组合逻辑电路作业(门级电路分析和设计)

实验报告门电路功能测试及组合逻辑电路设计实验题目：门电路功能测试及组合逻辑电路设计实验目的：（1）掌握常用门电路的逻辑功能及测试方法；（2）掌握用小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法。

实验仪器及器材：数字电路实验箱一个；双踪示波器一台；稳压电源一台；数字万用表一个。

74LS00一片；74LS10一片；74LS20一片。

实验内容：实验一：对74LS00进行功能测试○1.静态测试A B F0 0 10 1 11 0 11 1 0（1）A、B都为低电平，输出结果为高电平（2）A为低电平，B为高电平或A为高电平，B为低电平时，输出结果为高电平（3）A、B均为高电平，输出结果为低电平实验结论：测试结果与74LS00逻辑功能功能表相同。

○2动态测试电路的逻辑表达式：F=ˉVK分析：当K为0时，示波器的A通道是V的波形，为方波信号，B通道是F的波形，为高电平（一条直线）；当开关闭合后，K=1，B通道应该是与V波形刚好相反的波形；小灯泡也是一闪一闪的状态。

实验的电路图实验现象：开关断开：示波器的显示：开关闭合后，小灯泡开始一闪一闪，示波器波形如下图：现象分析：实验所得现象与预先分析的实验结果一样。

比较输入与输出的波形，发现输出F的波形与V的波形刚好相反，但是F波形的最大值较V的最大值偏小，究其原因，这属于正常现象，因为输出会有损失。

实验结论：所得到的波形符合功能要求。

实验2实验目的：分析一个电路的逻辑功能实验器材：74LS00、74LS10各一片实验原理分析：F=AB*BC*AC，所以F的结果应为以下表格：A B C F0 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 1实验结论：实验结果与预期的一样，符合该电路的逻辑功能表达式实验三实验目的：设计一个控制楼梯电灯的开关控制器，逻辑功能为课本表2-1-5的真值表。

实验原理分析：根据电路所实现的真值表，可以得出输出Y的逻辑表达式：Y=AB*AB实验电路及现象：1.A=1，B=0；A=0，B=1，时灯泡发光；2.A=B=0或1时，灯泡不发光实验结论：该电路可以实现题目要求的功能，即课本表2-1-5的真值表。

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。

1. 图示是一个电加热水容器的示意图，图中A、B、C为水位传感器。

当水位在BC之间时，为正常状态，绿灯亮；当水位在C以上或AB之间时，为异常状态，黄灯亮；当水位在A以下时，为危险状态，红灯亮。

试用译码器和必要的门电路设计一个水位监视电路。

2.某雷达站有3部雷达A，B，C，其中A和B功率消耗相等，C的功率是A的2倍。

这些雷达由2台发电机X和Y供电，发电机X的最大输出功率等于雷达A的功率消耗，发电机Y的最大输出功率是X的3倍。

要求设计一个逻辑电路，能够根据各雷达的地点和关闭信号，以最节约电能的方式起、停发电机。

3.设计一个举重裁判电路。

裁判组由一名主裁判和两名副裁判组成，三位裁判分别用开关控制着运动员的成绩状况显示灯：灯亮表示成绩有效；灯不亮表示成绩无效。

根据举重裁判规则，只有当主裁判和一名以上副裁判判定运动员成绩有效时，运动员的成绩才算有效，显示灯才会亮。

4.某火车站有特快、直快和慢车三种类型的客运列车进出，试用两输入与非门和反相器设计一个指示列车等待进站的逻辑电路，3个指示灯一、二、三号分别对应特快、直快和慢车。

列车的优先级别依次为特快、直快和慢车，要求当特快列车请求进站时，无论其它两种列车是否请求进站，一号灯亮。

当特快没有请求，直快请求进站时，无论慢车是否请求，二号灯亮。

当特快和直快均没有请求，而慢车有请求时，三号灯亮。

5 某足球评委会由一位教练和三位球迷组成,对裁判员的判决进行表决。

当满足一下条件时，表示同意：有三人或三人以上同意，或者有两人同意，但其中一人是教练。

试用2输入与非门设计实现该表决电路。

6有三个班学生上自习，大教室能容纳两个班学生，小教室能容纳一个班学生。

设计两个教室是否开灯的逻辑控制电路，要求如下：(1) 一个班学生上自习，开小教室的灯；(2) 两个班上自习，开大教室的灯；(3) 三个班上自习，两教室均开灯。

7某工厂有三个车间，每个车间各需1kW电力。

这三个车间由两台发电机组供电，一台是1kW，另一台是2kW。

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，并验证其逻辑功能2、掌握组合逻辑电路的设计方法，并能用最少的逻辑门实现3、熟悉示波器的使用二、实验仪器及器件1、数字电路试验箱，数字万用表，示波器2、74LS00X2、74LS86X1、74S197X1三、实验原理1、组合逻辑电路的分析：对已给定的组合逻辑电路分析其逻辑功能步骤：（1）由给定的组合逻辑电路写函数式；（2）对函数式进行简化或变换；（3）根据最简式列真值表；（4）确认逻辑功能。

2.、组合逻辑电路的设计：就是按照具体逻辑命题设计出最简单的组合电路步骤：（1）根据给定的事件的因果关系列出真值表（2）由真值表写函数式；（3）对函数式进行简化或变换；（4）画出逻辑图，并测试逻辑功能。

四、实验内容1. 设计一个大代码转换电路，输入四位8421 码，输出四位循环码。

2. 用逻辑开关模拟二进制的输入，输出到0-1 显示器上3. 用集成异步下降沿触发的异步计数器74LS197 构成十六进制计数器作为代码转换电路的输入信号源。

74LS197的CLK1作为时钟输入，Q0与CLK２连接，则Q3，Q2，Q1，Q0就是十六进制计数器的输出。

将Q3，Q2，Q1，Q0接“０－１”显示器，CLK１１接手动单步脉冲。

十六进制计数器工作正常后，将Q3，Q2，Q1，Q0连接到代码的输入端，作为8421码输入，注意：在把197的输出接入代码转换输入之前，先要断开原来作为8421码输入的逻辑开关。

检查电路是否正常工作。

4. 用10KHz 的方波作为计数器的脉冲，用示波器观察并记录CLK1，Q3，Q2，Q1，Q0和G３，G２，G１，G０的波形。

注意电压和电压波形图之间的相位关系。

G3G2G1G0Q D Q C Q B Q A0 0 00 0 0 0 0 00 0 01 1 0 0 0 10 0 1 1 0 0 1 00 0 1 0 0 0 1 10 1 1 0 0 1 0 00 1 1 1 0 1 0 10 1 0 1 0 1 1 00 1 0 0 0 1 1 11 1 0 0 1 0 0 01 1 0 1 1 0 0 11 1 1 1 1 0 1 01 1 1 0 1 0 1 11 0 1 0 1 1 0 01 0 1 1 1 1 0 11 0 0 1 1 1 1 01 0 0 0 1 1 1 1表（一）循环码表表（二）多功能发生电路函数表根据卡诺图，可以得到以下结果：G3=QD G2=Q3(+)Q2G1=Q2(+)Q1 G0=Q1(+)Q0逻辑电路图：波形图：CP QAQB QCQD G0G1 G2G3G2与G3相位差从上到下依次为：CP、QA、QB、QC、QD、G0、G1、G2、G3分析：1、CP与Q0同相，Q3的周期是CP的2倍2、CP与Q1同相，Q1的周期是CP的4倍3、CP与Q2同相，Q2的周期是CP的8倍4、CP与Q3同相，Q3的周期是CP的16倍5、CP与G 0同相，G0的周期是CP的4倍6、G1 超前CP 一个CP周期，G1的周期是CP的8倍7、CP与G2同相，G2的周期是CP的16倍8、G3滞后CP 4个CP周期，G3的周期是CP的16倍五、心得体会1、通过分析真值表，利用卡诺图化简，从而得出输入与输出相对应的关系。

实验二组合逻辑电路分析与设计实验报告
姓名：李凌峰班级：13级电子1班学号：13348060
一、实验数据与相应原理图：
1、复习组合逻辑电路的分析方法，对实验中所选的组合电路写出函数式。

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。

对应的各位码如下表所示。

2、实验逻辑函数式：
实际实验逻辑表达式（用一异或门代替与或门）：
3、实际实验逻辑图：
4、实际实验操作图
二、实验操作记录
1，检测转换电路：
2，实测波形图
10hz方波：
G3 G2 G1 G0波形：
B1 B2 B3 B4波形图：
由以上波形图张图绘制出总的时序图如下：
三、心得与体会
1、这次实验所用器材用了异或门74LS86和异步计数器74LS197.分析组合逻辑电路
时，要先由给定的组合逻辑电路写函数式，然后对函数式进行化简或变换，再根据最简式列真值表，最后确认逻辑功能。

设计组合逻辑电路时，则应先根据给定事件的因果关系列出真值表，然后由真值表写函数式，再对函数式进行化简或变换，最后画出逻辑图，并测试逻辑功能。

2、对示波器的操作仍不够熟悉，在将示波器连接到实验箱的测试端时总是忘了要接地，
致使示波器显示信号不正常。

3、在比较波形时，借用同学的接口同时加载4个波形容易做出总的时序图。

一．实验目的1．掌握小规模（SSI）组合逻辑电路的分析与设计方法。

2．熟悉常用中规模（MSI）组合逻辑部件的功能及其应用。

*3．观察组合电路的竞争-冒险现象，了解消除冒险现象的方法。

二．实验设备与器件双踪示波器：DS1062C 函数信号发生器：SG1651数字实验箱：THD-4 数字万用表：MS8222D实验器件：74LS00、74LS02、74LS20、74LS54、74LS83、74LS86、74LS138、74LS151三．实验内容(一) 组合逻辑电路的分析1．分析图16-1所示“一位数值比较器”电路的逻辑功能，说明其逻辑关系与实际意义，并将验证测试结果填入表16-1。

表16-1输入输出A B F 1 F 2 F 30 00 11 01 1*2．分析图16-2所示“四位二进制原码／反码转换”电路的逻辑功能，按照表16-2选取其中一位作出分析，并记录测试结果。

表16-2控制输入输出K A i Y i0 0 11 0 13．分析图16-3采用MSI芯片（3-8译码器）构成的组合逻辑电路，正确连接各引脚并供电，然后测试电路功能，结果填入表16-3。

表16-3输入输出A B C F0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1注：当、时，译码器输入输出逻辑关系为：m i 系A 2 A 1 A 0 的最小项（参见附录Ⅳ中74LS138真值表）。

*4．分析图16-4“8421BCD码-8421余3码转换电路”的逻辑功能，将测试结果填入表16-4。

注：74LS83资料见附录Ⅳ。

表16-4输入输出A 3 A 2 A 1 A 0 S 3 S 2 S 1 S 00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1(二) 组合逻辑电路的设计与测试1．逻辑函数为：，试用一片74LS54（四组输入与或非门）设计其组合逻辑电路。

实验一组合逻辑电路设计（含门电路功能测试）一、实验目的1.掌握常用门电路的逻辑功能2.掌握小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法3.掌握组合逻辑电路的功能测试方法二、实验设备与器材数字电路试验箱双踪示波器稳压电源数字多用表74LS20 二4输入与非门74LS00 四2输入与非门74LS10 三3输入与非门三、实验原理TTL集成逻辑电路种类繁多，使用时应对选用的器件做简单逻辑功能检查，保证实验的顺利进行。

测试门电路逻辑功能有静态测试和动态测试两种方法。

静态测试时，门电路输入端加固定的高（H）、低电平，用示波器、万用表、或发光二极管（LED）测出门电路的输出响应。

动态测试时，门电路的输入端加脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的同步关系。

下面以74LS00为例，简述集成逻辑门功能测试的方法。

74LS00为四输入2与非门，电路图如3-1所示。

74LS00是将四个二输入与非门封装在一个集成电路芯片中，共有14条外引线。

使用时必须保证在第14脚上加+5V电压，第7脚与底线接好。

整个测试过程包括静态、动态和主要参数测试三部分。

表3-1 74LS00与非门真值表A B C0010111011101.门电路的静态逻辑功能测试静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否。

实验时，可将74LS00中的一个与非门的输入端A、B分别作为输入逻辑变量，加高、低电平，观测输出电平是否符合74LS00的真值表（表3-1）描述功能。

测试电路如图3-2所示。

试验中A、B输入高、低电平，由数字电路实验箱中逻辑电平产生电路产生，输入F可直接插至逻辑电平只是电路的某一路进行显示。

仿真示意2.门电路的动态逻辑功能测试动态测试用于数字系统运行中逻辑功能的检查，测试时，电路输入串行数字信号，用示波器比较输入与输出信号波形，以此来确定电路的功能。

实验时，与非门输入端A加一频率为1kHz 的脉冲信号Vi，如图3-3所示，另一端加上开关信号，观测F输出波形是否符合功能要求。

组合逻辑电路图的分析与设计习题及答案1.试分析图P4.1所示电路的逻辑功能。

(a) (b) 解：(a)ABB B A AB B B A Y =+=+⊕=)(电路完成与功能（即为与逻辑门） (b) )(B A AB B A B A Y +=+=电路完成同或功能（即为同或门）2.试分析图P4.2所示电路的逻辑功能。

(a)解：(a) Y = AB AB = AB + AB=A ⊕B电路完成异或功能（即为异或门）3.写出图4.6所示电路的逻辑函数表达式。

并化简为最简与或表达式。

解：6430Y Y Y Y Y A = 7652Y Y Y Y Y B =1 ≥1A BY1 &&1 ≥1 A B Y=11 A BY 1& & &Y A = m 0+m 3+m 4+m 6 Y B = m 2+m 5+m 6+m 7BC A C A C B Y A ++= C B AC Y B +=4.用与非门设计一个数值范围判别电路。

设电路输入A 、B 、C 、D 为表示1位十进制数X 的8421BCD 码，当X 符合下列条件时，输出Y=1，否则输出Y=0。

（1）4≦X ≦8 解：（1）分析设计要求并列出真值表A B C D Y0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 1 1 0 X X X X X X（2）求最简与—非表达式D A B D A B Y =+=（3）画出逻辑图B DY&&&&A 11 111 1111 1 1 1 1X X X X XX5.某逻辑电路输入A 、B 、C 及输出Y 的电压波形如图P4.8所示，试列出真值表，写出输出逻辑表达式，并用最少的门电路实现。

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。