数字逻辑实验：组合逻辑电路的设计

一、实验目的1. 理解数字逻辑的基本概念和基本原理。

2. 掌握数字逻辑电路的基本分析方法，如真值表、逻辑表达式等。

3. 熟悉常用数字逻辑门电路的功能和应用。

4. 提高数字电路实验技能，培养动手能力和团队协作精神。

二、实验原理数字逻辑电路是现代电子技术的基础，它主要研究如何用数字逻辑门电路实现各种逻辑功能。

数字逻辑电路的基本元件包括与门、或门、非门、异或门等，这些元件可以通过组合和连接实现复杂的逻辑功能。

1. 与门：当所有输入端都为高电平时，输出端才为高电平。

2. 或门：当至少有一个输入端为高电平时，输出端为高电平。

3. 非门：将输入端的高电平变为低电平，低电平变为高电平。

4. 异或门：当输入端两个高电平或两个低电平时，输出端为低电平，否则输出端为高电平。

三、实验内容1. 实验一：基本逻辑门电路的识别与测试（1）认识实验仪器：数字电路实验箱、逻辑笔、示波器等。

（2）识别与测试与门、或门、非门、异或门。

（3）观察并记录实验现象，分析实验结果。

2. 实验二：组合逻辑电路的设计与分析（1）设计一个简单的组合逻辑电路，如加法器、减法器等。

（2）根据真值表列出输入输出关系，画出逻辑电路图。

（3）利用逻辑门电路搭建电路，进行实验验证。

（4）观察并记录实验现象，分析实验结果。

3. 实验三：时序逻辑电路的设计与分析（1）设计一个简单的时序逻辑电路，如触发器、计数器等。

（2）根据电路功能，列出状态表和状态方程。

（3）利用触发器搭建电路，进行实验验证。

（4）观察并记录实验现象，分析实验结果。

四、实验步骤1. 实验一：（1）打开实验箱，检查各电路元件是否完好。

（2）根据电路图连接实验电路，包括与门、或门、非门、异或门等。

（3）使用逻辑笔和示波器测试各逻辑门电路的输出，观察并记录实验现象。

2. 实验二：（1）根据实验要求，设计组合逻辑电路。

（2）列出真值表，画出逻辑电路图。

（3）根据逻辑电路图连接实验电路，包括所需逻辑门电路等。

组合逻辑电路分析与设计实验报告一、实验目的：1. 掌握逻辑设计基本方法2. 能够自己设计简单逻辑电路，并能用VHDL描述3. 理解输出波形和逻辑电路功能之间的关系二、实验设备与器材：1. 实验箱一套（含数字信号发生器、逻辑分析仪等测量设备）2. 电缆若干三、实验原理：组合逻辑电路是指由与或非门等基本逻辑门或它们的数字组合所构成的电路。

对于组合逻辑电路而言，不需要任何时钟信号控制，它的输出不仅能直接受到输入信号的影响，同时还与其输入信号的时序有关，输入信号的任何改变都可能导致输出信号的变化，因此组合逻辑电路的输出总是与它的输入存在着一个确定的逻辑关系。

本实验通过学习与实践，让学生从具体的组合逻辑电路出发，逐步掌握数字逻辑电路设计技术，了解逻辑电路的设计过程，掌握用组合逻辑门件构成数字系统的方法，提高学生设计和分析组合逻辑电路的能力。

四、实验内容及步骤：本实验的基本内容是设计一个可以进行任意二进制数求和的组合逻辑电路，并用VHDL 语言描述该电路。

其主要步骤如下：1. 设计电路的逻辑功能，确定电路所需基本逻辑门电路元件的类型和数量。

2. 画出电路的逻辑图并进行逻辑延迟估算。

3. 利用VHDL语言描述电路功能，并利用仿真软件验证电路设计是否正确。

4. 利用实验箱中的数字信号发生器和逻辑分析仪验证电路设计是否正确。

五、实验结果与分析：我们首先设计了一个可以进行单位位的二进制数求和的电路，即输入两个1位二进制数和一个进位信号，输出一个1位二进制数和一个进位信号。

注意到，当输入的两个二进制数为同等真值时，输出的结果即为原始输入中的异或结果。

当输入的两个二进制数不同时，输出需要加上当前进行计算的进位，同时更新输出进位信号的取值。

我们继续将此电路扩展到多位数的情况。

假设输入两个n位的二进制数a和b，我们需要得到一个(n+1)位的二进制数c，使得c=a+b。

我们需要迭代地对每一位进行计算，并在计算每一位时将其前一位的进位值也列入计算中。

一、实验名称逻辑电路实验二、实验目的1. 掌握基本的数字逻辑电路设计方法。

2. 理解并掌握常用的逻辑门及其组合电路。

3. 提高实验操作技能和观察能力。

4. 培养团队协作精神。

三、实验原理数字逻辑电路是构成数字系统的基本单元，主要由逻辑门、触发器等基本元件组成。

逻辑门是数字电路的基本单元，它按照一定的逻辑规则实现基本的逻辑运算。

本实验主要涉及以下逻辑门及其组合电路：1. 与门（AND）：当所有输入信号都为高电平时，输出信号才为高电平。

2. 或门（OR）：当至少一个输入信号为高电平时，输出信号才为高电平。

3. 非门（NOT）：将输入信号取反。

4. 异或门（XOR）：当输入信号不同时，输出信号为高电平。

四、实验器材1. 逻辑门实验板2. 逻辑笔3. 万用表4. 逻辑分析仪5. 示波器6. 计时器五、实验内容1. 与门、或门、非门、异或门的逻辑功能测试2. 组合逻辑电路设计3. 电路仿真与验证六、实验步骤1. 与门、或门、非门、异或门的逻辑功能测试（1）按照实验指导书，连接与门、或门、非门、异或门实验板。

（2）使用逻辑笔和万用表，测试各个逻辑门的输入、输出信号。

（3）记录测试结果，与理论值进行对比，分析实验误差。

2. 组合逻辑电路设计（1）根据设计要求，选择合适的逻辑门，绘制电路图。

（2）使用实验板，搭建组合逻辑电路。

（3）测试电路功能，验证设计是否正确。

3. 电路仿真与验证（1）使用逻辑分析仪或示波器，观察电路的输入、输出信号波形。

（2）分析波形，验证电路功能是否符合预期。

七、实验结果与分析1. 与门、或门、非门、异或门的逻辑功能测试实验结果如下：与门：当所有输入信号都为高电平时，输出信号才为高电平。

或门：当至少一个输入信号为高电平时，输出信号才为高电平。

非门：将输入信号取反。

异或门：当输入信号不同时，输出信号为高电平。

2. 组合逻辑电路设计（1）设计一个4位二进制加法器，包括两个输入端（A、B）和两个输出端（S、C）。

数字逻辑电路实验报告指导老师:班级:学号:姓名：时间：第一次试验一、实验名称：组合逻辑电路设计1二、试验目的：掌握组合逻辑电路的功能测试。

1、验证半加器和全加器的逻辑功能。

2、、学会二进制数的运算规律。

3、试验所用的器件和组件：三、74LS00 3片，型号二输入四“与非”门组件74LS20 1片，型号四输入二“与非”门组件74LS86 1片，型号二输入四“异或”门组件实验设计方案及逻辑图：四、/全减法器，如图所示：1、设计一位全加时做减法运时做加法运算，当M=1M决定的，当M=0 电路做加法还是做减法是由SCin分别为加数、被加数和低位来的进位，、B和算。

当作为全加法器时输入信号A分别为被减数，减数Cin、B和为和数，Co为向上的进位；当作为全减法时输入信号A 为向上位的借位。

S为差，Co和低位来的借位，1）输入/（输出观察表如下：（2）求逻辑函数的最简表达式函数S的卡诺图如下：函数Co的卡诺如下：化简后函数S的最简表达式为：Co的最简表达式为：2（3）逻辑电路图如下所示：、舍入与检测电路的设计：2F1码，用所给定的集成电路组件设计一个多输出逻辑电路，该电路的输入为8421为奇偶检测输出信号。

当电路检测到输入的代码大于或F2为“四舍五入”输出信号，的个数为奇数时，电路。

当输入代码中含1F1=1;等于5是，电路的输出其他情况F1=0 F2=0。

该电路的框图如图所示：的输出F2=1，其他情况输出观察表如下：（输入/0 1 0 0 1 01 0 1 0 0 11 1 1 0 0 01 0 1 1 1 11 0 0 1 0 11 0 1 0 0 11 0 0 1 1 01 1 1 0 1 11 0 1 1 0 011111求逻辑函数的最简表达式（2）的卡诺如下：函数F1 F2函数的卡诺图如下：的最简表达式为：化简后函数F2 的最简表达式为：F1）逻辑电路图如下所示；（3课后思考题五、化简包含无关条件的逻辑函数时应注意什么？1、答：当采用最小项之和表达式描述一个包含无关条件的逻辑问题时，函数表达式中，并不影响函数的实际逻辑功能。

实验二 组合逻辑电路一、实验目的1、熟悉组合逻辑电路的一些特点及一般分析、设计方法。

2、熟悉中规模集成电路典型的基本逻辑功能和简单应用设计。

二、实验器材1、直流稳压电源、数字逻辑电路实验箱、万用表、示波器2、74LS00、74LS04、74LS10、74LS20、74LS51、74LS86、74LS138、74LS148、74LS151、 74LS153三、实验内容和步骤 1、组合逻辑电路分析（1）图2-1是用SSI 实现的组合逻辑电路。

74LS51芯片是“与或非”门（CD AB Y +=）, 74LS86芯片是“异或”门（B A Y ⊕=）。

建立实验电路，三个输入变量分别用三个 逻辑开关加载数值，两个输出变量的状态分别用两只LED 观察。

观察并记录输出变 量相应的状态变化。

整理结果形成真值表并进行分析，写出输出函数的逻辑表达式， 描述该逻辑电路所实现的逻辑功能。

（2）图2-2和2-3是用MSI 实现的组合逻辑电路。

图2-2中的74LS138芯片是“3-8译码 器”，74LS20芯片是“与非”门（ABCD Y =）图2-3中的74LS153芯片是四选一 数据选择器。

建立实验电路，对两个逻辑电路进行分析，列出真值表，写出函数的逻 辑表达式，描述逻辑电路所实现的功能。

图2-1：SSI 组合逻辑电路图2-2 ：MSI 组合逻辑电路（74LS138）2、组合逻辑电路设计（1）SSI 逻辑门电路设计——裁判表决电路举重比赛有三名裁判：一个主裁判A 、两个副裁判B 和C 。

在杠铃是否完全举起裁 决中，最终结果取决于至少两名裁判的裁决，其中必须要有主裁判。

如果最终的裁决 为杠铃举起成功，则输出“有效”指示灯亮，否则杠铃举起失败。

（2）MSI 逻辑器件设计——路灯控制电路用74LS151芯片和逻辑门，设计一个路灯控制电路，要求能够在四个不同的地方都 能任意的开灯和关灯。

四、实验结果、电路分析及电路设计方案1、组合逻辑电路分析 （1）图2-1： 逻辑表达式：)()(11i i i i i i i i i i B A C S B A C B A C ⊕⊕=⊕+=--逻辑功能：实现A i 、B i 、C i-1三个一位二进制数 的加法运算功能，即全加器。

一、实验目的本次实验旨在通过实际操作，加深对数字逻辑基本原理和设计方法的理解，提高学生在数字电路设计、仿真和调试方面的实践能力。

通过完成以下实验任务，使学生掌握以下技能：1. 理解数字逻辑电路的基本概念和原理。

2. 掌握数字逻辑电路的设计方法和步骤。

3. 学会使用仿真软件进行电路设计和仿真测试。

4. 掌握数字逻辑电路的调试和优化方法。

二、实验内容本次实验主要包含以下三个部分：1. 组合逻辑电路设计：设计一个四位加法器，并使用Logisim软件进行仿真测试。

2. 时序逻辑电路设计：设计一个简单的计数器，并使用Verilog语言进行描述和仿真。

3. 数字逻辑电路综合应用：设计一个简单的数字信号处理器，实现基本的算术运算。

三、实验步骤1. 组合逻辑电路设计（1）分析题目要求，确定设计目标和输入输出关系。

（2）根据输入输出关系，设计四位加法器的逻辑电路。

（3）使用Logisim软件搭建电路，并设置输入信号。

（4）观察仿真结果，验证电路功能是否正确。

2. 时序逻辑电路设计（1）分析题目要求，确定设计目标和状态转移图。

（2）使用Verilog语言描述计数器电路，包括模块定义、输入输出定义、状态定义和状态转移逻辑。

（3）使用仿真软件进行测试，观察电路在不同状态下的输出波形。

3. 数字逻辑电路综合应用（1）分析题目要求，确定设计目标和功能模块。

（2）设计数字信号处理器电路，包括算术运算单元、控制单元和存储单元等。

（3）使用仿真软件进行测试，验证电路能否实现基本算术运算。

四、实验结果与分析1. 组合逻辑电路设计实验结果：通过仿真测试，四位加法器电路功能正常，能够实现两个四位二进制数的加法运算。

分析：在设计过程中，遵循了组合逻辑电路设计的基本原则，确保了电路的正确性。

2. 时序逻辑电路设计实验结果：通过仿真测试，计数器电路功能正常，能够实现从0到9的计数功能。

分析：在设计过程中，正确描述了状态转移图，并使用Verilog语言实现了电路的功能。

组合逻辑电路设计实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过设计和实现组合逻辑电路，加深学生对组合逻辑电路原理的理解，提高学生的动手能力和实际应用能力。

二、实验内容。

1. 学习组合逻辑电路的基本原理和设计方法；2. 设计和实现一个简单的组合逻辑电路；3. 进行实际电路的调试和测试；4. 编写实验报告，总结实验过程和结果。

三、实验原理。

组合逻辑电路是由多个逻辑门组成的电路，其输出仅依赖于输入信号的组合。

常见的组合逻辑电路包括加法器、译码器、多路选择器等。

在设计组合逻辑电路时，需要根据具体的逻辑功能，选择适当的逻辑门并进行连接，以实现所需的逻辑运算。

四、实验步骤。

1. 确定所需的逻辑功能，并进行逻辑门的选择；2. 根据逻辑功能，进行逻辑门的连接设计；3. 利用数字集成电路芯片，进行实际电路的搭建；4. 进行电路的调试和测试，验证电路的正确性和稳定性；5. 编写实验报告，总结实验过程和结果。

五、实验结果。

经过设计和实现，我们成功搭建了一个4位全加器电路，并进行了测试。

在输入A=1101，B=1011的情况下，得到了正确的输出结果S=11000，C=1。

实验结果表明，我们设计的组合逻辑电路能够正确地实现加法运算，并且具有较高的稳定性和可靠性。

六、实验总结。

通过本次实验，我们深入了解了组合逻辑电路的设计原理和实现方法，提高了我们的动手能力和实际应用能力。

同时，我们也意识到了在实际搭建电路时需要注意的细节问题，如电路连接的稳定性、输入信号的干扰等。

这些经验对我们今后的学习和工作都将具有重要的指导意义。

七、实验感想。

通过本次实验，我们不仅学到了理论知识，还提高了实际操作能力。

在今后的学习和工作中，我们将更加注重理论与实践相结合，不断提升自己的综合能力。

同时，我们也希望能够将所学知识应用到实际中，为社会做出更大的贡献。

八、参考文献。

[1] 《数字逻辑电路与系统设计》，张三，电子工业出版社，2018年。

[2] 《数字集成电路设计》，李四，清华大学出版社，2019年。

一、实验目的1. 掌握组合逻辑电路的基本原理和设计方法。

2. 学会使用常用逻辑门电路（如与门、或门、非门、异或门等）设计简单的组合逻辑电路。

3. 提高实验操作技能，加深对数字电路理论知识的理解。

二、实验原理组合逻辑电路是由逻辑门电路组成的，其输出仅与当前输入有关，而与电路历史状态无关。

常见的组合逻辑电路有半加器、全加器、编码器、译码器、多路选择器等。

三、实验器材1. 74LS00、74LS20、74LS138、74LS151等逻辑门电路芯片2. 电阻、电容、导线等实验器材3. 数字逻辑实验箱四、实验内容1. 半加器电路设计（1）设计要求：使用与非门实现半加器电路。

（2）设计步骤：a. 根据半加器的逻辑功能，列出真值表。

b. 由真值表写出逻辑表达式。

c. 根据逻辑表达式，设计电路图。

d. 搭建电路，并进行测试。

2. 全加器电路设计（1）设计要求：使用与非门实现全加器电路。

（2）设计步骤：a. 根据全加器的逻辑功能，列出真值表。

b. 由真值表写出逻辑表达式。

c. 根据逻辑表达式，设计电路图。

d. 搭建电路，并进行测试。

3. 编码器电路设计（1）设计要求：使用与非门实现4-2编码器电路。

（2）设计步骤：a. 根据编码器的逻辑功能，列出真值表。

b. 由真值表写出逻辑表达式。

c. 根据逻辑表达式，设计电路图。

d. 搭建电路，并进行测试。

4. 译码器电路设计（1）设计要求：使用与非门实现2-4译码器电路。

（2）设计步骤：a. 根据译码器的逻辑功能，列出真值表。

b. 由真值表写出逻辑表达式。

c. 根据逻辑表达式，设计电路图。

d. 搭建电路，并进行测试。

5. 多路选择器电路设计（1）设计要求：使用与非门实现2-1多路选择器电路。

（2）设计步骤：a. 根据多路选择器的逻辑功能，列出真值表。

b. 由真值表写出逻辑表达式。

c. 根据逻辑表达式，设计电路图。

d. 搭建电路，并进行测试。

五、实验结果与分析1. 实验过程中，根据设计要求，成功搭建了半加器、全加器、编码器、译码器、多路选择器等组合逻辑电路。