項目7產品質量檢測儀的設計與制作【實踐活動】產品質量檢測儀的制作7.1邏輯函數的化簡方法7.2組合邏輯電路的分析與設計【任務訓練1】4人表決器的設計與制作【任務訓練2】產品質量檢測儀的設計與制作本項目知識點項目7產品質量檢測儀的設計與制作【學習目標】能力目標1.會識別和測試常用TTL、CMOS集成電路產品。2.能完成產品質量檢測儀的設計與制作。知識目標掌握邏輯函數的化簡，了解組合邏輯電路的分析步驟，路的分析方法;了解組合邏輯電路的設計步驟，初步掌握用(SSI)設計組合邏輯電路的方法。掌握組合邏輯用小規模集成電路產品質量檢測儀實物如圖7.1所示。返回【實踐活動】產品質量檢測儀的制作1.工作任務單①小組制訂工作計劃。②識別產品質量檢測儀原理圖，明確元器件連接和電路連線。③畫出布線圖。④完成電路所需元器件的購買與檢測。③根據布線圖制作產品質量檢測儀電路。⑥完成產品質量檢測儀電路功能驗證和故障排除。⑦通過小組討淪完成電路的詳細分析及編寫項目實Jil報告。產品質量檢測儀電路如圖7.2所示。2.項目目標①增強專業意識，墻養良好的職業道德和職業習慣。下一頁返回【實踐活動】產品質量檢測儀的制作②能借助資料讀懂集成電路的型號，明確各引腳功能。③了解數字集成電路的檢測。④掌握產品質量檢測儀的制作。3.實訓設備與器材實訓設備:數字電路實驗裝置1臺。實訓器件:2塊74LS08芯片、1塊74LS32芯片、1塊74LS04芯片、3個發光二極管、1個510Ω電阻、3個按鍵。1.項目電路與說明(1)設計要求①輸入邏輯。上一頁下一頁返回【實踐活動】產品質量檢測儀的制作假設有3個質檢員(分別是A，B，C)同時檢測一個產品，若質檢員認為產品合格，則不按按鈕，電路得到的輸入信號是數字邏輯1,若質檢員認為產品不合格，則按下按鈕，電路得到的輸入信號是數字邏輯0。②輸出邏輯。電路輸出總共有綠、黃、紅色3個發光二極管，表示產品的3種質量等級，3種質量等級分別是優質(命名為X)、合格(命名為Y)、不合格(命名為Z)。若3個質檢員都認為產品合格，則產品質量為優質，優質對應的綠色二極管點亮，其余兩個二極管為熄滅狀態(即X=1,Y=0,Z=0);若3個質檢員中只有兩人認為產品合格，則產品質量合格，合格對應的黃色二極管點亮，其余兩個二極管為熄滅狀態(即X=0,Y=1,Z=0);上一頁下一頁返回【實踐活動】產品質量檢測儀的制作若3個質檢員中只有一人認為產品合格，或3個質檢員都認為產品不合格，則產品質量不合格，不合格對應的紅色二極管點亮，其余兩個二極管為熄滅狀態(即X=0，Y=0，Z=1)。(2)設計思路①根據設計要求列出表7.1所示的真值表。②由以上輸入輸出邏輯可以列出3個輸出信號的表達式。由這3個公式得知，電路要用到與門、或門、非門，與門選用74LS08，或門選用74LS32，非門選用74LS04,上一頁下一頁返回【實踐活動】產品質量檢測儀的制作5.項目電路的安裝與功能驗證(1)安裝根據產品質量檢測儀的邏輯電路圖，參考圖7.3畫出安裝布線圖。根據安裝布線圖按正確方法插好IC芯片，并連接線路。電路可以連接在自制的PCB(印刷電路板)上，也可以焊接在萬能板上，或通過“面包板”插接。(2)驗證產品質量檢測儀的邏輯功能(與表7.1比較)6.完成電路的詳細分析及編寫項目實訓報告7.實訓考核(表7.2)上一頁下一頁返回【實踐活動】產品質量檢測儀的制作思考假設有4個質檢員(分別是A，B，C，D)同時檢測一個產品，4個質檢員都認為產品合格，產品質量為優;3個質檢員都認為產品合格，產品質量為合格;2個或2個以下質檢員都認為產品合格，產品質量不合格，如何設計該電路?上一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法大多數情況下，由邏輯真值表寫出的邏輯函數式，以及由此而畫出的邏輯電路圖往往比較復雜。如果可以化簡邏輯函數，就可以使對應的邏輯電路簡單，所用器件減少，電路的可靠性也因此而提高。邏輯函數的化簡有兩種方法，即公式化簡和卡諾圖化簡法。7.1.1公式化簡法公式化簡法就是運用邏輯代數運算法則和定律把復雜的邏輯函數式化成簡單的邏輯式，通常采用以下幾種方法。1.吸收法吸收法是利用的A+AB=A公式，消去多余的項。例7.1化簡函數Y=AB+AB(C+D)解:Y=AB+AB(C+D)=AB(1+C+D)=AB下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法2.并項法利用A+=1的公式，將兩項并為一項，消去一個變量。例7.2化簡函數Y=解：3.消去法利用，消關名全的因子。例7.3化簡函數解：1.配項法利用公式，A+A=A等，增加必要的乘積項，再用并項或吸收的辦法化簡。上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法例7.4化簡函數解：7.1.2卡諾圖化簡法1.基本概念卡諾圖是邏輯函數的圖解化簡法。它克服了公式化簡法對最終結果難以確定的缺點，卡諾圖化簡法具有確定的化簡步驟，能比較方便地獲得邏輯函數的最簡與或式。為了更好地掌握這種方法，必須理解下面幾個概念。上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法(1)最小項在n個變量的邏輯函數中，如乘積(與)項中包含全部變量，且每個變量在該乘積項中或以原變量或以反變量只出現一次，則該乘積就定義為邏輯函數的最小項。n個變量的最小項有2n個。3個輸入變量全體最小項的編號如表7.3所示。(2)最小項表達式如一個邏輯函數式中的每一個與項都是最小項，則該邏輯函數式叫做最小項表達式(又稱為標準與或式)。任何一種形式的邏輯函數式都可以利用基本定律和配項法化為最小項表達式，并且最小項表達式是唯一的。上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法例7.5把解:從表達式中可以看出五是四變量的邏輯函數，但每個乘積項中都缺少一個變量，不符合最小項的規定。為此，將每個乘積項利用配項法把變量補足為4個變量，并進一步展開，即得最小項。(3)相鄰最小項如兩個最小項中只有一個變量為互反變量，其余變量均相同，則這樣的兩最小項為邏輯相鄰，并把它們稱為相鄰最小項，簡稱相鄰項。如和其中的C和互為反變量，其余變量()都相同。上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法(4)最小項卡諾圖用2n個小方格對應n個變量的2n個最小項，并且使邏輯相鄰的最小項在幾何位置上也相鄰，按這樣的相鄰要求排列起來的方格圖，叫做n個輸入變量的最小項卡諾圖，又稱最小項方格圖。圖7.4所示是二~四變量的最小項卡諾圖。圖中橫向變量和縱向排列順序，保證了最小項在卡諾圖中的循環相鄰性。2.用卡諾圖表示邏輯函數用卡諾圖表示邏輯函數的步驟如下:①根據邏輯函數中的變量數，畫出變量最小項卡諾圖;②將邏輯函數表達式所包含的各最小項，在相應的小方格中填以1(稱為讀人、寫人)，在其余的小方格內填0或不填。上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法根據邏輯函數畫出的卡諾圖是唯一的，它是描述邏輯函數的又一種形式。下面舉例說明根據邏輯函數不同的表示形式填寫卡諾圖的方法。(1)已知邏輯函數式的標準與或表達式，畫邏輯函數卡諾圖例7.6邏輯函數試畫出五的卡諾圖。解:這是一個4變量邏輯函數。①畫出4變量最小項卡諾圖，如圖7.5所示。②填卡諾圖。把邏輯函數式中的8個最小項對應的方格中填入1，其余不填。(2)已知邏輯函數的一般表達式，畫邏輯函數卡諾圖

上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法當已知邏輯函數為一般表達式時，可先將其化成標準與或式，再畫出卡諾圖。但這樣做往往很麻煩，實際上只需把邏輯函數式展開成與或式就行了，再根據與或式每個與項的特征直接填卡諾圖。具體方法是:把卡諾圖中含有某個與項各變量的方格均填入1，直到填完邏輯式的全部與項。例7.7已知試畫出Y的卡諾圖。解:①先把邏輯式展開成與或式:②畫出4變量最小項卡諾圖。③根據與或式中的每個與項，填卡諾圖，如圖7.6所示。(3)已知邏輯函數的真值表，畫邏輯函數卡諾圖上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法例7.8已知邏輯函數Y的真值如表7.4所示，試畫出Y的卡諾圖。解:①畫出3變量最小項卡諾圖，②將真值表中Y=1對應的最小項m,m2,m,,m。在卡諾圖中相應的方格里填入1，其余的方格不填，如圖7.7所示。3.利用卡諾圖化簡邏輯函數用卡諾圖化簡邏輯函數式，其原理是利用卡諾圖的相鄰性，對相鄰最小項進行合并，消去互反變量，以達到化簡的目的。2個相鄰最小項合并，可以消去1個變量;4個相鄰最小項合并，可以消去2個變量;把2n個相鄰最小項合并，可以消去n個變量。上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法化簡邏輯函數式的步驟和規則如下。第一步，畫出邏輯函數的卡諾圖。第二步，圈卡諾圈，合并最小項，沒有可合并的方格可單獨畫圈。由于卡諾圖中，相鄰的兩個方格所代表的最小項只有一個變量取不同的形式，所以利用公式，可以將這樣的兩個方格合并為一項，并消去那個取值不同的變量。卡諾圖化簡正是依據此原則尋找可以合并的最小項，然后將其用圈圈起來，稱為卡諾圈，畫卡諾圈的原則如下。①能夠合并的最小項必須是2n個，即2,4,8,16…②能合并的最小項方格必須排列成方陣或矩陣形式。③畫卡諾圈時能大則大，卡諾圈的個數能少則少。上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法④畫卡諾圈時，各最小項可重復使用，但每個卡諾圈中至少有一個方格沒有被其他圈圈過。包含兩個方格的卡諾圈，可以消去一個取值不同的變量;包含4個方格的卡諾圈，可以消去2個取不同值的變量，依此類推。可以寫出每個卡諾圈簡化后的乘積項。第三步，把每個卡諾圈作為一個乘積項，將各乘積項相加就是化簡后的與或表達式。例7.9利用卡諾圖化簡例7.6中的邏輯函數表達式。解:①畫出邏輯函數的卡諾圖。②圈卡諾圈，合并最小項，如圖7.8所示。上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法根據圈要盡量畫得大，圈的個數要盡量少的原則畫圈，可畫兩個圈，如圖中虛線框所示。③寫出每個卡諾圈對應的乘積項，分別是④將各乘積項相加就是化簡后的與或表達式。在利用卡諾圖化簡邏輯函數的過程中，第二步是關鍵，應特別注意卡諾圈不要畫錯。例7.10利用卡諾圖化簡函數Y(A,B,C,D)=∑m(0,1,4,6,9,10,11,12,13,14,15)解:①畫出邏輯函數的卡諾圖。上一頁下一頁返回7.1邏輯函數的化簡方法②圈卡諾圈，合并最小項。如圖7.9所示。③寫出每個卡諾圈對應的乘積項，分別是AC、AD、、。④將各乘積項相加就是化簡后的與或表達式上一頁返回7.2組合邏輯電路的分析與設計7.2.1組合邏輯電路概述在實際應用中，為了實現各種不同的邏輯功能，可以將邏輯門電路組合起來，構成各種組合邏輯電路。組合邏輯電路的特點是無反饋連接的電路，沒有記憶單元，其任一時刻的輸出狀態僅取決于該時刻的輸入狀態，而與電路原有的狀態無關。7.2.2組合邏輯電路的分析組合邏輯電路的分析主要是根據給定的組合邏輯電路圖，找出輸出信號與輸入信號間的關系，從而確定它的邏輯功能。具體分析步驟如下。(1)根據給定的邏輯電路寫出輸出邏輯函數式

下一頁返回7.2組合邏輯電路的分析與設計一般從輸入端向輸出端逐級寫出各個門輸出對其輸入的邏輯表達式，從而寫出整個邏輯電路的輸出對輸入變量的邏輯函數式。必要時，可進行化簡，求出最簡輸出邏輯函數式。(2)列出邏輯函數的真值表將輸入變量的狀態以自然二進制數順序的各種取值組合代入輸出邏輯函數式，求出相應的輸出狀態，并填入表中，即得真值表。(3)分析邏輯功能通常通過分析真值表的特點來說明電路的邏輯功能。以上分析步驟可用圖7.10的框圖描述。例7.11組合邏輯電路如圖7.11所示，分析該電路的邏輯功能。解:(1)寫出輸出邏輯函數表達式為上一頁下一頁返回7.2組合邏輯電路的分析與設計(2)列出邏輯函數的真值表(見表7.5)(3)邏輯功能分析由表7.5可看出:在輸入A、B、C在個變量中，有奇數個1時，輸出Y為1，否則Y為0。因此，圖7.11所示電路為3位判奇電路，又稱為奇校驗電路。7.2.3組合邏輯電路的設計組合邏輯電路的設計，是根據給出的實際問題求出能實現這一邏輯要求的最簡邏輯電路。具體設計步驟如下。

上一頁下一頁返回7.2組合邏輯電路的分析與設計(1)分析設計要求，列出真值表根據題意確定輸入變量和輸出函數及它們相互間的關系，自然二進制數順序的各種取值組合排列，列出真值表。(2)根據真值表寫出輸出邏輯函數表達式將真值表中輸出為1所對應的各個最小項進行邏輯加后，然后將輸入變量以便得到輸出邏輯函數表達式。(3)對輸出邏輯函數進行化簡通常用代數法或卡諾圖法對邏輯函數進行化簡。(4)根據最簡輸出邏輯函數式畫邏輯圖上一頁下一頁返回7.2組合邏輯電路的分析與設計可根據最簡與或輸出邏輯函數表達式畫邏輯圖，也可根據要求將輸出邏輯函數變換為與非表達式、或非表達式、與或非表達式或其他表達式來畫邏輯圖。以上設計步驟可用如圖7.12所示的框圖描述。例7.12設計一個A、B、C三人表決電路。當表決某個提案時，多數人同意，提案通過，同時A具有否決權。用與非門實現。解:(1)分析設計要求，列出真值表。設A、B、C三個人表決同意提案時用1表示，不同意時用0表示;Y為表決結果，提案通過用1表示，通不過用0表示，同時還應考慮A具有否決權。由此可列出表7.6所示的真值表。上一頁下一頁返回7.2組合邏輯電路的分析與設計(2)將輸出邏輯函數化簡后，變換為與非表達式。用如圖7.13所示的卡諾圖進行化簡，由此可得Y=AC+AB將上式變換成與非表達式為(3)根據化簡后的邏輯函數表達式，可畫出如圖7.14所示的邏輯電路圖。上一頁返回【任務訓練1】4人表決器的設計與制作1.工作任務單①分析4人表決器的邏輯要求，列出功能真值表。②由真值表寫出邏輯表達式并化簡。③畫出邏輯電路圖。④畫出安裝布線圖，列出所需元器件的清單。⑤完成4人表決器電路安裝和功能檢測。⑥編寫4人表決器的設計報告。2.任務訓練目標①掌握4人表決器的設計方法與制作。②能借助資料讀懂集成電路的型號，明確各引腳功能。下一頁返回【任務訓練1】4人表決器的設計與制作③了解數字集成電路的檢測。3.任務訓練內容與步驟(1)4人表決器的設計設計邏輯要求:設計一個A，B,C,D4人表決器的邏輯電路。當表決某個提案時，多數人(3人以上)同意，提案通過。要求用與非門實現。①列出4人表決器的功能真值表。②由真值表寫出邏輯表達式并化簡。③畫出4人表決器邏輯電路圖。(2)產品質量檢測儀的安裝上一頁下一頁返回【任務訓練1】4人表決器的設計與制作①根據4人表決器的邏輯電路圖，畫出安裝布線圖。②根據安裝布線圖完成電路的安裝。(3)驗證4人表決器的邏輯功能4.完成4人表決器的設計總結報告5.任務訓練考核(表7.7)上一頁返回【任務訓練2】產品質量檢測儀的設計與制作1.工作任務單①分析產品質量檢測儀的邏輯要求，列出功能真值表。②由真值表寫出邏輯表達式并化簡。③畫出邏輯電路圖。④畫出安裝布線圖，列出所需元器件的清單。⑤完成產品質量檢測儀電路安裝和功能檢測。⑥編寫產品質量檢測儀的設計報告。2.任務訓練目標①掌握產品質量檢測儀的設計方法。②能借助資料讀懂集成電路的型號，明確各引腳功能。③了解數字集成電路的檢測。下一頁返回【任務訓練2】產品質量檢測儀的設計與制作3.任務訓練內容與步驟(1)產品質量檢測儀的設計設計邏輯要求:假設有4個質檢員(分別是A,B,C,D)同時檢測一個產品，4個質檢員都認為產品合格，產品質量為優;3個質檢員都認為產品合格，產品質量為合格;2個或2個以下質檢員都認為產品合格，產品質量不合格，試設計一個產品質量檢測儀邏輯電路。①列出產品質量檢測儀的功能真值表。②由真值表寫出邏輯表達式并化簡③畫出產品質量檢測儀邏輯電路圖上一頁下一頁返回【任務訓練2】產品質量檢測儀的設計與制作