,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.掌握,“,门,”,的控制作用。,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。,数字电路实验箱,(,74LS00,、,74LS86,、,74LS54,、,74LS04,数字集成芯片、脉冲源,),、数字万用表、示波器、导线。,三、实验设备,(a),外封装图,左边一个半圆小缺口，管脚顺序是从左下脚逆时针数起。输入一般用,A,、,B,、,C,表示,输出用,Y,、,F,表示,(,管脚,3,和,11,),是空脚,表示该引出线没有使用。,(b),双,4,输入,“,与非,”,门引脚图,74LS20,四、实验原理,24P,管脚插座,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,.,AB,F,=1,名称,表达式,逻辑符号,特,点,“,非,”,门,Y,有,“,0,”,出,“,1,”,有,“,1,”,出,“,0,”,“,或非,”,门,Y,A,+,B,有,“,1,”,出,“,0,”,全,“,0,”,出,“,1,”,“,与非,”,门,YA,B,有,“,0,”,出,“,1,”,全,“,1,”,出,“,0,”,“,异或,”,门,Y,A,B,相同出,“,0,”,不同出,“,1,”,常用集成门电路的特点,门的控制作用,门电路在使用中常将某一输入端作为控制端，使该门始终处于,“,开启,”,或,“,关闭,”,状态。在集成电路中，经常利用控制端来选通整个芯片，称为选通端，或称使能端，记作EN（Enable）。,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；,用逻辑符号画出该逻辑表达式的逻辑电路图。,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。,写出最小项。用公式法或卡诺图化简，写出满足给定的芯片的逻辑表达式；,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,根据题意,“,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,假设,“,1,”,：表示,“,0,”,：,表示,“,1,”,：,表示,可用实验箱发光二极管作报警信号指示,输出发光二极管公共端接地共阴极回路，高电平有效,输入电路,输入,:,白色钮子开关置,“,H,”,表示逻辑,“,1,”,置,“,L,”,表示逻辑,“,0,”,输出,:,发光二极管,亮,表示逻辑,“,1,”,二极管,灭,表示逻辑,“,0,”,输出电路,输入,(,白色钮子开关,),“,0,”,:,U,iL,=0.0V,0.02V,“,1,”,:,U,iH,5V,逻辑电位,“,0,”,:,U,OL,=0.0V,0.4V,“,1,”,:,U,OH,=2.4V,3.6V,TTL:,CMOS:,“,0,”,:,U,OL,=0.0V,0.25V,“,1,”,:,U,OH,4.5,V(,接,5V,电源,时,),输出,TTL,:74LSXX,74,XX,74H,XX,74S,XX,电源,Vcc:,接,5V,GND:,接地,CMOS,:74HC,CCXXXX,V,DD,:3,18V,(,可接,5V,),V,SS,:,接地,电源,型号,任务一：一片,74LS00,芯片实现,“,异或,”,功能,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。,A B,F,0 0,0 1,1 0,1 1,0,1,1,0,真值表,逻辑电路,根据真值表写出最小项：,根据最小项,用公式法或卡诺图化简,至给定芯片,逻辑,表达式（用一片,“,与非,”,门实现）：,输入变量：,A,、,B,、,C,（分别表示三盏灯）,假设,“,0,”,：,表示不亮灯,“,1,”,：,表示亮灯,列真值表,逻辑抽象,设计举例,：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。(要求用,“,与或非,”,门,74LS54,和,“,非,”,门,74LS04,实现）,输出变量：用,F,表示,“,1,”,：,表示报警,用发光二极管,“,0,”,：,表示正常,用发光二极管,假设,用卡诺图化简,根据真值表写出最小项：,根据最小项,化简,至给定芯片,逻辑,表达式（用,“,与或非,”,门和,“,非,”,门实现）：,“,与或非,”,门（,74LS54,）芯片管脚图介绍,“,与或非,”,门的特点与,“,或非,”,门相同：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,”,。,它是由,4,个,“,与,”,门，经,“,或非,”,后输出的,用,“,与或非,”,门,(,74LS54),实现,因为,74LS54,的表达式是：,所以多出的一个,“,与,”,门,为了满足,“,或非,”,门不被关闭，必须将它接地处理。,对于,“,与,”,门中多出的输入端，为了满足门不被关闭,可接,“,1,”,处理或悬空处理。,对照,F,逻辑表达式(,3,个,“,与,”,门经,“,或非,”,后输出)：,Y,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,”,。,所以用,“,与或非,”,门(,74LS54),及,“,非,”,门(,74LS04,)实现的,F,：,Y=AB BC AC,即,：,+,+,输出,为什么,?,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。,五,、实验,步骤,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,),。,V,A,V,B,V,F,逻辑状态,0,0,电位,(V),逻辑状态,0,1,电位,(V),逻辑状态,1,0,电位,(V),逻辑状态,1,1,电位,(V),任务一电位测试,任务二电位测试,A,B,C,X,Y,逻辑状态,0,0,0,0,0,电位,逻辑状态,0,0,1,1,0,电位,逻辑状态,0,1,0,1,0,电位,逻辑状态,0,1,1,0,1,电位,逻辑状态,1,0,0,1,0,电位,逻辑状态,1,0,1,0,1,电位,逻辑状态,1,1,0,0,1,电位,逻辑状态,1,1,1,1,1,电位,86,实现,X,分别用,54,、,00,实现,Y,5.,A,接低电平，,B,作,控制端,，,C,接1kHz脉冲，,定量,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。,故障检查,六,、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.,定量,记录输入,C,与输出,Y,的波形。(,A,接低电平，,B,作,控制端,，,C,接1kHz脉冲),七、注意事项,每个芯片都需接入一对电源，按,+5V,和,地,接入,。,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。,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。,86芯片在扩展箱上，,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,+5V,和,地,电源接入。,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。,加入输入波形时，可利用主箱最下面的脉冲源得到输入波形。但要使该脉冲源工作，必须接入,+5V,电源打开。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。,八、补充思考题,1、,“,与非,”,门一个输入端接连续脉冲，其余端在什么状态时允许脉冲通过？其余端在什么状态时禁止脉冲通过？,2、是否所有的逻辑门多余的输入端都可以,“,悬空,”,？,3、门的逻辑功能与门的控制作用有何不同？,4、为什么逻辑门的输出端不能并联(,“,线与,”,)使用？哪些门允许,“,线与,”,？,5、在利用小规模芯片进行逻辑设计时，是否一定要将逻辑关系化成最简形式？为什么？,