利用中规模集成电路 设计组合电路

课程名称：数字逻辑电路实验指导书课时：8学时集成电路芯片一、简介数字电路实验中所用到的集成芯片都是双列直插式的，其引脚排列规则如图1－1所示。

识别方法是：正对集成电路型号（如74LS20）或看标记（左边的缺口或小圆点标记），从左下角开始按逆时针方向以1，2，3，…依次排列到最后一般排在左上端，接地一脚（在左上角）。

在标准形TTL集成电路中，电源端VCC，7脚为GND。

若集端GND一般排在右下端。

如74LS20为14脚芯片，14脚为VCC成芯片引脚上的功能标号为NC，则表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。

二、TTL集成电路使用规则1、接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。

2、电源电压使用范围为＋4.5V～＋5.5V之间，实验中要求使用Vcc＝＋5V。

电源极性绝对不允许接错。

3、闲置输入端处理方法(1)悬空，相当于正逻辑“1”，对于一般小规模集成电路的数据输入端，实验时允许悬空处理。

但易受外界干扰，导致电路的逻辑功能不正常。

因此，对于接有长线的输入端，中规模以上的集成电路和使用集成电路较多的复杂电路，所有控制输入端必须按逻辑要求接入电路，不允许悬空。

（也可以串入一只1～10KΩ的固定电阻）或接至某一固定(2)直接接电源电压VCC电压(＋2.4≤V≤4.5V)的电源上，或与输入端为接地的多余与非门的输出端相接。

(3)若前级驱动能力允许，可以与使用的输入端并联。

4、输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。

当R ≤680Ω时，输入端相当于逻辑“0”；当R≥4.7KΩ时，输入端相当于逻辑“1”。

对于不同系列的器件，要求的阻值不同。

5、输出端不允许并联使用（集电极开路门(OC)和三态输出门电路(3S)除外）。

否则不仅会使电路逻辑功能混乱，并会导致器件损坏。

6、输出端不允许直接接地或直接接＋5V电源，否则将损坏器件，有时为了使后，一般取R＝3～5.1K 级电路获得较高的输出电平，允许输出端通过电阻R接至VccΩ。

数字电路与逻辑设计1_3试卷和答案一、填空（每空1分，共45分）1．Gray码也称循环码，其最基本的特性是任何相邻的两组代码中，仅有一位数码不同，因而又叫单位距离码。

2．二进制数转换成十进制数的方法为：按权展开法。

3．十进制整数转换成二进制数的方法为：除2取余法，直到商为0 止。

4．十进制小数转换成二进制数的方法为：乘2取整法，乘积为0或精度已达到预定的要求时，运算便可结束。

5．反演规则：对于任意一个逻辑函数式F，如果将其表达式中所有的算符“·”换成“+ ”，“+ ”换成“·”，常量“0”换成“ 1 ”，“ 1 ”换成“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，则所得到的结果就是。

称为原函数F的反函数，或称为补函数6．n个变量的最小项是n个变量的“与项”，其中每个变量都以原变量或反变量的形式出现一次。

对于任何一个最小项，只有一组变量取值使它为 1 ，而变量的其余取值均使它为0 。

7．n个变量的最大项是n个变量的“或项”，其中每一个变量都以原变量或反变量的形式出现一次。

对于任何一个最大项，只有一组变量取值使它为0 ，而变量的其余取值均使它为 1 。

8．卡诺图中由于变量取值的顺序按格雷码排列，任何几何位置相邻的两个最小项，在逻辑上都是相邻的。

，保证了各相邻行(列)之间只有一个变量取值不同。

9．卡诺图化简逻辑函数方法：寻找必不可少的最大卡诺圈，留下圈内没有变化的那些变量。

求最简与或式时圈 1 、变量取值为0对应反变量、变量取值为1对应原变量；求最简或与式时圈 0 、变量取值为0对应原变量、变量取值为1对应反变量。

10．逻辑问题分为完全描述和非完全描述两种。

如果对于输入变量的每一组取值，逻辑函数都有确定的值，则称这类函数为完全描述逻辑函数。

如果对于输入变量的某些取值组合逻辑函数值不确定，即函数值可以为0，也可以为1(通常将函数值记为Ø或×)，那么这类函数称为非完全描述的逻辑函数。

4.7比较器导读:在这一节中，你将学习：⏹数值比较器的概念⏹一位数值比较器电路⏹集成数值比较器及应用用来完成两个二进制数A、B大小比较的逻辑电路称为数值比较器，简称比较器。

其比较结果有A>B、A<B、A=B 三种情况。

4.7.1 1位数值比较器一位数值比较器是比较器的基础。

它只能比较两个一位二进制数的大小，图4-57所示为一个一位二进制比较器，可以通过分析得到它的输出逻辑表达式为：BA L=1；BAL=2；BABAABBAL+=+=3由输出逻辑表达得1位数值比较器的真值表如表4-24所示。

图4-57 1位二进制比较器表4-24 1位数值比较器的真值表由真值表可知，将逻辑变量A，B的取值当作二进制数，当A＞B时L1＝1；A＜B时L2＝1；A＝B时L3＝1。

4.7.2 集成数值比较器多位数值比较器的设计原则是先从高位比起,高位不等时，数值的大小由高位确定。

若高位相等,则再比较低位数,比较结果由低位的比较结果决定。

常用的集成数值比较器有4位数值比较器74LS85，其功能表如表4-25所示，从表4-25中可看出：表4-25 74LS85功能表真值表中的输入变量包括八个比较输入端A 3、B 3、A 2、B 2、A 1、B 1 、A 0、B 0和三个级联输入端A ＇>B ＇、A ＇<B ＇和A ＇=B ＇。

级联输入端是为了便于输入低位数比较结果，是为了能与其它数值比较器连接，以便组成更多位数的数值比较器。

3个输出信号 L 1(A ＞B )、L 2(A ＞B )、和L 3(A ＝B )分别表示本级的比较结果。

74LS85的逻辑图和引脚图如图4-58所示。

图4-58 74LS85的逻辑图和引脚图4.7.3 集成数值比较器应用举例数值比较器就是比较两个二进制数的大小，如果二进制数的位数比较多，就需将几片数值比较器连接进行扩展，数值比较器的扩展方式有并联和串联两种。

图4-59为两片四位二进制数值比较器串联扩展为八位数值比较器。

竭诚为您提供优质文档/双击可除组合逻辑电路的设计实验报告篇一：数电实验报告实验二组合逻辑电路的设计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Ai、bi、ci分别为一个加数、另一个加数、低位向本位的进位；si、ci+1分别为本位和、本位向高位的进位。

2）由表2-1全加器真值表写出函数表达式。

3）将上面两逻辑表达式转换为能用四2输入异或门（74Ls86）和四2输入与非门（74Ls00）实现的表达式。

4）画出逻辑电路图如图2-1，并在图中标明芯片引脚号。

按图选择需要的集成块及门电路连线，将Ai、bi、ci接逻辑开关，输出si、ci+1接发光二极管。

改变输入信号的状态验证真值表。

2.在一个射击游戏中，每人可打三枪，一枪打鸟(A)，一枪打鸡（b），一枪打兔子（c）。

总结中规模集成电路的使用方法及功能一、什么是集成电路集成电路（Integrated Circuit，简称IC）是将数百万个晶体管、电容器、电阻器等元件以及它们之间的互连线集成在一块硅片上，形成一个完整的电路系统。

它具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等特点。

二、集成电路的分类1.按照功能分类：数字集成电路：主要用于数字逻辑运算和控制。

模拟集成电路：主要用于模拟信号的处理，如放大、滤波等。

混合集成电路：数字和模拟混合在一起，实现复杂的功能。

2.按照制造工艺分类：SOS（Silicon On Sapphire）工艺：将硅片直接生长在蓝宝石基板上。

CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）工艺：采用互补型金属氧化物半导体技术，具有低功耗和高可靠性等优点。

3.按照封装方式分类：DIP（Dual In-line Package）封装：两排引脚的直插式封装形式。

SOP（Small Outline Package）封装：小型外形封装形式，适合于高密度集成芯片。

BGA（Ball Grid Array）封装：小球阵列封装形式，适合于高速信号传输和大功率芯片。

三、集成电路的使用方法集成电路使用方法主要包括以下几个方面：1.焊接：将芯片引脚与电路板上的焊盘进行连接，通常采用手工焊接或自动化焊接。

2.测试：对芯片进行测试，以确保其功能正常。

测试方法主要分为静态测试和动态测试两种。

3.调试：在系统中使用集成电路时，需要对芯片进行调试，以使其能够正确地工作。

四、集成电路的功能1.数字信号处理：数字集成电路可以实现各种数字信号处理功能，如逻辑运算、计数器、寄存器等。

2.模拟信号处理：模拟集成电路可以实现各种模拟信号处理功能，如放大器、滤波器、振荡器等。

3.通讯：集成电路在通讯领域中得到广泛应用，如调制解调器、无线通讯芯片等。

4.控制系统：集成电路可以实现各种控制系统的设计和实现，如温度控制系统、机器人控制系统等。

实验五组合逻辑电路的设计与测试一、实验目的掌握组合逻辑电路的设计与测试方法二、实验原理1、使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。

设计组合电路的一般步骤如图5－1所示。

图5－1 组合逻辑电路设计流程图根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。

然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式。

并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。

根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。

最后，用实验来验证设计的正确性。

2、组合逻辑电路设计举例用“与非”门设计一个表决电路。

当四个输入端中有三个或四个为“1”时，输出端才为“1”。

设计步骤：根据题意列出真值表如表5－1所示，再填入卡诺图表5－2中。

由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD＝ABC⋅⋅ABC⋅BCDACD根据逻辑表达式画出用“与非门”构成的逻辑电路如图5－2所示。

图5－2 表决电路逻辑图用实验验证逻辑功能在实验装置适当位置选定三个14P插座，按照集成块定位标记插好集成块CC4012。

按图5－2接线，输入端A、B、C、D接至逻辑开关输出插口，输出端Z 接逻辑电平显示输入插口，按真值表（自拟）要求，逐次改变输入变量，测量相应的输出值，验证逻辑功能，与表5－1进行比较，验证所设计的逻辑电路是否符合要求。

三、实验设备与器件1、＋5V直流电源2、逻辑电平开关3、逻辑电平显示器4、直流数字电压表3、 CC4011×2（74LS00） CC4012×3（74LS20） CC4030（74LS86）CC4081（74LS08） 74LS54×2(CC4085) CC4001 (74LS02)四、实验内容1、设计用与非门及用异或门、与门组成的半加器电路。

要求按本文所述的设计步骤进行，直到测试电路逻辑功能符合设计要求为止。

2、设计一个一位全加器，要求用异或门、与门、或门组成。

中大规模集成电路及应用第一章↗微电子学✍微电子学是研究固体（主要是半导体）材料上构成的微小型化电路、子系统及系统的电子学分支。

✍作为电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，并利用它实现信号处理功能的学科。

↗集成电路：↗Integrated Circuit，缩写IC✍是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路连接集成在一块半导体单晶片（如硅或砷化镓）或陶瓷基片上，作为一个不可分割的整体执行某一特定功能的电路组件。

↗集成电路设计与制造的主要流程框架设计创意+ 仿真验证集成电路芯片设计过程流程图↗摩尔定律✍基于市场竞争，不断提高产品的性能价格比是微电子技术发展的动力。

✍在新技术的推动下，集成电路自发明以来，其集成度每三年提高4倍，而加工特征尺寸缩小倍。

✍是由Intel公司创始人之一Gordon E. Moore博士1965年总结的规律，被称为摩尔定律。

集成电路分类↗集成电路的分类✍按器件结构类型✍按集成电路规模✍按结构形式✍按电路功能✍按应用领域按器件结构类型分类↗双极集成电路：主要由双极晶体管构成(优点是速度高、驱动能力强，缺点是功耗较大、集成度较低)✍NPN型双极集成电路✍PNP型双极集成电路↗金属-氧化物-半导体(MOS)集成电路：主要由MOS晶体管(单极晶体管)构成✍NMOS✍PMOS✍CMOS(互补MOS)↗双极-MOS(BiMOS)集成电路(功耗低、集成度高，随着特征尺寸的缩小，速度也可以很高)：同时包括双极和MOS晶体管的集成电路为BiMOS集成电路，综合了双极和MOS器件两者的优点，但制作工艺复杂按集成电路规模分类↗度：每块集成电路芯片中包含的元器件数目↗小规模集成电路(Small Scale IC，SSI)↗中规模集成电路(Medium Scale IC，MSI)↗大规模集成电路(Large Scale IC，LSI)↗超大规模集成电路(Very Large Scale IC，VLSI)↗特大规模集成电路(Ultra Large Scale IC，ULSI)↗巨大规模集成电路(Gigantic Scale IC，GSI）按结构形式的分类↗单片集成电路：✍它是指电路中所有的元器件都制作在同一块半导体基片上的集成电路✍在半导体集成电路中最常用的半导体材料是硅，除此之外还有GaAs等↗混合集成电路：✍厚膜集成电路✍薄膜集成电路按电路功能分类↗数字集成电路(Digital IC)：它是指处理数字信号的集成电路，即采用二进制方式进行数字计算和逻辑函数运算的一类集成电路↗模拟集成电路(Analog IC)：它是指处理模拟信号(连续变化的信号)的集成电路✍线性集成电路：又叫做放大集成电路，如运算放大器、电压比较器、跟随器等✍非线性集成电路：如振荡器、定时器等电路↗数模混合集成电路(Digital - Analog IC) ：例如数模(D/A)转换器和模数(A/D)转换器等第二章半导体固体材料：超导体: 大于106(Ωcm)-1导 体: 106~104(Ωcm)-1半导体: 104~10-10(Ωcm)-1绝缘体: 小于10-10(Ωcm)-1从导电特性和机制来分：不同电阻特性、不同输运机制1. 半导体的结构原子结合形式：共价键形成的晶体结构： 构 成 一 个正四面体， 具 有 金 刚 石 晶 体 结 构半导体的结合和晶体结构半导体有元素半导体，如：Si 、Ge化合物半导体，如：GaAs 、InP 、ZnS2. 半导体中的载流子：能够导电的自由粒子本征半导体：n=p=ni电子：Electron ，带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子空穴：Hole ，带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位4.半导体的掺杂受 主 掺 杂、施 主 掺 杂施主：Donor ，掺入半导体的杂质原子向半导体中提供导电的电子，并成为带正电的离子。