实验名称 组合逻辑电路分析、设计与测试
一、实验目的
1. 掌握组合逻辑电路的分析与测试方法； 2. 掌握用门电路设计组合逻辑电路的方法。
二、实验原理
1. 组合逻辑电路的分析与测试
组合逻辑电路是最常见的逻辑电路，即通过基本的门电路（比如与门，与非门，或门，或非门等）来组合成具有一定功能的逻辑电路。组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑电路，写出其输入与输出之间的逻辑函数表达式，或者列出真值表，从而确定该电路的逻辑功能。组合逻辑电路的测试，就运用实验设备和仪器，搭建出实验电路，测试输入信号和输出信号是否符合理论分析出来的逻辑关系，从而验证该电路的逻辑功能。
组合逻辑电路的分析与测试的步骤通常是：
（1） 根据给定的组合逻辑电路图，列出输入量和中间量、输出量的逻辑表达式； （2） 根据所得的逻辑式列出相应的真值表或者卡诺图； （3） 根据真值表分析出组合逻辑电路的逻辑功能；
（4） 运用实验设备和器件搭建出该电路，测试其逻辑功能。 2. 组合逻辑电路的设计与测试
组合逻辑电路的设计与测试，就是根据设计的功能要求，列出输入量与输出量之间的真值表，通过化简获得输入量与输出量之间的逻辑表达式，然后根据逻辑表达式用相应的门电路设计该组合逻辑电路，然后运用实验设备与器件搭建实验电路，测试该电路是否符合设计要求。
组合逻辑电路的设计与测试的步骤通常是：
（1） 根据设计的功能要求，列出真值表或者卡诺图； （2） 化简逻辑函数，得到最简的逻辑表达式； （3） 根据最简的逻辑表达式，画出逻辑电路；
（4） 搭建实验电路，测试所设计的电路是否满足要求。
三、预习要求
1. 阅读理论教材上有关组合逻辑电路的分析与综合以及半加器等章节内容，以达到明确实
验内容的目的。
2. 查阅附录有关芯片管脚定义和相关的预备材料。
四、实验设备与仪器 1. 数字电路实验箱；
2. 芯片74LS00；74LS20。
五、实验内容
1. 半加器逻辑电路的分析与测试
&AB&Z1&Z2&Z3S1C
图5.5.1 半加器的逻辑电路
（1） 根据图5.5.1写出中间量（Z1、Z2和Z3）和输出量（S和C）关于输入量（A和B）
的逻辑表达式。
中间量：
Z2= ；Z1= ； Z3= 。
输出量： S= ；C= 。
（2） 根据逻辑表达式列出真值表，记入表5.5.1中，并填入表5.5.2关于S和C的卡诺图
中，判别能否化简。
表5.5.1 半加器的真值表
输入量中间量输出量A0011B0101Z1Z2Z3SC
表5.5.2 输出量S和C的卡诺图
SBA0101CBA0101
（3） 根据图5.5.1，在实验设备上搭建出半加器的逻辑电路。输入量（A和B）接到实验
设备相应的逻辑电平输出插口，中间量（Z1、Z2和Z3）和输出量（S和C）分别
接到实验设备相应的逻辑电平显示输入插口。根据表5.5.1的要求进行逻辑功能的测试，将结果填入表5.5.3中，同时与表5.5.1进行比较，两者是否一致。
注意：逻辑电平输出插口和逻辑电平显示输入插口的指示灯亮，表示“1”，而指示灯灭，表示“0”。
表5.5.3 由与非门组成的半加器电路测量
输入量中间量输出量
结论：表5.5.3与表5.5.1是否一致？答：
2. 组合逻辑电路的设计与测试
设计项目：在某种资格审批中，有A、B、C、D四个裁判进行投票裁定，其中裁判A、B、C三人的裁定各计一票，而裁判D的裁定计两票。现在，要求票数超过半数（即大于或者等于3票）才算资格审批通过，否则资格审批不通过。试选用与非门设计满足要求的组合逻辑电路。
假设输入量（四个裁判）A、B、C和D，投票赞成，就记为“1”，投票反对记为“0”；输出量（资格审批）Y通过，就记为“1”，不通过记为“0”。 （1） 根据设计要求，列出并填写逻辑状态表（见表5.5.4）
表 5.5.4 逻辑状态表
输 入 量输出量输 入 量输出量A0011B0101Z1Z2Z3SCA00000000B00001111C00110011D01010101YA11111111B00001111C00110011D01010101Y
（2） 根据上面的逻辑状态表（或真值表），列出相应的卡诺图，填入表5.5.5中，化简逻
辑函数，得到最简的逻辑表达式；
表5.5.5 输出量Y的卡诺图
YCDAB0001111000011110
（3） 根据最简的逻辑表达式，画出逻辑电路；
（4） 搭建出实验电路，测试该电路是否满足设计要求。
3. 设计一个保险箱的数字代码锁，该锁有规定的4位代码A、B、C、D的输入端和一个开
箱钥匙孔信号E的输入端。锁的代码由实验者自编。当用钥匙开箱时（E=1），如果输入
代码符合该锁设定，保险箱被打开（Z1=1），如果不符，电路将发出报警信号（Z2=1）。要求使用最少的与非门来实现，检测并记录实验结果。（提示：实验时锁被打开，则实验箱上LED发光二极管点亮，当输入数码有错时，防盗蜂鸣器响或另一个LED发光二极管点亮）。
六、实验报告
1. 根据实验内容，整理实验数据及图表，并对实验结果进行分析与讨论。 2. 总结组合电路的分析与测试方法。
3. 列出实验任务的设计过程，并画出设计的电路图。 4. 对所设计的电路进行实验测试，记录测试结果。 5. 实验的心得与体会。
七、实验注意事项
1. 集成芯片使用的时候注意：必须先接通电源后接通信号。实验结束或者改接线路时应先
撤除信号后关掉电源。
2. 芯片管脚相互不可短路，否则会损坏芯片。
3. 芯片在使用的时候，要按要求接上电源和接地，否则芯片无法正常工作。
八、思考题
1. 针对某一个功能要求，设计出来的组合逻辑电路一定相同吗？
2. 在实验过程中，如果没有非门的芯片使用，如何通过将与非门（或者或非门）改接成非
门？
有关芯片的引脚定义
芯片74LS00 芯片74LS20
14131211109814131211109Vcc8&&Vcc&&&GND&GND1
2345671234567
