组合逻辑电路分析与设计

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。

「组合逻辑电路分析和设计」组合逻辑电路分析和设计是计算机科学与工程领域中的重要内容。

本文主要从以下几个方面来进行阐述和介绍。

首先，组合逻辑电路是由与门、或门、非门等基本逻辑门按照一定规则组合而成的电路。

相比于时序逻辑电路，组合逻辑电路没有时钟信号的影响，其输出仅取决于输入。

因此，组合逻辑电路的分析和设计相对较为简单。

组合逻辑电路的分析主要涉及输入与输出之间的逻辑关系。

通过给定的真值表或逻辑函数，可以根据组合逻辑电路的输入和输出关系，推导出电路的逻辑表达式。

例如，对于一个4输入与门，当且仅当所有的输入都为1时，输出才为1、通过对输入和输出进行逻辑运算，可以得到逻辑表达式为Y=A*B*C*D。

组合逻辑电路的设计是根据给定的逻辑关系，构造出满足要求的电路结构。

设计的过程主要包括确定逻辑门的类型和数量，以及逻辑门之间的连接方式。

通过逻辑门的级联、并联、或者反馈连接，可以实现各种复杂的逻辑功能。

组合逻辑电路的设计通常采用两种方法：卡诺图和最小项拓展。

卡诺图是一种图形化的方法，将真值表中的1所对应的位置连接起来，形成一个矩形或者一组矩形。

通过对卡诺图进行化简和合并，可以得到最简化的逻辑表达式。

最小项拓展方法则是将逻辑关系转化为多个最小项的组合。

通过对最小项进行合并和优化，可以得到最简化的逻辑电路。

在实际的组合逻辑电路设计中，还需要考虑一些逻辑优化的技巧。

例如，引入分立的反相器可以简化逻辑表达式，减少逻辑门的使用数量。

另外，使用触发器可以引入时序逻辑，实现更复杂的功能。

总之，组合逻辑电路分析和设计是计算机科学与工程中非常重要的内容。

通过对组合逻辑电路的分析，可以得到逻辑表达式；通过对组合逻辑电路的设计，可以构造出满足需求的电路结构。

熟练掌握组合逻辑电路的分析和设计方法对于计算机科学与工程专业的学生来说是非常重要的。

实验二组合逻辑电路分析与设计一、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、实验预习要求1.熟悉门电路工作原理及相应的逻辑表达式；2.熟悉数字集成电路的引脚位置及引脚用途；3.预习组合逻辑电路的分析与设计步骤。

三、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, 输出状态只决定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）由逻辑图写出输出端的逻辑表达式；（2）画出真值表；（3）根据对真值表进行分析, 确定电路功能。

2. 组合逻辑电路的一般设计过程为图实验2.1所示。

设计过程中, “最简”是指电路所用器件最少, 器件的种类最少, 而且器件之间的连线也最少.四、实验仪器设备1. TPE－ADⅡ实验箱（+5V电源, 单脉冲源, 连续脉冲源, 逻辑电平开关, LED显示, 面包板数码管等）1台；2. 四两输入集成与非门74LS00 2片；3. 四两输入集成异或门74LS86 1片；4. 两四输入集成与非门74LS20 3片。

五、实验内容及方法1. 分析、测试74LS00组成的半加器的逻辑功能。

（1）用74LS00组成半加器, 如图实验2.2所示电路, 写出逻辑表达式并化简, 验证逻辑关系。

Z1=AB；Z2= Z1A = ABA;Z3= Z1B = ABB;Si= Z2Z3 = ABA ABB = ABA+ABB = AB+ AB = A + B;Ci = Z1A = AB;（2）列出真值表。

（3）分析、测试用异或门74LS86与74LS00组成的半加器的逻辑功能, 自己画出电路, 将测试结果填入自拟表格中, 并验证逻辑关系。

评价: 通过这种方法获得测试结果和上述电路完全相同, 并且在有异或门的情况下实现较为简单, 所以我们应当在设计的时候在条件允许的情况实现最简。

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。