实验三组合逻辑电路(常用门电路、译码器和数据选择器)
一、实验目的
1．掌握组合逻辑电路的设计方法
2．了解组合逻辑电路的冒险现象与消除方法
3．熟悉常用门电路逻辑器件的使用方法
4．熟悉用门电路、74LS138和74LS151进行综合性设计的方法
二、实验原理及实验资料
（一）组合电路的一般设计方法
1．设计步骤
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。组合逻辑电路的一般设计步骤如图所示。
图组合逻辑电路的一般设计步骤
设计组合逻辑电路时，通常先将实际问题进行逻辑抽象，然后根据具体的设计任务要求列出真值表，再根据器件的类型将函数式进行化简或变换，最后画出逻辑电路图。
2. 组合电路的竞争与冒险（旧实验指导书P17～20）
（二）常用组合逻辑器件
1．四二输入与非门74LS00
74LS00为双列直插14脚塑料封装，外部引脚排列和内部逻辑结构如图所示。它共有四个独立的二输入“与非”门，每个门的构造和逻辑功能相同。
图 74LS00引脚排列及内部逻辑结构
2．二四输入与非门74LS20
74LS20为双列直插14脚塑料封装，外部引脚排列和内部逻辑结构如图所示。它共有两个独立的四输入“与非”门，每个门的构造和逻辑功能相同。
图 74LS20引脚排列及内部逻辑结构
3．四二输入异或门74LS86
74LS86为双列直插14脚塑料封装，外部引脚排列和内部逻辑结构如图所示。它共有四个独立的二输入“异或”门，每个门的构造和逻辑功能相同。
图 74LS86引脚排列及内部逻辑结构
3．3线－8线译码器74LS138
74LS138是集成3线－8线译码器，其功能表见表。它的输出表达式为
i A B i Y G G G m 122（i
＝0，1，…7；m i 是最小项），与基本门电路配合使用，它能够实现任何三变量的逻辑函数。74LS138为双列直插16脚塑料封装，外部引脚排列如图所示。
图 74LS138引脚排列
4．8选1数据选择器74LS151
74LS151是一种典型的集成电路数据选择器，它有3个地址输入端CBA ，可选择D 0 ～D 78个数据源，具有两个互补输出端，同相输出端Y 和反相输出端W 。其功能表见表，外部引脚排列如图所示。它的同相输出表达式为（m i 是最小项；Di 是数据输入），它能够实现任何三变量的逻辑函数。
图 74LS151引脚排列
三、实验设备与器件
设备：THHD-2型数字电子技术实验箱、示波器
i i
i 0
Y G m D ==∑7
器件：74LS00、74LS20、74LS86、74LS138、74LS151
四、实验内容及步骤
1．设计一个监测信号灯工作状态的逻辑电路，每一组信号灯由红、黄、绿三盏构成，其正常工作状态如图所示，其余状态为故障状态，故障状态时要发出报警信号。要求用74LS151实现电路。
代表灯亮代表灯灭
图正常工作状态
(1) 逻辑抽象。红、黄、绿三盏信号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，灯灭时为0；故障信号为输出变量，用Z表示，并规定正常工作状态下Z为0，发生故障时Z为1。
(2) 列真值表于表。
(3) 选定逻辑器件。按题目中要求，用74LS151实现
(4) 将函数式化简、变换。根据真值表填卡诺图化简，并将化简结果进行变换，变换成“与非”形式。
(5) 画出逻辑电路图。
(6) 连线与验证。按照逻辑电路图和器件的引脚图连接电路，并对电路进行静态和动态测试，消
除冒险现象。
2．实现一位全加器。
(1) 按照组合逻辑电路的一般设计步骤，用基本门电路（74LS00、74LS20、74LS86）实现一位全
加器。
(2) 用异或门和与非门实现
(3)用1片74LS138和1片74LS20实现一位全加器。
用2片74LS151实现一位全加器。
3．用74LS151和74LS138组成8通道传输系统。要求：将某路信号先送入74LS151的某个数据输入端，再通过地址选择将信号输出，然后将此输出接入74LS138的某个使能端，再通过地址选择将信号从相应地址输出端输出。试画出设计电路，并监测电路功能。在CBA＝000～111八种状态下，在地址码对应的输入端加f＝1KHz的脉冲信号，用示波器观察和记录该输入端及地址码对应的输出端的波形。
4．用74LS151和74LS138组成3位并行数码比较器，被比较的3位二进制数自拟。
五、实验报告
1．实验预习
（1）熟练掌握组合逻辑电路设计的一般步骤。
（2）了解74LS00、74LS20、74LS86、74LS138、74LS151的功能表、引脚图和使用注意事项，熟练掌握使用它们实现逻辑函数的方法。
（3）完成实验的预习报告，包括：实验目的、实验设备、布置实验内容及步骤、原始数据记录表格及图形。
2．实验及数据处理
（1）根据布置实验内容认真完成实验中的各项任务，仔细观察实验中的各种现象并加以分析。
（2）列出真值表，画出完整的电路原理图，记录实验波形，并对这些数据进行分析。
3．思考题
（1）什么情况下必然存在静态0型险象如何消除
（2）什么情况下必然存在静态1型险象如何消除
4．实验的注意事项及主要经验教训。
