《数字电路与逻辑设计实验》实验报告

1、数字电路与逻辑设计实验实验报告 *大学信息学院xx年至202x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：202x.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

2、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，那么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 c

3、ircuits（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）

4、 ? 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 o

5、f the following circuit（根本任务:分析以下电路的逻辑功能） 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=aib

6、i·ai·aibi·bi=aibi·ai+aibi·bi=（ai+bi）ai+（ai+bi）bi=aibi+aibi=ai?bi x1=yci-1=ai?bi·ci-1 所以： ci=xi·aibi=xi·aibi=(ai?bi)ci-1·aibi= (ai?bi)ci-1+aibi 因为： 图中红框中的两局部结构相同，只是右边红框的一个输入从bi变成了ci-1，且y= ai?bi 所以： si=( ai?bi)?ci （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

7、 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=( ai?bi)?ci ci=xi·aibi=xi·aibi=(ai?bi)ci-1·aibi= (ai?bi)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=( ai?bi)?ci表达式中不含上述三种逻辑门电路以外的电路 故：si=( ai?b

8、i)?ci 所以：si由两个异或门实现 因为：将ci= (ai?bi)ci-1+aibi变换为符合上述三种逻辑门电路的形式为：ci=(ai?bi)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：(ai?bi)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(ai?bi)ci-1+aibi或是一个输入端输入 (ai?bi)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：(ai?bi)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