组合逻辑电路仿真.docx

组合逻辑电路仿真一、 组合逻辑电路的分析本次仿真实验要求对两个问题进行仿真模拟：1、设计一个四人表决电路， 在三人以上同意时灯亮，否则灯灭并要求采用与非门实现2、设计一个 4 位 二进制码数据范围指示器，要求能够区分0SXS4、5SXS9、10SXS15三种情况， 同样要求采用与非门实现下面先对两个问题进行逻辑化分析1、四人表决电路在本问题中，很容易就可以看出问题的核心在于 “四个人的表决意见决定灯 的亮与灭”所以该问题的输入变量是四个人的表决意见，输出变量为灯的亮灭 以 A、 B、 C、 D 分别表示四个人的意见为“同意”，以它们的非表示“不同意”而以 F 来表示灯处于“亮”的状态则“三人以上同意时灯亮，否则灯灭”可以很容易的 用以下逻辑表达式来表示：为了将其简化，可以画出它的卡诺图如下：再对其去两次非并利用摩根定律就可以得到与非式如下：这就是第一个问题的逻辑转化2、 4 位二进制码数据范围指示器四位二进制码可以表示十进制下的0到15这十六个数，按照0SXS4、5SXS9、10SXS15分为三组分别用三个灯的亮灭来代表输入的二进制码属于其 中的哪一组同上例，采用A、B、C、D取0或1依次表示这四位二进制码的从 高到低位的取值（例如：A=0, B=1，C=0, D=0表示四位二进制码0100）。

则对于 第一组来说，共有5 个四位二进制码包含在其中，用卡诺图表示如下：XCDAB、、00011110001111011000110000100000化简即得：同理，也有5 个数包含在第二组中，卡诺图如下：CDAB^X^00011110000000010111110000101100化简即得：第三组包含了 6 个数，卡诺图如下：\cDAB^x00011110000000010000111111100011化简即得：对以上三个式子都去两次非并利用摩根定律可得：这样就完成了第二个问题的逻辑转化二、 组合逻辑图及模拟结果1、本问题的输出量只有一个，表达式也已经表示成了与非式，因此，其逻辑图可以很容易的通过 Multisim 软件模拟画出，如下：这里我用了 4 个开关来作为四个输入变量的控制量，即第 n 个开关“开”表 示第 n 个人“同意”；用灯泡的亮灭来代表输出（题目中要求三人以上同意时灯 亮）；则应有三个以上开关闭合时灯亮，否则灯灭可能的输入情况有：0000、 0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、 1101、1110、1111 共 16 种情况，可能情况比较多下面就不把模拟结果做一一展 示了，只选取其中有代表性的四种情况进行展示。

模拟情况如下：1） 四个开关都断开，表示四人都不同意，灯灭2） 只有开关 B 闭合，表示只有 B 一个人同意，灯灭3）有两个开关（A、C）闭合，表示A、C两个人同意，灯灭4）有三个开关（A、B、D）闭合，表示A、B、D三个人同意，灯亮可以发现，输入变量为A、B、C、D,但是在后面的逻辑运算中它们的“非” 都用到了，也就是第一步我们要得到这四个变量的非然后再进行后面的与非运 算三个输出变量的状态也可以用三个灯泡来表示，这里采用了三个颜色不同的 灯泡用以区分到这里，逻辑图就可以很容易的用Multisim软件模拟出来：74USOOP：X3::U2A：:U與頃帅D：-U3A-- 二::U4A::了d 銅 D： 二74 LS 1S&：U3B ①74LSC0D其中，最上面的XI灯泡亮时，表示输入数字在0SXS4范围内，X2亮时表 示输入数字在5

74LSflt)D«3.T1LS0QDT4 LSOO D74L.S1OD U4AU3B：Q::::二丁倔即口:::::uip::::~~E>—T4U54TOD--:::::::::制⑶沁:U?A：::T41SOPP：；：：：：:U1B：::::T4USWP池測2T4LS1DD丁4戎阿丄U3A -2） 5<8<9,灯泡X2亮，其它灭xzT4L.SWD-74LSM1DUSA 乜 74LS1D&： ：;U4A：：74LB1D&：P：2；5VT4LSOOD柑g血:::::■T1LS0QD灯泡 X3 亮，其它灭3) 10<15<15，:::刊她b ::-''T4L300D'''T4L3WP：::74LSTOD'--三、 电路功能情况 两个问题中的符号表示都与上面模拟中保持相同，则电路功能情况可以用如 下的功能表（真值表）来表示：第一个问题的功能表如下：第二个问题的功能表如下：四、 电路的优化在上面对第二个问题的分析和模拟的过程中，可以很明显的发现“三个灯泡始终有且仅有一个是亮着的”，根据这一特点并考虑到电路输出其实只有三个状态（若果用二进制数表示只需两位），所以可以对电路进行简化简化的方法可以用如下的表格来表示：XFlF2F30

所以可以删去原先电路中的一个灯泡为使电路 中用到的门个数达到最少，可以删掉电路中与X2相连的那一系列电路（这一系模拟结果变为1） 0<4<42) 5<8<9MLS1B D74LSOTD'1\LSOflDKay= A U1B ■I I I I I I I ■ I ■■ ■ ■ I I ■ I ■ I ■ I I I I ■ I I I I I74L&OE::T4Lmp：74L5frflp:T41HPP3) 10<15<15相应的功能表也发生变化：ABC000000001001010010011011100100101101110110111111DF1F3010110010110010100000100000100001101001101001101五、 组合逻辑电路采用的元器件本实验要求只采用与非门来实现电路功能，而由第一部分的分析可以看出， 全部电路只涉及到两输入与非门、三输入与非门、四输入与非门以及非门而非 门又可以通过与非门的输入端输入相同变量来实现非门的功能，故而本实验可以只由这三种与非门来实现所采用的元器件自然选择集成了 4 个两输入与非门的 74LS00、集成了 3个三输入与非门的74LS10和集成了 2个四输入与非门的74LS20 芯片。

74LS00 芯片的引脚逻辑图如下：74LS10芯片的引脚逻辑图如下:图中的匸广表示的是三输入的与非门（国际标准）74LS20芯片的引脚逻辑图如下：Vcc14RI1110 98112J U .45 &7GND同样，图中的— 表示的是四输入的与非门（国际标准）在第一个问题中，从模拟的电路图来看，三输入与非门用到了四个，四输入 与非门用到了 1个，根据74LS10和74LS20芯片的引脚图，可以确定实现这个电 路功能需要2个74LS10和1个74LS20在第二个问题中，从优化后的模拟电路图来看，必须用到的两输入与非门有 5个，必须用到的三输入与非门有1 个，还有四个非门可以用任意一种与非门实 现根据 74LS00 和 74LS10 芯片的引脚图，可以确定实现这个电路功能需要 2 个74LS00和1个74LS10具体的接线图可以根据逻辑图自由发挥，这里就不再 详述了。