7.3三人表决器的设计制作
一．组合逻辑电路的设计方法 组合电路逻辑功能表示方法通常有逻辑函数表达式、真值表（或功能表）、 逻辑图、卡诺图、波形图等五种。在小规模集成电路中， 用逻辑函数表达式的居多； 在中规模集成电路中，通常用真值表或功能表。 1．最佳设计 所谓组合逻辑电路设计，就是根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最佳逻辑电路。 工程上的最佳设计，通常需要用多个指标去衡量，主要考虑的问题有以下几个方面： ① 所用的逻辑器件数目最少，器件的种类最少，且器件之间的连线最少。这样的电路称“最小化”电路。 ②满足速度要求，应使级数最少，以减少门电路的延迟。 ③功耗小，工作稳定可靠。 |
2．组合电路设计的一般方法
组合逻辑电路的设计一般可按以下步骤进行：
① 根据设计要求, 确定输入、输出变量的个数, 并对它们进行逻辑赋值(即确定0和1代表的含义) 。
② 根据真值表，写出相应的逻辑函数表达式。
③ 将逻辑函数表达式化简,并变换为与门电路相对应的最简式。
④ 根据化简的逻辑函数表达式画出逻辑电路图。
⑤ 工艺设计。包括设计机箱、面板、电源、显示电路、控制开关等等。最后还必须完成组装、测试。
组合逻辑电路设计步骤如图1-58所示。
图1-58 组合逻辑电路设计步骤
任务实施
一．工具、器材准备
三人表决器电路设计使用的材料见表1-20。
表1-20 三人表决器电路使用的设备、工具和材料
| 序号 | 名称及说明 | 数量 |
| 1 | 数字电路实验箱 | 1 |
| 2 | 数字万用表 | 1 |
| 3 | 74LS00 | 2 |
| 4 | 导线 | 若干 |
二．任务提出
任务：设计一个三人表决器。
功能：在某举重比赛中，有三名裁判。当两名以上裁判同意运动员上举杠铃合格，按动电钮，则举重有效，裁决合格信号灯显示亮；否则信号灯不亮。
要求：
（1）利用74LS00实现该电路功能。
（2）分组合作，根据三人表决器功能，按要求完成电路设计。
（3）在数字电路实验箱上完成电路组装调试、电路逻辑功能验证。
三. 设计步骤
第一步：实际逻辑功能分析：
根据题意可知：输入有3个变量，用A、B、C表示，输出用Y表示。设三人（A，B，C）每人有一开关，如果他赞成，就按开关，表示“1”；如果不赞成，不按开关，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。
第二步：由题意列出真值表如表1-21所示。
第三步：由真值表写出逻辑函数表达式：
第四步：变换和化简逻辑式为与非式：
表1-21 多数表决器真值表
| A | B | C | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
第五步：根据所提供的器件，设计逻辑电路图如图1-59所示。
图1-59 由74LS00构成的三人表决器逻辑电路图
三. 测试步骤
安装、调试三人表决器电路
(1)正确安装各元件与连线；
(2)给数字集成门电路加电源，即数字集成门电路的VCC接综合测试系统中标有5V的插口，数字集成门电路的GND接综合测试系统中标有GND的插口。
(3)A、B、C三个输入端分别接综合测试系统的逻辑电平输入电路，输出端Y接综合测试系统中逻辑电平指示电路；
(4)改变三个开关的状态，观察发光二极管的亮与不亮，验证电路正确与否。
三人表决器的设计制作
一．工具、器材准备
三人表决器电路设计使用的材料见表1-20。
表1-20 三人表决器电路使用的设备、工具和材料
| 序号 | 名称及说明 | 数量 |
| 1 | 数字电路实验箱 | 1 |
| 2 | 数字万用表 | 1 |
| 3 | 74LS00 | 2 |
| 4 | 导线 | 若干 |
二．任务提出
任务：设计一个三人表决器。
功能：在某举重比赛中，有三名裁判。当两名以上裁判同意运动员上举杠铃合格，按动电钮，则举重有效，裁决合格信号灯显示亮；否则信号灯不亮。
要求：
（1）利用74LS00实现该电路功能。
（2）分组合作，根据三人表决器功能，按要求完成电路设计。
（3）在数字电路实验箱上完成电路组装调试、电路逻辑功能验证。
三. 设计步骤
第一步：实际逻辑功能分析：
根据题意可知：输入有3个变量，用A、B、C表示，输出用Y表示。设三人（A，B，C）每人有一开关，如果他赞成，就按开关，表示“1”；如果不赞成，不按开关，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。
第二步：由题意列出真值表如表1-21所示。
第三步：由真值表写出逻辑函数表达式：
第四步：变换和化简逻辑式为与非式：
表1-21 多数表决器真值表
| A | B | C | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
第五步：根据所提供的器件，设计逻辑电路图如图1-59所示。
图1-59 由74LS00构成的三人表决器逻辑电路图
三. 测试步骤
安装、调试三人表决器电路
(1)正确安装各元件与连线；
(2)给数字集成门电路加电源，即数字集成门电路的VCC接综合测试系统中标有5V的插口，数字集成门电路的GND接综合测试系统中标有GND的插口。
(3)A、B、C三个输入端分别接综合测试系统的逻辑电平输入电路，输出端Y接综合测试系统中逻辑电平指示电路；
(4) 改变三个开关的状态，观察发光二极管的亮与不亮，验证电路正确与否。
