实验名称：组合逻辑电路；数字电路的装配与常见故障的分析与排除

设计方式：原理图

难度：⚡⚡⚡

适用教材：郭宇锋《电工电子基础实验（第2版）》

题目位置：P217四-1、6、7

寄语：组合逻辑电路，启动！ 

从本次实验开始，今后的实验将会大量运用到数电知识，建议同学多结合数电课本，预习好每次实验！

以下是实验报告正文：

组合逻辑电路

一、 实验目的

    1. 掌握可编程逻辑器件软硬件平台的使用方法；

    2. 掌握基本门电路的实际应用；

    3. 掌握门电路多余端的处理方法；

    4. 用实验验证所设计电路的逻辑功能。

二、 主要仪器设备及软件

    硬件：DGDZ-5 型电工电子实验箱、电脑

    软件：ISE 14.7

三、 实验原理（或设计过程）

组合逻辑电路设计步骤如下：

    1) 根据给定的逻辑功能，确定输入、输出信号的数量，并根据两者之间的关系列出真值表；

    2) 根据真值表写出逻辑函数，依据所选器件类型，写出相应形式的最简表达式；

    3) 画出逻辑电路图。

四、 实验电路图

五、 实验内容和实验结果

    1.测试两输入与非门 NAND2 的逻辑功能。

        电路图如【图 四-1】所示，设 ，根据所学知识可列出以下真值表：

        在 ISE 14.7 中进行仿真，结果如下图所示：

        管脚约束和搭建实物电路如下：

    2.用异或门实现当 K=“0”时输出原码，K=“1”时输出反码（设原码为 4 位并行二进制码）。

        设输入为 K, A, B, C, D，输出为 FA, FB, FC, FD，则有如下真值表：

        以此类推，可得如下输出表达式：

        可设计如【图 四-2】所示电路。

        在 ISE 14.7 中进行仿真，结果如下图所示：

        管脚约束如下图所示：

    3.用门电路设计一数字锁逻辑电路，该锁有三个按钮 A、B、C，当 A、B、C 同时按下或 A、B 同时按下，或只有 A 或 B 按下时开锁，不符合上述条件时报警。

        设输入为 A, B, C，输出为 F1(开门), F2(报警)，可列出真值表：

        则有：

        即：

        可设计如【图 四-3】所示电路。 

        在 ISE 14.7 中进行仿真，结果如下图所示：

        管脚约束和搭建实物电路如下：

    4.【作业】是否存在逻辑冒险，冒险类型及冒险出现条件为何？

        解：存在逻辑冒险，理由如下：

                原式中变量 A 存在原变量、反变量的形式，分析可知：

                当𝐵 = 𝐶 = 0时，𝐹 = 𝐴𝐴̅，可能出现 1 型冒险。

六、 结果分析

    1.对于 五-1 的分析：

        根据【图 五-1 仿真结果】所示，当𝐴 = 𝐵 = 0时，𝐹 = 1；当𝐴 = 𝐵 = 1时，𝐹 = 0……符合真值表的输入输出结果。约束好管脚并烧录程序，在板子上测试的输入输出结果也与真值表相符。可以认为达到实验要求。

    2.对于 五-2 的分析：

        根据【图 五-4 仿真结果】所示，当𝐾 = 0时，输出通道和输入通道相等；当𝐾 = 1时，输出通道为输入通道按位取反而得。实现了用 K 控制输出的原码反码转换。

    3.对于 五-3 的分析：

        根据【图 五-6 仿真结果】所示，当输入通道全为 0 时，输出也全为0，表示门锁等待输入；当输入通道分别为 010，100，110，111 时，F1=1，F2=0，表现为开门；当输入通道分别为 001，011，101 时，F1=0，F2=1，表现为报警。在板子上测试的结果与上述结果一致，输入输出结果都符合真值表，可以认为设计成功。

七、 实验小结

    本次实验涉及到数电内容中较多，好在提前预习后缩短了实验时间。实验中讲到了 ISE 14.7 中将原理图设置为 Top Module 的问题，由于存在多张原理图时设置后可能出现异常，推荐为每一张原理图都创建一个项目。本次实验还涉及到竞争和冒险的知识，可能在今后的实验中会用到，需要复习一下。

正文完。

        愿同学们实验顺利，美美下班！