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数字电子技术实验数字电子技术实验 实验3.2 组合逻辑电路设计1 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。 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”。 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. A B 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 YA+B 有“1”出 “0” 全“0”出 “1” “与非” 门 YAB 有“0”出 “1” 全“1”出 “0” “异或” 门 YAB 相同出“0” 不同出“1” 常用集成门电路的特点 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: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” 输出电路 输入(白色钮子开关 ) “0”: UiL=0.0V0.02V “1”: UiH 5V 逻辑电位 “0”: UOL=0.0V0.4V “1”: UOH=2.4V3.6V TTL: CMOS: “0”: UOL=0.0V0.25V “1”: UOH5V(接5V电源 时) 输出输出 TTL:74LSXX ,74XX ,74HXX ,74SXX 电源 Vcc: 接5V GND: 接地 CMOS: 74HC , CCXXXX VDD: 318V(可接5V) VSS: 接地 电源 型号型号 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； 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； 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。 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 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。 A BF 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 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） 假设 “0”：表示不亮灯 “1”：表示亮灯 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） 输出变量：用F表示 “1”：表示报 警 “0”：表示正常 假设 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 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。 对照逻辑表达式(3个“ 与”门经“或非”后输 出), 用“与或非”门(74LS54 )及“非”门(74LS04)实现 的F： Y Y = AB BC AC 即： + 输出 为什么? 逻辑电路 1.用万用表 挡、电阻2K2K挡或将导线连接+5V+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 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”1” 。 步骤 : 2.根据给定芯片的管脚图，电源均按+5V+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20V20V 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)。 VAVBVF 逻辑状态 00 电位(V) 逻辑状态 01 电位(V) 逻辑状态 10 电位(V) 逻辑状态 11 电位(V) 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2V2V/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20V20V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 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+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(+ +5V5V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