组合逻辑电路分析与设计(1)

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。

实验二组合逻辑电路功能分析与设计一、实验目的：1、了解组合逻辑电路的特点；2、掌握组合逻辑电路功能的分析方法；3、学会组合逻辑电路的连接方法;4、掌握组合逻辑电路的设计方法。

二、实验原理：1、组合逻辑电路的特点：组合电路的输出只与当时输入的有关，而与电路以前的状态无关，即输出与输入的关系具有及时性，不具备记忆功能。

2、组合逻辑电路的分析方法：a写表达式：一般方法是从输入到输出逐级写出逻辑函数的表达式。

b化简：利用公式法和图行法进行化简，得出最简的函数表达式。

c列真值表：根据最简函数表达式列出函数真值表。

d功能描述：判断该电路所完成的逻辑功能，做出简要的文字描述，或进行改进设计。

3、组合逻辑电路的设计步骤：a根据设计的要求列出真值表。

B根据真值表写出函数表达式。

C化简函数表达式或做适当的形式转换。

D画出逻辑电路图。

三、实验器件集成块：74LS00、74LS04、74LS08、74LS32四、实验内容：（一）、组合逻辑电路功能分析当电路A，B都输入0或1时，Y值输出为1；当电路A，B输入为不一样的值时，Y值输出为0.１图4－1（二）、组合逻辑电路设计（根据组合逻辑电路的设计步骤，分别写出各个组合逻辑电路的设计步骤。

）1、设计一个举重裁判表决器。

设举重比赛有三个裁判，一个主裁判和两个副裁判。

杠铃完全举上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。

只有当两个或两个以上裁判（其中必须有主裁判）判明成功时，表示“成功”的灯才亮。

（要求用与非门实现）设输入变量：主裁判为A ，副裁判分别为B ，C ，按下按钮为1，不按为0；输出变量：表示成功与否用Y 表示，灯亮为1，不亮为0，根据题意可以列出如图的真值表。

Y=AB ==*AC ==2、某设备有开关A 、B 、C ，要求仅在开关A 接通的条件下，开关B 才能接通；开关C 仅在开关B 接通的条件下才能接通。

违反这一规程，则发出报警信号。

设计一个由与非门组成的能实现这一功能的报警控制电路。

实验一逻辑电路的设计与分析一．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二．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），74LS197三．实验内容：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）。

四．实验步骤：步骤一：用逻辑开关模拟二进制代码输入，并把输出接LED灯并检查电路，看电路是否正常工作步骤二：用74LS197计数器构成四位计数器，即十六进制计数器作为输入信号源。

首先74LS197的CP0接连续脉冲作为时钟输入，然后Q0与CP1连接，再将MR,PL接地，那么Q3，Q2，Q1，Q0就是计数器的输出。

将Q3，Q2，Q1，Q0分别接LED灯，看是否工作正常。

注：接完后，MR,PL要接回高电压或不接任何东西即拨开，重新打开电源，才能启动计数器步骤三：计数器正常后，将Q3直接作为输出G3，将Q3和Q2接74LS86（异或门）的输入端，则输出端即为G2，将Q2和Q1接74LS86（异或门）的输入端，则输出端即为G1，将Q1和Q0接74LS86（异或门）的输入端，则输出端即为G0，将G3，G2，G1，G0，Q3，Q2，Q1，Q0，CP0接入示波器的通道接口，进行数据观察注：当接入示波器的通道接口时，要将连续脉冲调至10KHz的方波步骤四：用示波器观察并记录G3，G2，G1，G0，Q3，Q2，Q1，Q0，CP0的波形。

注：注意电压波形图之间的相位关系五．实验报告1.逻辑电路设计过程（1）根据给定的输入4位8421码和输出4位循环码的因果关系列出真值表（2）由真值表画出卡诺图并写出逻辑表达式且对其进行化简变换 3G33Q G =∴8421码表 循环码表 Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 G 3 G 2 G 1 G 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 111112G2323232Q Q Q Q Q Q G ⊕=+=∴1G1212121Q Q Q Q Q Q G ⊕=+=∴0G0101010Q Q Q Q Q Q G ⊕=+=∴（3）根据逻辑表达式画出逻辑图，测试逻辑功能2.用Proteus软件画出电路图并仿真电路功能（1）（2）仿真效果与功能如图为逻辑电路输入3210,,,Q Q Q Q 波形图如图为逻辑电路输出3210,,,G G G G 波形图2.按实验内容描述在实验箱上完成实验的过程，分析实验中出现的问题，记录并打印出波形，并分析波形与电路功能的关系记录波形：注：上方按由上至下顺序为输出3210,,,G G G G 波形，下方按由上至下顺序为输入1230,,,Q Q Q Q 波形实验过程出现的问题：在连接示波器的通道时没有按照顺序来连入，导致示波器上图像并没有按照由上至下的顺序显示。

组合逻辑电路的分析与设计（一）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。

3、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、74HC04、74HC20、74HC21、74HC32、导线若干。

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输入输出0I1I2I 3I1Y0Y1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 01114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1Y =0I 1I 2I 3I +0I 1I 2I 3I0Y =0I 1I 2I 3I +0I 1I 2I 3I(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，将测试结果填入自拟表格中。

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信号.(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输入 输出E1A0A0Y1Y2Y3Y1 X X 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 011111表二 2线-4线译码器真值表(2)由真值表可得2线-4线译码器最简逻辑表达式为 0Y =01A A E1Y =01A A E0Y =01A A E 0Y =01A A E(3)由最简逻辑表达式可分析其逻辑电路图2线-4线译码器逻辑图（4）按照全加器电路图搭建译码器电路，注意搭建前测试选用的电路块能够正常工作。

第六次课：组合逻辑电路的分析与设计课时：4一、教学目标：知识目标：1、组合逻辑电路的分析方法能力目标：1、组合逻辑电路的设计方法素质目标：二、教学重难点：重难点：掌握组合逻辑电路的设计方法三、教学方法及教具：讲授法四、课程类型：新课教学五、教学过程：引入：前面我们学习了逻辑函数的几种表示方法及其相互转换，今天我们在此基础上学习组合逻辑电路的分析与设计方法。

新课教学：1、组合逻辑函数的分析方法定义：在任意时刻，电路的稳定输出只取决于该时刻的输入，与信号作用之前电路原来的状态无关的逻辑电路。

特点：电路中没有记忆性器件，是由各种逻辑门电路构成，输出与输入之间没有反馈通路，所以组合电路没有记忆功能。

组合逻辑电路的分析步骤：（1）根据给定的逻辑图写出逻辑表达式。

（2）将表达式化简（适合使用代数化简法化简）。

（3）根据表达式列出真值表（4）描述电路的逻辑功能例1：组合电路如图所示，试分析其功能解：1.根据逻辑图写出函数表达式并将其化简=+Y+⋅⋅=ACACBCABABBC2.根据表达式列出真值表3.根据真值表分析其逻辑功能由真值表可以看出：当输入A、B、C中有2和或3个为1时，输出Y为1，否则输出Y为0。

所以这个电路实际上是一种3人表决用的组合电路：只要有2票或3票同意，表决就通过。

例2：组合电路如图所示，试分析其功能解：1.根据逻辑图写出逻辑表达式并将其化简++=Y+=++=A+++BBABABBCCABBA2.根据表达式列出真值表3.根据真值表分析其逻辑功能电路的输出Y只与输入A、B有关，而与输入C无关。

Y和A、B的逻辑关系为：A、B中只要一为0，Y=1；A、B全为1时，Y=0。

所以Y和A、B的逻辑关系为与非运算的关系。

用与非门实现为：=+BABAY=2、组合逻辑函数的设计方法设计步骤：（1）逻辑抽象：根据命题要求确定输入、输出变量并定义其取值0、1的含义（2）列出真值表（3）写出逻辑表达式并将其化简（4）画出逻辑图例3：设计一个楼上、楼下开关的控制逻辑电路来控制楼梯上的路灯，使之在上楼前，用楼下开关打开电灯，上楼后，用楼上开关关灭电灯；或者在下楼前，用楼上开关打开电灯，下楼后，用楼下开关关灭电灯。

实验二 组合逻辑电路功能分析与设计一、实验目的：1、了解组合逻辑电路的特点；2、掌握组合逻辑电路功能的分析方法；3、学会组合逻辑电路的连接方法;4、掌握组合逻辑电路的设计方法。

二、实验原理：1、组合逻辑电路的特点：组合电路的输出只与当时输入的有关，而与电路以前的状态无关，即输出与输入的关系具有及时性，不具备记忆功能。

2、组合逻辑电路的分析方法：a 写表达式：一般方法是从输入到输出逐级写出逻辑函数的表达式。

b 化简：利用公式法和图行法进行化简，得出最简的函数表达式。

c 列真值表：根据最简函数表达式列出函数真值表。

d 功能描述：判断该电路所完成的逻辑功能，做出简要的文字描述，或进行改进设计。

3、组合逻辑电路的设计步骤：a 根据设计的要求列出真值表。

B 根据真值表写出函数表达式。

C 化简函数表达式或做适当的形式转换。

D 画出逻辑电路图。

三、实验器件集成块：74LS00、74LS04、74LS08、74LS32四、实验内容：（一）、组合逻辑电路功能分析分析图4-1所示电路的逻辑功能：当电路A ，B 都输入0或1时，Y 值输出为1；当电路A ，B 输入为不一样的值时，Y 值输出为0.（二）、组合逻辑电路设计（根据组合逻辑电路的设计步骤，分别写出各个组合逻辑电路的设计步骤。

）1、设计一个举重裁判表决器。

设举重比赛有三个裁判，一个主裁判和两个副裁判。

杠铃完全举１图4－1学习教系列上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。

只有当两个或两个以上裁判（其中必须有主裁判）判明成功时，表示“成功”的灯才亮。

（要求用与非门实现）设输入变量：主裁判为A ，副裁判分别为B ，C ，按下按钮为1，不按为0；输出变量：表示成功与否用Y 表示，灯亮为1，不亮为0，根据题意可以列出如图的真值表。

Y=Error!*Error!2、某设备有开关A 、B 、C ，要求仅在开关A 接通的条件下，开关B 才能接通；开关C 仅在开关B 接通的条件下才能接通。

实验三组合逻辑电路实验分析与设计1、掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法。

2、能用指定芯片完成组合逻辑电路的设计。

3、用实验验证所设计的逻辑电路的逻辑功能。

4、熟悉各种集成门电路及正确使用集成门电路。

二、设计要求1、根据题意列出输入、输出真值表。

2、利用卡诺图化简，写出最简的逻辑函数表达式。

3、利用指定门电路（如74LS00等）实现逻辑功能。

三、实验原理1、组合电路是最常见的逻辑电路，可以用一些常用的门电路来组合成具有其它功能的门电路。

2、合电路的分析是根据所给的逻辑电路，写出其输入与输出之间的数表达式或真值表，从而确定该电路的逻辑功能。

3、组合电路设计过程是在理想情况下进行的，即假设一切器件均没有延迉效应，但实际上并非如此，信号通过任何导线或器件都需要一断响应时间，由于制造工艺上的原因，各器件延迟时间的离散性很大，这就有可能在一个组合电路中，在输入信号发生变化时，有可能产生错误的输出。

这种输出出现瞬时错误的现象称为组合电路的冒险现象（简称险象）。

四、实验内容1、分析、测试用与非门74LS00组成的半加器的逻辑功能图3-1由与非门组成的半加器电路(1) 写出图3-1的逻辑表达式(2)(3) 根据图输入插口。

按下表的要求进行逻辑状态的测试，并将结果填入表中，同时与上面真值表进行比较，两者是否一致。

2、分析、测试用异或门74LS86和与非门74LS00组成的半加器逻辑电路。

图3-2半加器电路根据半加器的逻辑表达式可知，半加器和S是A、B的异或，而进位C是A、B的相与，故半加器可用一个集成异或门和二个与非门组成，如图3-2所示。

测试方法同1.（3）项，将测试结果填入自拟表格中，并验证逻辑功能。

五、实验预习要求1、学习组合逻辑电路的分析方法。

2、学习用与非门和异或门等构成半/全加器的工作原理。

3、学习用指定逻辑门电路构成组合逻辑电路的方法。

六、实验报告1、整理实验数据、图表，并对实验结果进行分析讨论。

2、总结组合电路的分析与测试方法。

组合逻辑电路的分析与设计实验报告实验名称：组合逻辑电路的分析与设计实验目的：通过实验了解组合逻辑电路的基本原理，掌握组合逻辑电路的分析与设计方法。

实验原理：1.组合逻辑电路：由与门、或门、非门等逻辑门电路按一定连接方式组成的电路。

2.逻辑门：与门、或门、非门是组合逻辑电路的基本构建模块，能实现逻辑运算。

-与门：只有所有输入信号都为1时，输出为1；否则输出为0。

-或门：只要任一输入信号为1时，输出为1；否则输出为0。

-非门：输入信号为1时，输出为0；输入信号为0时，输出为1实验步骤：1.分析给定的组合逻辑电路图，理清输入和输出的关系。

2.根据电路图，根据所学的逻辑门原理，推导出真值表。

3.根据真值表，使用卡诺图简化逻辑表达式，并进行逻辑代数运算，得出最简化的逻辑表达式。

4.使用逻辑表达式进行电路设计，画出电路图。

5. 使用工具软件（如LogicWorks等）进行电路模拟分析，验证电路的正确性。

6.根据实际需求，对电路进行优化设计。

实验结果与分析：1.根据给定的组合逻辑电路图，进行逻辑分析和设计，得出最简化的逻辑表达式和电路设计图。

2. 使用LogicWorks等工具软件进行模拟分析，验证电路的正确性。

3.根据分析结果，可进行电路优化设计，提高电路的性能和可靠性。

实验结论：通过本次实验，我们深入了解了组合逻辑电路的基本原理和设计方法。

通过逻辑分析和设计，我们能够得到最简化的逻辑表达式和电路设计图，并能使用工具软件进行模拟分析验证。

实验结果表明，组合逻辑电路能够实现所需的逻辑功能，并能根据实际需求进行优化设计。

组合逻辑电路的分析与设计是数字电路领域的重要工作，对于实际应用中的系统设计和实现具有重要意义。

一、页组合逻辑电路分析与设计实验报告二、目录1.页2.目录3.摘要4.背景和现状分析4.1逻辑电路的基础概念4.2组合逻辑电路的应用领域4.3当前组合逻辑电路设计的挑战5.项目目标5.1实验目的和预期成果5.2技术和方法论5.3创新点和实际应用6.章节一：逻辑门和基本组合电路7.章节二：组合逻辑电路的设计方法8.章节三：实验操作和数据分析9.章节四：实验结果和讨论10.结论与建议三、摘要四、背景和现状分析4.1逻辑电路的基础概念逻辑电路是数字电路的基本组成部分，它们执行基本的逻辑运算，如与、或、非等。

组合逻辑电路（CLC）是由多个逻辑门组成的电路，其输出仅取决于当前输入的组合，而与电路以前的状态无关。

这种电路广泛应用于各种电子设备中，从计算机处理器到简单的电子玩具。

4.2组合逻辑电路的应用领域组合逻辑电路在现代技术中扮演着关键角色。

它们是计算机处理器、数字信号处理器、通信设备和其他许多电子系统的基础。

随着技术的进步，组合逻辑电路的设计和应用也在不断扩展，例如在、物联网和高速通信领域。

4.3当前组合逻辑电路设计的挑战尽管组合逻辑电路的设计原理相对简单，但在实际应用中面临着一系列挑战。

这些挑战包括提高电路的速度和效率、减少能耗、以及设计更复杂的逻辑功能。

随着集成电路尺寸的不断缩小，量子效应和热效应也对电路的设计和性能提出了新的挑战。

五、项目目标5.1实验目的和预期成果本实验的主要目的是深入理解和掌握组合逻辑电路的设计原理和实验方法。

预期成果包括成功设计和实现一个具有特定功能的组合逻辑电路，并对其进行性能分析。

5.2技术和方法论实验将采用现代电子设计自动化（EDA）工具进行电路设计和仿真。

实验方法将包括理论分析、电路设计、仿真测试和性能评估。

5.3创新点和实际应用本实验的创新点在于探索新的设计方法和优化技术，以提高组合逻辑电路的性能和效率。

实验成果将有望应用于实际电子产品的设计和开发，特别是在需要高性能和低功耗的场合。