【上海大学数字逻辑实验报告】二、组合电路（一）_74ls86芯片实验结论

一、 实验目的

1. 熟悉TTL异或门构成逻辑电路的基本方式；
2. 熟悉组合电路的分析方法，测试组合逻辑电路的功能；
3. 掌握构造半加器和全加器的逻辑测试；
4. 学习使用可编程逻辑器件的开发工具 Quartus II设计电路。

二、 实验原理

1. 异或门是数字逻辑中实现逻辑异或的逻辑门，其功能是若两个输入的电平相异，则输出高电平；若输入的两个电平相同，则输出为低电平。
2. TTL异或门的输入输出电压关系：

3. 半加器是对两个一位二进制数进行相加，产生“和”与“进位”。其逻辑表达式为：
   
   根据半加器的逻辑表达式可知，半加器可用一个异或门和两个与非门组成。
4. 全加器是将两个一位二进制数及来自低位的进位进行相加，产生“和”与“进位”。其逻辑表达式为：
   
   根据全加器的逻辑表达式可知，全加器可用两个异或门和三个与非门组成。

三、实验内容

实验任务一：异或门逻辑功能测试

(1) 实验步骤

1. 将74LS86的输入引脚1A连接到K1，1B连接到K2，输出引脚连接到数码管LED6，接电接地后的示意图如下所示：

2. 拨动开关，观察数码管的变化，填入异或门的输入与输出状态记录表。

(2) 实验现象

1. 当两个输入引脚的电平相同时，异或门的输出为逻辑低电平（0）。
2. 当两个输入引脚的电平不同时，异或门的输出为逻辑高电平（1）。

(3) 数据记录、分析与处理

异或门的输入输出状态记录表

(4) 实验结论

异或门的输出只有在两个输入的电平不同时才输出高电平，否则输出低电平。

实验任务二：使用分立元件的异或门和与非门分别构成半加器和全加器，并进行测试

(1) 实验步骤

a) 构成半加器

1. 将K3、K4分别对应连接到74LS86和74LS00的输入引脚1B、1A；
2. 将74LS00的输出引脚1Y同时连接到74LS00的输入引脚2A、2B，而后将74LS00的输出引脚2Y连接到LED6；
3. 将74LS86的输出引脚1Y连接LED5。
4. 接地接电后的示意图如下所示：

5. 拨动开关，观察数码管的变化，填入半加器的输入与输出状态记录表。

b) 构成全加器

1. 将K2、K3、K4分别对应连接到74LS86和74LS00的输入引脚2B、1B、1A
2. 将74LS00的输出引脚1Y、2Y、4Y分别连接到74LS00的输入引脚4B、4A、LED5；
3. 将74LS86的输出引脚1Y连接到74LS00的输入引脚2A同时连接到74LS86的输入引脚2A，而后将74LS86的输出引脚2Y连接到LED6。
4. 接地接电后的示意图如下所示：

5. 拨动开关，观察数码管的变化，填入一位全加器的输入与输出状态记录表。

(2) 实验现象

a) 半加器

1. 当输入K3、K4都为逻辑低电平（0）时，LED5和LED6都不亮；
2. 当输入K3、K4有一个为逻辑高电平（1）时，LED5会亮而LED6不亮；
3. 当输入K3、K4都为逻辑高电平（1）时，LED5和LED6都亮。

b) 全加器

1. 当输入K2为逻辑低电平（0），拨动K3、K4开关，发现LED5和LED6的亮灭情况和半加器一致；
2. 当输入K2为逻辑高电平（1）时，拨动K3、K4开关，发现当K3、K4都为逻辑低电平（0）时，发现LED6会亮而LED5不亮；当K3、K4逻辑电平相反时，发现LED6不亮而LED5会亮；当K3、K4都为逻辑高电平（1）时，发现LED6和LED5都会亮。

(3) 数据记录、分析与处理

半加器的输入输出状态记录表：

全加器的输入输出状态记录表：

(4) 实验结论

a) 半加器可实现两个一位二进制数相加，输出一个结果位和进位。

b) 一位全加器可以处理低位进位，并输出本位加法进位。

实验任务三：使用Quartus II设计二位全加器

(1) 实验步骤

1. 用Quartus II设计出如下电路：

2. 编译通过后进行波形仿真，验证二位全加器逻辑功能：

3. 仿真通过后，参照原理图定义引脚。
4. 生成编程并将文件下载到FPGA。
5. 用开关和发光二极管测试FPGA的功能。
6. 记录测试结果。

(1) 数据记录、分析与处理

二位全机器的输入输出状态记录表

(2) 实验结论

通过使用Quartus II设计工具，我们成功地设计并测试了一个二位全加器电路。该电路的功能包括正确计算两个二位二进制数的和，并产生相应的进位信号。实验结果表明，电路在各种输入条件下都表现出良好的性能，符合预期行为。

四、建议和体会

1. 在进行实验时，应先确认74LS00、74LS86的功能完好，而后仔细检查芯片的引脚连接，确保连接正确，以避免电路故障。
2. 实验中要确保安全，特别是在使用电源和连接线时，避免短路和电击风险。
3. 这个实验有助于加深对异或门和电路设计的理解，同时也提供了一个实际的编程和模拟测试经验。为了更好地理解电路的运作，我们可以尝试设计更复杂的电路或改进现有的设计。