实验一_组合逻辑电路分析与设计.docx
实验1组合逻辑电路分析与设计2016/10/2姓名：学号：班级：15自动化2班目录实验内容3二.设计过程及讨论41. 真值表42. 表达式的推导53. 电路图74. 实验步骤75. PROTEUS软件仿真9三测试过程及结果讨论111. 测试数据112. 分析与讨论13四思考题16实验内容实验内容：题目：设计一个代码转换电路，输入为4位8421码输 出为4位循环码（格雷码）。实验仪器及器件：1. 数字电路实验箱，示波器2. 器件：74LS00 （简化后，无需使用，见后面）74LS86 （异或门），74LS197实验目的： 基本熟悉数字电路实验箱和示波器的使 用 掌握逻辑电路的设计方法，并且掌握推导 逻辑表达式的方法 会根据逻辑表达式来设计电路1. 真值表:。3q2Q1Q0G3G2G1G000000000000100010010001100110010010001100101011101100101011101001000110010011101101011111011111011001010110110111110100111111000Q0, Q1, Q2, Q3 为输入，G0, G, G2, G3 为输出注：画真值表的目的可让我们用卡诺图算出逻辑表达式并进 行化简2. 逻辑公式的推导步骤一：根据真值表画出相应的卡诺图G :0QQ o 1QQ2 300011110000000011h-111110000101111G:1QQ0 1QQ2 30001111000001101p一 一 _00111I1 >001000C 1G :2QQ0 iQQ2 300011110000f110广1010101110101100101G :3QQ0 1QQ2 300011110000<11001011011011010011 J0步骤二：分别写出G3, G2, G1, G0的最小项SOP由图得：G0 = QQ+ Q0 Q= Q0 q；gi=qq+ qi Q=qi © Q2 ；g 2 = QQ+ Q2 Q=Q2 Q3 ；G3=Q3 ；3.电路图MSBF，F, FF1Fl 分别是q, q, £ %V) xg GOLSB4.实验步骤步骤一:用逻辑开关模拟二进制代码输入，并把输出接LED灯并检查电路，看电路是否正常工作步骤二：用74LS197计数器构成四位计数器，即十六进制计数器作为输 入信号源。首先74LS197的CP0接连续脉冲作为时钟输入，然后Q0 与CP1连接，再将mr , PL接地，那么Q3，Q2，Q1，Q0就是计数器 的输出。将Q3，Q2，Q1，Q0分别接LED灯，看是否工作正常。注：接完后，MR,尸七要接回高电压或不接任何东西即拨开，重新打开 电源，才能启动计数器步骤三：计数器正常后，将Q3直接作为输出G3,将Q3和Q2接74LS86 （异或门）的输入端，则输出端即为G2,将Q2和Q1接74LS86 （异 或门）的输入端，则输出端即为G1，将Q1和Q0接74LS86 （异或 门）的输入端，则输出端即为G0，将G3，G2，G1，G0，Q3，Q2, Q1，Q0，CP0接入示波器的通道接口，进行数据观察注：当接入示波器的通道接口时，要将连续脉冲调至10KHz的方波步骤四：用示波器观察并记录G3，G2，G1，G0，Q3，Q2，Q1，Q0，CP0的波形。注：注意电压波形图之间的相位关系5.PROTEUS软件仿真:电路图:HIGH izv仿真电路功能:VSM Logic Analyse H Ll IBM i = 氐投CaplureCursors |PositionIWIK可以看出，仿真得到的波形图和8421码转格雷码的真值表是十 分相符的。1.测试数据实际电路连线:KW.R& Xt*I/n I &RP =餐苻| (注：D10，D13，D12，D15，气分别为 Q， G0，G1, G2, G.2. 数据分析因为实验课时时间不够，没有拍照记录q, q，e1 ,eo, CP0的图像，现用时序图绘制如下：CP0o睫叶时希矛=Q0omeD neGemiT 1 T 节萨1j if 1f L_oE?lFDemo_fi +1“ Dem ,Q1.fG+1Q2i*1Q3f1TimeGen由上所示的示波器测试数据图，绘制 G0，Gi，G2，G3 的时序图如下:G01eDnL 点 m G3 _e456；789101112:fTT jin,mQnem。G11BeGDe厂L*L-B2i j>e 标e©TiG2LroeoG3i_r3. 讨论 实验结果：根据上述的时序图，可以轻易看出气的波形图是有错 误的，应是电线接触不良导致示波器该输出端口没有接收到信号，导 致波形图为一条直线。而其余的波形图都与真值表的对应关系一致， 符合实验的内容。 误差原因：实验数据的误差主要是在输出结果上，在输出结果的波 形图中，可以轻易看出气的波形图是有错误的，应是电线接触不良 导致示波器该输出端口没有接收到信号，此外，许多波形图中间都有 白色线出现，重复实验，白色线仍然存在，可能是机器的原因，从上 图还可以看出有时候各输出端口信号突然消失，波形图均为一小段直 线，可能是连接连续脉冲的电线接触不良导致有一小段输入信号没有 接收到。 波形与电路功能间的关系：CP0连接连续脉冲之后作为时钟输入， 故其波形图就为连续脉冲的波形图；Q0连接cpi后，Q3，Q2，q， Q0就是计数器的输出，符合二进制计数的性质，即q3 Q2 Q1 Q0以 0000,0001,0010.到iiii然后再次0000的方式输出信号，从波形图中 也能看出。之后，将Q3 Q2 Q1 Q0作为8421码输入连接到代码转换的 输入端，得到的G0，Gi，气，G3即为以8421码输入信号转换得到 的格雷码输出信号，从波形图也可以看出符合各8421码输入得到的 格雷码真值表。 总结组合逻辑电路分析方法与设计过程：组合逻辑电路分析方法： 由给定的组合逻辑电路写函数式，然后对函数式进行化简或变换，根 据化简得到的最简式列真值表后确认逻辑功能。组合逻辑电路的设 计:根据想要实现的逻辑功能列出真值表，然后由真值表写出函数式， 对函数式进行化简或变换后画出逻辑图并测试。 实验的心得体会：（1）预习很重要，好的预习可以节省很多实验时 花费的时间。（2）实验时遇到问题时，要先检查是否是自己做错了， 若排除主观的问题发现是器材有问题时，应尽早更换器材，避免耽搁 更多的时间。（3）要注意把控时间，避免最后时间不够导致实验无法 全部完成。（4）使用示波器时输出端口最好按顺序接线，比如G0，G1，G2, G3分别进入D0, D1, D2, D3，避免波形图与输出信号之间 对应关系不清导致混淆。（5）经过这次实验，我掌握了利用卡诺图化 简真值表并转化为逻辑电路的方法，这对我接下来的学习是很有益 的。思考分析组合电路的分析。多功能发生电路的逻辑表达式为：Y= F1 AB F 2AB F3AB F4AB。F4F3F2F1取不同组合，则可得到以A、B为输入 变量的各种逻辑函数。表一：多功能发生电路函数表F4F3F2F1Y0000Y00001Y10010Y20011Y30100Y40101Y50110Y60111Y71000Y81001Y91010Y101011Y111100Y121101Y131110Y141111Y15表二：各函数真值表ABY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15001111111100000000011100110011001100101111000011110000111010101010101010组合电路的分析：Y可以化简为Y=（f + AB）（f +雨（f + AB）（f + ），由化简的表达 1234式易得，不论输入变量A、B取何值，而、"AB、AB总是 其中一个为0其余为1，则Y等于F、F、F、F中其中一 1234个。比如若A=1、B=1，则而二0，其余为1，此时Y= f。所以 这个逻辑电路的功能为以A，B为选择输入端，以F1，F2, F3, F4为数据输入端，根据A、B输入的值的不同，数据输 出端Y为f、F、F、F中其中一个。1234
