数字电路实验——兴湘学院机械设计及其自动化2011-10.docVIP

数字电路实验 （适用：兴湘学院2009级机械设计及其自动化专业） 2011年下学期 实验1 组合逻辑电路设计及实现 实验目的 1、掌握用SSI基本逻辑门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、功能扩展及综合应用技术； 4、学会组装和调试各种MSI组合逻辑电路。 二、组合逻辑电路设计的一般方法 1、用SSI设计组合逻辑电路 根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简逻辑电路。用SSI设计组合逻辑电路的一般步骤如图1-1所示。 用小规模集成门电路设计组合逻辑电路时，通常要先根据具体设计任务的要求列出逻辑真值表，将真值表转化为对应的逻辑函数式，再根据所选器件的类型（如“与门”、“或门”、“非门”、“与非门”等），将函数式化简并转换为合适的形式，最后根据化简的逻辑函数式，画出逻辑电路的连接图。至此，原理性设计基本完成。实际上，工程设计还必须考虑带负载能力和抗干扰问题等，这些已超出了本实验要求范围，故不予以讨论。 2、用MSI组合逻辑电路设计的原则和步骤 MSI组合逻辑电路的设计是以所用MSI个数最少、品种最少，同时MSI间的连线也最少作为最基本的原则，其设计步骤如下： 逻辑抽象，列出真值表； 写出逻辑函数表达式； 将逻辑函数化简或变换成MSI所需要形式的函数式； 画出逻辑电路图。 三、设计举例 （一）SSI设计举例 1.设计课题 设计一个监视交通灯工作状态的逻辑电路。交通灯每组信号由红、黄、绿三盏灯组成。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。若某一时刻无一盏灯亮或两盏以上同时点灯亮，则表示电路发生了故障。监视交通灯工作状态的逻辑电路的功能就是要求能检测出这一故障信号。 2.设计步骤 1）逻辑抽象。取红、黄、绿三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”，不亮时为“0”。取故障信号为输出变量，以F表示，并规定正常工作状态下F为“0”，发生故障时F为“1”。在作出以上规定后，根据题意可列出真值表如表1所示。 2）写出逻辑表达式。由真值表1-1可求得： 表1-1 真值表 R Y G F 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 3）选定器件类型。用小规模数字集成逻辑门电路：74LS00、74LS20实现。 4）化简逻辑函数。用卡诺图方法将函数化为最简“与-或”形式，并变换成“与非-与非”形式。如图1-2。 图1-2 F的卡诺图 5）根据最简“与非-与非”表达式画出逻辑电路图，如图1-3所示。 图1-3 逻辑电路图 6）实验验证。前面几步完成了基本的逻辑设计任务，但是否正确、稳定可靠，需要进行静态测试，也就是按真值表改变输入变量，测量相应的输出值，验证其逻辑功能。动态测试已超出了本实验要求，故不再赘述。 （二）MSI设计举例 用一片8-3优先编码器74LS148组成8-3二进制输出的编码器，其输出为8421BCD码。 表1-2 74LS148的功能表 输 入 输 出 ST’ I0＇I1＇ I2＇ I3＇ I4＇ I5＇ I6＇ I7＇ Y2’ Y1’ Y0’ YEX’ YS’ 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X X X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 X 0 1 1 1 1 1 1 X X 0 1 1 1 1 1 X X