实验4.9 组合逻辑电路的设计
一、实验目的
1.掌握组合逻辑电路的设计方法与测试方法
2.了解组合逻辑电路的竞争冒险现象
二、实验仪器与器材
1.集成与非门若干块
2.数字实验箱一台
三、实验原理
组合逻辑电路的设计是给定一定的逻辑功能，要求用门电路实现这一逻辑功能。用小规模集成电路(SSI)进行组合逻辑电路设计的一般步骤是：
（1）根据实际问题对逻辑功能的要求，定义输入输出逻辑变量，列出真值表。（2）通过化简和变换得到符合要求（一般为与非关系）的最简逻辑表达式。（3）根据最简的逻辑表达式画出逻辑图，实现逻辑功能。
组合逻辑电路设计的关键之一，是对输入逻辑变量和输出逻辑变量作出合理的定义，在定义时，应注意以下几点：
（1）有具有二值性的命题才能定义成输入或输出逻辑变量。
（2）把逻辑变量取1值的定义表达清楚。
组合逻辑电路的设计都是在理想的情况下进行的，即假定一切逻辑器件都没有延迟效应。但事实并非如此，信号通过任何导线和器件都存在一个响应时间。由于工艺上的原因，各器件的延迟时间离散型非常大，往往按照理想情况下设计的逻辑电路，在实际工作中有可能会产生错误输出。一个组合逻辑电路，在它的输入信号变化时，输出出现瞬时错误的现象称为组合逻辑电路的冒险现象。冒险现象直接影响数字设备的可靠性和稳定性，故要设法消除。
四、实验内容
1.设计一个交通灯报警电路。在三个输入变量中，当两个或两个以上输入端为
“1”时，属不正常状态，应该发出报警。
（1）逻辑抽象
输入变量为A、B、C三个交通灯，灯亮时认为是“1”，灯灭时为“0”。输出变量为Y，正常时，输出为“0”，灯不亮铃不响；出现故障时，输出为“1”，灯亮铃响。
得到逻辑表达式
F=AB+ BC+ AC
（3）逻辑电路图
开关闭合为信号1,断开为信号0。经检验，电路完全和逻辑状态表值完全吻合。股可以证明电路是正确的。
2.设计一个一位8421BCD码的检码电路，当输入数码等于或大于1010时，电路应输出“1”，否则输出为“0”。
（1）逻辑抽象
A、B、C、D分别代表四位二进制码，输出为“1”时灯亮，输出为“0”时灯不亮。
（3）逻辑表达式
Y=
（4）逻辑电路
3．设计一个三人无弃权表决电路。
（1）逻辑抽象
A、B、C分别代表三个人，同意为“1”，不同意为“0”，大于等于两人同意时输出为“1”，否则输出“0”。
同电路一
（3）逻辑电路
同电路图一
4．设计一个有三个参赛组参加比赛的抢答器电路。
（1）逻辑抽象
A、B、C分别代表三个组，第一个人抢答闭合开关输入为“1”，对应的灯亮灯亮，表示输出“1”；当再有人抢答时，对应的灯不再亮。
(2) 思考分析电路要求，设计电路。
与非门的性质，“有0出1，全1出0”。如果有一段作为控制端，另一端作为信号段，那么控制端只有在1时，信号才能被传输。又显然，电路需要引入反馈，由此引入的反馈就容易确定了。即初始所有反馈信号都为1，当有一人输入1时，须向另两方反馈为0的信号，来抑制信号的传输，从而锁定电路。由此，不难作出电路。
(3) 逻辑电路为
仿真结果完全和理论值对应。
五、实验结果及误差分析
由此次逻辑电路设计的实验，明白了怎样去设计一个数字电路。具体的步骤在前面已作了说明，对大部分电路都很实用。
在设计最后一个电路时，觉得更需要逻辑分析，用逻辑状态表已不是很适用，最后，顺利的做出来了。但仍想证实一下自己所想是否正确？这个电路是否可以按照常规的步骤去设计？望老师解答，谢谢。
在实验室做实验时，第四个硬件实验和仿真有出入。仿真得到的结果是理想的，但在真正实验时，闭合A，X1亮，再闭合B、C，灯不发生变化。这时如果
先断开C，X1灭，X2亮。除此之外，所有的电路反映都是正常的。这应该是和与非门的响应有关系，造成了这一现象。
1、在一旅游胜地，有两辆缆车可供游客上下山，请设计一个控制缆车正常运行的逻辑电路。要求：缆车A和B在同一时刻只能允许一上一下的行驶，并且必须同时把缆车的门关好后才能行使。设输入为A、B、C，输出为Y。（设缆车上行为“1”，门关上为“1”，允许行驶为“1”） (1) 列真值表；（4分） （2）写出逻辑函数式；（3分） （3）用基本门画出实现上述逻辑功能的逻辑电路图。（5分） 解：（1）列真值表：（3）逻辑电路图： A B C Y 000 001 010 011 100 101 110 111 （2）逻辑函数式： 2、某同学参加三类课程考试，规定如下：文化课程（A）及格得2分，不及格得0分；专业理论课程（B）及格得3分，不及格得0分；专业技能课程（C）及格得5分，不及格得0分。若总分大于6分则可顺利过关（Y），试根据上述内容完成： （1）列出真值表； （2）写出逻辑函数表达式，并化简成最简式； （3）用与非门画出实现上述功能的逻辑电路。 （3）逻辑电路图 A B C Y 000 001 010 011 100 101 110 111 (2)逻辑函数表达式3、中等职业学校规定机电专业的学生，至少取得钳工(A)、车工(B)、电工(C)中级技能证书的任意两种，才允许毕业（Y）。试根据上述要求：（1）列出真值表；（2）写出逻辑表达式，并化成最简的与非—与非形式；（3）用与非门画出完成上述功能的逻辑电路。 解：（1（3）逻辑电路： A B C Y 000 001 010 011 100 101 110 111 （2）逻辑表达式： 最简的与非—与非形式： 4、人的血型有A、B、AB和O型四种，假定输血规则是：相同血型者之间可输出，AB血型者可接受其他任意血型，任意血型者可接受O型血。图1是一个输血判断电路框图，其中A1A0表示供血者血型，B1B0表示受血者型，现分别用00、01、10和11表示A、B、AB和O四种血型。Y 为判断结果，Y=1表示可以输血，Y=0表示不允许输血。请写出该判断电路的真值表、最简与—或表达式，并画出用与非门组成的逻辑图。 输血判断电路框图： 解：（1）真值表：（3）逻辑图： 输入输出 A1A0B1B0Y 0000 0001 0010 0011
实验二组合逻辑电路的设计 一、实验目的 1.掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。 2.熟悉组合电路的特点。 二、实验仪器及材料 a) TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。 b) 参考元件：74LS86、74LS00。 三、预习要求及思考题 1．预习要求： 1）所用中规模集成组件的功能、外部引线排列及使用方法。 2) 组合逻辑电路的功能特点和结构特点. 3) 中规模集成组件一般分析及设计方法. 4）用multisim软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2.思考题 在进行组合逻辑电路设计时，什么是最佳设计方案 四、实验原理 1．本实验所用到的集成电路的引脚功能图见附录 2.用集成电路进行组合逻辑电路设计的一般步骤是： 1）根据设计要求，定义输入逻辑变量和输出逻辑变量，然后列出真值表； 2）利用卡络图或公式法得出最简逻辑表达式，并根据设计要求所指定的门电路或选定的门电路，将最简逻辑表达式变换为与所指定门电路相应的形式； 3）画出逻辑图； 4）用逻辑门或组件构成实际电路，最后测试验证其逻辑功能。 五、实验内容 1．用四2输入异或门（74LS86）和四2输入与非门（74LS00）设计一个一位全加器。 1）列出真值表,如下表2-1。其中A i、B i、C i分别为一个加数、另一个加数、低位向本位的进位；S i、C i+1分别为本位和、本位向高位的进位。 A i B i C i S i C i+1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 10 1 1 1 00 1 1 1 1 1 1 2）由表2-1全加器真值表写出函数表达式。
组合逻辑电路中的竞争与冒险 前面分析组合逻辑电路时,都没有考虑门电路的延迟时间对电路产生的影响。实际上, 从信号输入到稳定输出需要一定的时间。由于从输入到输出的过程中, 不同通路上门的级数不同, 或者门电路平均延迟时间的差异, 使信号从输入经不同通路传输到输出级的时间不同。由于这个原因, 可能会使逻辑电路产生错误输出,通常把这种现象称为竞争冒险。 竞争:在组合逻辑电路中, 某个输入变量通过两条或两条以上途径传到输出门的输入端, 由于每条途径的延迟时间不同帮到达输出门的时间就有先有后, 这种现象称为竞争。 冒险:是指数字电路中, 某个瞬间出现了非预期信号的现象, 即某一瞬间数字电路出现了违背真值表所规定的逻辑电平。这样就出现了不该出现的尖脉冲, 一、 竞争冒险的概念及其产生的原因 以图示电路为例可看出, 大多数组合电路都存在竞争, 但所有竞争不一定都产生错误的干扰脉冲。竞争是产生冒险的必然条件, 而冒险并非竞争的必然结果。由以上分析可知, 只要两个互补的信号送入同一门电路, 就可能出现竞争冒险。因此把冒险现象分为两种: 1. “ 0”型冒险
A A +冒险在理想情况下输出电平为“ 1” , 由于竞争输出产生低电平窄脉冲。 A A ?冒险在理想情况下输出电平为“ 0” ,由于竞争输出产生高电平窄脉冲。 二、竞争冒险的判断方法 判断竞争冒险是否存在的方法很多,最常见的方法有: 1.代数法 在逻辑函数表达式中, 是否存在某变量的原变量和反变量。若去掉其他变量得到 A A Y +=,电路有可能产生“ 0”冒险;若得到 A A Y ?=,则可能产生“ 1” 冒险。 2.卡诺图法 画出逻辑函数的卡诺图, 当卡诺图中两个合并最小项圈相切, 即两个合并最小项圈相邻—有相邻项, 各合并最小项圈各自独立—不相交时, 这个逻辑函数有可能出现冒险现象。 三、消除竞争冒险的方法 1.修改逻辑设计 (1代数法 ①逻辑变换消去互补量 ((C A B A Y ++=当 B =C=0时, A A Y ?=, 存在竞争冒险。若将逻辑函数表达式进行逻辑变换,则 BC B A AC Y ++=,这时消去了 A A ?互补量,从而不会产生竞争冒险。②增加乘积项 C A AB Y +=当 B=C=1时, A A Y +=,存在竞争冒险。若增加乘积项 BC , 则 BC C A AB Y ++=,消除了竞争冒险。 (2卡诺图法 将卡诺图中相切的圈用一个多余的圈连接起来,即可消除冒险现象。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 组合逻辑电路实验设计 血型匹配情况判断电路 一、实验题目： 人的血型有A、B、AB、O四种。输血时输血者的血型与受血者血型必须符合图1中用箭头指示的授受关系。判断输血者与受血者的血型是否符合上述规定，要求用八选一数据选择器（74LS151）及与非门（74LS00）实现。（提示：用两个逻辑变量的4种取值表示输血者的血型，例如00代表A、01代表 B、10代表AB、11代表O。） 图1 二、电路设计： 方案一： 解： 1、题目分析
根据题意，确定有4个输入变量，设为X、Y、M、N；输出变量为P。 其中，用两个逻辑变量X、Y的四中取值表示输血者的血型：00代表A型、01代表B型、10代表AB型、11代表O型。 用另外两个逻辑变量M、N的四种取值表示受血者的血型：00代表A型、01代表B型、10代表AB型、11代表O型。 逻辑输出变量P代表输血者与受血者的血型符合情况：1代表血型符合，0代表血型不符合。 题目中要求用八选一数据选择器（74LS151）及与非门（74LS00）实现电路设计。 2、列写输入与输出变量真值表： 真值表如下图所示 3、逻辑表达式： 根据真值表画出卡诺图：
卡诺图如右图所示： 用八选一数据选择器（74LS151），所以输出逻辑表达式写成最小项和的形式：设X 、Y 、M 为选择变量，X 为高位。 逻辑函数P 的与或标注型表达式： P (X ,Y ,M ,N ) X Y M N X Y M N X Y M N X Y M N X Y M N =+++++ 4、比较表达式： 与标准表达式比较得：267P Nm N m(0,1,3,5)m m =+∑++ 所以，数据选择器中EN=0，0135D D D D N ==== D 2=N ，D 4=0, D 6=D 7=1， 5、逻辑电路图：
数电实验报告 实验二 利用MSI设计组合逻辑电路 姓名： 学号： 班级： 院系： 指导老师： 2016年 目录 实验目的：错误!未定义书签。
实验器件与仪器：错误!未定义书签。 实验原理：错误!未定义书签。 实验内容：错误!未定义书签。 实验过程：错误!未定义书签。 实验总结：错误!未定义书签。 实验： 实验目的： 熟悉编码器、译码器、数据选择器等组合逻辑功能模块的功能与使用方法。 掌握用MSI设计的组合逻辑电路的方法。 实验器件与仪器： 数字电路实验箱、数字万用表、示波器。 虚拟器件：74LS00，74LS197，74LS138，74LS151 实验原理： 中规模的器件，如译码器、数据选择器等，它们本身是为实现某种逻辑功能而设计的，但由于它们的一些特点，我们也可以用它们来实现任意逻辑函数。 用译码器实现组合逻辑电路 译码器是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号。如3线-8线译码器。当附加控制门Gs的输入为高电平（S = 1）的时
候，可由逻辑图写出。 从上式可看出。-同时又是S2、S1、S0这三个变量的全部最小项的译码输出。所以这种译码器也叫最小项译码器。如果将S2、S1、S0当作逻辑函数的输入变量，则可利用附加的门电路将这些最小项适当的组合起来，便可产生任何形式的三变量组合逻辑函数。 用逻辑选择器实现组合逻辑电路 数据选择器的功能是从一组输入数据中选出某一个信号输出。或称为多路开关。如双四选一数据选择器74LS153
Y1和Y2为两个独立的输出端，和为附加控制端用于控制电路工作状态和扩展功能。A1、A0为地址输入端。D10、D11、D12、D13或D20、D21、D22、D23为数据输入端。通过选定不同的地址代码即可从4个数据输入端选出要的一个，并送到输出端Y。输出逻辑式可写成 其简化真值表如下表所示。 S1A1A0Y1 1X X0 000D10 001D11 010D12 011D13 从上述可知，如果将A1A0作为两个输入变量，同时令D10、D11、D12、D13为第三个输入变量的适当状态（包括原变量、反变量、0和1），就可以在数据选择器的输出端产生任何形式的三变量组合逻辑电路。 实验内容： 数据分配器与数据选择器功能正好相反。它是将一路信号送到地址选择信号指定的输出。如输入为D，地址信号为A、B、C，可将D按地址分配到八路输出F0、F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7。其真值表如下
组合逻辑电路设计心得体会篇一：实验一_组合逻辑电路分析与设计 实验1 组合逻辑电路分析与设计 XX/10/2 姓名：学号： 班级：15自动化2班 ? 实验内容................................................. .. (3) 二.设计过程及讨论 (4) 1.真值表................................................. .(转载于: 小龙文档网:组合逻辑电路设计心得体会)................4 2.表达式的推导................................................. .....5 3.电路图................................................. .................7 4.实验步骤................................................. .............7 5. PROTEUS软件仿真 (9)
三测试过程及结果讨论.....................................11 1.测试数据................................................. ...........11 2.分析与讨论................................................. . (13) 四思考题................................................. (16) 实验内容： 题目： 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）。 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 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 1.真值表：
实验一 组合逻辑电路的设计 一、实验目的： 1、 掌握组合逻辑电路的设计方法。 2、 掌握组合逻辑电路的静态测试方法。 3、 加深FPGA 设计的过程，并比较原理图输入和文本输入的优劣。 4、 理解“毛刺”产生的原因及如何消除其影响。 5、 理解组合逻辑电路的特点。 二、实验的硬件要求： 1、 EDA/SOPC 实验箱。 2、 计算机。 三、实验原理 1、组合逻辑电路的定义 数字逻辑电路可分为两类：组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路中不包含记忆单元（触发器、锁存器等），主要由逻辑门电路构成，电路在任何时刻的输出只和当前时刻的输入有关，而与以前的输入无关。时序电路则是指包含了记忆单元的逻辑电路，其输出不仅跟当前电路的输入有关，还和输入信号作用前电路的状态有关。 通常组合逻辑电路可以用图1.1所示结构来描述。其中，X0、X1、…、Xn 为输入信号， L0、L1、…、Lm 为输出信号。输入和输出之间的逻辑函数关系可用式1.1表示： 2、组合逻辑电路的设计方法 组合逻辑电路的设计任务是根据给定的逻辑功能，求出可实现该逻辑功能的最合理组 合电路。理解组合逻辑电路的设计概念应该分两个层次：（1）设计的电路在功能上是完整的，能够满足所有设计要求；（2）考虑到成本和设计复杂度，设计的电路应该是最简单的，设计最优化是设计人员必须努力达到的目标。 在设计组合逻辑电路时，首先需要对实际问题进行逻辑抽象，列出真值表，建立起逻辑模型；然后利用代数法或卡诺图法简化逻辑函数，找到最简或最合理的函数表达式；根据简化的逻辑函数画出逻辑图，并验证电路的功能完整性。设计过程中还应该考虑到一些实际的工程问题，如被选门电路的驱动能力、扇出系数是否足够，信号传递延时是否合乎要求等。组合电路的基本设计步骤可用图1.2来表示。 3、组合逻辑电路的特点及设计时的注意事项 ①组合逻辑电路的输出具有立即性，即输入发生变化时，输出立即变化。（实际电路中 图 1.1 组合逻辑电路框图 L0=F0(X0,X1,···Xn) · · · Lm=F0(X0,X1,···Xn) （1.1） 图 1.2 组合电路设计步骤示意图图
\ 广州大学学生实验报告 开课学院及实验室：电子信息楼410 2013年5月20日 学院 机械与电气 工程学院 年级、专 业、班 11级电气1班姓名·学号 实验课程名 称 数字电子技术实验成绩 实验项目名称； 实验二设计性实验——组合逻辑电路的设计 指导 老师 一、实验目的 1、学习组合逻辑电路的设计方法； 2、掌握使用通用逻辑器件实现逻辑电路的一般方法。 二、实验原理 使用中、小规模集成电路来设计组合电路时最常见的逻辑电路设计方法。设计的过程通常是根据 给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成 的工作。 , 组合逻辑电路的设计工作通常可按如下步骤进行。 （1）进行逻辑抽象 （2）写出逻辑函数式 （3）选定器件的类型 （4）将逻辑函数化简或变换成适当形式 （5）根据化简或变换后的逻辑函数式画出逻辑电路的连接图 （6）工艺设计 例设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。每一组信号灯由红、黄、绿3盏灯组成，如图 3-22所示。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯亮，而且只允许有一盏灯亮。而当出现其他5种 点亮状态时，电路发生故障，这是要求发出故障信号，以提醒维护人员前去修理。 { 首先进行逻辑抽象。 取红、黄、绿3盏灯的状态为输入变量，分别用R、Y、G表示，并规定灯亮时为1，不亮为0。取故 障信号为输出变量，以Z表示，并规定正常工作状态下Z=0，发生故障时Z=1。更具题意可列出表3-9 所示的逻辑真值表。 表3-9真值表 R Y G Z\ R Y G Z 000[ 1 1000 00| 1 01011 0{ 1 001101
广西大学实验报告纸 _______________________________________________________________________________ 实验内容___________________________________________指导老师 【实验名称】 组合逻辑电路的设计 【实验目的】 学习组合逻辑电路的设计与测试方法。 【设计任务】 用四-二输入与非门设计一个4人无弃权表决电路（多数赞成则提案通过）。要求：采用四-二输入与非门74LS00实现；使用的集成电路芯片种类尽可能的少。 【实验用仪器、仪表】 数字电路实验箱、万用表、74LS00。 【设计过程】 设输入为A、B、C、D，输出为L，根据要求列出真值表如下 真值表
根据真值表画卡若图如下 由卡若图得逻辑表达式 B D C
BD AC CD AB BD AC CD AB BD AC CD AB BD AC CD BD AC AB D BCD C ACD B ABD A ABC ACD BCD ABD ABC L ???=???=++=+++=?+?+?+?=+++=))(()()( 用四二输入与非门实现 A B C D L 实验逻辑电路图
Y 实验线路图
【实验步骤】 1.打开数字电路实验箱，按下总电源开关按钮。 2.观察实验箱，看本实验所用的芯片、电压接口、接地接口的位置。 3.检查芯片是否正常。芯片内的每个与非门都必须一个个地测试，以保证芯片 能正常工作。 4.检查所需导线是否正常。将单根导线一端接发光二极管，另一端接高电平。 若发光二极管亮，说明导线是正常的；若发光二极管不亮时，说明导线不导通。不导通的导线不应用于实验。 5.按实验线路图所示线路接线。 6.接好线后，按真值表的输入依次输入A、B、C、D四个信号，“1”代表输入高 电平，“0”代表输入低电平。输出端接发光二极管，若输出端发光二极管亮则说明输出高电平，对应记录输出结果为“1”；发光二极管不亮则说明输出低电平，对应记录输出结果为“0”。本实验有四个输入端则对应的组合情况有16种，将每种情况测得的实验结果记录在实验数据表格中。 测量结果见下表： 实验数据表格
组合逻辑电路中的竞 争冒险
目录 摘要 1 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 1 引言 (1) 2 竞争冒险现象及产生的原因 (1) 2.1竞争冒险现象 (1) 2.2竞争冒险现象产生的原因 (2) 2.3竞争冒险的危害 (2) 2.4竞争冒险的分类 (2) 2.4.1静态冒险 (2) 2.4.2动态冒险 (2) 3竞争冒险的判断 (2) 3.1代数法 (2) 3.2卡诺图法 (3) 3.3仿真法和实验法 (4) 3.4通过实验判断竞争冒险现象 (4) 3.4.1实验分析 (6) 3.4.2实验总结 (7) 4竞争冒险的消除方法 (7) 4.1增加冗余项法 (7) 4.2消除互补项法 (7) 4.3接入滤波电容 (7) 4.4引入选通脉冲 (8) 4.5引入封锁脉冲 (8) 4.6采用可靠性编码 (8) 4.7输出加D触发器 (8) 5实际应用中竞争冒险的敏感度问题 (8) 6总结 (8) 致谢 10 参考文献 (10)
组合逻辑电路中的竞争冒险 网络工程专业学生郭翔 指导教师吴俊华 摘要：在组合逻辑电路中，当输入信号改变状态时，输出端可能出现由于竞争冒险而产生的干扰脉冲信号，如果负载是对干扰脉冲信号十分敏感的电路，有可能引起电路的误动作，因此应该采取措施消除竞争冒险。从理论上分析了组合逻辑电路竞争冒险的产生，及其判断和消除的方法，其产生原因包括：门电路开关电平的时间差和门电路延迟时间。竞争冒险可以通过代数法、卡诺图法、仿真法和实验法进行判断，采用引入选通脉冲、引入封锁脉冲、增加冗余项、接入滤波电容等手段以消除竞争冒险。 关键词：组合逻辑电路竞争冒险干扰消除门电路 Competitive Adventure in Assembled Logical Circuit Student Majoring in Network Engineering Guo Xiang Tutor Wu Junhua Abstract: The disturbance pulse caused by competition and adventure may be emerged in the out put terminal of assembled logic circuit when the statement of input signals changes. The misact caused by the disturbance may appear if the load is very sensitive to the pulse. So the measures should be taken to eliminate the competition and adventure. The reasons of competition and adventure in assembled logic circuit are analyzed and the judging and eliminating method are provided in the paper. The interval between on/off levels in a gate circuit and the delay time of gate circuits is resulted in by competitive adventure. Competitive adventure can be detected by a circuit’s logical function, listing the truth table of circuit in sequence and testing the circuit. The methods of exerting gating pulse and blocking pulse, transforming function of a circuit, and adding redundancy product term, parallel connection capacitance at the output terminal, etc are applied to eliminate competitive adventure. Key words: Assembled logic circuit; Competition and adventure; Disturbance eliminating; Gate circuits 1引言 数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类，是电子技术的重要组成部分，掌握数字电路的基本知识是设计计算机控制系统的基础。计算机控制系统性能优劣的重要指标是其稳定性、可靠性和抗干扰性，这在很大程度上取决于构成其系统的基本部件的性能。组合逻辑电路中的门电路由于其本身的结构和工作情况，常常会发生竞争冒险现象。因此，在组合逻辑电路的分析和设计中，仅研究输入与输出之间的稳定关系是不够的，还应考虑信号在电路中传输的时延问题，事实上，信号经过任何逻辑门与导线时都会产生时间的延迟，该时间的延迟会使数字系统的操作速度下降，引起电路中波形参数变坏，产生竞争冒险现象，而竞争与冒险现象将会直接影响电路工作的可靠性和稳定性，甚至可能会导致整个数字系统的逻辑紊乱和错误动作。因此在组合逻辑电路中竞争与冒险的判别和消除对于保证电路正常工作具有至关重要的意义[1]。 2 竞争冒险现象及产生的原因 2.1竞争冒险现象
组合逻辑电路的设计 一．实验目的 1、加深理解组合逻辑电路的工作原理。 2、掌握组合逻辑电路的设计方法。 3、掌握组合逻辑电路的功能测试方法。 二．实验器材 实验室提供的芯片：74LS00与非门、74LS86异或门，74LS54与或非门，实验室提供的实验箱。 三．实验任务及要求 1、设计要求 （1）用与非门和与或非门或者异或门设计一个半加器。 （2）用与非门和与或非门或者异或门设计一个四位奇偶位判断电路。 2、实验内容 （1）测试所用芯片的逻辑功能。 （2）组装所设计的组合逻辑电路，并验证其功能是否正确。 三．实验原理及说明 1、简述组合逻辑电路的设计方法。 (1)分析实际情况是否能用逻辑变量来表示。 (2) 确定输入、输出逻辑变量并用逻辑变量字母表示，作出逻辑规定。 (3) 根据实际情况列出逻辑真值表。 (4) 根据逻辑真值表写出逻辑表达式并化简。 (5) 画出逻辑电路图，并标明使用的集成电路和相应的引脚。 (6) 根据逻辑电路图焊接电路，调试并进一步验证逻辑关系是否与实际情况相符。 2、写出实验电路的设计过程，并画出设计电路图。 (1)半加器的设计 如果不考虑有来自低位的进位将两个1位二进制数相加。 A、B是两个加数，S是相加的和，CO是向高位的进位。 逻辑表达式 S=A’B+A’B=A⊕B CO=AB (2)设计一个四位奇偶位判断电路。 当四位数中有奇数个1时输出结果为1;否则为0。 A, B, C, D 分别为校验器的四个输入端,Y时校验器的输出端
逻辑表达式 Y=AB’C’D’+A’BC’D’+A’B’C D’+A’B’C’D+A’BCD+AB’CD+ABC’D+ABCD’ =(A⊕B)⊕(C⊕D) 四．实验结果 1、列出所设计电路的MULTISM仿真分析结果。 （1）半加器的设计，1-A被加数,2-B加数,XMMI（和数S）XMM2（进位数CO） (2)设计一个四位奇偶位判断电路。
第六章几种常用的组合逻辑电路 一、填空题 1、（8-1易）组合逻辑电路的特点是：电路在任一时刻输出信号稳态值由决定（a、该时刻电路输入信号；b、信号输入前电路原状态），与无关（a、该时刻电路输入信号；b、信号输入前电路原状态），属于（a、有；b、非）记忆逻辑电路。 2、（8-2易）在数字系统中，将具有某些信息的符号变换成若干位进制代码表示，并赋予每一组代码特定的含义，这个过程叫做，能实现这种 功能的电路称为编码器。一般编码器有n个输入端，m个输出端，若输入低电平有效，则在任意时刻，只有个输入端为0，个输入端为1。对于优先编码器，当输入有多个低电平时，则。 3、（8-3易，中）译码是的逆过程，它将转换成。译码器有多个输入和多个输出端，每输入一组二进制代码，只有个输出端有效。n 个输入端最多可有个输出端。 4、（8-2易）74LS148是一个典型的优先编码器，该电路有个输入端和个输出端，因此，又称为优先编码器。 5、（8-4中）使用共阴接法的LED数码管时，“共”端应接，a~g应接输出有效的显示译码器；使用共阳接法的LED数码管时，“共”端应接，a~g应接输出有效的显示译码器，这样才能显示0~9十个数字。 6、（8-4中）译码显示电路由显示译码器、和组成。 7.（8-4易）译码器分成___________和___________两大类。 8.（8-4中）常用数字显示器有_________,_________________,____________等。 9.（8-4中）荧光数码管工作电压_______，驱动电流______，体积_____，字形清晰美观，稳定可靠，但电源功率消耗______，且机械强度_____。 10．（8-4中）辉光数码管管内充满了_________，当它们被______时，管子就发出辉光。 11.（8-4易）半导体发光二极管数码管（LED）可分成_______，_______两种接法。 12.（8-4中）发光二极管正向工作电压一般为__________。为了防止二极管过电流而损坏，使用时在每个二极管支路中应______________。 13.（8-3中）单片机系统中，片内存储容量不足需要外接存储器芯片时，可用_________作高位地址码。 14.（8-3中）数字系统中要求有一个输入端，多个数据输出端，可用_________输入端作为
电子通信与软件工程系2013-2014学年第2学期 《数字电路与逻辑设计实验》实验报告 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 班级：姓名：学号：成绩： 同组成员：姓名：学号： --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 一、实验名称：组合逻辑电路（半加器全加器及逻辑运算） 二、实验目的：1、掌握组合逻辑电路的功能调试 2、验证半加器和全加器的逻辑功能。 3、学会二进制数的运算规律。 三、实验内容： 1．组合逻辑电路功能测试。 （1）．用2片74LS00组成图所示逻辑电路。为便于接线和检查．在图中要注明芯片编号及各引脚对应的编号。 （2）．图中A、B、C接电平开关，YI，Y2接发光管电平显示． （3）。按表4。1要求，改变A、B、C的状态填表并写出Y1，Y2逻辑表达式． （4）．将运算结果与实验比较．
2．测试用异或门（74LS86）和与非门组成的半加器的逻辑功能．根据半加器的逻辑表达式可知．半加器Y是A、B的异或，而进位Z是A、B相与，故半加器可用一个集成异或门和二个与非门组成如图． （1）．在学习机上用异或门和与门接成以上电路．接电平开关S．Y、Z接电平显示．（2）．按表4．2要求改变A、B状态，填表． 3．测试全加器的逻辑功能。 （1）．写出图4．3电路的逻辑表达式。 （2）．根据逻辑表达式列真值表． （3）．根据真值表画逻辑函数S i 、Ci的卡诺图． （4）．填写表4．3各点状态 （5）．按原理图选择与非门并接线进行测试，将测试结果记入表4．4，并与上表进行比较看逻辑功能是否一致．
组合逻辑电路实验报告
图6-1：O型静态险象 如图6-1所示电路 其输出函数Z=A+A，在电路达到稳定时，即静态时，输出F 总是1。然而在输入A变化时（动态时）从图6-1（b）可见，在输出Z的某些瞬间会出现O，即当A经历1→0的变化时，Z出现窄脉冲，即电路存在静态O型险象。 进一步研究得知，对于任何复杂的按“与或”或“或与”函数式构成的组合电路中，只要能成为A+A或AA的形式，必然存在险象。为了消除此险象，可以增加校正项，前者的校正项为被赋值各变量的“乘积项”，后者的校正项为被赋值各变量的“和项”。 还可以用卡诺图的方法来判断组合电路是否存在静态险象，以及找出校正项来消除静态险象。 实验设备与器件 1．+5V直流电源 2．双踪示波器 3．连续脉冲源 4．逻辑电平开关 5．0-1指示器
（3）根据真值表画出逻辑函数Si、Ci的卡诺图 （4）按图6-5要求，选择与非门并接线，进行测试，将测试结果填入下表，并与上面真值表进行比较逻辑功能是否一致。 4．分析、测试用异或门、或非门和非门组成的全加器逻辑电路。 根据全加器的逻辑表达式
全加和Di =（Ai⊕Bi）⊕Di-1 进位Gi =（Ai⊕Bi）·Di-1+Ai·Bi 可知一位全加器可以用两个异或门和两个与门一个或门组成。（1）画出用上述门电路实现的全加器逻辑电路。 （2）按所画的原理图，选择器件，并在实验箱上接线。（3）进行逻辑功能测试，将结果填入自拟表格中，判断测试是否正确。 5．观察冒险现象 按图6-6接线，当B=1，C=1时，A输入矩形波（f=1MHZ 以上），用示波器观察Z输出波形。并用添加校正项方法消除险象。
中国石油大学现代远程教育 电工电子学课程实验报告 所属教学站：青岛直属学习中心 姓名：杜广志学号： 年级专业层次：网络16秋专升本学期： 实验时间：2016-11-05实验名称：组合逻辑电路的设计 小组合作：是○否●小组成员：杜广志 1、实验目的： 学习用门电路实现组合逻辑电路的设计和调试方法。 2、实验设备及材料： 仪器：实验箱 元件：74LS00 74LS10 3、实验原理： 1．概述 组合逻辑电路又称组合电路，组合电路的输出只决定于当时的外部输入情况，与电路过去状态无关。因此，组合电路的特点是无“记忆性”。在组成上组合电路的特点是由各种门电路连接而成，而且连接中没有反馈线存在。所以各种功能的门电路就是简单的组合逻辑电路。 组合逻辑电路的输入信号和输出信号往往不止一个，其功能描述方法通常有函数表达式、真值表、卡诺图和逻辑图等几种。 组合逻辑电路的分析与设计方法，是立足于小规模集成电路分析和设计的基本方法之一。 2．组合逻辑电路的分析方法 分析的任务是：对给定的电路求解其逻辑功能，即求出该电路的输出与输入之间的逻辑关系，通常是用逻辑式或真值表来描述，有时也加上必须的文字说明。 分析的步骤： （1）逐级写出逻辑表达式，最后得到输出逻辑变量与输入逻辑变量之间的逻辑函数式。 （2）化简。 （3）列出真值表。 （4）文字说明 上述四个步骤不是一成不变的。除第一步外，其它三步根据实际情况的要求而采用。 3．组合逻辑电路的设计方法 设计的任务是：由给定的功能要求，设计出相应的逻辑电路。 设计的步骤； （1）通过对给定问题的分析，获得真值表。 在分析中要特别注意实际问题如何抽象为几个输入变量和几个输出变量之间的逻辑关系问题，其输出变量之间是否存在约束关系，从而获得真值表或简化
实验名称：组合逻辑电路 一、实验目的 1、掌握组合逻辑电路的分析、设计方法与测试方法； 2、了解组合逻辑电路的冒险现象及消除方法。 二、实验器材 需要与非门CC4011×3，异或门CC4030×1，或门CC4071×1。 CC4011引脚图CC4030引脚图 CC4071引脚图 三、实验内容及实验电路 1、分析、测试用与非门CC4011组成的半加器的逻辑功能。列出真值表并画出卡诺图判断是否可以简化。 图1由与非门组成的半加器电路
A B S C 2、分析、测试用异或门CC4030与与非门CC4011组成的半加器逻辑电路。 图2由异或门和与非门组成的半加器电路 A B S C 3、分析、测试全加器的逻辑电路。写出实验电路的逻辑表达式，根据实验结果列出真值表与全加器的逻辑功能对比，并画出i S和i C的卡诺图。 图3由与非门组成的全加器电路 A B1 i C i S i C
4、设计、测试用异或门、与非门和或门组成的全加器逻辑电路。 全加和：()1 -⊕⊕=i i i i C B A S 进位：()i i i i i i B A C B A C ?+?⊕=-1将全加器的逻辑表达式，变换成由两个异或门，四个与非门，一个或门组成；画出全加器电路图，按所画的原理图选择器件并在实验板上连线；进行功能测试并自拟表格填写测试结果。电路图：A B 1-i C i S i C 5、观察冒险现象。按图4接线，当1==C B 时，A 输入矩形波（MHz f 1=以上），用示波器观察输出波形，并用添加冗余项的方法消除冒险现象。 图4观察冒险现象实验电路
四、实验预习要求 1、复习组合逻辑电路的分析方法。 2、复习组合逻辑电路的设计方法。 3、复习用与非门和异或门等构成半加器和全加器的工作原理。 4、复习组合电路冒险现象的种类、产生原因和如何防止。 5、根据试验任务要求，设计好实验时必要的实验线路。 五、实验报告 1、整理实验数据、图表，并对实验结果进行分析讨论。 2、总结组合逻辑电路的分析与测试方法。 3、对冒险现象进行讨论。
第五章组合逻辑电路 内容提要 【熟悉】组合逻辑电路的特点(功能、结构) 【掌握】组合逻辑电路的一般分析方法和设计方法 【熟悉】常见的五种组合逻辑电路【掌握】中规模集成组合逻辑电路的应用(扩展与实现组合逻辑函数) 【了解】组合逻辑电路中的竞争和险象一．一．网上导学 二．二．本章小结 三．三．典型例题 四．四．习题答案 网上导学 一. 一. 组合逻辑电路的特点:p123 功能：输出仅取决于该时刻的输入而与电路原状态无关(无记忆功能)； 结构(无记忆元件,无反馈环路). 二. 二. 组合逻辑电路的一般分析方法(组合逻辑电路图→求解逻辑功能): 组合逻辑电路图→列出逻辑函数表达式(迭代法,由输入逐级向后推) →求标准表达式或简化的表达式(转换或化简) →列出相应的真值表→判断电路功能。例5.2.1(异或门) P124 分析图5.3.3逻辑电路 1.1. 迭代法求输出逻辑表达式,如图： 图中,C=,D=AB,用迭代法求出电路输出逻辑表达式 F= 2.列出真值表(表5.2.1, P125) 分析真值表可知该电路是一个异或门 例2. 试分析下面电路 1.由上图可知 E=AB，D=AC，G=BC，迭代法得 F=E+D+G=AB+AC+BC 2. 列出相应的真值表 由真值表可以看出,该逻辑电路是一个三人多数表决电路。
三. 三. 组合逻辑电路的一般设计方法： 根据设计要求(要实现的逻辑功能)→画出逻辑电路图. 设计要求→列出真值表(确定输入、输出变量及它们的逻辑关系) →化简写出简化的逻辑表达式(→或转换成逻辑器件所需的表达形式)→画出逻辑图。例5.3.1(多数表决器) P125。 举例：设计一个一位加法器(半加器)电路. 1.1. 该电路有两个输入An、Bn和二个输出Sn和 , 2. 由真值表写出逻辑表达式(化简或转换,本题无) Sn=, =An*Bn 3.3. 画出逻辑图 四.组合逻辑电路中的竞争和险象：P126~P129 竞争：因门电路的传输时延而造成多路信号由于经过不同路径产生的时差现象；险象：由竞争产生的错误输出；检查(产生条件：输入存在互补变化；消除：添加冗余项. 竞争(B=0) *消除方法：参考例5.4.3(P128) 四. 四. 常见的五种组合逻辑电路：p129-p141 着重于其功能和输出与输入的对应逻辑关系. 1.1. 编码：将输入信号转换成对应的数码信号； 编码器：互斥输入，方块图、逻辑图P130 功能表见表5.5.1(P129) 优先编码，方块图、逻辑图、功能表P131； 2.2. 译码：将输入的码组翻译变换成对应的输出信号,是编码的逆过 程； 译码器：二进制译码器, 方块图、逻辑图； 功能表见表5.5.3(P133) 数字显示译码器： 功能表见表5.5.5(P133) 七段显示十进制数字 十进制数字显示p133；十进制数码显示
电子信息工程晓旭 2011117147 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掌握用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 数字电路实验箱一个 双踪示波器一部 稳压电源一部 数字多用表一个 74LS20 二4 输入与非门一片 74LS00 四2 输入与非门一片 74LS10 三3 输入与非门一片 三 .实验任务 1对74LS00,74LS20逻辑门进行功能测试。静态测试列出真值表，动态测试画出波形图，并说明测试的门电路功能是否正常。 2分析测试1.7中各个电路逻辑功能并根据测试结果写出它们的逻辑表达式。 3设计控制楼梯电灯的开关控制器。设楼上，楼下各装一个开关，要求两个开关均可以控制楼梯电灯。 4某公司设计一个优先级区分器。该公司收到有A,B,C，三类，A,类的优先级最高，B 类次之，C类最低。到达时，其对应的指示灯亮起，提醒工作人员及时处理。当不同类的同时到达时，对优先级最高的先做处理，其对应的指示灯亮，优先级低的暂不理会。按组合逻辑电路的一般设计步骤设计电路完成此功能，输入输出高低电平代表到
实验一： （1）74LS00的静态逻辑功能测试 实验器材：直流电压源，电阻，发光二极管，74LS00，与非门，开关，三极管 实验目的：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 实验过程：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真值表描述功能。 电路如图1： 图1 真值表1.1： 实验问题：与非门的引脚要连接正确，注意接地线及直流电源 实验结果：由二极管的发光情况可判断出74LS00 实现二输入与非门的功能 （2）71LS00的动态逻辑功能测试 实验器材：函数发生器，示波器，74LS00，与非门，开关，直流电压源 实验目的：测试74LS00与非门的逻辑功能 实验容：动态测试适合用于数字系统中逻辑功能的检查，测试时，电路输入串行数字
实 验 报 告 实验日期： 学 号： 姓 名： 实验名称： 常用组合逻辑电路设计 总 分： 一、实验目的 学习常用组合逻辑电路的可中和代码编写，学习并熟悉VHDL 编程思想与调试方法，掌握LPM 元件实现逻辑设计，从而完成电路设计的仿真验证和硬件验证，记录结果。 二、实验原理 VHDL 设计采用层次化的设计方法，自上向下划分系统功能并逐层细化逻辑描述。层次关系中的没一个模块可以是VHDL 描述的实体，上层VHDL 代码中实例化出各个下层子模块。 利用VHDL 语言和LPM 元件设计这两种方法方法实现两个二位数大小比较的电路，根据A 数是否大于、小于、等于B 数，相应输出端F1、F2、F3为1，设A=A2A1，B=B2B1(A2A1、B2B1表示两位二进制数)，当A2A1>B2B1时，F1为1；A2A1 port(a2,a1:in STD_LOGIC; b2,b1:in STD_LOGIC; f1,f2:buffer STD_LOGIC; f3:out STD_LOGIC); end bijiao; architecture bijiao_arch of bijiao is begin f1<=(a2 and(not b2))or(a1 and (not b1)and a2)or(a1 and (not b1)and(not b2)); f2<=((not a2)and b2)or((not a2)and(not a1)and b1)or((not a1)and b1 and b2); f3<=not(f1 or f2); end bijiao_arch; (2)波形仿真 网格大小 100ns 结束时间 2μs 功能仿真：时序仿真：输入信号00， 01，10，11 输入信号00， 01，10，11 输出信号001， 010，100 信号均为二 进制表达 输入信号00， 01，10，11
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