广州大学数电实验--组合逻辑电路的设计

一、实验目的

1.学习组合逻辑电路的设计方法；

2.掌握使用通用逻辑器件实现逻辑电路的一般方法；

二、实验原理

使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路设计方法。设计的过程通常是 根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路 时要完成的工作。 这里所说的“最简”，是指电路所用的器件数最少，器件的种类最少，而且器件之间的连线也 最少。 组合逻辑电路的设计工作通常可按如下步骤进行： 1 进行逻辑抽象 在许多情况下，提出的设计要求是用文字描述的一个具有一定因果关系的事件。这时就需要 通过逻辑抽象的方法，用一个逻辑函数来描述这一因果关系。 逻辑抽象的工作通常是这样进行的： (1) 分析事件的因果关系，确定输入变量和输出变量。一般总是把引起事件的原因定为输入 变量，而把事件的结果作为输出变量。 (2) 定义逻辑状态的含意。 以二值逻辑的 0、1 两种状态分别代表输入变量和输出变量的两种不同状态。这里 0 和 1 的 具体含义完全是由设计者人为选定的。这项工作也叫做逻辑状态赋值。 (3) 根据给定的因果关系列出逻辑真值表。 2 写出逻辑函数式 为便于对逻辑函数进行化简和变换，需要把真值表转换为对应的逻辑函数式。 3 选定器件的类型 为了产生所需要的逻辑函数，既可以用小规模集成的门电路(SSI)组成相应的逻辑电路，也可 以用中规模集成的常用组合逻辑器件(MSI)或可编程逻辑器件等构成相应的逻辑电路。应该根据 对电路的具体要求和器件的资源情况决定采用哪一种类型的器件。 4 将逻辑函数化简或变换成适当的形式 在使用小规模集成的门电路进行设计时，为获得最简单的设计结果，应将函数化成最简形式， 即函数式中相加的乘积项最少，而且每个乘积项中的因子也最少。如果对所用器件的种类有附加 的限制(如只允许用单一类型的与非门)，则还应将函数式变换成与器件种类相适应的形式(如将函 数式化作与非一与非形式)。 在使用中规模集成的常用组合逻辑电路设计电路时，需要把函数式变换为适当的形式，以便 能用最少的器件和最简单的连线接成所要求的逻辑电路。在使用这些器件设计组合逻辑电路时，应该把待产生的逻辑函数变换成与所用器件的逻辑函数式相同或类似的形式。 5 根据化简或变换后的逻辑函数式画出逻辑电路的连接图 至此，原理性设计(或称逻辑设计)已经完成。 6、工艺设计 为了把逻辑电路实现为具体的电路装置，还需要作一系列的工艺设计工作，包括设计机箱、 面板、电源、显示电路、控制开关等。最后还必须完成组装、调试。这部分内容请读者自行参阅 有关资料，这里就不作具体的介绍了。 实验 1 组合逻辑电路的设计 图 1-1 中以方框图的形式总结了逻辑设计的过程。应当指出，上述的设计步骤并不是一成不 变的。例如，有的设计要求直接以真值表的形式给出，就不用进行逻辑抽象了。又如,有的问题 逻辑关系比较简单、直观，也可以不经过逻辑真值 表而直接写出函数式。

例设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。每一组信号灯由红、黄、绿 3 盏灯组成， 如图 1-2 所示。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且只允许有一盏灯点亮。而当出 现其他 5 种点亮状态时，电路发生故障，这时要求发出故障信号，以提醒维护人员前去修理。 解：1.首先进行逻辑抽象。 取红、黄、绿 3 盏灯的状态为输入变量，分别用 R、Y、G 表示，并规定灯亮时为 1，不亮 时为 0。取故障信号为输出变量，以 Z 表示，并规定正常工作状态下 Z = 0,发生故障时 Z = 1。根 据题意可列出表 1-1 所示的逻辑真值表。

2.写出逻辑函数式。由表 1-1