实验三 组合逻辑电路的设计（一）
一、实验目的
1． 掌握用SSI器件设计组合逻辑电路的方法；
2． 熟悉各种常用MSI组合逻辑电路的功能与使用方法；
3． 掌握多片MSI组合逻辑电路的级联、功能扩展；
4． 学会使用MSI逻辑器件设计组合电路；
5． 培养查找和排除数字电路常见故障的初步能力。
二、实验器件
1． 74LS00 四二输入与非门 74LS20 双四输入与非门
2． 74LS138 三线—八线译码器 74LS139 双二线—四线译码器
三、实验原理
组合逻辑电路是最常见的逻辑电路，其特点是在任何时刻电路的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，而与信号作用前电路原来所处的状态无关。组合逻辑电路的设计，就是如何根据逻辑功能的要求及器件资源情况，设计出实现该功能的最佳电路。
在采用小规模器件（SSI）进行设计时，通常将函数化简成最简与—或表达式，使其包含的乘积项最少，且每个乘积项所包含的因子数也最少。最后根据所采用的器件的类型进行适当的函数表达式变换，如变换成与非—与非表达式﹑或非—或非表达式﹑与或非表达式及异或表达式等。
在数字系统中，常用的中规模集成器件(MSI)产品有编码器﹑译码器﹑全加器﹑数据选择/分配器﹑数值比较器等。用这些功能器件实现组合逻辑函数，基本采用逻辑函数对比方法。因为每一种中规模集成器件都具有某种确定的逻辑功能，都可以写出其输出和输入关系的逻辑函数表达式。在进行设计时，可以将要实现的逻辑函数表达式进行变换，尽可能变换成与某些中规模集成器件的逻辑函数表达式类似的形式。
下来我们介绍一下使用中小规模器件设计组合逻辑电路的一般方法。
四、组合电路设计原则及其步骤
组合电路的设计是由给定的的逻辑功能要求，设计出实现该功能的逻辑电路，设计过程大致按下列步骤进行：
（1） 分析设计要求，把用文字描述的形式的设计要求抽象成输入、输出变量的逻辑关系；
常见的组合逻辑电路
一、引言
组合逻辑电路是由多个逻辑门组成的电路，它们根据输入信号的不同组合，产生不同的输出信号。在现代电子技术中，组合逻辑电路被广泛应用于数字电路、计算机系统、通信系统等领域。本文将介绍几种常见的组合逻辑电路及其工作原理。
二、多路选择器（MUX）
多路选择器是一种常见的组合逻辑电路，它具有多个输入端和一个输出端。根据控制信号的不同，选择器将其中一个输入信号传递到输出端。例如，一个4选1多路选择器有4个输入端和1个输出端，根据2个控制信号可以选择其中一个输入信号输出。多路选择器常用于数据选择、多输入运算等场合。
三、译码器（Decoder）
译码器是一种将输入信号转换为对应输出信号的组合逻辑电路。常见的译码器有2-4译码器、3-8译码器等。以2-4译码器为例，它有2个输入信号和4个输出信号。根据输入信号的不同组合，译码器将其中一个输出信号置为高电平，其他输出信号置为低电平。译码器常用于地址译码、显示控制等应用。
四、加法器（Adder）
加法器是一种用于实现数字加法运算的组合逻辑电路。常见的加法器有半加器、全加器等。半加器用于两个1位二进制数的相加，而全加器用于多位二进制数的相加。加法器通过多个逻辑门的组合，将两个二进制数进行相加，并输出相应的和与进位。加法器广泛应用于数字电路、计算机算术单元等领域。
五、比较器（Comparator）
比较器是一种用于比较两个数字大小关系的组合逻辑电路。常见的比较器有2位比较器、4位比较器等。以2位比较器为例，它有两组输入信号和一个输出信号。当两组输入信号相等时，输出信号为高电平；当第一组输入信号大于第二组输入信号时，输出信号为低电平。比较器常用于数字大小判断、优先级编码等应用。
六、编码器（Encoder）
编码器是一种将多个输入信号转换为对应输出信号的组合逻辑电路。常见的编码器有2-4编码器、8-3编码器等。以2-4编码器为例，它有2个输入信号和4个输出信号。根据输入信号的不同组合，编码器将其中一个输出信号置为高电平，其他输出信号置为低电平。编码器常用于信号编码、传感器接口等应用。
东南大学电工电子实验中心
实 验 报 告
课程名称：
计算机结构与逻辑设计实验
第 一 次实验
实验名称： 组合逻辑电路
院 （系）： 专 业：
姓 名： 学 号：
实 验 室: 实验组别：
同组人员： 实验时间：2015年 10月29
日
评定成绩： 审阅教师：
一、 实验目的
① 认识数字集成电路，能识别各种类型的数字器件和封装
② 掌握小规模组合逻辑和逻辑函数的工程设计方法
③ 掌握常用中规模组合逻辑器件的功能和使用方法
④ 学习查找器件资料，通过器件手册了解器件
⑤ 了解面包板的基本结构、掌握面包板连接电路的基本方法和要求
⑥ 了解实验箱的基本结构，掌握实验箱电源、逻辑开关和LED点平指示的用法
⑦ 学习基本的数字电路的故障检查和排除方法
⑧ 学Mulitisim逻辑化简操作和使用方法
⑨ 学习ISE软件操作和使用方法
二、 实验原理
1. 组合逻辑电路：
组合逻辑电路又称为门网络，它由若干门电路级联（无反馈）而成，其特点是（忽略门电路的延时）:电路某一时刻的输出仅由当时的输入变量取值的组合决定，而与过去的输入取值无关。
其一般手工设计的过程为：
① 分析其逻辑功能
② 列出真值表
③ 写出逻辑表达式，并进行化简
④ 画出电路的逻辑图
2. 使用的器件：
1）74HC00（四2输入与非门）：芯片内部有四个二输入一输出的与非门。
2）74HC20（双4输入与非门）：芯片内部有两个四输入一输出的与非门。注意，四输入不能有输入端悬空。
3）74HC04（六反相器）：芯片内部有六个非门，可以将输入信号反相。当然，也可以通过2输入与非门来实现，方法是将其一个输入端信号加高电平。
第3章 组合逻辑电路
3.1 组合逻辑电路的概述
按照逻辑功能的不同特点，可以把数字电路分成两大类，一类叫做组合逻辑电路，另一类叫做时序逻辑电路。
什么叫组合逻辑电路呢？在t=a时刻有输入X1、X2、……Zn，那么在t=a时刻就有输出Z1、Z2、……Zm，每个输出都是输入X1、X2、……Zn的函数，
Z1=f1（X1、X2、……Xn）
Z1=f2（X1、X2、……Xn）
Zm=fm（X1、X2、……Xn）
从以上概念可以知道组合逻辑电路的特点就是即刻输入，即刻输出。
任何组合逻辑电路可由表达式、真值表、逻辑图和卡诺图等四种方法中的任一种来表示其逻辑功能。
3.2 组合逻辑电路的分析方法和设计方法
3.2.1组合逻辑电路的分析方法
分析组合逻辑电路的目的，就是要找出电路输入和输出之间的逻辑关系，分析步骤如下：
（1）根据已知的逻辑电路，写出逻辑函数表达式（采用逐级写出逻辑函数表达式），最后写出该电路的输出与输入的逻辑表达式。
（2）首先对写出的逻辑函数表达式进行化简，一般系用公式法或卡诺图法。
（3）列出真值表进行逻辑功能的分析。
以上步骤可用框图表示，如图3-2所示。
图3-2 组合逻辑电路分析框图 下面举例说明对组合逻辑电路的分析，掌握其基本思路及方法。
【例3-1】 分析图3-3所示电路的逻辑功能
图3-3 [例3-1]逻辑电路
解：（1）写出输出Z的逻辑表达式：
Z1=BA ， Z2=BA
Z=21ZZ•=BABA•
（2）化简
Z=BABA•=AB+AB=A⊕B
（3）列出真值表进行逻辑功能说明
列出该函数真值表，如表3.1所示：
表3-1 [例3-1]真值表
A B Z
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
3.2.2组合逻辑电路的设计方法
组合逻辑电路的设计步骤与分析步骤相反，设计任务就是根据逻辑功能的要求设计逻辑电路，其步骤如下：
