交通信号灯故障检查电路制作与调试

P1 交通信号灯故障检查电路制作与调试

学习目标 ——能识别常见数字集成电路的类型。 ——会测试常见TTL和CMOS集成电路。 ——会叙述基本逻辑门电路的逻辑功能。 ——会用门电路实现简单逻辑电路。 ——会对组合逻辑电路分析。 ——能制作与调试交通信号灯故障检查电路

工作任务 1．测试常用TTL门电路74LS00、74LS04、74LS20、74LS32、74LS10的逻辑功能。 2．测试CMOS电路CC4011、CC4012、CC4081、CC4069的逻辑功能。 3．按要求用集成与非门74LS00、74LS20实现逻辑函数式。 4．用基本门电路实现交通信号灯故障检查电路。

交通信号灯装置常有故障出现，为了检测电路是否正常工作，特设计故障检查电路。交通信号在正常情况下：红灯（R）亮——停车；黄灯（Y）亮——准备；绿灯（G）亮——通行；正常时只有一个灯亮。如果灯全不亮或全亮或两个灯同时亮，都是故障。

本项目我们学习的是数字电路进行逻辑运算的基本知识：基本逻辑运算和实现这些运算的门电路；以及中、小规模组合逻辑电路的分析和制作。

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 P1-M1 逻辑门电路测试

学习目标 ——能识别常见数字集成电路的类型。 ——会测试常见的TTL和CMOS集成电路。

工作任务 1．测试常用TTL门电路74LS08、74LS32、74LS04、74LS10、74LS20的逻辑功能。 2．测试CMOS电路CC4011的逻辑功能。 3．将所测试数据记录并进行整理归纳总结。

P1-M1.1 常用TTL门电路测试

看一看 双列直插式TTL集成门电路的外形示例如图1-1-1所示。

图1-1-1 TTL集成门电路的外形示例

读一读

门电路是用以实现各种基本逻辑关系的电子电路，它是组成其它功能数字电路的基础。常用的逻辑门电路有与门、或门、非门、与非门、或非门和异或门等。集成逻辑门主要有TTL门电路和CMOS门电路。

逻辑代数是分析和研究数字逻辑电路的基本工具。它是由英国数学家乔治·布尔于19世纪中叶首先提出并用于描述客观事物逻辑关系的数学方法。逻辑代数与普通代数相似之处在于它们都是用字母表示变量，用代数式描述客观事物间的关系。但不同的是，逻辑代数是描述客观事物间的逻辑关系，逻辑函数表达式中的逻辑变量的取值和逻辑函数值都只有两个取值，即0和1。这两个值不具有数量大小的意义，仅表示客观事物的两种相反的状态，如开关的闭合与断开；电位的高与低；真与假；好与坏；对与错等。

一个变量有2种取值组合，即0和1；二变量有4种组合，即00、01、10、11；三个变

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数字电路制作与调试

量有8种取值组合；n个变量有2个取值组合。所以我们可以用一种表格来描述逻辑函数的真假关系，我们就称这种表格为真值表。如表1-1-1所示为2输入与非门的真值表。

表1-1-1 2输入与非门的真值表。 输 入 A 0 0 1 1 想一想 1．我们知道一个逻辑变量，有2种取值组合，5个逻辑变量应有 种取值组合。 2．如有n个逻辑变量，则应有 种取值组合。 读一读 在实际中我们遇到的逻辑问题是多种多样的，但无论问题是复杂还是简单，它们都可以用“与”、“或”、“非”三种基本的逻辑运算把它们概括出来，下面我们分别讲解。 与逻辑

当决定某一事件的所有条件都具备时，该事件才会发生，这种因果关系称为与逻辑关系，如表1-1-2可看出逻辑变量A、B的取值和函数Y的值之间的关系满足逻辑乘的运算规律，因此，可用下式表示：

Y=A·B 或 Y=A×B

式中的“·”表示逻辑乘，在不需要特别强调的地方常将“·”号省掉，写成Y=AB。逻辑乘又称与运算，实现与运算的电路称为与门，其逻辑符号如图1-1-2所示。对于多变量的逻辑乘可写成：

Y=A·B·C„

表1-1-2 与逻辑真值表

A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 0 0 0 1 B 0 1 0 1 输 出 Y 1 1 1 0 n

A B & Y

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 图1-1-2 与门逻辑符号

看一看 认识2输入四与门CT74LS08。

(1) 观看2输入四与门CT74LS08外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序应如何识读。 (2) 根据图1-1-3所示的CT74LS08外引线排列图，正确区分四个与门的输入、输出端。

V4A 4B 4Y 3A 3B 3Y CC 14 13 12 11 10 9 8 & CT74LS08 & 1 1A 2 1B 3 1Y 4 2A 5 2B & & 6 2Y 7 GND

图1-1-3 CT74LS08外引线排列图

做一做 选用2输入四与门74LS08，其外引线排列如图1-1-3所示，电源电压为+5V。实验时使用其中一个与门，测试TTL与门的逻辑功能。与门的输入端A、B分别接到两个逻辑开关上，输出端Y的电平用万用电表进行测量。 实现步骤：

(1) 按图1-1-4连接元器件。

14 +5V 8 74LS08 & K1 1 2 3 K2 V 7

图1-1-4 与门逻辑功能测试接线图

(2) 开关K1、K2的电平位置分别按表1-1-3所列要求设置，并将每次输出端的测试结果记录在表1-1-3中。

表1-1-3 2输入端与门逻辑关系

K1 0 0 1 1 想一想 分析表1-1-3的输入、输出之间的逻辑关系，与门的逻辑功能可以概括为：

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K2 0 1 0 1 输 出 电平(V) 逻辑0或逻辑1 代入Y=A·B 是否符合与逻辑关系 数字电路制作与调试

。 读一读 或逻辑

当决定某一事件的几个条件中，只要有一个或者几个条件具备，该事件就会发生，这种因果关系称为或逻辑关系。从表1-1-4可看出逻辑变量A、B的取值和函数Y的值之间的关系满足逻辑加的运算规律，因此，可用下式表示： Y=A+B

式中的“+”表示逻辑加，又称或运算，实现或运算的电路称为或门，其逻辑符号如图1-1-5所示。对于多变量的逻辑加可写成： Y=A+B+C„

表1-1-4 或逻辑真值表

A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 ≥1 Y 0 1 1 1 A B 看一看 认识2输入四或门CT74LS32。

Y

图1-1-5 或门逻辑符号

(1) 观看2输入四或门CT74LS32外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序应如何识读。 (2) 根据图1-1-6所示的CT74LS32外引线排列图，正确区分四个或门的输入、输出端。

V4A 4B 4Y 3A 3B 3Y CC 14 13 12 ≥1 11 10 9 ≥1 8 CT74LS32 ≥1 ≥1 图1-1-6 CT74LS32外引线排图

做一做 选用2输入四或门74LS32，其外引线排列如图1-1-6所示，电源电压为+5V。实验时使用其中一个或门，测试TTL或门的逻辑功能。或门的输入端A、B分别接到两个逻辑开关上，输出端Y的电平用万用电表测量。 实验步骤：

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1 1A 2 1B 3 1Y 4 2A 5 2B 6 2Y 7 GND P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 (1) 按图1-1-7连接元器件。

14 +5V 8 74LS32 ≥1 K1 1 2 3 K2 V 7

图1-1-7 或门逻辑功能测试接线图

(2) 开关K1、K2的电平位置分别按表1-1-5所列要求设置，并将每次输出端的测试结果记录在表1-1-5中。

表1-1-5 2输入端或门逻辑关系测试记录

K1 0 0 1 1 想一想 分析表1-1-5的输入、输出之间的逻辑关系，或门的逻辑功能可以概括为： 。 读一读 非逻辑

非就是反，就是否定。这种互相否定的因果关系称为非逻辑关系。如表1-1-6逻辑非真值表，逻辑非用下式表示：

YA

在变量的上方的“—”号表示非，A是A的反变量，读作“A非”，实现非运算的电路称为非门，其逻辑符号如图1-1-8所示。

表1-1-6 非逻辑真值表

输入 A 0 1 - 6 -

K2 0 1 0 1 输 出 电平(V) 逻辑0或逻辑1 代入Y=A+B 是否符合或逻辑关系 输出 Y 1 0 数字电路制作与调试

A 1 Y

图1-1-8 非门逻辑符号图

看一看 认识TTL六反相器CT74LS04

(1) 观看六非门CT74LS04外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序应如何识读。 (2) 根据图1-1-9所示的CT74LS04外引线排列图，正确区分六个非门的输入、输出端。

VDD 14 6A 13 6Y 12 5A 11 5Y 10 4A 9 4Y 8 1 1 CT74LS04 1 1 1 1A 2 1Y 3 2A 1 4 2Y 5 3A 1 6 3Y 7 VSS

图1-1-9 CT74LS04外引线排列图

做一做 选用六非门74LS04，其外引线排列如图1-1-9所示，电源电压为+5V。实验时使用其中一个非门，测试TTL非门的逻辑功能。非门的输入端A分别接到一个逻辑开关上，输出端Y的电平用万用电表进行测量。 实现步骤：

(1) 按图1-1-10连接元器件。

14 +5V 8 74LS04 1 1 2 K V 7

图1-1-10 非门逻辑功能测试接线图

(2) 开关K的电平位置分别按表1-1-7所列要求设置，并将每次测试的输出端结果记录在表1-1-7中。

表1-1-7 非门逻辑关系

K1 0 输 出 电平(V) 逻辑0或逻辑1 - 7 -

代入YA 是否符合非逻辑关系 P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 1 想一想 分析表1-1-7的输入、输出之间的逻辑关系，非门的逻辑功能可以概括为： 。 读一读 通过上一节的学习我们已经知道逻辑代数中有三种基本的逻辑运算，事实上我们总是希望用较少的器件来实现较多的逻辑功能，这时我们就必须用到复合逻辑。

(1) 经常用到的复合逻辑有三种：它们是“与非”、“或非”、“与或非”。表1-1-8列出了它们的逻辑表达式、逻辑符号和逻辑功能。

表1-1-8 与非、或非、与或非三种复合逻辑

逻辑名称 “与非” 逻辑 “或非” 逻辑 逻辑表达式 逻辑符号 逻辑门特性 YAB YAB A B & Y “有0出1，全1出0” A B A B C D E F =1 Y & ≥1 “有1出0，全0出1” “与或非” 逻辑 任一组输入全为1时输出Y YABCDEF 为0，每一组输入至少有一 个为0时输出为1。 (2) “异或”逻辑和“同或”逻辑

有时我们还会用到“异或”逻辑和“同或”逻辑，它们都是两变量的逻辑函数。 “异或”逻辑指输入二变量相异时输出为“1”，相同时输出为“0”。（简述“不同为1，相同为0”）“异或”的逻辑表达式为：YABABAB，异或门的逻辑符号如图1-1-11所示。

A B =1 Y A B =1 Y

图1-1-11 异或门的逻辑符号 图1-1-12 同或门的逻辑符号

“同或”逻辑指输入二变量相同时输出为“1”，相异时输出为“0”。（简述“不同为0，相同为1”）“同或”的逻辑表达式为：YABA BA⊙B，同或门的逻辑符号如图1-1-12所示。 看一看 1．认识2输入四与非门CT74LS00。

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数字电路制作与调试

(1) 观看2输入四与非门CT74LS00外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序如何识读。 (2) 根据图1-1-13所示的CT74LS00外引线排列图，正确区分三个与非门的输入、输出端。

VCC 14 4A 13 4B 12 4Y 11 3A 10 3B 9 3Y 8 & CT74LS00 & 1 1A 2 1B 3 1Y 4 2A 5 2B & & 6 2Y 7 GND 图1-1-13 CT74LS00外引线排列图

2．认识3输入三与非门CT74LS10。

(1) 观看3输入三与非门CT74LS10外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序如何识读。 (2) 根据图1-1-14所示的CT74LS10外引线排列图，正确区分三个与非门的输入、输出端。

VCC 14 1C 13 1Y 12 3C 11 3B 10 3A 9 3Y 8 & & CT74LS10 & 1 1A 2 1B 3 2A 4 2B 5 2C 6 2Y 7 GND 图1-1-14 CT74LS10外引线排列图

3．认识4输入二与非门74LS20。

(1) 观看二4输入TTL与非门74LS20外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序如何识读。 (2) 根据图1-1-15所示的74LS20外引线排列图，正确区分二个与非门的输入、输出端。

V2D 2C NC 2B 2A 2Y CC 14 13 12 11 10 9 8 & CT74LS20 & 图1-1-15 74LS20外引线排列图

做一做 TTL与非门逻辑功能测试：

选用3输入三与非门CT74LS10，其外引线排列如图1-1-14所示，电源电压为5V，测试TTL与非门的逻辑功能。接线如图1-1-16所示。与非门的输入端A、B、C分别接到三个逻辑开关上，输出端Y的电平接万用表测量。根据真值表给定输入A、B、C的逻辑电平观察万用电表显示的结果，并将输出Y的结果填入上表1-1-9中。

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1 1A 2 1B 3 NC 4 1C 5 1D 6 2Y 7 GND P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 实验步骤

(1) 按图1-1-15连接元器件

14 +5V 8 CT74LS10 & K1 K2 K3 V 3 4 5 6 7

图1-1-16 CT74LS10逻辑功能测试图

(2) 开关K1、K2、K3的电平位置分别按表1-1-9所列要求设置，并将每次测试的输出端结果记录在表1-1-9中。

表1-1-9 3输入与非门真值表

K1 0 0 0 0 1 1 1 1 想一想 分析表1-1-9的输入、输出之间的逻辑关系，总结出与非门的逻辑功能是为： 。 做一做 TTL与非门主要参数的测试： 实现步骤：

(1) 按图1-1-17所示电路，正确连接。TTL与非门的输出高电平VOH＝ 。

K2 0 0 1 1 0 0 1 1 K3 0 1 0 1 0 1 0 1 输 出 电平(V) 逻辑0或逻辑1 是否符合与非逻辑关系 - 10 -

数字电路制作与调试

14 +5V 8 14 +5V 8 CT74LS10 & CT74LS10 & 3 4 5 6 7 5.1k V 3 4 6 7 5 V

图1-1-17 VOH的测试接线图 图1-1-18 VOL的测试接线图

(2) 按图1-1-18所示电路，正确连接。测试TTL与非门的输出低电平VOL＝ 。

读一读 1．保证输出标准低电平（0.4V）时，允许的最小输入高电平值称为开门电平VON（大于1.4V）

2．保证输出标准高电平（2.4V）时，允许的最大输入低电平值称为关门电平VOFF（小于1.2V）

3．电压传输特性曲线是指反映输出电压uO与输入电压ui关系的曲线。 做一做 TTL与非门电压传输特性的测试：

14 +5V 8 CT74LS10 & RP 100kΩ 3 4 5 6 7 V1 ui uo V2

图1-1-19 TTL与非门的电压传输特性测试电路

(1) 测试电路如图1-1-19所示。根据不同的输入电压，用万用表测出对应的输出电压值，记录测试数据并填入表1-1-10中。

表1-1-10 TTL与非门电压传输特性测试记录表

u（ 0.2 iV）u（ OV） 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 (2) 根据表1-1-10的测试数据，利用数学中学习的描点作图方法，在图1-1-20所示的直角坐标系中绘制出TTL与非门的电压传输特性曲线。

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 uo / V 0 u i / V

图1-1-20 TTL与非门电压传输特性曲线

读一读 1．在保证输出高电平电压不低于额定值90%的条件下所容许叠加在输入低电平电压UIL上的最大噪声（或干扰）电压，称为低电平噪声容限电压，用UNL表示。 UNL=UOFF—UIL

2．在保证输出低电平电压的条件下所容许叠加在输入高电平电压UIH上（极性和输入信号相反）的最大噪声电压，称为高电平噪声容限电压，用UNH表示。 UNH=UIH —UON

P1-M1.2 CMOS电路逻辑功能测试

读一读 CMOS门电路具有功耗低、抗干扰能力强、电源电压范围宽、逻辑摆幅大等优点，因而在大规模集成电路中有更广泛的应用，已成为数字集成电路的发展方向。 看一看 1．认识CMOS 2输入四与非门CC4011的外形及外引线排列图。

(1) 观看2输入CMOS四与非门CC4011外形，观察其有多少个引脚，引脚顺序应如何识读。

(2) 根据图1-1-21所示的CC4011外引线排列图，正确区分四个与非门的输入、输出端。

VDD 14 4A 13 4B 12 4Y 11 3Y 10 3B 9 3A 8 & CC4011 & 1 1A 2 1B 3 1Y 4 2Y & & 5 2A 6 2B 7 VSS - 12 -

数字电路制作与调试

图1-1-21 CC40111外线排列图

2．认识CMOS六反相器CC4069

CC4069是一种CMOS集成电路，内部含有六个反相器，它们的输入分别用1A—6A表示，输出分别用1Y—6Y表示，逻辑表达式YA。外引线排列如图1-1-22所示。

VDD 14 6A 13 6Y 12 5A 11 5Y 10 4A 9 4Y 8 1 CC4069 1 1 1A 2 1Y 3 2A 1 1 1 4 2Y 5 3A 1 6 3Y 7 VSS 图1-1-22 CC4069外引线排列图

3．认识四2输入异或门CC4070

CC4070也是一种CMOS集成电路，内部含有四个2输入端异或门，输入分别用1A、1B—4A、4B表示，输出分别用1Y—4Y表示。外引线排列如图1-1-23所示。

VDD 14 4B 13 4A 12 4Y 11 =1 3Y 10 1= 3B 9 3A 8 CC4070 =1 1 1A 2 1B 3 1Y 4 2Y 1= 5 2A 6 2B 7 VSS

图1-1-23 CC4070外引线排列图

做一做 1．根据CC4011的外引线排列图1-1-21，选择电源电压VDD=12V，测试2输入CMOS四与非门的主要参数。接线如图1-1-24所示，测出输出高电平VOH＝ ；接线如图1-1-25所示，测出输出低电平VOL＝ 。

14 +10V 8 14 +10V & 8 CC4011 & CC4011 7 1 2 3 V 7 1 2 3 V

2．CMOS与非门的电压传输特性的测试。

图1-1-24 CMOS与非门输出高电平测试图 图1-1-25 CMOS与非门输出低电平测试图

(1) 模仿测试TTL与非门电压传输特性的方法，参考图1-1-19所示的测试电路，取电源

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 电压VDD=12V，在输入端加上不同的输入电压，用万用表测出其对应的输出电压值，记录数据并填入下表1-1-11中。

表1-1-11 TTL与非门电压传输特性测试数据

u（ iV）uo（V） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (2)根据表1-1-11的测试数据，利用数学中描点作图的方法，在图1-1-26所示的直角坐标系中绘制出CMOS与非门的电压传输特性曲线。

uo / V 0 u i / V

图1-1-26 CMOS与非门的电压传输特性曲线

想一想 从绘制的电压传输特性曲线图1-1-26上可以看出，当电源电压VDD=12V时，CMOS与非门输出高电平VOH约为 ，输出低电平VOL约为 。 拓展性知识 TTL和CMOS与非门在使用时有很多不同之处，必须严格遵守。

1．TTL与非门对电源电压的稳定性要求较严，只允许在5V上有10％的波动。电源电压超过5.5V易使器件损坏；低于4.5V又易导致器件的的逻辑功能不正常。

2．TTL与非门不用的输入端允许直接悬空（但最好接高电平），不能接低电平。 3．TTL与非门的输出端不允许直接接电源电压或接地，也不能并联使用。

4．CMOS与非门的电源电压允许在较大范围内变化，例如3~18V电压均可，一般取中间值为宜。

5．CMOS与非门不用的输入端不能悬空，应按逻辑功能的要求接VDD或VSS。 6．组装、调试CMOS电路时，电烙铁、仪表、工作台均应良好接地，同时要防止操作人员的静电干扰损坏。

7．CMOS电路的输入端都设有二极管保护电路，导电时其电流容限一般为1ｍＡ，在可能出现较大的瞬态输入电流时，应串接限流电阻。若电源电压为10V，则限流电阻取10kΩ

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数字电路制作与调试

即可。电源电压切记不能把极性接反，否则保护二极管很快就会因过流而损坏。

8．CMOS电路的输出端既不能直接与电源VDD相接，也不能直接与接地点VSS相接，否则输出级的MOS管会因过流而损坏。 想一想 1．试述TTL与非门电压传输特性的特点和主要参数。比较TTL电路和CMOS电路的特点。

2．查阅数字集成电路手册，或上网查询数字集成电路资料检测TTL门电路74LS05、74LS02、74LS12的逻辑功能。

3．查阅数字集成电路手册，或上网查询数字集成电路资料检测CMOS电路CC4012、CC4081、CC4069、CC4002的逻辑功能。

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 P1-M2 用门电路制作简单逻辑电路

学习目标 ——会叙述集成与非门的逻辑功能。 ——会用74LS00实现其它逻辑函数式。 ——会用74LS20实现其它逻辑函数式。

工作任务 1．用集成与非门74LS00实现逻辑函数式：Y=AB+CD 2．用集成与非门74LS20实现四输入与逻辑函数式Y=ABCD

P1-M2.1 逻辑代数的基本定律和规则

读一读 逻辑代数的基本公式是一些不需证明的、直观可以看出的恒等式。它们是逻辑代数的基础，利用这些基本公式可以化简逻辑函数，还可以用来推证一些逻辑代数的基本定律。 1．逻辑代数的基本公式

逻辑常量只有0和1。对于常量间的与、或、非三种基本运算公式列于表1-2-1。

表1-2-1 与、或、非三种基本逻辑运算

与运算 0×0=0 0×1=0 1×0=0 1×1=1 或运算 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=1 表1-2-2 逻辑变量与常量间的逻辑运算

与运算 A×0=0 A×1=A A×A=A 或运算 A+0=A A+1=1 A+A=A 非运算 非运算 1=0 0=1 设A为逻辑变量，则逻辑变量与常量间的运算公式列于表1-2-2中。

AA AA0 2．逻辑代数的基本定律

AA1 - 16 -

数字电路制作与调试

(1) 交换律 AB=BA A+B=B+A (2) 结合律

ABC=（AB）C=A（BC） A+B+C=A+（B+C）=（A+B）+C (3) 分配律

A（B+C）=AB+AC A+BC=（A+B）（A+C） (4) 吸收律 A（A+B）=A A(AB)AB A+AB=A AABAB

ABACBCABAC (5) 反演律 ABAB ABA B 想一想 1．用真值表证明下列逻辑等式 (1) A(AB)AB

(2) ABCDA(BC)D 2．用公式证明下列逻辑等式 (1) A（A+B）=A

(2) ABABABAB

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 P1-M2.2 逻辑函数的化简

读一读 逻辑函数化简的意义：进行逻辑设计时，根据逻辑问题归纳出来的逻辑函数式往往不是最简逻辑表达式，并且可以有不同的形式。因此，实现这些逻辑函数就会有不同的逻辑电路。对逻辑函数进行化简和变换，可以得到最简的函数式和所需要的形式，从而设计出最简洁的逻辑电路。这对于节省元器件，优化生产工艺，降低成本和提高系统的可靠性，提高产品在市场上的竞争力是非常重要的。

运用逻辑代数的基本定律和公式对逻辑函数式化简的方法，称为代数化简法。基本的化简方法有以下几种。 1．并项法

利用AA1的关系，将两项合并为一项，并消去一个变量。 如： A B CA B CA B(CC)A B 2．吸收法

利用A+AB=A的关系，消去多余的因子。 如： AB+AB（E+F）=AB

ABCADCDBDABC(AC)DBD

ABCAC DBD ABCAC D ABCA DCD

3．消去法

运用AABAB消去多余因子。

如： ABACBCAB(AB)CABAB CABC 4．配项法

在不能直接运用公式、定律化简时，可通过乘AA1或加入零项AA0进行配项再化简。 如：

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数字电路制作与调试

ABB CACDABB CACD(BB)

ABB CABCDAB CD AB(1CD)B C(1AD) ABB C

做一做 1．证明下列各逻辑函数等式： (1) A(AB)B(BC)BB (2) ABABABA B1 (3) (AB)(AC)ABAC 2．化简下列各逻辑函数式： (1) Y=AB（BC+A） (2) Y(AB)(AB) (3) YABC(BC) 想一想 1．常见的逻辑函数式有几种形式？ 2．变换逻辑函数式有什么实际意义？

拓展性知识 逻辑代数的两个重要规则： 1．代入规则

对于任一个含有变量A的逻辑等式，可以将等式两边的所有变量A用同一个逻辑函数替代，替代后等式仍然成立。这个规则称为代入规则。

例如：已知ABAB，试证明用BC替代B后，等式仍然成立。 证明：左式A(BC)ABCABC 右式ABCABC 左式=右式 2．反演规则

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 对任何一个逻辑函数式Y，如果将式中所有的“·”换成“+”，“+”换成“·”，“0”换成“1”，“1”换而“0”，原变量换成反变量，反变量换成原变量，则得到原来逻辑函数Y的反函数Y。

例如：已知逻辑函数YABAB试用反演规则求反函数Y。 解：根据反演规则，可写出 Y(AB)(AB)A BAB 想一想 用代数法化简下列各式：

(1) YAABCABCBCBC (2) YABBDDCEAD (3) Y(ABC)(ABC)

P1-M2.3 用门电路实现一些简单逻辑函数

读一读 逻辑函数可以有多种不同的表达形式，它们有：与—或表达式、或—与表达式、与非—与非表达式、或非—或非表达式、与—或—非表达式等。可运用逻辑函数的基本定律进行恒等变换使之具有不同的表达形式。在实际应用中，由于生产和使用与非门集成电路较多，所以把一般函数式变换成只用与非门就能实现的函数式具有重要意义。 例：Y(AC)(CD) 或与表达式 ACCD 与—或表达式 ACCDACCD 与非—与非表达式 ACCD 或非—或非表达式 ACCD(AC)(CD) 与—或—非表达式 想一想 1．将ABBCCA变换为与非—与非表达式为 。

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数字电路制作与调试

2．将ABAB变换为与非—与非表达式为 。 做一做 1．用2输入四与非门74LS00实现与或式 Y=AB+CD 实现步骤；

(1) 根据逻辑代数的基本定律进行恒等变换，将Y的表达式变换为与非—与非表达式： YABCD (2) 由逻辑表达式画出逻辑图1-2-1；

A B C D & & & Y

图1-2-1

(3) 用74LS00实现该逻辑图，具体接线如图1-2-2所示；

+5V 14 CT74LS00 & & 10 9 8 & & V A 1 2 3 4 5 6 7 B C D 图1-2-2

(4) 记录电压表的读数，填写下列表1-2-3，并验证其正确性。

表1-2-3 74LS00实现与或式真值表

输 入 A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 电平 输 出 逻辑0或逻辑1 - 21 -

是否符合Y=AB+CD的计算结果 P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 2．用4输入二与非门74LS20实现四输入与Y=ABCD。 实现步骤：

(1) 根据逻辑代数的基本定律进行恒等变换，将Y的表达式变换为与非—与非表达式： Y=ABCD (2) 由逻辑表达式画出逻辑图1-2-3 。

A B C D & & Y

图1-2-3

(3) 用74LS20实现该逻辑图，具体接线如图1-2-4所示。

+5V 14 13 12 74LS20 1 2 10 9 8 & & & V 4 5 6 7 A B C D

图1-2-4

(4) 记录电压表的读数，填写下列表1-2-4，并验证其正确性。

表1-2-4 74LS20实现四输入与式真值表

输 入 A 0 0 0 0 0 0 B 0 0 0 0 1 1 C 0 0 1 1 0 0 D 0 1 0 1 0 1 电平 输 出 逻辑0或逻辑1 - 22 -

是否符合Y=ABCD的计算结果 数字电路制作与调试 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 想一想 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1．TTL闲置输入端应怎样处理？ 2．用集成与非门实现逻辑函数的步骤：

(1) 首先根据逻辑函数式写出 表达式。 (2) 再由与非—与非逻辑表达式画出 图。 (3) 最后根据所使用的集成电路型号安装实际电路。 拓展性知识 逻辑函数常用的三种表示方法之间可以相互转换。下面举例进一步说明。

有一T形走廊，在相会处有一路灯，在进入走廊的A，B，C三地各有控制开关，都能独立进行控制。任意闭合一个开关，灯亮；任意闭合两个开关，灯灭；三个开关同时闭合，灯亮。设A，B，C代表三个开关（输入变量），开关闭合其状态为“1”，断开为“0”；灯亮Y（输出变量）为“1”，灯灭为“0”。 1．根据逻辑要求列真值表

按照上述逻辑要求，可以列出真值表1-2-5 。

表1-2-5 “三地控制一灯”的真值表 A 0 0 0 0 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 - 23 - C 0 1 0 1 0 1 0 Y 0 1 1 0 1 0 0 P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 1 2．根据真值表写出逻辑表达式

1 1 1 逻辑表达式是用“与”、“或”、“非”等运算来表达逻辑函数的表达式。 由真值表写出逻辑表达式的方法： (1) 取输出Y=1的输入组合列逻辑表达式

(2) 对每一种输入组合，输入变量之间是“与”的逻辑关系。如果输入变量为“1”，则取其原变量（如A）；如果输入变量为“0”，则取其反变量（如A），而后将各变量相乘得乘积项。

(3) 各种组合之间，是“或”的逻辑关系，故取以上各乘积项之和。由此，从表1-2-3的真值表写出相应的“三地控制一灯”的逻辑表达式： YA BCABCAB CABC 3．根据逻辑表达式画逻辑图

一般由逻辑表达式画出逻辑图。逻辑乘用“与”门实现，逻辑加用“或”门实现，逻辑非用“非”门实现。YA BCABCAB CABC就可用三个“非”门、四个“与”门和一个“或”门来实现。见图1-2-5。

A 1 B 1 C 1 & & ≥1 L & & AA BB CC

图1-2-5 “三地控制一灯”的逻辑图

想一想 1．逻辑代数和普通代数有什么区别？ 2．画出Y=AB+BC+CA的逻辑图。 3．计算下列各式：

(1) Y=11010= 。 (2) Y=111= 。 (3) Y=11111= 。

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数字电路制作与调试

P1-M3 交通信号灯故障检查电路制作与调试

学习目标 ——能叙述组合逻辑电路的概念和特点。 ——会分析组合逻辑电路。 ——能制作与调试交通信号灯故障检查电路。

工作任务 1．交通信号灯故障的逻辑状态分析。 2．制作并调试交通信号灯故障检查电路。

P1-M3.1 组合逻辑电路的分析

读一读 数字电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。如果一个逻辑电路在任何时刻的输出状态只取决于这一时刻的输入状态，而与电路的原来状态无关，则该电路称为组合逻辑电路，简称组合电路。 想一想 组合逻辑电路的特点： 。 读一读 分析组合逻辑电路的步骤大致如下：已知逻辑图——→写逻辑表达式——→运用逻辑代数化简或变换——→列真值表——→分析逻辑功能。 做一做 分析逻辑图1-3-1的逻辑功能。

G2 A B & G1 X & & Y1 G4 & Y G3 Y2

图1-3-1

(1) 由逻辑图写出逻辑式

从输入端到输出端，依次写出各个门的逻辑式，最后写出输出变量Y的逻辑式： G1门 XAB

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 G2门 Y1AXAAB G3门 Y2BXBAB

G4门 YY1Y2AABBABABAB (2) 由逻辑式列出真值表1-3-1。

表1-3-1 A 0 0 1 1 (3) 分析逻辑功能

当输入A和B不同为“1”或“0”时，输出为“1”；否则，输出为“0”。 想一想 1．什么叫组合逻辑电路？它在电路结构上有哪些特点？ 2．简述组合逻辑电路的一般分析方法。

B 0 1 0 1 Y 0 1 1 0 P1-M3.2 交通信号灯故障检查电路的制作与调试

读一读 制作组合逻辑电路的步骤大致如下：已知逻辑要求——→列真值表——→写逻辑式——→运用逻辑代数化简或变换——→画逻辑图——→制作、调试组合逻辑电路图——→验证电路的正确性。

例如：制作一多数表决器，供三人（A，B，C）表决使用。每人有一电键，如果他赞成，就按电键，表示“1”；如果不赞成，不按电键，表示“0”。表决结果用指示灯来表示，如果多数赞成，则指示灯亮，Y=1；反之则不亮，Y=0。 1．多数表决器的制作； (1) 多数表决器的逻辑状态分析 由题意列出真值表1-3-2

表1-3-2 多数表决器真值表

A 0 0 B 0 0 - 26 - C 0 1 Y 0 0 数字电路制作与调试

0 0 1 1 1 1 (2) 由真值表写出逻辑式：

1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 YABCABCABCABC (3) 变换和化简逻辑式：

YABCABCABCABC

AB(CC)BC(AA)CA(BB)

ABBCCA ABC(AB) (4) 由逻辑式画出逻辑图1-3-2。

A B C & ≥1 ≥1 Y &

图1-3-2 多数表决器逻辑图

(5) 用74LS08和74LS32实现该逻辑图，具体接线图如图1-3-3。

+5V 14 14 8 U1 & 74LS08 & U2 ≥1 74LS32 ≥1 1 2 3 4 5 6 7 A B C 1 2 3 4 5 6 7

图1-3-3 多数表决器接线图

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试

图1-3-4 多数表决器装配图

2．安装、调试多数表决器电路。

(1) 按装配图1-3-4正确安装各元件与连线。装配工艺见附录。 (2) 经检查确认装配无误后，接入+5V电源。

(3) 改变三个开关的状态，可以看出发光二极管的亮与不亮。 3．检测多数表决器电路。

(1) 本电路结构比较简单，所用元器件较少，但是集成电路的安装要细心，引脚的位置要准确，焊接时杜绝搭锡现象，焊接完成后用万用表的电阻挡逐个测量； (2) 将制作、调试结果对真值表，验证电路是否正确。 做一做 交通信号灯故障检查电路的制作与调试。

交通信号在正常情况下：红灯（R）亮——停车；黄灯（Y）亮——准备；绿灯（G）亮——通行；正常时只有一个灯亮。如果灯全不亮或全亮或两个灯同时亮，都是故障。输入变量为1，表示灯亮；输入变量为0，表示不亮。有故障时，输出为1；正常时，输出为0。 1．交通信号灯故障检查电路的制作。 (1) 交通信号灯的逻辑状态分析。 由题意列写真值表1-3-3

表1-3-3 交通信号灯故障检查真值表 R 0 0 0 0 1 1 Y 0 0 1 1 0 0 - 28 -

G 0 1 0 1 0 1 L 1 0 0 1 0 1 数字电路制作与调试 1 1 (2) 由真值表写出逻辑式：

1 1 0 1 1 1 LR Y GRYGRYGRYGRYG (3) 变换和化简逻辑式：

LR Y GRYGRYGRYGRYG R Y GYGRGRY

R Y GRGYGRY (4) 由逻辑式画出逻辑图，如图1-3-5所示。

R Y G 1 1 1 & & & & & L 图1-3-5 交流信号灯故障检查逻辑图

(5) 交通信号灯故障检查电路的接线图如图1-3-6所示。 2．安装、调试交通信号灯故障检查电路。

(1) 按装配图1-3-7正确安装各元件与连线。装配工艺见附录； (2) 经检查确认装配无误后，接入+5V电源；

(3) 改变三个开关的状态，可以看出发光二极管的亮与不亮。 3．检测交通信号灯故障检查电路。

(1) 本电路结构不太复杂，所用元器件较少，但是集成电路的安装要细心，脚的位置要准确，焊接时杜绝搭锡现象，焊接完成后用万用表的电阻挡逐个测量； (2) 将制作、调试结果对真值表，验证电路是否正确。

附：交通信号灯故障检查电路元件清单（表1-3-4）和交流交通信号灯故障检查电路印制板图（图1-3-7）。

RR YY GG - 29 -

P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 14 +5V 8 14 13 12 11 & & & 8 74LS00 14 8 74LS20 & U1 1 1 74LS04 1 U2 U4 R 1 2 3 4 5 6 7 Y G 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 14 8 74LS10 & U3 1 2 3 4 5 6 7

图1-3-6 交通信号灯故障检查电路的接线图

图1-3-7 交通信号灯故障检查电路印制板图

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数字电路制作与调试

图1-3-7 交通信号灯故障检查电路安装3D图

表1-3-4 交通信号灯故障检查电路电路元件清单

序号 1 2 3 4 5 6

拓展性知识 其它组合逻辑电路如半加器和全加器。 一、半加器

1．所谓半加，就是只求本位的和，暂不管低位送来的进位数，即：A+B半加和。 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=10

表1-3-5 半加器真值表 被加数 A 0 0 1 1 加数 B 0 1 0 1 进位位 C 0 0 0 1 本位和 S 0 1 1 0 品 名 开 关 数字集成电路 数字集成电路 数字集成电路 数字集成电路 发光二极管 型号/规格 SW SPDT 74LS04 74LS00 74LS10 74LS20 LED 数量 3 1 1 1 1 1 配件图号 R、Y、G U1 U2 U3 U4 D1 实测情况 - 31 -

P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 2．由此得出半加器的真值表：其中，A和B是相加的两个数，S是半加和数，C是进位数。

3．由真值表可写出逻辑式： SABABAB CABAB

4．由逻辑式就可画出逻辑图，如图1-3-4所示，由一个“异或”门和一个“与”门组成部分。

A B & & & 1 C & S A B =1 S C & A B (a) (b) (c)

图1-3-8 半加器逻辑图及其逻辑符号

二、全加器

∑ CO S C

1．当多位数相加时，半加器可用于最低位求和，并给出进位数。第二位的相加有两个待加数Ai和Bi，还有一个来自后面低位送来的进位数Ci-1。这三个数相加，得出本位和数（全加和数）Si和进位数Ci 。

2．全加器的真值表见表1-3-6。

表1-3-6 全加器真值表 Ai 0 0 0 0 1 1 1 1 3．全加器的逻辑图和图形符号。

Bi 0 0 1 1 0 0 1 1 Ci-1 0 1 0 1 0 1 0 1 Ci 0 0 0 1 0 1 1 1 Si 0 1 1 0 1 0 0 1 - 32 -

数字电路制作与调试

Ci-1 ∑ CO Si Ai Bi ∑ CO ≥1 Ai Bi Ci-1 ∑ CI CO Si Ci Ci

(a) (b)

图1-3-9 全加器逻辑图及其逻辑符号

想一想 1．化简电路图1-3-10。写出逻辑函数式的简化过程并画出简化后的逻辑图。

1 & A B & & ≥1 Y C

图1-3-10

2．某汽车驾驶员培训班进行结业考试，有三名评判员，其中A为主评判员，B和C为副评判员。在评判时，按照少数服从多数的原则通过，但主评判员认为合格，亦可通过。试用“与非门”构成逻辑电路实现此评判规定。

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P1 交通信号灯故障检查电路的制作与调试 思考与练习

1-1．用逻辑代数的的公式和常用公式化简下列逻辑函数式。 (1) YABBAB (2) YABCABC (3) YABCAB

(4) YABCDABDACD (5) YACABCACDCD

1-2．用“与非门”实现下列逻辑关系，画出逻辑图。 (1) YABAC (2) YABC (3) YA B(AB)C (4) YABACABC

1-3．根据逻辑式YABA B列出逻辑状态表，说明其逻辑功能，并画出其用“与非门”组成的逻辑图。

1-4．保险柜的两层门上各装有一个开关，当任何一层门打开时，报警灯亮，试用一逻辑门来实现。

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