**大学信息学院2019年至2020年下学期 《数字电路与逻辑设计实验》实验报告 实验名称：组合逻辑电路教师：

　学号：xxxxxxxxx姓名：

　 序号：

　 33

　 上课日期：2020.4.11班级：周六三四节 一、 实验器材（芯片类型及数量） 芯片类型数量 QuartusII实验平台1台 7454芯片1片 四2输入与或非门74LS28芯片1片 四2输入与非门74LS00芯片10片 注释： 其中九片四2输入与非门74LS00芯片用于实验一，一片四2输入与非门74LS00芯片和其余器件用于实验二。 二、 实验原理 数字电路按逻辑功能和电路结构的不同特点，可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。组合逻辑电路是根据给定的逻辑问题，设计出能实现逻辑功能的电路。用小规模集成电路实现组合逻辑电路，要求是使用的芯片最少，连线最少。一般设计步骤如下： 　　1、首先根据实际情况确定输入变量、输出变量的个数，列出逻辑真值表。 　　2、根据真值表，一般采用卡诺图进行化简，得出逻辑表达式。 　　3、如果已对器件类型有所规定或限制，则应将函数表达式变换成与器件类型相适应的形式。 　　4、根据化简或变换后的逻辑表达式，画出逻辑电路。 　　5、根据逻辑电路图，查找所用集成器件的管脚图，将管脚号标在电路图上，再接线验证。 三、 实验内容及原理图 1. Analysis of Combinatorial Logic Circuits（组合逻辑电路分析） Aim: To get the logical function of the digital circuit（目的:得到数字电路的逻辑功能） • Step 1 get the logical function of the digital circuit（步骤1得到数字电路的逻辑功能） • Get the logical expression step by step from the input to the output.（从输入到输出，一步一步地获取逻辑表达式） • Simplified the logical expression（简化逻辑表达式） • Filled the truth table（填写真值表） • Summarized the function of the circuit（总结该电路的功能） • Step 2 Test and verify if your analysis are correct.（步骤2测试和验证您的分析是否正确） • Select the chip model and draw the circuit diagram;（选择芯片型号并绘制电路图） • Realize the circuit.（实现电路） 1) Basic task: Analyze the logical functions of the following circuit（基本任务:分析下列电路的逻辑功能） 2) High level task: Realizing the logical function of Full Adder by and-or-invert gate (7454) and nand gate.（高级任务:通过异或门、与或非门(7454)和与非门实现全加法器的逻辑功能。） Y=AB+CDE+FGH+IJ

　四、实验数据记录（真值表/时序波形图/状态转换图） 1. l 得到数字电路的逻辑功能 AB·A

　AB·B

　AB

　（1）分析每一级的逻辑表达式并化简： 因为： Y=AiBi·Ai·AiBi·Bi=AiBi·Ai+AiBi·Bi=（Ai+Bi）Ai+（Ai+Bi）Bi=AiBi+AiBi=AiÅBi X1=YCi-1=AiÅBi·Ci-1 所以： Ci=Xi·AiBi=Xi·AiBi=(AiÅBi)Ci-1·AiBi= (AiÅBi)Ci-1+AiBi 因为： 图中红框中的两部分结构相同，只是右边红框的一个输入从Bi变成了Ci-1，且Y= AiÅBi 所以： Si=( AiÅBi)ÅCi

　（2）列出真值表

　 （3）总结该电路的功能 观察真值表可知该逻辑电路的功能是：一位全加器 Ai和Bi分别为加数和被加数； Ci-1为低位向本位的进位； Si为本位和； Ci为本位向高位的进位。 l 测试和验证 （1）选择芯片型号并绘制电路图

　（2）电路的仿真实现

　结论：时序波形图与真值表表现得信息是匹配的，故验证成功！

　2. l 设计分析 由上题得： Si=( AiÅBi)ÅCi Ci=Xi·AiBi=Xi·AiBi=(AiÅBi)Ci-1·AiBi= (AiÅBi)Ci-1+AiBi 考虑到由异或门、与或非门(7454)和与非门三种逻辑门实现逻辑功能 因为：Si=( AiÅBi)ÅCi表达式中不含上述三种逻辑门电路以外的电路 故：Si=( AiÅBi)ÅCi 所以：Si由两个异或门实现 因为：将Ci= (AiÅBi)Ci-1+AiBi变换为符合上述三种逻辑门电路的形式为：Ci=(AiÅBi)Ci-1+AiBi 所以：Ci由一个异或门，一个与或非门和一个异或门实现 Y=AB+CDE+FGH+IJ

　 此时：(AiÅBi)相当于上式的A; Ci-1相当于上式的B;

　 Ai相当于上式的I； Bi相当于上式J。 使CDE项和FGH项均为低电位 其中可向与非逻辑门的输入输出同时输入(AiÅBi)Ci-1+AiBi或是一个输入端输入 (AiÅBi)Ci-1+AiBi，另一个输入端接高电平以实现最后的取反功能，此次实验中，选用第一种方法。 l 测试和验证 （1） 选择芯片型号并绘制电路图

　（2） 电路的仿真实现

　（3） 真值表

　结论：此时序波形图和真值表分别于与题1的时序波形图和真值表相同，故验证成功！ 五、总结 ü 由时序波形图可知，此电路存在逻辑竞争，但不存在冒险，不会对功能产生影响。 ü 此题中四2输入与非门74LS00芯片有多种接法，如：(AiÅBi)接A； Ci-1接B；

　Ai接C；

　Bi接D；

　E接高电平； 使FGH项和IJ项为低电平。 ü 通过本次实验学会了推断逻辑电路功能的步骤方法。 ü 学会了在限定的逻辑门组合下进行逻辑表达式的变形以达到实验要求。 ü 学会了绘制电路图时对元器件的合理放置。 ü 对QuartusII的使用更加熟练。 ü 编译哪个.bdf文件，.vwf文件里才能添加对应.bdf文件里的变量，应注意对应关系。