实验03-MSI组合逻辑模块应用.doc

实验三 MSI组合逻辑芯片的应用 一、实验目的 1.进一步熟悉组合逻辑电路的设计流程方法、步骤； 2.学会应用MSI组合逻辑芯片来设计符合要求的逻辑电路； 3.进一步熟悉组合逻辑电路的测试方法、功能验证及冒险消除方法； 4.进一步熟悉使用Multisim仿真软件辅助设计电路。 二、实验任务（建议学时：2学时） 基本实验任务(任选两个完成) 1.三个开关控制一盏灯。（用一片74LS86和两片74LS00完成设计） 设计一个三室一厅卫生间照明控制电路，要求分别安装在三个卧室的开关A、B、C都能独立控制灯Y的亮、灭。（用一片74LS11和一片74LS04完成设计） 2.设计一个四人表决器。（用两片74LS08和一片74LS32完成设计） 当对表决事件表示同意的人数≥3人时表决有效，指示灯点亮。 3.设计一个用电超载报警电路。（用两片74LS00完成设计） 现有三个用电设备，其电功率分别为200W、350W、300W。要求当总用电量超过500W时报警灯立即点亮。 4.设计一个水泵控制电路。（用一片74LS04和两片74LS00完成设计） 有一水箱有大小两台水泵ML和MS供水，如图2-1所示。水箱中设置了3个水位检测元件Ａ、Ｂ、Ｃ。水位低于检测元件时，检测元件给出高电平；水面高于检测元件时，检测元件给出低电平。现要求当水位超过Ｃ点时两水泵停止工作；水位低于Ｃ点而高于Ｂ点时MS单独工作；水位低于Ｂ点而高于Ａ点时ML单独工作；水位低于Ａ点时ML和MS同时工作。 图2-1 扩展实验任务（电类本科生必做，任选一个） 1.设计一个交通灯工作状态监视电路。（用一片74LS04和两片74LS00完成设计） 路口红、绿、黄三种颜色交通灯分别表示车辆“停止”、“通行”、“缓行”三种行车状态。正常情况下，任何时刻同一方向有且只有一盏灯被点亮，且不能全灭，否则被认为交通灯系统发生故障。一旦系统发生故障，要求点亮“交通灯工作状态”报警灯。 2.设计一个4位数字密码锁。（用74LS11和74LS04各一片完成设计） 该锁具有ＡＢＣＤ四个输入端和一个开锁控制信号输入端Ｅ，开锁代码自定义（如0101）。当ＡＢＣＤ四个输入代码与自定义的开锁代码一致时，按下开锁键(Ｅ=１)，锁打开(Ｙ=１)；否则电路发出报警信号(Ｚ=１)。 三、实验原理 1．组合逻辑电路的特点：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。 2．组合逻辑电路的设计：是根据实际问题的逻辑关系，设计出能够实现相应功能的逻辑电路。组合逻辑电路设计的一般方法和步骤（流程如图2-2所示）： 1）对实际问题进行逻辑抽象，定义输入、输出逻辑变量（定义时应注意：①只有具有二值性的命题才能定义输入或输出逻辑变量；②逻辑变量取1值的含义必须表达清楚）； 2）列写真值表； 3）进行逻辑化简、变换(逻辑代数或卡诺图)并写出逻辑表达式； 4）画出逻辑图； 5）逻辑功能验证，如不符合要求，则需要对1）—4）步进行检查和调整，直至实现要求的逻辑功能。 需要说明的是：组合逻辑电路的设计通常是假定所有逻辑器件对信号的传递不产生延迟的情况下进行的。但实际上信号在导线和器件中传递时都会存在延迟现象，延迟时间长短与器件的工艺水平、器件规模的大小、电路布局、布线长短（高速数字电路中元件布局、布线工艺对信号的延迟影响特别显著）等众多因素相关。按照理想情况下设计出来的组合逻辑电路有可能会出现冒险现象，这会直接影响电路逻辑功能的可靠性和稳定性，应针对冒险现象采取相应措施予以消除。 3．判断组合逻辑电路中是否存在冒险现象的方法一般有： 1）逻辑代数法：一般输出端的逻辑状态函数在一定条件下若能够简化为F=A+A＇或者F=A?A＇的形式，则可断定电路存在冒险现象。 2）逐级真值表法：若单输入变量的大规模电路，采用逐级列出电路真值表，并找出那些门的输入信号会发生竞争，再判断是否会在电路的输出端产生干扰脉冲。这种方法只适用于输入变量为一个的情况，其局限性很大。 3）卡诺图法：在多个输入变量的情况下，判断两个以上的变量同时改变时，电路是否存在冒险现象。方法是：将逻辑函数化为最小项之和的形式，得出该逻辑函数卡诺图。若卡诺图中存在两个相切但不想交的圈（可以是“1”构成的圈，也可以是“0”构成的圈），则电路会产生冒险现象。 4．组合逻辑电路的测试方法分静态和动态测试。 静态测试：指根据真值表依次改变各输入变量，观察其输出状态变化情况是否与真值表一致。 动态测试：指各输入端接入规定的脉冲信号，用示波器观察各输出端信号，分析是否存在干扰脉冲（冒险现象），电路的逻辑功能是否与真值表一致。 5．当设计出一个组合电路，安装后应首先进行静态测试，也就是用逻辑开关按真值表依次改变输入量，验证其逻辑功能。然后再进行