用ssi设计组合电路实验报告.docx

用ssi设计组合电路实验报告 　　数电实验实验报告　　XX级通信工程专业3班姓名汪冰滢学号日期XX年4月2日　　3组合电路应用实验　　用小规模集成电路进行组合逻辑电路设计实验　　1.实验目的　　掌握用小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法。用实验验证所设计电路的逻辑功能。2．实验原理　　数字逻辑电路根据逻辑功能的不同特点分为两大类，一类叫做组合逻辑电路，另一类是时序逻辑电路。　　组合逻辑电路任何时刻的输出仅取决于该时刻的输入信号，而与这一时刻输入信号作用前电路原来的状态没有任何关系。　　根据实际给出的逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最佳逻辑电路，这就是组合逻辑电路设计所要完成的任务。由小规模集成电路构成组合逻辑电路设计一般可分为以下5个步骤进行：　　分析任务要求，确定输入和输出变量之间的逻辑关系，列出真值表。根据真值表，写出逻辑表达式，并用布尔代数法或卡诺图法化简，得出最简的逻辑　　函数表达式。　　按化简后的逻辑表达式，对照真值表进行功能检查，以确定所设计的电路是否符合要求。　　按照具体情况对化简后的逻辑表达式进行整理，具体可能是：①从尽可能简单的角度来考虑选用元器件。　　②设计任务中规定了所用的电路类型，如规定用与非门、或非门、与或非门等。　　③从经济角度考虑选用价格便宜的元件或利用现有的元件来构成电路。选用元件时，可以用同类型号的元件来实现相同的逻辑功能。对于小规模器件来说，应充分利用每个门的扇入系数，力求用最少量的门获得最佳效果。组合逻辑电路设计的步骤也可用如图所示的框图来描述。　　图3–1–1组合逻辑电路设计过程框图　　上图中的逻辑化简，是组合逻辑电路设计步骤中较重要的一步。为了确保逻辑电路结构简单以及使用器件较少，通常要求尽可能简化逻辑表达式，还要根据实际情况，使电路结构达到最佳。　　前面几步只是完成了基本的逻辑设计任务，至于设计功能是否正确，电路是否稳定可靠，还需进行静态测试。也就是说根据真值表来改变输入变量，测出对应的输出值，验证电路的逻辑功能。下面通过一个例子说明组合逻辑电路设计过程。　　例如，要求设计一个组合逻辑电路，将8421BCD码变换为余3码。①根据题意，列出真值表。　　这是一个码制变换问题。由于都是BCD码，因此它是一个四输入、四输出的逻辑函数。根据两种代码的编码关系，列出真值表如表3–1–1所示。　　表3–1–1代码转换电路真值表　　②选择实验器件，写出逻辑函数表达式。　　由于设计要求没有具体指定采用哪一种逻辑门电路，因此可以从门电路的种类、数量、速度等方面综合考虑，选择最佳的设计方案。首先根据代码转换真值表，化简后得出最简与或表达式。然后根据电路成本和信号处理速度两个指标变换函数式。变换的原则是应尽量利用公共项以减少逻辑门的数量和类别，同时要设法减少逻辑门的级数以减少信号传输延迟时间，以此得到最佳逻辑函数式。该电路的化简过程如下：　　用卡诺图对逻辑函数进行化简如图3–1–2所示，即采用圈圈合并最小项的方法。函数化简后乘积项的数目等于合并圈的数目，每个乘积项所含变量因子的大小，取决于合并圈的数目，每个合并圈应尽可能的扩大。化简后各输出的逻辑表达式为　　图3–1–2表3–1–1对应的卡诺图　　③画出逻辑电路原理图。　　该电路采用了三种门电路，输入至输出的信号传输时间为两级门的延迟，速度相对较快。逻辑电路图如图3–1–3所示。　　图3–1–3代码转换逻辑电路原理图　　3．实验预习要求　　复习用SSI进行组合逻辑电路设计的相关内容。　　根据实际任务要求，从设计过程到电路图实现,设计组合逻辑电路。制定测试方法和步骤。4．实验内容　　(1)使用若干与非门和异或门设计一个一位二进制全加器或全减器。　　(2)设计代码转换电路(3)如果将旅客列车分为特快、直快和慢车，它们的优先顺序为特快、直快和　　慢车，在同一时刻只能有一趟列车从车站开出，即只能给出一个开出信号。请设计一个满足上述要求的排队电路。(4)设计一个保险箱用的4位代码锁。该锁有A，B，C，D的输入端及一个开箱　　钥匙孔信号ON的输入端，当开箱时，若输入的代码与设定的代码相同，保险箱就打开；若代码不符，电路就发出报警信号。①写出设计步骤，要求使用最佳设计方案来实现。②连接实验电路并检测逻辑功能是否符合设计要求。注：　　设计时要把控制要求抽象为二值逻辑命题，以确定输入、输出变量以及它们的逻辑关系。　　在实验进行中，插拔集成芯片或改变电路连接线时，一定要切断电源，否则集成芯片容易受到较大感应或电冲击，从而导致损坏。　　实验电路中的连接线长度要尽可能短，其目的是防止噪声干扰及减少传输时间。5．实验设备与器材　　数字逻辑实验箱一台双列直插式集成电路74LS00，74LS10，74LS20