图： A B C Y 000 001 010 011 100 101 110 111 （2）逻辑函数式： 2、某同学参加三类课程考试，规定如下：文化课程（A）及格得2分，不及格得0分；专业理论课程（B）及格得3分，不及格得0分；专业技能课程（C）及格得5分，不及格得0分。若总分大于6分则可顺利过关（Y），试根据上述内容完成： （1）列出真值表； （2）写出逻辑函数表达式，并化简成最简式； （3）用与非门画出实现上述功能的逻辑电路。 （3）逻辑电路图 A B C Y 000 001 010 011 100 101 110 111 (2)逻辑函数表达式3、中等职业学校规定机电专业的学生，至少取得钳工(A)、车工(B)、电工(C)中级技能证书的任意两种，才允许毕业（Y）。试根据上述要求：（1）列出真值表；（2）写出逻辑表达式，并化成最简的与非—与非形式；（3）用与非门画出完成上述功能的逻辑电路。 解：（1（3）逻辑电路： A B C Y 000 001 010 011 100 101 110 111 （2）逻辑表达式： 最简的与非—与非形式： 4、人的血型有A、B、AB和O型四种，假定输血规则是：相同血型者之间可输出，AB血型者可接受其他任意血型，任意血型者可接受O型血。图1是一个输血判断电路框图，其中A1A0表示供血者血型，B1B0表示受血者型，现分别用00、01、10和11表示A、B、AB和O四种血型。Y 为判断结果，Y=1表示可以输血，Y=0表示不允许输血。请写出该判断电路的真值表、最简与—或表达式，并画出用与非门组成的逻辑图。 输血判断电路框图： 解：（1）真值表：（3）逻辑图： 输入输出 A1A0B1B0Y 0000 0001 0010 0011
一、实验目的 1、学习和掌握半加器全加器的工作原理和设计方法。 2、熟悉EDA工具Quartus II的使用，能够熟练运用Vrilog HDL语言在 Quartus II下进行工程开发、调试和仿真。 3、掌握组合逻辑电路在Quartus Ⅱ中的图形输入方法及文本输入方法， 掌握层次化设计方法。 4、掌握半加器、全加器采用不同的描述方法。 二、实验内容 1、完成半加器全加器的设计，包括原理图输入，编译、综合、适配、仿真等。并将半加器电路设 置成一个硬件符号入库 2、建立更高层次的原理图设计，利用1位半加器构成1位全加器，并完成编译、综合、适配、仿 真并硬件测试 3、采用图形输入法设计1位加法器分别采用图形输入和文本输入方法，设计全加器 4、实验报告：详细叙述1位全加法器的设计流程，给出各层次的原理图及其对应的仿真波形图， 给出加法器的上时序分析情况，最后给出硬件测试流程和结果。 三、实验步骤 1、建立一个Project。 2、编辑一个VHDL程序，要求用VHDL结构描述的方法设计一个半加器 3、对该VHDL程序进行编译，修改错误。 4、建立一个波形文件。（根据真值表） 5、对该VHDL程序进行功能仿真和时序仿真 四、实验现象 任务1：半加器真值表描述方法 代码如下： 半加器是只考虑两个加数本身，而不考虑来自低位进位的逻辑电路 S=A B+A B CO=AB
代码如下: LIBRARY IEEE; --行为描述半加器 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS PORT(a,b:IN STD_LOGIC; so,co:OUT STD_LOGIC); END h_adder; Architecture FH1 OF h_adder IS Signal abc:STD_LOGIC_vector(1 downto 0); Begin abc<=a&b; --并 Process(abc) --进程 begin case abc is WHEN "00"=>SO<='0';CO<='0'; WHEN "01"=>SO<='1';CO<='0'; WHEN "10"=>SO<='1';CO<='0'; WHEN "11"=>SO<='0';CO<='1'; WHEN OTHERS =>NULL; END CASE; END PROCESS; END ARCHITECTURE FH1; 结果如下： 逻辑图
组合逻辑电路的分析（大题）一．目的 由逻辑图得出逻辑功能 二．方法（步骤） 1．列逻辑式： 由逻辑电路图列输出端逻辑表达式； （由输入至输出逐级列出） 2．化简逻辑式： 代数法、卡诺图法； （卡诺图化简步骤保留） 3．列真值表： 根据化简以后的逻辑表达式列出真值表；4．分析逻辑功能(功能说明)： 分析该电路所具有的逻辑功能。 （输出与输入之间的逻辑关系）； （因果关系） （描述函数为1时变量取值组合的规律） 技巧：先用文字描述真值表的规律（即叙述函数值为1时变量组合所有的取值），然后总结归纳电路实现的具体功能。
5．评价电路性能。三．思路总结： 组合逻辑 电路逻辑表达式最简表达式真值表逻辑功能化简 变换 四．注意： 关键：列逻辑表达式； 难点：逻辑功能说明 1、逻辑功能不好归纳时，用文字描述真值表的规律。（描述函数值为1时变量组合所有的取值）。 2、常用的组合逻辑电路。 （1）判奇（偶）电路； （2）一致性（不一致性）判别电路； （3）相等（不等）判别电路； （4）信号有无判别电路； （5）加法器（全加器、半加器）； （6）编码器、优先编码器； （7）译码器； （8）数值比较器； （9）数据选择器； （10）数据分配器。
3、多输出组合逻辑电路判别： 1）2个输出时考虑加法器:2输入半加；3输入全加。 2)4输出时考虑编码器：4输入码型变换；编码器。 五．组合逻辑电路分析实例 例1 电路如图所示，分析电路的逻辑功能。 A B Y 解： （1）写出输出端的逻辑表达式：为了便于分析可将电路自左至右分三级逐级写出Z1、Z2、Z3和Y的逻辑表达式为：
实验二组合逻辑电路的设计 一、实验目的 1.掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。 2.熟悉组合电路的特点。 二、实验仪器及材料 a) TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。 b) 参考元件：74LS86、74LS00。 三、预习要求及思考题 1．预习要求： 1）所用中规模集成组件的功能、外部引线排列及使用方法。 2) 组合逻辑电路的功能特点和结构特点. 3) 中规模集成组件一般分析及设计方法. 4）用multisim软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2.思考题 在进行组合逻辑电路设计时，什么是最佳设计方案 四、实验原理 1．本实验所用到的集成电路的引脚功能图见附录 2.用集成电路进行组合逻辑电路设计的一般步骤是： 1）根据设计要求，定义输入逻辑变量和输出逻辑变量，然后列出真值表； 2）利用卡络图或公式法得出最简逻辑表达式，并根据设计要求所指定的门电路或选定的门电路，将最简逻辑表达式变换为与所指定门电路相应的形式； 3）画出逻辑图； 4）用逻辑门或组件构成实际电路，最后测试验证其逻辑功能。 五、实验内容 1．用四2输入异或门（74LS86）和四2输入与非门（74LS00）设计一个一位全加器。 1）列出真值表,如下表2-1。其中A i、B i、C i分别为一个加数、另一个加数、低位向本位的进位；S i、C i+1分别为本位和、本位向高位的进位。 A i B i C i S i C i+1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 10 1 1 1 00 1 1 1 1 1 1 2）由表2-1全加器真值表写出函数表达式。
组合逻辑电路设计心得体会篇一：实验一_组合逻辑电路分析与设计 实验1 组合逻辑电路分析与设计 XX/10/2 姓名：学号： 班级：15自动化2班 ? 实验内容................................................. .. (3) 二.设计过程及讨论 (4) 1.真值表................................................. .(转载于: 小龙文档网:组合逻辑电路设计心得体会)................4 2.表达式的推导................................................. .....5 3.电路图................................................. .................7 4.实验步骤................................................. .............7 5. PROTEUS软件仿真 (9)
三测试过程及结果讨论.....................................11 1.测试数据................................................. ...........11 2.分析与讨论................................................. . (13) 四思考题................................................. (16) 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 1.真值表：
实验一 组合逻辑电路的设计 一、实验目的： 1、 掌握组合逻辑电路的设计方法。 2、 掌握组合逻辑电路的静态测试方法。 3、 加深FPGA 设计的过程，并比较原理图输入和文本输入的优劣。 4、 理解“毛刺”产生的原因及如何消除其影响。 5、 理解组合逻辑电路的特点。 二、实验的硬件要求： 1、 EDA/SOPC 实验箱。 2、 计算机。 三、实验原理 1、组合逻辑电路的定义 数字逻辑电路可分为两类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路中不包含记忆单元（触发器、锁存器等），主要由逻辑门电路构成，电路在任何时刻的输出只和当前时刻的输入有关，而与以前的输入无关。时序电路则是指包含了记忆单元的逻辑电路，其输出不仅跟当前电路的输入有关，还和输入信号作用前电路的状态有关。 通常组合逻辑电路可以用图1.1所示结构来描述。其中，X0、X1、…、Xn 为输入信号， L0、L1、…、Lm 为输出信号。输入和输出之间的逻辑函数关系可用式1.1表示： 2、组合逻辑电路的设计方法 组合逻辑电路的设计任务是根据给定的逻辑功能，求出可实现该逻辑功能的最合理组 合电路。理解组合逻辑电路的设计概念应该分两个层次：（1）设计的电路在功能上是完整的，能够满足所有设计要求；（2）考虑到成本和设计复杂度，设计的电路应该是最简单的，设计最优化是设计人员必须努力达到的目标。 在设计组合逻辑电路时，首先需要对实际问题进行逻辑抽象，列出真值表，建立起逻辑模型；然后利用代数法或卡诺图法简化逻辑函数，找到最简或最合理的函数表达式；根据简化的逻辑函数画出逻辑图，并验证电路的功能完整性。设计过程中还应该考虑到一些实际的工程问题，如被选门电路的驱动能力、扇出系数是否足够，信号传递延时是否合乎要求等。组合电路的基本设计步骤可用图1.2来表示。 3、组合逻辑电路的特点及设计时的注意事项 ①组合逻辑电路的输出具有立即性，即输入发生变化时，输出立即变化。（实际电路中 图 1.1 组合逻辑电路框图 L0=F0(X0,X1,···Xn) · · · Lm=F0(X0,X1,···Xn) （1.1） 图 1.2 组合电路设计步骤示意图图
《数字电子技术B》实验报告 班级：姓名学号： 实验二组合逻辑电路（半加器、全加器） 一、实验目的 1.掌握组合逻辑电路的功能测试。 2.验证半加器和全加器的逻辑功能。 3.学会二进制数的运算规律。 二、实验仪器及材料 74LS00 二输入端四与非门 3片 74LS86 二输入端四异或门 1 片 74LS54 四组输入与或非门 1片 三、实验内容（如果有可能，附上仿真图） 1.组合逻辑电路功能测试。 （1）.用2片74LS00组成图2.1所示逻辑电路。为便于接线和检查，在图中要注明芯片编号及各引脚对应的编号。 （2）.图中A、B、C接电平开关，Y1，Y2接发光管电平显示。 （3）.接表2.1要求，改变A、B、C的状态填表并写出Y1，Y2逻辑表达式。 （4）.将运算结果与实验比较。 表2.1
Y1=A+B Y2=(A’*B)+(B’*C) 2.测试用异或门（74LS86）和与非门组成的半加器的逻辑功能。 根据半加器的逻辑表达式可知，半加器Y是A、B的异或，而进位Z是A、B相与，故半加器可有一个集成异或门和二个与非门组成如图2.2。 图2.2 （1）.在实验仪上用异或门和与门接成以上电路。A、B接电平开关K，Y，Z接电平显示。（2）.按表2.2要求改变A、B状态，填表。 表2.2 3. （1）.写出图2.3电路的逻辑表达式。 （2）.根据逻辑表达式列真值表。
表2.3 （5）按原理图选择与非门并接线进行测试，将测试结果记入表2.4，并与上表进行比较看逻辑功能是否一致。 4. 测试用异或、与或和非门组成的全加器的逻辑功能。 全加器可以用两个半加器和两个与门一个或门组成，在实验中，常用一块双异或门、一个与或非门和一个与非门实现。 （1）.画出用异或门、与或非门和非门实现全加器的逻辑电路图，写出逻辑表达式。 （2）.找出异或门、与或非门和与门器件按自己画出的图接线。接线时注意与或非门中不用的与门输入端接地。 （3）.当输入端A i、B i及C i-1为下列情况时，用万用表测量S i和C i的电位并将其转为逻辑状态填入下表。 表2.4
数电实验二组合逻辑电路 The following text is amended on 12 November 2020.
实验二 组合逻辑电路 一、实验目的 1.掌握组和逻辑电路的功能测试。 2.验证半加器和全加器的逻辑功能。 3.学会二进制数的运算规律。 二、实验仪器及器件 1.仪器：数字电路学习机 2.器件：74LS00 二输入端四与非门 3片 74LS86 二输入端四异或门 1片 74LS54 四组输入与或非门 1片 三、实验内容 1.组合逻辑电路功能测试 (1).用2片74LS00按图连线，为便于接线和检查，在图中要注明芯片编号及各引脚对应的编号。 (2).图中A 、B 、C 接电平开关，Y1、Y2接发光管电平显示 (3).按表要求，改变A 、B 、C 的状态，填表并写出Y1、Y2的逻辑表达式。 (4).将运算结果与实验比较。 Y1=A+B ，C B B A Y +=2 2.测试用异或门（74LS86）和与非门组成的半加器的 逻辑功能。 根据半加器的逻辑表达式可知，半加器Y 是A 、B 的 异或，而进位Z 是A 、B 相与，故半加器可用一个集成异 或门和二个与非门组成，如图。 (1).用异或门和与非门接成以上电路。输入A 、B 接 电平开关，输出Y 、Z 接电平显示。 (2).按表要求改变A 、B 状态，填 表。 3.测试全加器的逻辑功能。 (1).写出图电路的逻辑表达式。 (2).根据逻辑表达式列真值表。 (3).根据真值表画逻辑函数SiCi 的卡诺图。 (4).连接电路，测量并填写表各输入 输出 A B C Y1 Y2 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 输入 输出 A B Y Z 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 A i B i C i-1 Y Z X 1 X 2 X 3 S i C i 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1
\ 广州大学学生实验报告 开课学院及实验室：电子信息楼410 2013年5月20日 学院 机械与电气 工程学院 年级、专 业、班 11级电气1班姓名·学号 实验课程名 称 数字电子技术实验成绩 实验项目名称； 实验二设计性实验——组合逻辑电路的设计 指导 老师 一、实验目的 1、学习组合逻辑电路的设计方法； 2、掌握使用通用逻辑器件实现逻辑电路的一般方法。 二、实验原理 使用中、小规模集成电路来设计组合电路时最常见的逻辑电路设计方法。设计的过程通常是根据 给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成 的工作。 , 组合逻辑电路的设计工作通常可按如下步骤进行。 （1）进行逻辑抽象 （2）写出逻辑函数式 （3）选定器件的类型 （4）将逻辑函数化简或变换成适当形式 （5）根据化简或变换后的逻辑函数式画出逻辑电路的连接图 （6）工艺设计 例设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。每一组信号灯由红、黄、绿3盏灯组成，如图 3-22所示。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。而当出现其他5种 点亮状态时，电路发生故障，这是要求发出故障信号，以提醒维护人员前去修理。 { 首先进行逻辑抽象。 取红、黄、绿3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，不亮为0。取故 障信号为输出变量，以Z表示，并规定正常工作状态下Z=0，发生故障时Z=1。更具题意可列出表3-9 所示的逻辑真值表。 表3-9真值表 R Y G Z\ R Y G Z 000[ 1 1000 00| 1 01011 0{ 1 001101
组合逻辑电路设计实验报告 1.实验题目 组合电路逻辑设计一： ①用卡诺图设计8421码转换为格雷码的转换电路。 ②用74LS197产生连续的8421码，并接入转换电路。 ③记录输入输出所有信号的波形。 组合电路逻辑设计二： ①用卡诺图设计BCD码转换为显示七段码的转换电路。 ②用74LS197产生连续的8421码，并接入转换电路。 ③把转换后的七段码送入共阴极数码管，记录显示的效果。 2.实验目的 （1）学习熟练运用卡诺图由真值表化简得出表达式 （2）熟悉了解74LS197元件的性质及其使用 3.程序设计 格雷码转化： 真值表如下：
卡诺图： 1 010100D D D D D D G ⊕=+= 2 121211D D D D D D G ⊕=+=
3232322D D D D D D G ⊕=+= 33D G = 电路原理图如下： 七段码显示： 真值表如下： 卡诺图：
2031020231a D D D D D D D D D D S ⊕++=+++= 10210102b D D D D D D D D S ⊕+=++= 201c D D D S ++= 2020101213d D D D D D D D D D D S ++++= 2001e D D D D S +=
2021013f D D D D D D D S +++= 2101213g D D D D D D D S +++= 01213g D D D D D S +⊕+= 电路原理图如下：
4.程序运行与测试 格雷码转化： 逻辑分析仪显示波形：
组合逻辑电路的设计 一．实验目的 1、加深理解组合逻辑电路的工作原理。 2、掌握组合逻辑电路的设计方法。 3、掌握组合逻辑电路的功能测试方法。 二．实验器材 实验室提供的芯片：74LS00与非门、74LS86异或门，74LS54与或非门，实验室提供的实验箱。 三．实验任务及要求 1、设计要求 （1）用与非门和与或非门或者异或门设计一个半加器。 （2）用与非门和与或非门或者异或门设计一个四位奇偶位判断电路。 2、实验内容 （1）测试所用芯片的逻辑功能。 （2）组装所设计的组合逻辑电路，并验证其功能是否正确。 三．实验原理及说明 1、简述组合逻辑电路的设计方法。 (1)分析实际情况是否能用逻辑变量来表示。 (2) 确定输入、输出逻辑变量并用逻辑变量字母表示，作出逻辑规定。 (3) 根据实际情况列出逻辑真值表。 (4) 根据逻辑真值表写出逻辑表达式并化简。 (5) 画出逻辑电路图，并标明使用的集成电路和相应的引脚。 (6) 根据逻辑电路图焊接电路，调试并进一步验证逻辑关系是否与实际情况相符。 2、写出实验电路的设计过程，并画出设计电路图。 (1)半加器的设计 如果不考虑有来自低位的进位将两个1位二进制数相加。 A、B是两个加数，S是相加的和，CO是向高位的进位。 逻辑表达式 S=A’B+A’B=A⊕B CO=AB (2)设计一个四位奇偶位判断电路。 当四位数中有奇数个1时输出结果为1;否则为0。 A, B, C, D 分别为校验器的四个输入端,Y时校验器的输出端
逻辑表达式 Y=AB’C’D’+A’BC’D’+A’B’C D’+A’B’C’D+A’BCD+AB’CD+ABC’D+ABCD’ =(A⊕B)⊕(C⊕D) 四．实验结果 1、列出所设计电路的MULTISM仿真分析结果。 （1）半加器的设计，1-A被加数,2-B加数,XMMI（和数S）XMM2（进位数CO） (2)设计一个四位奇偶位判断电路。
半加器、全加器、串行进位加法器以及超前进位加法器 一、实验原理 1.一位半加器 A和B异或产生和Sum，与产生进位C 2.一位全加器 将一位半加器集成封装为halfadder元件，使用两个半加器构成一位的全加器 3.4位串行进位加法器 将一位全加器集成封装为Fulladder元件，使用四个构成串行进位加法器
4.超前进位加法器（4位） ⑴AddBlock 产生并行进位链中的ti(即Cthis)和di（即Cpass），以及本位结果Sum ⑵进位链（Cmaker） 四位一组并行进位链，假设与或非门的级延迟时间为1.5ty，与非门的延迟时间为1ty，在di和ti产生之后，只需2.5ty就可产生所有全部进位
⑶超前进位加法器 将以上二者结合起来即可完成，A和B各位作为各个AddBlock的输入，低一位的进位Ci-1作为本位AddBlock的C-1的输入。各个AddBlock输出的C_this和C_pass作为对应的Cmaker的thisi和passi的输入。
二、实验器材 QuartusII仿真软件，实验箱 三、实验结果 1.串行进位加法器结果 2.超前进位加法器结果
四、实验结果分析 1.实验仿真结果显示串行加法器比超前进位加法器快，部分原因应该是电路结构优化 不到位。另外由于计算的位数比较少，超前进位加法链结构较复杂，所以优势没体现出来，反倒运作的更慢一点。当位数增加的时候，超前进位加法器会比串行的更快。 2.波形稳定之前出现上下波动，应该与“竞争冒险”出现的情况类似，门的延迟和路径 的不同导致了信号变化时到达的时间有先有后，因此在最终结果形成前出现了脉冲尖峰和低谷；另外也可能部分原因由于电路结构优化的不到位所致
第三章组合逻辑电路 基本要求： 熟练掌握组合逻辑电路的分析方法；掌握组合逻辑电路的设计方法；理解全加器、译码器、编码器、数据选择器、数据比较器的概念和功能，并掌握它们的分析与实现方法；了解组合逻辑电路中的险象 本章主要内容：组合逻辑电路的分析方法和设计方法。 本章重点： 组合逻辑电路的分析方法 组合逻辑电路的设计方法 常用逻辑部件的功能 本章难点： 组合逻辑电路的设计 一、组合逻辑电路的特点 若一个逻辑电路，在任一时刻的输出仅取决于该时刻输入变量取值组合，而与电路以前的状态无关，则电路称为组合逻辑电路（简称组合电路）。可用一组逻辑函数描述。 组合电路根据输出变量分为单输出组合逻辑电路和多输出组合逻辑电路。 注意：1.电路中不存在输出端到输入端的反馈通路。 2.电路不包含记忆元件。 3.电路的输出状态只由输入状态决定。 二、组合逻辑电路的分析方法 分析的含义：给出一个组合逻辑电路，分析它的逻辑功能。 分析的步骤: 1.根据给出的逻辑电路图，逐级推导，得到输出变量相对于
输入变量的逻辑函数。 2.对逻辑函数化简。 3.由逻辑函数列出对应的真值表。 4.由真值表判断组合电路的逻辑功能。 三、组合电路的分析举例 １、试分析图3-1所示的单输出组合逻辑电路的功能 解：（1）由G1、G2、G3各个门电路的输入输出关系，推出整个电路的表达式： Z1=ABC F=Z1+Z2 （2）对该逻辑表达式进行化简： （3）根据化简后的函数表达式，列出真值表3-1。 （4）从真值表中可以看出：当A、B、C三个输入一致时（或者全为“0”、或者全为“1”），输出才为“1”，否则输出为“0”。所以，这个组合逻辑电路具有检测“输入不一致”的功能，也称为“不一致电路”。
中国石油大学现代远程教育 电工电子学课程实验报告 所属教学站：青岛直属学习中心 姓名：杜广志学号： 年级专业层次：网络16秋专升本学期： 实验时间：2016-11-05实验名称：组合逻辑电路的设计 小组合作：是○否●小组成员：杜广志 1、实验目的： 学习用门电路实现组合逻辑电路的设计和调试方法。 2、实验设备及材料： 仪器：实验箱 元件：74LS00 74LS10 3、实验原理： 1．概述 组合逻辑电路又称组合电路，组合电路的输出只决定于当时的外部输入情况，与电路过去状态无关。因此，组合电路的特点是无“记忆性”。在组成上组合电路的特点是由各种门电路连接而成，而且连接中没有反馈线存在。所以各种功能的门电路就是简单的组合逻辑电路。 组合逻辑电路的输入信号和输出信号往往不止一个，其功能描述方法通常有函数表达式、真值表、卡诺图和逻辑图等几种。 组合逻辑电路的分析与设计方法，是立足于小规模集成电路分析和设计的基本方法之一。 2．组合逻辑电路的分析方法 分析的任务是：对给定的电路求解其逻辑功能，即求出该电路的输出与输入之间的逻辑关系，通常是用逻辑式或真值表来描述，有时也加上必须的文字说明。 分析的步骤： （1）逐级写出逻辑表达式，最后得到输出逻辑变量与输入逻辑变量之间的逻辑函数式。 （2）化简。 （3）列出真值表。 （4）文字说明 上述四个步骤不是一成不变的。除第一步外，其它三步根据实际情况的要求而采用。 3．组合逻辑电路的设计方法 设计的任务是：由给定的功能要求，设计出相应的逻辑电路。 设计的步骤； （1）通过对给定问题的分析，获得真值表。 在分析中要特别注意实际问题如何抽象为几个输入变量和几个输出变量之间的逻辑关系问题，其输出变量之间是否存在约束关系，从而获得真值表或简化
实验二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分析与设计方法。 2、加深对基本门电路使用的理解。 二、实验原理 1、组合电路是最常用的逻辑电路，可以用一些常用的门电路来组合完成具有其他 功能的门电路。例如，根据与门的逻辑表达式Z= AB =得知，可以用两 个非门和一个或非门组合成一个与门，还可以组合成更复杂的逻辑关系。 2、分析组合逻辑电路的一般步骤是： 1)由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式； 2)化简和变换各逻辑表达式； 3)列出真值表； 4) 根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定其功能。 3、设计组合逻辑电路的一般步骤与上面相反，是： 1)根据任务的要求，列出真值表； 2)用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式； 3)根据表达式，画出逻辑电路图，用标准器件构成电路； 4)最后，用实验来验证设计的正确性。 4、组合逻辑电路的设计举例 1)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“1”时， 输出端才为“1”。 设计步骤： 根据题意，列出真值表如表2-1所示，再添入卡诺图表2-2中。 表2-1 表决电路的真值表 表2-2 表决电路的卡诺图 然后，由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式： ABD CDA BCD ABC Z+ + + = B A+
? = ? ABC? ACD BCD ABC 最后，画出用“与非门”构成的逻辑电路如图2-1所示： 图2-1 表决电路原理图 输入端接至逻辑开关（拨位开关）输出插口，输出端接逻辑电平显示端口，自拟真值表，逐次改变输入变量，验证逻辑功能。 三、实验设备与器材 1.数字逻辑电路实验箱。 2.数字逻辑电路实验箱扩展板。 3.数字万用表。 4.芯片74LS00、74LS02、74LS04、74LS10、74LS20。 四、实验内容实验步骤 1、完成组合逻辑电路的设计中的两个例子。 2、设计一个四人无弃权表决电路(多数赞成则提议通过)，要求用四2输入与非门 来实现。 3、用与非门74LS00和异或门74LS86设计一可逆的4位码变换器。 要求： 1)当控制信号C=1时，它将8421码转换成为格雷码；当控制信号C=0时，它 将格雷码转换成为8421码； 2)写出设计步骤，列出码变换关系真值表并画出逻辑电路图； 3)安装电路并测试逻辑电路的功能。 五、实验预习要求 1、复习各种基本门电路的使用方法。 2、实验前，画好实验用的电路图和表格。 3、自己参考有关资料画出实验内容2、3、4中的原理图，找出实验将要使用的芯 片，以备实验时用。 六、实验报告要求 1、将实验结果填入自制的表格中，验证设计是否正确。 2、总结组合逻辑电路的分析与设计方法。
一、实验目 1、学习和掌握半加器全加器工作原理和设计办法。 2、熟悉EDA工具Quartus II使用，可以纯熟运用Vrilog HDL语言在 Quartus II下进行工程开发、调试和仿真。 3、掌握组合逻辑电路在Quartus Ⅱ中图形输入办法及文本输入办法， 掌握层次化设计办法。 4、掌握半加器、全加器采用不同描述办法。 二、实验内容 1、完毕半加器全加器设计，涉及原理图输入，编译、综合、适配、仿真等。并将半加器电路设 置成一种硬件符号入库 2、建立更高层次原理图设计，运用1位半加器构成1位全加器，并完毕编译、综合、适配、仿真 并硬件测试 3、采用图形输入法设计1位加法器分别采用图形输入和文本输入办法，设计全加器 4、实验报告：详细论述1位全加法器设计流程，给出各层次原理图及其相应仿真波形图，给出加 法器上时序分析状况，最后给出硬件测试流程和成果。 三、实验环节 1、建立一种Project。 2、编辑一种VHDL程序，规定用VHDL构造描述办法设计一种半加器 3、对该VHDL程序进行编译，修改错误。 4、建立一种波形文献。（依照真值表） 5、对该VHDL程序进行功能仿真和时序仿真 四、实验现象
任务1：半加器真值表描述办法 代码如下： 半加器是只考虑两个加数自身，而不考虑来自低位进位逻辑电路 S=A B+A B CO=AB 代码如下: LIBRARY IEEE ； --行为描述半加器 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS PORT(a,b:IN STD_LOGIC; so,co:OUT STD_LOGIC); END h_adder ； Architecture FH1 OF h_adder IS Signal abc:STD_LOGIC_vector(1 downto 0)； Begin abc<=a&b ； --并 Process(abc) --进程 begin case abc is 逻辑图 半加器真值表 A i B i S i C i 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1
实 验 报 告 实验日期： 学 号： 姓 名： 实验名称： 常用组合逻辑电路设计 总 分： 一、实验目的 学习常用组合逻辑电路的可中和代码编写，学习并熟悉VHDL 编程思想与调试方法，掌握LPM 元件实现逻辑设计，从而完成电路设计的仿真验证和硬件验证，记录结果。 二、实验原理 VHDL 设计采用层次化的设计方法，自上向下划分系统功能并逐层细化逻辑描述。层次关系中的没一个模块可以是VHDL 描述的实体，上层VHDL 代码中实例化出各个下层子模块。 利用VHDL 语言和LPM 元件设计这两种方法方法实现两个二位数大小比较的电路，根据A 数是否大于、小于、等于B 数，相应输出端F1、F2、F3为1，设A=A2A1，B=B2B1(A2A1、B2B1表示两位二进制数)，当A2A1>B2B1时，F1为1；A2A1 port(a2,a1:in STD_LOGIC; b2,b1:in STD_LOGIC; f1,f2:buffer STD_LOGIC; f3:out STD_LOGIC); end bijiao; architecture bijiao_arch of bijiao is begin f1<=(a2 and(not b2))or(a1 and (not b1)and a2)or(a1 and (not b1)and(not b2)); f2<=((not a2)and b2)or((not a2)and(not a1)and b1)or((not a1)and b1 and b2); f3<=not(f1 or f2); end bijiao_arch; (2)波形仿真 网格大小 100ns 结束时间 2μs 功能仿真：时序仿真：输入信号00， 01，10，11 输入信号00， 01，10，11 输出信号001， 010，100 信号均为二 进制表达 输入信号00， 01，10，11 实验三组合逻辑电路设计（含门电路功能测试） 一、实验目的 1.掌握常用门电路的逻辑功能 2.掌握小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法 3.掌握组合逻辑电路的功能测试方法 二、实验设备与器材 Multisim 、74LS00 四输入2与非门、示波器、导线 三、实验原理 TTL集成逻辑电路种类繁多，使用时应对选用的器件做简单逻辑功能检查，保证实验的顺利进行。 测试门电路逻辑功能有静态测试和动态测试两种方法。静态测试时，门电路输入端加固定的高（H）、低电平，用示波器、万用表、或发光二极管（LED）测出门电路的输出响应。动 态测试时，门电路的输入端加脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的同步关系。 下面以74LS00为例，简述集成逻辑门功能测试的方法。74LS00为四输入2与非门，电路图如3-1所示。74LS00是将四个二输入与非门封装在一个集成电路芯片中，共有14条外引线。使用时必须保证在第14脚上加+5V电压，第7脚与底线接好。 整个测试过程包括静态、动态和主要参数测试三部分。 表3-1 74LS00与非门真值表 1.门电路的静态逻辑功能测试 静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否。实验时，可将74LS00中的一个与非门的输入端A、B分别作为输入逻辑变量，加高、低电平，观测输出电平是否符合74LS00的真值表（表3-1）描述功能。 测试电路如图3-2所示。试验中A、B输入高、低电平，由数字电路实验箱中逻辑电平产生电路产生，输入F可直接插至逻辑电平只是电路的某一路进行显示。 仿真示意 2.门电路的动态逻辑功能测试 动态测试用于数字系统运行中逻辑功能的检查，测试时，电路输入串行数字信号，用示波器比较输入与输出信号波形，以此来确定电路的功能。实验时，与非门输入端A加一频率为 组合逻辑电路的分析与设计 实验报告 院系：电子与信息工程学院班级：电信13-2班 组员姓名: 一、实验目的 1、掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法。 2、掌握组合逻辑电路的设计方法。 二、实验原理 通常逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。电路在任何时刻，输出状态只取决于同一时刻各输入状态的组合，而与先前的状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。 1.组合逻辑电路的分析过程，一般分为如下三步进行：①由逻辑图写输出端的逻辑表达式；②写出真值表；③根据真值表进行分析，确定电路功能。 2.组合逻辑电路一般设计的过程为图一所示。 图一组合逻辑电路设计方框图 3.设计过程中，“最简”是指按设计要求，使电路所用器件最少，器件的种类最少,而且器件之间的连线也最少。 三、实验仪器设备 数字电子实验箱、电子万用表、74LS04、74LS20、74LS00、导线若干。 74LS00 74LS04 74LS20 四、实验内容及方法 1 、设计4线-2线优先编码器并测试其逻辑功能。 数字系统中许多数值或文字符号信息都是用二进制数来表示，多位二进制数的排列组合叫做代码，给代码赋以一定的含义叫做编码。 (1)4线-2线编码器真值表如表一所示 4线-2线编码器真值表 (2)由真值表可得4线-2线编码器最简逻辑表达式为 Y=((I0′I1′I2I3′)′(I0′I1′I2′I3)′)′ 1 Y=((I0′I1I2′I3′)′(I0′I1′I2′I3)′)′ (3)由最简逻辑表达式可分析其逻辑电路图 4线-2线编码器逻辑图 （4）按照全加器电路图搭建编码器电路，注意搭建前测试选用的电路块能够正常工作。 （5）验证所搭建电路的逻辑关系。 I=1 1Y0Y=0 0 1I=1 1Y0Y=0 1 I=1 1Y0Y=1 0 3I=1 1Y0Y=1 1 2 2、设计2线-4线译码器并测试其逻辑功能。 译码是编码的逆过程，它能将二进制码翻译成代表某一特定含义的号.(即电路的某种状态)，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。 （1）2线-4线译码器真值表如表二所示 实验一 半加器和全加器的设计 一、 实验目的 1、掌握图形的设计方式； 2、掌握自建元件及调用自建元件的方法； 3、熟练掌握MAXPLUS II 的使用。 二、实验内容 1、熟练软件基本操作，完成半加器和全加器的设计； 2、正确设置仿真激励信号，全面检测设计逻辑； 3、综合下载，进行硬件电路测试。 三、实验原理 1、半加器的设计 半加器只考虑了两个加数本身，没有考虑由低位来的进位。 半加器真值表： 半加器逻辑表达式：B A B A B A S ⊕=+=；AB C = LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY h_adder IS PORT( A:IN STD_LOGIC; B:IN STD_LOGIC; SO:OUT STD_LOGIC; CO:OUT STD_LOGIC ); END ENTITY h_adder; ARCHITECTURE fh1 OF h_adder IS BEGIN SO <= A XOR B; CO <= A AND B; END ARCHITECTURE fh1; A：60ns B：30ns 2.全加器的设计 全加器除考虑两个加数外，还考虑了低位的进位。全加器真值表： 全加器逻辑表达式： 1-⊕⊕=i i i i C B A S ；AB C B A C i i i i +⊕=-1)( 3、利用半加器元件完成全加器的设计 （1）图形方式 其中HADDER 为半加器元件。 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY f_adder IS PORT(ain,bin,cin:IN STD_LOGIC; cout,sum:out STD_LOGIC); END ENTITY f_adder; ARCHITECTURE fd1 OF f_adder IS COMPONENT h_adder PORT( A:IN STD_LOGIC; B:IN STD_LOGIC; 组合逻辑电路设计实验 报告 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08] 组合逻辑电路设计实验报告1.实验题目 组合电路逻辑设计一： ①用卡诺图设计8421码转换为格雷码的转换电路。 ②用74LS197产生连续的8421码，并接入转换电路。 ③记录输入输出所有信号的波形。 组合电路逻辑设计二： ①用卡诺图设计BCD码转换为显示七段码的转换电路。 ②用74LS197产生连续的8421码，并接入转换电路。 ③把转换后的七段码送入共阴极数码管，记录显示的效果。 2.实验目的 （1）学习熟练运用卡诺图由真值表化简得出表达式 （2）熟悉了解74LS197元件的性质及其使用 3.程序设计 格雷码转化： 真值表如下： 卡诺图： 电路原理图如下： 七段码显示： 真值表如下： 卡诺图： 电路原理图如下： 4.程序运行与测试 格雷码转化： 逻辑分析仪显示波形： 七段数码管显示： 5.实验总结与心得 相关知识： 异步二进制加法计数器 满足二进制加法原则：逢二进一（1+1=10，即Q由1→0时有进位。） 组成二进制加法计数器时，各触发器应当满足： ①每输入一个计数脉冲，触发器应当翻转一次； ②当低位触发器由1变为0时，应输出一个进位信号加到相邻 高位触发器的计数输入端。 集成4位二进制异步加法计数器：74LS197 MR是异步清零端；PL是计数和置数控制端；CLK1和CLK2是两组时钟脉冲输入端。D0~D3是并行输入数据端；Q0~Q3是计数器状态输出 端。本实验中，把CP加在CLK1处，将CLK2与Q0连接起来， 实现了内部两个计数器的级联构成4位二进制即十六进制异步加法计数 器。 74LS197具有以下功能： （1）清零功能 当MR=0时，计数器异步清零。 本实验中将Q1、Q3的输出连接与非门后到MR，就是为了当计数器输出10时（即1010），使得MR=0，实现清零，使得计 数器重新从零开始。 （2）置数功能 当MR=1，PL=0，计数器异步置数。 （3）二进制异步加法计数功能数字电路组合逻辑电路设计实验报告
组合逻辑电路的分析与设计实验报告
实验一 半加器和全加器的设计
组合逻辑电路设计实验报告
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