实验三 组合逻辑电路的设计与测试
一、实验目的
掌握组合逻辑电路的设计与测试方法。
二、实验原理
1. 使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路设计方法。设计组合
电路的一般步骤是：
（1）根据设计任务的要求，画出真值表；
（2）用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式；
（3）根据逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成电路； （4）最后，用实验来验证设计的正确性。 2. 组合逻辑电路设计举例
用“与非”门设计一个表决电路。当四个输入端中有三个或四个为“1”时，输出端才为“1”。设计步骤：根据题意列出真值表如表1所示，再填入卡诺图表2中。
表1 真值表
D A B C Z
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 表2 卡诺图
DA 00 01 11 10 BC 00 01 11 10 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0
卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式 Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD
=ABC?BCD?ACD?ABD 最后“与非门”构成的逻辑电路如图1所示。
图1 表决电路逻辑图
三、实验设备与器材
1、数字电路实验箱 3、万用表 5、74LS20×2
2、双踪示波器 4、74LS00×3 6、74LS04×1
四、实验内容
1． 设计四人无弃权表决电路（多数赞成则提案通过）本设计要求用二输入与非门实现。要求按本文所述的设计步骤进行，直到测试电路逻辑功能符合设计要求为止。
Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD =ABC?BCD?ACD?ABD
对以上表达式进一步变换，转换成用二输入与非门实现。
表达式1：Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD＝B(AC＋CD) ＋A(CD＋BD)
＝
表达式2：Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD＝AABC＋DBCD＋CACD＋BABD
＝
2． 设计保险箱的数字代码锁，该锁有规定的4位代码A、B、C、D的输入端和一个开箱钥匙孔信号E的输入端，锁的代码由实验者自编（例如1001）。 当用钥匙开箱时（E=1），如果输入代码符合该锁设定的代码，保险箱被打开（Z1＝1），如果不符，电路将发出报警信号（Z2=1）。要求使用最少的与非门来实现，检测并记录实验结果。
[提示：实验时锁被打开，用实验箱上的继电器吸合与LED发光二极管点亮表示；在末按规定按下开关键时，防盗蜂鸣器响]。
真值表如下 E A 0 × 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B × 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 C × 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 D × 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Z1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 Z2 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1
3． 设计对两个两位无符号的二进制数进行比较的电路；根据第一个数是大于、等于、小于第二个数，使相应的三个输出端中的一个输出为“1”。
X、Y、Z分别表示大于、等于、小于
画三个卡诺图，列三个逻辑表达式，再变换逻辑表达式，画出逻辑图
真值表如下 A1 A2 B1 B2 X Y Z 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 五、实验预习要求
根据实验任务要求设计组合电路，并根据所给的标准器件画出逻辑图。
六、实验报告
1． 列写实验任务的设计过程，画出设计的电路图。 2． 对所设计的电路进行实验测试，记录测试结果。 3． 组合电路设计体会。