《电路与电子技术仿真与实践》-吴霞-电子教案 实验3.2 组合逻辑电路设计1

实验3.2 组合逻辑电路设计1,数字电子技术实验,1.学习数字电路的集成芯片的使用方法。,一、实验目的,2.熟悉组合逻辑电路设计过程。,1.要求利用一片74LS00芯片（含有4个“与非”门）设计实现一个“异或”功能的电路。,二、实验任务,3.初步掌握利用小规模集成逻辑芯片设计组合逻辑电路的一般方法。,2.实现自备电站中发电机启停控制电路设计，电路功能为：某工厂有三个车间和一个自备电站，站内有两台发电机X和Y，Y的发电量是X的两倍，如果一个车间开工，启动X就可满足要求；如果两个车间同时开工，启动Y就可满足要求；若三个车间同时开工，则X和Y都应启动，试设计一个用“异或”门（74LS86）控制X 、“与或非”门（74LS54）及“非”门（74LS04）芯片控制Y的启停电路。,四、实验原理及步骤,“与或非”门（74LS54）芯片管脚图介绍,因为是“与或非”门，根据“或非”门的特点：有“1”出“0”、全“0”出“1”，所以对于74LS54多余的“或”门管脚必须接地处理,不能悬空，以防门被“关闭”。,对于小规模集成电路的芯片的多余输入端的处理,根据逻辑门的逻辑特点在门不被关闭时允许悬空，悬空相当于逻辑“1”。,实验箱介绍,接线以芯片管脚为准，注意插座序号与实际芯片管脚序号的区别.,常用集成门电路的特点,输入:16路白色钮子开关置“H”表示逻辑“1”,置“L”表示逻辑“0” 输出:16路发光二极管亮表示逻辑“1” ,二极管灭表示逻辑“0”,输出,型号,根据题目输入和输出要求及相互关系，进行逻辑抽象,即说明逻辑变量；,组合逻辑电路1的设计步骤：,列出真值表；,组合逻辑电路1的特点：,由小规模集成电路逻辑门芯片构成；,电路的输出只与电路当前输入有关。,逻辑抽象,输入变量：分别用A、B、C等表示,输出变量：用F、Y或题目指定符号表示,“1”：表示高电平报警，则“0”表示不报警,“0”：表示低电平报警，则“1”表示不报警,任务一：一片74LS00芯片实现“异或”功能,查管脚图，一片74LS00芯片，含有4个独立的“与非”门，要实现“异或”功能必须化简成4个“与非”门的组合来实现。,真值表,化简过程和逻辑表达式,逻辑电路,输入变量：A、B、C（分别表示三盏灯）,列真值表,逻辑抽象,举例：设计一个照明工作状态的逻辑电路,电路由 红、黄、绿三盏灯组成。正常工作时，只允许有一盏灯点亮；在其它的点亮状态时要求发出故障信号。(用“与或非”门74LS54和“非”门74LS04实现）,写出输出 F 的最小项的表达式，用公式法或卡诺图化简成满足给定的芯片的逻辑表达式。,用卡诺图化简,化简过程和逻辑表达式,用“与或非”门(74LS54) 实现,因为74LS54的表达式是：,它是由4个“与”门，经“或非”后输出的,用“与或非”门(74LS54 )及“非”门(74LS04)实现的F：,Y,逻辑电路,1.用万用表 档、电阻2K挡或将导线连接+5V电源与输出发光二极管等方法检查导线导通情况，当万用表发出蜂鸣声、阻值示数约为0或发光二极管亮时,均表示导线导通。,3.在实验时，对于小规模集成电路的芯片的多余输入端在门不被关闭时允许悬空，悬空相当于逻辑“1”。,2.根据给定芯片的管脚图，电源均按+5V和地接入(注意不要接反)。按照设计好的逻辑电路图连接电路,输入接白色钮子开关，输出接发光二极管，控制输入开关，验证真值表，观察表示输出“1”的发光二极管的亮灯情况。,4.用万用表20V挡测量任务一、二的输入、输出电位(即输入、输出在逻辑“0”和“1”时对地电压，正常的电压值范围前面已介绍)。,任务一电位测试,任务二电位测试,5. A接低电平，B接高电平，C接1kHz脉冲，记录输入C与输出Y的波形。示波器的电压衰减置2V/每格(可利用真值表中得到理论上的C与Y的波形加以核对)。,在验证真值表时，如某个输出状态出错，可在该状态下，用万用表的直流电压20V挡从输入端一级一级向后逐级测量各门的输出电位，校验门的输入输出逻辑关系，不符合门的逻辑特点话，则该门电路为故障，即该芯片故障。,五、实验报告要求,2.完成任务一、二电位测试表格。,4.根据测试数据，得出结论。完成思考题。,1.按组合逻辑电路1的设计步骤设计实验电路，并写出详细设计过程和操作步骤。,3. 记录输入C与输出Y的波形。(A接低电平，B接高电平，C接1kHz脉冲),六、注意事项,注意通常电源均按+5V和地接入，每个芯片都需接入一对电源，为防止遗漏，可把它定为接线的第一步。注意电源不要接反，否则会烧坏芯片。,因为扩展箱与主箱间没有电的连接，所以扩展箱上的每个芯片电源需通过主箱电源(+5V和地)接入。,TTL集成块输出不允许并联(“线与”)使用(集电极开路门(OC门)和三态门电路除外)。否则会使电路逻辑功能混乱，严重时串联形成大电流会导致器件损坏。,不可在接通电源的情况下插入或拔出芯片。,注意一定要先查导线，再开始接线。,观察输入和输出波形时，一定要把示波器的的耦合方式置“DC”。CH1、CH2电压衰减可置2V/每格。,加入输入波形时，可利用实验箱内左下角的脉冲源得到输入波形。但要使该脉冲源工作，必须接入+5V电源。如果脉冲源坏了，可用信号发生器“TTL/CMOS”电平端口送出脉冲信号。注意仪器共地。,