1）实验目的

（1）掌握组合逻辑电路设计的一般步骤和方法。

（2）用实验验证所设计的组合逻辑电路的逻辑功能。

2）实验原理

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最少。

设计组合逻辑电路的一般步骤如下：

（1）根据任务要求，定义输入逻辑变量及输出逻辑变量（函数）。

（2）列出输入变量与输出函数之间的真值表。

（3）写出与或表达式。

（4）化简并求得最简与或表达式。

（5）（根据给出的器件型号进行变换后）画逻辑电路图。

（6）根据逻辑电路图验证其逻辑功能。

图4.27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，就不用进行第一步和第二步了。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。

3）设计课题

（1）设计一个逻辑电路，它能接收8421BCD码，当碰到能被4或5整除的码组时，该装置的指示灯亮（注：当码组为0000时也认为能被4或5整除）。

图4.27　组合逻辑电路的设计过程

（2）人类有4种血型：A型、B型、AB型、O型。输血时，输血者与受血者血型必须符合图4.28的规定，否则，会有生命危险。试设计一个电路，判断输血者和受血者血型是否符合规定。（提示：可用两个变量的组合代表输血者血型，再用另外两个变量的组合代表受血者血型，用一个输出变量代表是否符合以上规定。）

图4.28　血型匹配要求

图4.29　课题（3）的逻辑电路

（3）设计一个如图4.29所示逻辑电路，其功能如表4.9所示。

表4.9　逻辑电路功能表

（4）设计一个4人表决机器。当A、B、C、D 4人各自投赞成票时，其分数分别为7分、5分、3分、1分。在表决重大提案时若各人投票分数之和超过总分（16分）的三分之二，则提案可以通过，若投反对票均按0分计算。

（5）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

图4.30　数字锁示意图

开箱钥匙孔信号E的输入端，锁的代码由实验者自编（例如1001）。当用钥匙开箱时（E=1），如果输入代码符合该锁设定的代码，保险箱被打开（Z1=1），如果不符合，电路将发出报警信号（Z2=1）。电路如图4.30所示，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，用实验系统上的LED发光二极管点亮表示；在未按规定按下开关键时，防盗蜂鸣器响。）(www.daowen.com)

4）预习要求

（1）根据所选课题完成电路设计。

（2）拟出实验计划：实验电路、内容与步骤、测试方法及记录表格，所需器材等。

5）实验要求

（1）以上课题各人至少完成两题，器材均为与非门。

（2）写出你的设计过程：列出电路真值表、画出卡诺图并进行化简、画出逻辑电路图。

（3）整理实验结果，并加以分析总结。

（4）实验中出现的问题（故障）及解决办法。

（5）对本实验的改进意见。

例：某工厂有3个车间A、B、C，有一个自备电站，站内有两台发电机M和N，N的发电能力是M的两倍，如果一个车间开工，启动M就可以满足要求；如果两个车间开工，启动N就可以满足要求；如果3个车间同时开工，则同时启动M、N才能满足要求。试用异或门（74LS86）和与非门（74LS00）设计一个控制电路，根据车间的开工情况来控制M和N的启动。

（1）根据要求，设A、B、C为输入变量，分别表示A、B、C 3个车间开工情况，变量为1表示开工，变量为0则表示不开工；设M、N为输出变量，分别表示发电机的启动情况，变量为1表示启动，变量为0表示不启动。

（2）列出真值表如表4.10所示。

表4.10　真值表

（3）根据真值表4.10写出M、N的与或表达式，即

（4）实验仅提供异或门（74LS86）和与非门（74LS00）器件，如实现上述逻辑，则必须化简为“异或”和“与非”的形式，即

（5）拟订实验线路并进行验证。

图4.31　电路接线图

画电路接线图如图4.31所示（输入端A、B、C分别接3个逻辑开关，输出端M、N接LED发光二极管，并对应标记在图上）。

（6）将测试结果与真值表4.10对照验证。

6）实验设备

（1）数字电路实验系统（SDS-Ⅵ）一台

（2）双踪示波器（YB4320C）一台

（3）指针式万用表（MF-47）一只

（4）集成电路：74LS00、74LS20或自选

7）思考题

在设计课题（2）中，如何选择两个自变量的组合与血型的对应关系，使得电路为最简？