组合逻辑电路的分析

一、实验目的1. 掌握组合逻辑电路的基本概念和特点。

2. 学会分析组合逻辑电路的逻辑功能。

3. 熟悉逻辑门电路的原理和应用。

4. 提高实验操作能力和分析问题能力。

二、实验原理组合逻辑电路是由逻辑门电路组成的，其输出仅与当前输入有关，而与电路历史状态无关。

本实验主要涉及以下几种基本逻辑门电路：1. 与门（AND Gate）：当所有输入都为1时，输出才为1。

2. 或门（OR Gate）：当至少一个输入为1时，输出为1。

3. 非门（NOT Gate）：将输入信号取反。

4. 异或门（XOR Gate）：当输入信号不同时，输出为1。

三、实验仪器与器材1. 74LS00（四2输入与门）2. 74LS02（四2输入或门）3. 74LS04（六反相器）4. 74LS86（四2输入异或门）5. 数字逻辑实验箱6. 万用表7. 导线若干四、实验内容与步骤1. 实验一：验证与门、或门、非门、异或门的功能（1）按照实验指导书连接电路图，并检查无误。

（2）按照表1要求输入信号，观察并记录输出信号。

（3）根据观察到的输出信号，分析各门电路的逻辑功能。

表1：验证与门、或门、非门、异或门的功能| 输入信号 | 与门输出 | 或门输出 | 非门输出 | 异或门输出 || :-------: | :-------: | :-------: | :-------: | :-------: || A | B | A | A | A || 0 | 0 | 0 | 1 | 0 || 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |2. 实验二：设计组合逻辑电路（1）设计一个组合逻辑电路，实现以下功能：当输入A为1，B为0时，输出Y为1，否则Y为0。

（2）根据设计要求，选择合适的逻辑门电路，并画出电路图。

（3）按照电路图连接实验电路，并检查无误。

（4）按照表2要求输入信号，观察并记录输出信号。

表2：设计组合逻辑电路| 输入信号 | 输出信号 || :-------: | :-------: || A | B | Y || 0 | 0 | 0 || 0 | 1 | 0 || 1 | 0 | 1 || 1 | 1 | 0 |3. 实验三：分析组合逻辑电路（1）分析实验二所设计的组合逻辑电路，确定其逻辑功能。

实验名称组合逻辑电路分析、设计与测试一、实验目的1.掌握组合逻辑电路的分析与测试方法；2.掌握用门电路设计组合逻辑电路的方法。

二、实验原理1.组合逻辑电路的分析与测试组合逻辑电路是最常见的逻辑电路，即通过基本的门电路（比如与门，与非门，或门，或非门等）来组合成具有一定功能的逻辑电路。

组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑电路，写出其输入与输出之间的逻辑函数表达式，或者列出真值表，从而确定该电路的逻辑功能。

组合逻辑电路的测试，就运用实验设备和仪器，搭建出实验电路，测试输入信号和输出信号是否符合理论分析出来的逻辑关系，从而验证该电路的逻辑功能。

组合逻辑电路的分析与测试的步骤通常是：（1）根据给定的组合逻辑电路图，列出输入量和中间量、输出量的逻辑表达式；（2）根据所得的逻辑式列出相应的真值表或者卡诺图；（3）根据真值表分析出组合逻辑电路的逻辑功能；（4）运用实验设备和器件搭建出该电路，测试其逻辑功能。

2.组合逻辑电路的设计与测试组合逻辑电路的设计与测试，就是根据设计的功能要求，列出输入量与输出量之间的真值表，通过化简获得输入量与输出量之间的逻辑表达式，然后根据逻辑表达式用相应的门电路设计该组合逻辑电路，然后运用实验设备与器件搭建实验电路，测试该电路是否符合设计要求。

组合逻辑电路的设计与测试的步骤通常是：（1）根据设计的功能要求，列出真值表或者卡诺图；（2）化简逻辑函数，得到最简的逻辑表达式；（3）根据最简的逻辑表达式，画出逻辑电路；（4）搭建实验电路，测试所设计的电路是否满足要求。

三、预习要求1.阅读理论教材上有关组合逻辑电路的分析与综合以及半加器等章节内容，以达到明确实验内容的目的。

2.查阅附录有关芯片管脚定义和相关的预备材料。

四、实验设备与仪器1.数字电路实验箱；2.芯片74LS00；74LS20。

五、实验内容1.半加器逻辑电路的分析与测试SC图5.5.1 半加器的逻辑电路（1） 根据图5.5.1写出中间量（1Z 、2Z 和3Z ）和输出量（S 和C ）关于输入量（A 和B ）的逻辑表达式。

组合逻辑电路的分析在分析组合逻辑电路时，我们可以使用真值表、卡诺图或布尔代数等方法。

下面将分别介绍这些方法的基本原理和应用。

1.真值表分析法真值表是列出电路的所有可能输入和对应输出的表格。

通过逐行检查真值表的输出列，可以确定电路的功能。

真值表分析法适用于较小规模的电路，但对于较复杂的电路可能不够实用。

2.卡诺图分析法卡诺图是一种图形表示方法，用于描述逻辑函数之间的关系。

它将所有可能的输入组合表示为一个方格矩阵，每个方格代表一个状态。

相邻的方格表示输入之间只有一个位不同。

通过合并相邻的方格，我们可以找到简化逻辑函数的最小项或最小项组合。

卡诺图分析法可以用来优化逻辑电路，减少门的数量和延迟。

3.布尔代数分析法布尔代数是一种用符号和运算规则描述逻辑函数的代数系统。

我们可以使用布尔代数的运算规则来简化和优化逻辑电路。

常见的布尔代数运算包括与运算、或运算、非运算和异或运算等。

通过应用这些运算规则，我们可以将复杂的逻辑函数简化为最小项或最小项组合，从而简化电路。

在进行组合逻辑电路的分析时，我们首先需要确定电路的输入和输出。

然后，我们可以根据电路的功能和输出要求，绘制真值表或卡诺图。

通过分析真值表或卡诺图，我们可以找到逻辑函数的最小项或最小项组合。

接下来，我们可以将这些最小项或最小项组合转化为逻辑门的输入方式。

最后，我们可以使用布尔代数的运算规则来简化逻辑函数和电路。

组合逻辑电路的分析是电路设计和优化的重要一步。

通过应用不同的分析方法，我们可以更好地理解电路的功能和性质，从而更好地设计和优化电路。

在分析组合逻辑电路时，我们需要注意电路的输入和输出要求，合理选择和配置逻辑门，以及优化电路的延迟和开销。

组合逻辑电路的分析和设计_实验报告组合逻辑电路的分析与设计实验报告院系：电⼦与信息⼯程学院班级：电信13-2班组员:盖兵（134********）邢帅成（134********）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。

2.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3.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、74LS04、74LS20、74LS00、导线若⼲。

74LS00 74LS04 74LS20四、实验容及⽅法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4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 =((I 0′I 1′I 2I 3′)′(I 0′I 1′I 2′I 3)′) ′0Y =((I 0′I 1I 2′I 3′)′( I 0′I 1′I 2′I 3)′)′(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。

0I =1 1Y 0Y =0 0 1I =1 1Y 0Y =0 12I =1 1Y 0Y =1 0 3I =1 1Y 0Y =1 12、设计2线-4线译码器并测试其逻辑功能。

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。

第三章组合逻辑电路基本要求：熟练掌握组合逻辑电路的分析方法；掌握组合逻辑电路的设计方法；理解全加器、译码器、编码器、数据选择器、数据比较器的概念和功能，并掌握它们的分析与实现方法；了解组合逻辑电路中的险象本章主要内容：组合逻辑电路的分析方法和设计方法。

本章重点：组合逻辑电路的分析方法组合逻辑电路的设计方法常用逻辑部件的功能本章难点：组合逻辑电路的设计一、组合逻辑电路的特点若一个逻辑电路，在任一时刻的输出仅取决于该时刻输入变量取值组合，而与电路以前的状态无关，则电路称为组合逻辑电路（简称组合电路）。

可用一组逻辑函数描述。

组合电路根据输出变量分为单输出组合逻辑电路和多输出组合逻辑电路。

注意：1.电路中不存在输出端到输入端的反馈通路。

2.电路不包含记忆元件。

3.电路的输出状态只由输入状态决定。

二、组合逻辑电路的分析方法分析的含义：给出一个组合逻辑电路，分析它的逻辑功能。

分析的步骤: 1.根据给出的逻辑电路图，逐级推导，得到输出变量相对于输入变量的逻辑函数。

2.对逻辑函数化简。

3.由逻辑函数列出对应的真值表。

4.由真值表判断组合电路的逻辑功能。

三、组合电路的分析举例１、试分析图3-1所示的单输出组合逻辑电路的功能解：（1）由G1、G2、G3各个门电路的输入输出关系，推出整个电路的表达式：Z1=ABCF=Z1+Z2 （2）对该逻辑表达式进行化简：（3）根据化简后的函数表达式，列出真值表3-1。

（4）从真值表中可以看出：当A、B、C三个输入一致时（或者全为“0”、或者全为“1”），输出才为“1”，否则输出为“0”。

所以，这个组合逻辑电路具有检测“输入不一致”的功能，也称为“不一致电路”。

２.试分析图3－2所示的输出组合逻辑电路的功能解：（1）由G1、G2、G3、G4、G5各个门电路的输入、输出关系，推出整个组合逻辑电路的表达式：（2)对该逻辑表达式进行化简：（3）根据化简后的函数表达式，列出真值表3-2。

（4）若设A、B各为一位二进制加数，则从真值表中可以看出，S为两加数相加后的一位和、C为两加数相加后的进位值。

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。