(精品)实验3.2 组合逻辑电路设计1.ppt

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1、实验实验3.2 组合逻辑电路设计组合逻辑电路设计1 数字电子技术实验数字电子技术实验 1.学习数字电路的集成芯片的使用方法。一、实验目的一、实验目的 2.熟悉组合逻辑电路设计过程。1.要求利用一片74LS00芯片（含有4个“与非”门）设计实现一个“异或”功能的电路。二、实验任务二、实验任务 3.掌握“门”的控制作用。2.实现自备电站中发电机启停控制电路设计，电路功能为：某工厂有三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机X和Y，Y的发电量是X的两倍，如果一个车间开工，启动X就可满足要求；如果两个车间同时开工，启动Y就可满足要求；若三个车间同时开工，则X和Y都应启动，试设计一个用“异或”门（74LS

2、86）控制X、“与或非”门（74LS54）及“非”门（74LS04）芯片控制Y的启停电路。数字电路实验箱(74LS00 74LS00、74LS8674LS86、74LS5474LS54、74LS0474LS04数字集成芯片、脉冲源)、数字万用表、示波器、导线。三、实验设备三、实验设备(a)(a)外封装图左边一个半圆小缺口，管脚顺序是从左下脚逆时针数起。输入一般用A A、B B、C C 表示,输出用Y Y、F F表示(管脚3 3和1111)是空脚,表示该引出线没有使用。(b)双4 4输入“与非”门引脚图74LS2074LS20四、实验原理四、实验原理24P24P管脚插座管脚插座实验箱介绍 接线以

3、芯片管脚为准，注意插座序号与实际芯片管脚序号的区别.A AB BF F=1=1名称名称表达式表达式逻辑符号逻辑符号特特 点点“非非”门门 Y Y有有“0 0”出出“1 1”有有“1 1”出出“0 0”“或非或非”门门Y YA A+B B有有“1 1”出出“0 0”全全“0 0”出出“1 1”“与非与非”门门Y YA AB B有有“0 0”出出“1 1”全全“1 1”出出“0 0”“异或异或”门门Y YA A B B相同出相同出“0 0”不同出不同出“1 1”门电路在使用中常将某一输入端作为控制端，使该门始终处于“开启”或“关闭”状态。在集成电路中，经常利用控制端来选通整个芯片，称为选通端，或称

4、使能端，记作EN（Enable）。根据题目输入和输出要求及相互关系，进行逻辑抽象,即说明逻辑变量；组合逻辑电路1 1的设计步骤：列出真值表；用逻辑符号画出该逻辑表达式的逻辑电路图。组合逻辑电路1 1的特点：由小规模集成电路逻辑门芯片构成；电路的输出只与电路当前输入有关。写出最小项。用公式法或卡诺图化简，写出满足给定的芯片的逻辑表达式；输入变量：分别用A、B、C等表示输出变量：用F、Y或题目指定符号表示根据题意根据题意“1 1”：表示高电平报警，则“0 0”表示不报警“0 0”：表示低电平报警，则“1 1”表示不报警假设假设“1 1”：表示：表示“0 0”：表示“1 1”：表示可用实验箱发光二极

5、管作报警信号指示输出发光二极输出发光二极管公共端接地管公共端接地共阴极回路，共阴极回路，高电平有效高电平有效输入电路 输入:白色钮子开关置“H H”表示逻辑“1 1”,置“L L”表示逻辑“0 0”输出:发光二极管亮表示逻辑“1 1”,二极管灭表示逻辑“0 0”输出电路输入输入输入输入(白色钮子开关白色钮子开关白色钮子开关白色钮子开关)“0 0”:U UiLiL=0.0V=0.0V0.02V0.02V“1 1”:U UiH iH 5V5V逻逻逻逻辑辑辑辑电电电电位位位位“0 0”:U UOLOL=0.0V=0.0V0.4V0.4V“1 1”:U UOHOH=2.4V=2.4V3.6V3.6VT

6、TL:TTL:CMOS:CMOS:“0 0”:U UOLOL=0.0V=0.0V0.25V0.25V“1 1”:U UOHOH4.54.5V(V(接5V5V电源电源时)输出输出输出输出TTLTTL:74LSXX:74LSXX,7474XXXX,74H74HXXXX,74S74SXXXX 电源Vcc:Vcc:接5V5VGND:GND:接地CMOSCMOS:74HC,CCXXXX:74HC,CCXXXXV VDDDD:3:318V18V(可接5V5V)V VSSSS:接地电源型号型号型号型号 任务一：一片74LS0074LS00芯片实现“异或”功能 一片74LS0074LS00芯片，含有4 4个独

7、立的“与非”门，要实现“异或”功能必须化简成4 4个“与非”门的组合来实现。A BF0 00 11 01 1 0 110 输入变量：A A、B B、C C（分别表示三盏灯）假设假设“0 0”：表示不亮灯“1 1”：表示亮灯设计举例：设计一个照明工作状态的逻辑电路 电路由 红、黄、绿三盏灯组成。正常工作时，只允许有一盏灯点亮；在其它的点亮状态时要求发出故障信号。(要求用“与或非”门74LS5474LS54和“非”门74LS0474LS04实现）输出变量：用F F表示“1 1”：表示报警,用发光二极管“0 0”：表示正常,用发光二极管假设假设用卡诺图化简用卡诺图化简“与或非”门（74LS5474L

8、S54）芯片管脚图介绍“与或非”门的特点与“或非”门相同：有“1 1”出“0 0”、全“0 0”出“1 1”。所以对于74LS5474LS54多余的“或”门管脚必须接地处理,不能悬空，以防门被“关闭”。用“与或非”门(74LS54)74LS54)实现 因为74LS5474LS54的表达式是：所以多出的一个“与”门,为了满足“或非”门不被关闭，必须将它接地处理。对于“与”门中多出的输入端，为了满足门不被关闭,可接“1 1”处理或悬空处理。对照F F 逻辑表达式(3 3个“与”门经“或非”后输出)：Y Y所以用“与或非”门(74LS54)74LS54)及“非”门(74LS0474LS04)实现的F

9、 F：Y=AB BC AC Y=AB BC AC即：+输出输出为什么?1.用万用表 档、电阻2K2K2K2K挡或将导线连接+5V+5V+5V+5V电源与输出发光二极管等方法检查导线导通情况，当万用表发出蜂鸣声、阻值示数约为0 0 0 0或发光二极管亮时,均表示导线导通。3.在实验时，对于小规模集成电路的芯片的多余输入端在门不被关闭时允许悬空，悬空相当于逻辑“1 1 1 1”。2.根据给定芯片的管脚图，电源均按+5V+5V+5V+5V和地接入(注意不要接反)。按照设计好的逻辑电路图连接电路,输入接白色钮子开关，输出接发光二极管，控制输入开关，验证真值表，观察表示输出“1 1”的发光二极管的亮灯情

10、况。五五、实验、实验步骤步骤 4.用万用表20V20V20V20V挡测量任务一、二的输入、输出电位(即输入、输出在逻辑“0 0”和“1 1”时对地电压，正常的电压值范围前面已介绍)。VA AVB BVF F逻辑状态逻辑状态0 00 0电位电位(V)(V)逻辑状态逻辑状态0 01 1电位电位(V)(V)逻辑状态逻辑状态1 10 0电位电位(V)(V)逻辑状态逻辑状态1 11 1电位电位(V)(V)任务一电位测试任务二电位测试任务二电位测试ABCXY逻辑状态逻辑状态00000电位电位逻辑状态逻辑状态00110电位电位逻辑状态逻辑状态01010电位电位逻辑状态逻辑状态01101电位电位逻辑状态逻辑状

11、态10010电位电位逻辑状态逻辑状态10101电位电位逻辑状态逻辑状态11001电位电位逻辑状态逻辑状态11111电位电位8686实现实现X,X,分别用分别用5454、0000实现实现Y Y 5.A接低电平，B作控制端，C接1kHz脉冲，定量定量记录输入C与输出Y的波形。示波器的电压衰减置2V2V/每格(可利用真值表中得到理论上的C与Y的波形加以核对)。在验证真值表时，如某个输出状态出错，可在该状态下，用万用表的直流电压20V20V20V20V挡从输入端一级一级向后逐级测量各门的输出电位，校验门的输入输出逻辑关系，不符合门的逻辑特点话，则该门电路为故障，即该芯片故障。故障检查故障检查六六、实验

12、报告要求、实验报告要求 2.完成任务一、二电位测试表格。4.根据测试数据，得出结论。完成思考题。1.按组合逻辑电路1 1的设计步骤设计实验电路，并写出详细设计过程和操作步骤。3.定量定量定量定量记录输入C与输出Y的波形。(A接低电平，B作控制端，C接1kHz脉冲)七、注意事项七、注意事项每个芯片都需接入一对电源，按+5V+5V+5V+5V和地接入。为防止遗漏，可把它定为接线的第一步。注意电源不要接反，否则会烧坏芯片。不可在接通电源的情况下插入或拔出芯片。注意一定要先查导线，再开始接线。86芯片在扩展箱上，因为扩展箱与主箱间没有电的连接，所以扩展箱上的每个芯片电源需通过主箱+5V和地电源接入。T

13、TLTTL集成块输出不允许并联(“线与”)使用,(集电极开路门(OC门)和三态门电路除外)。否则会使电路逻辑功能混乱，严重时串联形成大电流会导致器件损坏。加入输入波形时，可利用主箱最下面的脉冲源得到输入波形。但要使该脉冲源工作，必须接入+5V+5V+5V+5V电源打开。如果脉冲源坏了，可用信号发生器“TTL/CMOSTTL/CMOSTTL/CMOSTTL/CMOS”电平端口送出脉冲信号。注意仪器共地。八、补充思考题八、补充思考题 1 1、“与非与非”门一个输入端接连续脉冲，其余端在门一个输入端接连续脉冲，其余端在什么状态时允许脉冲通过？其余端在什么状态时禁止什么状态时允许脉冲通过？其余端在什么状态时禁止脉冲通过？脉冲通过？2 2、是否所有的逻辑门多余的输入端都可以、是否所有的逻辑门多余的输入端都可以“悬空悬空”？3 3、门的逻辑功能与门的控制作用有何不同？、门的逻辑功能与门的控制作用有何不同？4 4、为什么逻辑门的输出端不能并联、为什么逻辑门的输出端不能并联(“线与线与”)使使用？哪些门允许用？哪些门允许“线与线与”？5 5、在利用小规模芯片进行逻辑设计时，是否一定、在利用小规模芯片进行逻辑设计时，是否一定要将逻辑关系化成最简形式？为什么？要将逻辑关系化成最简形式？为什么？