數(shù)字邏輯電路分析與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書綜述

1、目錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)前注意事項(xiàng) 2實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 3實(shí)驗(yàn)一集成邏輯門測試及其應(yīng)用 4實(shí)驗(yàn)二Multisim 在數(shù)字電路中的虛擬仿真（一） 9實(shí)驗(yàn)三Multisim 在數(shù)字電路中的虛擬仿真（二） 17實(shí)驗(yàn)四譯碼器和編碼器 23實(shí)驗(yàn)五數(shù)據(jù)選擇器及其應(yīng)用 29實(shí)驗(yàn)六組合邏輯電路的設(shè)計(jì) 34實(shí)驗(yàn)七集成觸發(fā)器及其應(yīng)用 38實(shí)驗(yàn)八集成計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用 43實(shí)驗(yàn)九數(shù)字式秒表 47附 錄部分集成電路外部引腳排列和功能 4971學(xué)生實(shí)驗(yàn)前注意事項(xiàng)一、實(shí)驗(yàn)前要完成指定的各項(xiàng)預(yù)習(xí)任務(wù)。二、檢查儀器設(shè)備能否滿足實(shí)驗(yàn)要求。三、熟悉準(zhǔn)備調(diào)試的元件和器件的功能。四、嚴(yán)格按實(shí)驗(yàn)要求連線，經(jīng)仔細(xì)檢查無誤后方可通電。五、實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)仔細(xì)觀察

2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)真做記錄，實(shí)驗(yàn)完成后測試結(jié)果需 經(jīng)教師審查簽字后再拆除線路。六、發(fā)生事故時，應(yīng)立即斷開電源，保持現(xiàn)場，待找出并排除故障后，方可 繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。七、在變更實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或完成全部實(shí)驗(yàn)之后，必須先斷開電源，再拆除實(shí)驗(yàn)線 路。八、培養(yǎng)踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)。不抄襲他人作業(yè)。九、愛護(hù)公共財(cái)產(chǎn)，當(dāng)發(fā)生儀器設(shè)備損壞時，必須認(rèn)真檢查原因并按規(guī)定的 條例處理。十、保持實(shí)驗(yàn)室內(nèi)安靜、整潔和良好的秩序，實(shí)驗(yàn)后應(yīng)將儀器整理后放好， 并協(xié)助實(shí)驗(yàn)室老師搞好清潔衛(wèi)生。十一、不遲到、不早退、不無故缺席，按時交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求一、實(shí)驗(yàn)名稱二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜?shí)驗(yàn)中實(shí)際使用的儀器型號和器材型號、數(shù)量等。四、實(shí)驗(yàn)

3、內(nèi)容和步驟1、實(shí)驗(yàn)課題和方框圖、狀態(tài)圖、真值表、邏輯圖，對于設(shè)計(jì)性課題應(yīng)有整個設(shè)計(jì)過程 和關(guān)鍵的設(shè)計(jì)技巧和說明。2、實(shí)驗(yàn)記錄以及經(jīng)過整理和處理的數(shù)據(jù)，曲線和波形圖，其中曲線和波形圖必須坐標(biāo) 紙畫出，貼在相應(yīng)的內(nèi)容中。3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論。并得出結(jié)論，實(shí)驗(yàn)過程中遇到的故障及排除故障的方法。4、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中相應(yīng)的思考題。作為完整的實(shí)驗(yàn)文件， 實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)附有實(shí)驗(yàn)記錄， 以備查閱， 實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須用統(tǒng)一的實(shí) 驗(yàn)報(bào)告紙， 其它紙張一律不能用， 實(shí)驗(yàn)報(bào)告在下次做實(shí)驗(yàn)時交給實(shí)驗(yàn)教師， 過期作遲交處理， 若此次實(shí)驗(yàn)沒來做者不給成績，若實(shí)驗(yàn)來做而報(bào)告不交者只能得40 分。實(shí)驗(yàn)一 集成邏輯門測試及其應(yīng)用一、實(shí)

4、驗(yàn)?zāi)康?、熟悉和掌握門電路的邏輯功能及其測試方法，并通過功能測試判斷其好壞。2、熟悉數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)組件的使用方法。3、掌握與非門、異或門的邏輯功能及特點(diǎn)、基本應(yīng)用。TDS-1數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡介及集成電路引腳設(shè)定TDS-1數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡介（一）、集成電路的插座和插孔12個IC圓孔插座供中小規(guī)模器件、GAL器件和EPROM器件實(shí)驗(yàn)使用。其 中14個引腳的有4個，16個引腳的有3個，20個引腳的有2個（引腳多的插座 也可以插引腳少的集成電路，只要注意引腳的編號）。器件引腳通過自鎖緊插座 對外接線。一插孔可引多根引線。這些插座沒有提供電源和地，實(shí)驗(yàn)時使用者應(yīng) 注意連接它們。做實(shí)驗(yàn)時將需做實(shí)驗(yàn)的集成

5、電路插入插座中，從對應(yīng)的引腳插孔 按實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行連線即可構(gòu)成實(shí)驗(yàn)的電路。（二）、數(shù)字信號輸入方式數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求提供了多種信號源1、邏輯電平信號：2、單脈沖輸出信號：3、連續(xù)脈沖信號（二）、信號輸出指示方式1、LED電平顯示：發(fā)光二極管及驅(qū)動電路。共指示電平使用。當(dāng)輸入插孔信號 為高電平時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；當(dāng)輸入插孔為低電平時，發(fā)光二極管不點(diǎn)亮。2、 7段數(shù)碼管顯示（帶譯碼器）：由6個發(fā)光數(shù)碼管組成，用來表示 6位十進(jìn)制 碼輸出，當(dāng)譯碼器 DCBA端輸入8421BC碼時，顯示09十個數(shù)碼。集成電路引腳編號設(shè)定先找到集成電路器件上的缺口，然后以缺口為基準(zhǔn)，左面第一個引腳設(shè)定編 號為“

6、1 ”。以逆時針方向旋轉(zhuǎn)依次編號順序?yàn)椤?2、3、4、5、7 ”集成電 路各引腳的具體意義需要對照集成電路手冊， 本實(shí)驗(yàn)講義附錄中選錄部分常用的 集成電路器件引腳。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測試與非門、異或門邏輯功能的好壞2、TTL門電路多余輸入端的處理方法。3、用異或門實(shí)現(xiàn)奇校驗(yàn)電路。4、與非門的簡單應(yīng)用四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測試與非門（74LS00）邏輯功能的好壞。按圖1-1 （A）所示接好連線。把與非門電路的輸入端連接邏輯電平輸入開 關(guān)K1、K2，把與非門電路輸出端連接發(fā)光二極管。改變輸入端的高低電平，觀 察其輸出端發(fā)光二極管的亮暗變化，并將輸出狀態(tài)填入表 1-1圖1-1（ A）測試與非門邏輯功能連線圖

7、圖1-1（ B）測試與非門邏輯功能原理圖LAvccLB4B4A4Y3B冇3AGNB3YK1K2 L 4567400表1-1與非門真值表ABY000110112、測試異或門（74LS86）邏輯功能的好壞按圖1-2（ A）所示接好連線。把異或門的輸入端連接邏輯電平輸入開關(guān)K1、K2，把異或門電路輸出端連接發(fā)光二極管。改變輸入端的高低電平，觀察其輸 出端發(fā)光二極管的亮暗變化，并將輸出狀態(tài)填入表1-2c E A Y E A Yc 4 4 4 3 客 3DAm B 1 A B Y 忖llTlY? OJ G=17iLSB6圖1-2（A）測試異或門邏輯功能連線圖圖1-2（ B）測試異或門邏輯功能原理圖表1-

8、2異或門真值表ABY000110113、TTL門電路多余輸入端的處理方法將74LS00和74LS86按圖1-1 (A)和圖1-2 (A)連線后，A輸入端分別接 地、電源端、懸空、與B并接，觀察當(dāng)B輸入端輸入信號分別為高、低電平時， 相應(yīng)輸出端的狀態(tài)，并填表1-3表1-3輸入輸出AB74LS00 （L）74LS86 （L）接地接電源懸空A、B并接4、用異或門實(shí)現(xiàn)奇校驗(yàn)電路圖1-3( A)測試奇校驗(yàn)電路的連線圖圖1-3(B)測試校驗(yàn)電路功能的原理圖電源開關(guān)撥向OFF。按圖1-3連接，把異或門電路的輸入端 A、B、C、D 連接邏輯電平輸入開關(guān) K1、K2、K3、K4，把異或門電路輸出端 L連接發(fā)光二

9、 極管。把電源開關(guān)撥向ON,改變輸入端的高低電平，觀察其輸出端發(fā)光二極管 的亮暗變化，并將輸出狀態(tài)填入表 1-4表1-4奇校驗(yàn)電路真值表輸入DCBA輸出L輸入DCBA輸出L輸入DCBA輸出L輸入DCBA輸出L00000100100011000001010110011101001001101010111000110111101111115、用異或門和與非門實(shí)現(xiàn)半加器電源開關(guān)撥向OFF。按圖1-4連接，把半加器的輸入端 A、B連接邏輯電平 輸入開關(guān)K1、K2，把半加器輸出端S、C連接發(fā)光二極管。把電源開關(guān)撥向ON， 改變輸入端的高低電平，觀察其輸出端發(fā)光二極管的亮暗變化， 并將輸出狀態(tài)填 入表1-

10、5圖1-4（ A ）半加器原理圖圖1-4（ B）半加器連線圖表1-5半加器真值表ABSC000110116、用與非門的簡單應(yīng)用測試圖1-5（ A）、（ B）組成的組合邏輯電路，按要求完成表1-6Y1圖1-5 (A)組合邏輯電路之一圖1-5 (B )組合邏輯電路之Y2表1-6組合邏輯電路(A)、(B)真值表ABY1Y200011011五、預(yù)習(xí)要求1、預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備“數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法。2、預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)所用到的集成電路器件的功能和外部引腳的排列及使用方法。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，并畫有關(guān)的時間波形圖。2、TTL門電路輸出端為什么不允許并聯(lián)使用。3、用與非門實(shí)現(xiàn)

11、或門、或非門、異或門，要求畫出原理圖。4、在下圖1-6與或非門實(shí)現(xiàn)Y=AB，CD的功能，多余輸入端引腳應(yīng)如何處理?圖1-6與或非門邏輯符號實(shí)驗(yàn)二 Multisim在數(shù)字電路中的虛擬仿真（一）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉Multisim軟件的基本功能。2、掌握如何用Multisim軟件進(jìn)行門電路的邏輯功能測試。3、通過Multisim軟件進(jìn)行半加器、全加器電路的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步熟悉軟件的使用 方法，特別是仿真方法4、掌握Multisim軟件中數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀的使用方法二、實(shí)驗(yàn)原理1、集成邏輯門集成邏輯門有許多種，如：與門、或門、非門、或非門、與或非門、異或門、 OC門、TS門等。但其中與非門用途最

12、廣，用與非門可以組成其他許多邏輯門。要實(shí)現(xiàn)其他邏輯門的功能，只要將該門的邏輯函數(shù)表達(dá)式化成與非-與非表達(dá) 式，然后用多個與非門連接起來就可達(dá)到目的。例如，要實(shí)現(xiàn)或門= .-：， 根據(jù)摩根定律，或門的邏輯函數(shù)表達(dá)式可以寫成： 丫= 二，可用3個與非門 連接實(shí)現(xiàn)。集成邏輯門還可以組成許多應(yīng)用電路，比如利用與非門組成時鐘脈沖源電路 就是其中一例，它電路簡單、頻率范圍寬、頻率穩(wěn)定。74LS00是“TTL系列”中的與非門，CD4011是“CMOS系列”中的與非門。 它們都是4-2輸入與非門電路，即在一塊集成電路內(nèi)含有 4個獨(dú)立的與非門。每 個門有2個輸入端。與非門的邏輯功能是：當(dāng)輸入端中有一個或一個以上

13、是低電平時，輸出端為高電平；只有當(dāng)輸入端全部為高電平時，輸出才是低電平（有“0”得“ T,全“ 1”得“ 0” ）。其邏輯函數(shù)表達(dá)式為：丫=吋。TTL電路對電源電壓要求比較嚴(yán)，電源電壓Vcc只允許在+5V二10%的范圍內(nèi) 工作，超過5.5V，將損壞器件；低于4.5V，器件的邏輯功能將不正常。CMOS集成電路具有功耗低（TTL功耗則大得多）、高輸入阻抗（遠(yuǎn)高于TTL 器件的輸入阻抗）、接近理想的傳輸特性、電源電壓范圍廣（可在 +5V+18V范 圍內(nèi)正常運(yùn)行。2、虛擬儀器使用介紹字信號發(fā)生器和邏輯分析儀在數(shù)字電路中應(yīng)用很廣，這里介紹Multisim軟件中字信號發(fā)生器和邏輯分析儀的基本使用方法。1）

14、字信號發(fā)生器字信號發(fā)生器是能夠產(chǎn)生32路（位）同步邏輯信號的一個多路邏輯信號源， 可用于對數(shù)字邏輯電路的測試，也稱為數(shù)字邏輯信號源。見圖2-1T0 00y- X XRQX二二三三三一二KHC1圖2-1字信號發(fā)生器字信號發(fā)生器圖標(biāo)的左右各有16個端子，左邊為015端子，右邊為 1631端子這32個端子是該儀器產(chǎn)生的信號輸出端。每一個輸出端子都可 接入數(shù)字電路的輸入端。在該儀器圖標(biāo)的下方還有兩個端子，R端子為數(shù)據(jù)備用（Ready）信號端，T為外部觸發(fā)（Trigger）信號端。從字信號發(fā)生器-XWG1界面可以看到，該儀器界面共分為以下6個區(qū)?！?Controls 控制”區(qū)含Cycle （循環(huán)）：代表

15、字信號在設(shè)置地址初值到最終值之間周而復(fù) 始地以設(shè)定頻率輸出。該輸出方式的速度可由Freque ncy控制。$ Burst單幀）：代表字信號在設(shè)置地址逐條輸出，直到最終值時自 動停止。該輸出方式的速度可由 Freque ncy控制。$ Step （單步）：代表每單擊鼠標(biāo)一次就輸出一條字信號。$ Set（設(shè)置）：單擊該按鈕后，出現(xiàn)如圖2-2所示的對話框|u亦口和J4i用之： dddmood1 Jrt AL et. nL諸球襪t+區(qū)C jpttaL右懸C左議圖2-2 設(shè)置對話框“圖2-2設(shè)置對話框”中包含以下4個區(qū)的內(nèi)容。 Pre-set Patterns（預(yù)置模式）區(qū)（按對話框中的順序介紹）No

16、Cha nge :不改變。Load：打開先前保存字信號文件。 Save：保存字信號文件，文件后綴為.DP Clear buffer清除緩沖區(qū)：清除字信號編輯區(qū)。Up Counter:表示在字信號編輯區(qū)地址范圍 0000H03FFH內(nèi),其內(nèi)容按0000, 0001, 0010順序，即以遞增方式進(jìn)行編碼。Dow n Cou nt:表示在字信號編輯區(qū)地址范圍 0000H03FFH內(nèi)，其內(nèi)容按03FF, 03FE, 03FD順序，即以遞減方式進(jìn)行編碼Shift Right:右移方式進(jìn)行編碼，即字信號按8000, 4000,2000, 1000, 0800, 0400, 0200, 0100的順序進(jìn)行編

17、碼。Shift Left:左移方式進(jìn)行編碼，即字信號按0001, 0002, 0004, 0800, 0010, 0020, 0040, 0080-的順序進(jìn)行編碼。 Display Type （顯示類型）Hex:十六進(jìn)制格式顯示。Dec :十進(jìn)制格式顯示。 Buffer Size :顯示在編輯器里字的數(shù)目 Initial Pattern:設(shè)置遞增編碼、遞減編碼、右移編碼、左移編碼的初始值 “Display顯示”區(qū)：設(shè)置字輸出信號的顯示方式。父Hex:十六進(jìn)制格式顯示。父Dec:十進(jìn)制格式顯示。父Bin ary :二進(jìn)制格式顯示。$ ASCII : ASCII 格式顯示。 “Trigger觸發(fā)”

18、區(qū)：設(shè)置觸發(fā)方式。$ Internal （內(nèi)部觸發(fā)）：選擇該方式觸發(fā)時，字信號的輸出直接受 輸出方式按鈕Step Burst、Cycle的控制。$ External （外部觸發(fā)）：選擇該方式觸發(fā)時，必須接入外觸發(fā)脈 沖信號，而且要設(shè)置“上升沿觸發(fā)”或“下降沿觸發(fā)”，然后單擊“輸 出方式”按鈕。只有外部觸發(fā)脈沖信號到來時才啟動信號輸出。$ :選擇上升沿觸發(fā)還是下降沿觸發(fā)。 “ Freque ncy 頻率”：設(shè)置輸出頻率。接線端部分：共有32個儀器所產(chǎn)生的信號輸出端。在儀器界面的右邊為字信號編輯區(qū)，可在該區(qū)里面以二進(jìn)制或十 六進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)。圖2-3 邏輯分析儀2）邏輯分析儀邏輯分 析儀用于對 數(shù)字

19、邏輯信 號的高速采 集和時序分 析，可同步記 錄和顯示 16 路數(shù)字信號。如圖2-3所 示。邏輯分析儀圖標(biāo)的左側(cè)由上至下的16個端子為輸入信號端子，使用時將這 些端子連接到電路的測量點(diǎn)。圖標(biāo)下方的三個端子分別為：C （外部時鐘輸入端）； Q （時鐘控制輸入端）；T （觸發(fā)控制輸入端）。從展開的邏輯分析儀的面板圖，見圖 2-3 （右部），儀器界面的左側(cè)有16個 成一豎列的小圓圈為儀器的16個輸入端。如其中某個連接端接有被測信號后， 該端的小黑點(diǎn)中會出現(xiàn)一個黑點(diǎn)。被采集的16路輸入信號以方波的形式顯示在屏幕上。當(dāng)改變輸入信號連接導(dǎo)線的顏色時，顯示波形的顏色立刻改變。在儀器界面的下端從左到右，其按鈕

20、分別為：Step按鈕代表停止仿真；Reset 按鈕代表復(fù)位并清除顯示內(nèi)容；Reverse按鈕的作用在于改變顯示屏幕的背景色。單擊T1和T2右側(cè)的左、右箭頭可以移動讀數(shù)指針上部的三角形，讀取波 形的邏輯數(shù)據(jù)。T1為讀書指針1離開時間基線零點(diǎn)的時間；T2為讀書指針2離 開時間基線零點(diǎn)的時間；T2 T1為兩讀數(shù)指針間的時間差。Clock時鐘區(qū)：設(shè)置時鐘來源及相關(guān)參數(shù)。 Clock / Div （時鐘/格）：用于設(shè)置在顯示屏上每個水平刻度顯示的時 鐘脈沖數(shù)。 Set（設(shè)置）:設(shè)置時鐘脈沖, 鐘設(shè)置對話框。單擊該按鈕后出現(xiàn)如圖2-4所示的時圖2-4時鐘設(shè)置圖2- 5觸發(fā)方式設(shè)置Clock Source時

21、鐘源”區(qū)的功能在于選擇時鐘脈沖的來源: ExternaI代表采用外部時鐘脈沖； InternaI代表采用內(nèi)部時鐘脈沖。Clock Rate時鐘頻率”區(qū)：用于設(shè)置時鐘脈沖的頻率Sampli ng Sett ing采樣設(shè)置”用于設(shè)置取樣方式Trigger觸發(fā)區(qū)：設(shè)置觸發(fā)方式。Set （設(shè)置）：單擊Set按鈕后出現(xiàn)如圖2-5所示的觸發(fā)方式設(shè) 置對話框。3）雙蹤示波器示波器是電子實(shí)驗(yàn)中使用最為頻繁的儀器之一。它可用來顯示電信號波形的 形狀、幅度、頻率等參數(shù)。圖3-1為該儀器的圖標(biāo)（左）及操作界面（右），圖標(biāo)上共有6個端子，分別 為A通道的正負(fù)端、B通道的正負(fù)端，外觸發(fā)的正負(fù)端。圖3-1雙蹤示波器三、實(shí)

22、驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、與非門的邏輯功能測試在Multisim軟件中畫與非門的測試圖，如圖2-6所示圖2-6與非門功能測試圖 開啟仿真開關(guān)，按表2-1所示，分別按動鍵盤上的“A”和“E” 鍵，使與非門的兩個輸入端為表中的4種情況，從虛擬萬用表的放大面板上讀出各種情況的直流電位，將它們填入表內(nèi)，并將電位轉(zhuǎn)換成邏輯狀態(tài)填入 表內(nèi)。表2-1與非門電路輸出邏輯狀態(tài)輸入端輸出端AB電位（V）邏輯狀態(tài)000110112、“門”控制功能的測試 “與非”門控制功能的靜態(tài)測試設(shè)A為信號輸入端，B為控制端，門的輸出接“燈”，高電平輸出時燈將被點(diǎn)亮。調(diào)出圖2-7中的元件，再按圖2-7進(jìn)行連線，連接電路完成， 開啟仿真開關(guān)，

23、按表2-2要求進(jìn)行測試，總結(jié)“封門”、“開門”的規(guī)律。圖2-7與非門功能靜態(tài)測試ABX10010001001110111表2-2 “與非”門控制功能的動態(tài)測試設(shè)A為信號輸入端，輸入CP脈沖， 頻率f=1kHz ； B為控制端接開關(guān)，分別輸 入“0”、“1”。a）進(jìn)入Multisim 仿真軟件，按圖2-8 所示調(diào)出元件及虛擬儀器“雙蹤示波器”， 再按圖2-8完成連線。b）開啟仿真開關(guān)，雙擊“示波器”， 對示波器作相應(yīng)的設(shè)置，觀察并記錄波形。圖2-8與非門功能動態(tài)測試3、測試全加器的邏輯功能 按圖2-9所示組建全加器仿真電路yitWbir UJAFH圖2-9一位全加器仿真電路 開啟仿真開關(guān)，按表2

24、-3要求，分別按動鍵盤上的A、B和C鍵（開關(guān)J3代表低位來的進(jìn)位），觀察并記錄指示燈的發(fā)光情況，并將其轉(zhuǎn)換為邏輯狀 態(tài)，將結(jié)果填入表2-3 （注：S表示全加和；Ci表示向高位的進(jìn)位）。表2-3 一位全加器電路輸出邏輯狀態(tài)輸入端輸出端指示燈狀況邏輯狀態(tài)ABC（ Ci-1）X1（ S）X2（ Ci）X1（ S）X2（ （Ci）0000010100111001011101114、用邏輯分析儀觀察一位全加器波形 關(guān)閉仿真開關(guān)，刪除圖2-9中除集成電路以外的其他元件。 調(diào)出“字信號發(fā)生器”和“邏輯分析儀”，按圖2-10所示連線。= - - 11 ”rf rf t ”- ! - - ”f rr- a -

25、a u j a 6 s -.-.-. a b b - - XJ-JLl -二二u=三三二-IIIA4 _ L -:74LS3CP :merzrn7JLS86D7-ai IPI1:JB 丄: I,.E ：IU71BQ_5V：: LJjuI I B B V ! HVDD40*1 BD 5V圖2-10 一位全加器波形仿真電路 雙擊“字信號發(fā)生器”圖標(biāo)，將打開它的放大面板，對其進(jìn)行設(shè)置和編輯 開啟仿真開關(guān)，雙擊“邏輯分析儀”，將出現(xiàn)“邏輯分析儀”放大面板,對其做相應(yīng)設(shè)置。 觀察并記錄一位全加器各輸入、輸出端波形。 按表2-4要求，用讀數(shù)指針讀出4個觀察點(diǎn)的狀態(tài)，并將它們的邏輯狀態(tài) 填入表2-4中。表2

26、-4測試點(diǎn)輸入輸出ABCi-1r sCi11002110300140115、編碼電路的仿真分析 按圖2-11組建編碼器的仿真電路圖2-11編碼器電路仿真分析塾3.- * - E-s#JL/按表2-5的要求設(shè)置一種輸入狀態(tài)，按下仿真開關(guān)，觀察并記錄發(fā)光二級 管的“亮”、“暗”情況，同時觀察兩個萬用表顯示的不同值。表2-5輸入輸岀EI01234567A2A1A0GSEO111111111011111110001111111000111011110010111111 根據(jù)上表，總結(jié)74148編碼電路的特點(diǎn)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備電腦、Multisim 10仿真軟件五、預(yù)習(xí)要求1、預(yù)習(xí)Multisim 10軟件的

27、基本操作。2、 預(yù)習(xí)Multisim 10軟件中虛擬儀器“字信號發(fā)生器”、“邏輯分析儀”的使用六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、畫出與非門動態(tài)測試的波形。2、畫出全加器各輸入、輸出的波形。3、總結(jié)74LS148編碼電路的功能。4、針對第四題寫出“字信號發(fā)生器”的各自具體設(shè)置過程。實(shí)驗(yàn)三 Multisim在數(shù)字電路中的虛擬仿真（二）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、進(jìn)一步熟練掌握“字信號發(fā)生器”、“邏輯分析儀”的使用”-2、 掌握Multisim軟件中虛擬儀器雙蹤示波器、4蹤示波器的使用3、掌握Multisim軟件中邏輯轉(zhuǎn)換儀的使用。4、掌握Multisim軟件對組合電路的分析與設(shè)計(jì)方法。二、虛擬儀器介紹1、邏輯轉(zhuǎn)換儀3-1所

28、示，該儀器共有9個端子，均為輸入端。這9個端AH共9個輸入端圖3-2邏輯轉(zhuǎn)換儀界面XLC1圖3-1邏輯轉(zhuǎn)換邏輯轉(zhuǎn)換儀如圖子對應(yīng)于該儀器界面上部的 儀器界面（如圖3-2）左上方提供A、B、C、D、E、F、G、H這8個輸 入變量；左邊為真值表區(qū)；正下方為邏輯表達(dá)式欄；右邊為邏輯轉(zhuǎn)換操作區(qū)。它 提供了 6種轉(zhuǎn)換功能單擊按鈕 將邏輯電路轉(zhuǎn)換成真值表，邏輯轉(zhuǎn)換儀顯示真值表結(jié)果。單擊按鈕口將真值表轉(zhuǎn)換成邏輯表達(dá)式，在轉(zhuǎn)換前必須將在真值表欄中輸入真值表，根據(jù)輸入端的個數(shù)，使用鼠標(biāo)單擊邏輯轉(zhuǎn)換儀界 面頂部輸入端的圓圈（AH），選擇輸入變量，這時真值表會自動組合輸入的變 量，此時顯示右側(cè)一欄 中的初始值均為“？

29、”，使用鼠標(biāo)單擊“？”變成“ 0”, 再使用鼠標(biāo)單擊“ 0”變成“ X ”。單擊按鈕_匸 由真值表導(dǎo)出簡化表達(dá)式?？蓪?shí)現(xiàn)對已有的邏輯表達(dá)式進(jìn)一步簡化的目的。單擊按鈕工八由邏輯表達(dá)式得到真值表。單擊按鈕” 由邏輯表達(dá)式得到邏輯電路。單擊按鈕-由邏輯表達(dá)式得到與非門電路。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟1、變量譯碼電路的仿真分析 在Multisim軟件中構(gòu)建仿真電路如圖3-3所示二三三二言 雙擊“字信號發(fā)生器”圖標(biāo)，彈出其設(shè)置面板，如圖3-4所示。對其進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。T WQQIDDDLOrOOtlDOt2 肚誕3 30000004 3000 DDO5 onao 口口“ MiaflDDfT 置ltSEf 點(diǎn)3譏

30、 DQW0口口 口口no2審16*4K |4C申勺削r 一 -詼莊證-1r .s*sr：nIV JP.円韌A-H 11占L 1Aj=r* r * -* 、 - - - - Y- - r - .-忙-加* X： % 廠 I圖3-4 設(shè)置面板圖3-5字信號設(shè)置 在字信號編輯區(qū)，對字信號進(jìn)行設(shè)置，并對數(shù)據(jù)的執(zhí)行過程進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，對數(shù)據(jù)流進(jìn)行設(shè)置指針、設(shè)置起始位、設(shè)置結(jié)束位、設(shè)置斷點(diǎn)、去掉斷點(diǎn)等的操作。如圖3-5所示。 設(shè)置完畢后，按下仿真開關(guān)，觀察 8個燈泡的現(xiàn)象。 根據(jù)仿真結(jié)果，列出圖3-3的譯碼器（74LS138）的真值表。 自擬一個能觀察譯碼器（74LS138）的波形圖的仿真電路圖。2、BC

31、D七段顯示譯碼器仿真測試電路 在Multisim軟件中構(gòu)建仿真電路如圖 3-6所示，圖中的顯示器是 LED 共陽數(shù)碼管。 a MJ -MS Xi1 X1 i a I IZ圖3-6BCD七段顯示譯碼器仿真測試電路 開啟仿真開關(guān)，分別按動各開關(guān)，使輸入 4位二進(jìn)制碼“ DCBA”分別為 00001001,這時對應(yīng)輸入的每個二進(jìn)制碼，經(jīng)譯碼器譯碼后直接推動共陽 LED 數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制數(shù)09,同時也可從接在輸入端的 4盞指示燈知道輸入的 二進(jìn)制碼。 將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表3-1中表3-1輸入輸出輸入輸出DCBAOa Ob Oc Od Oe Of Og數(shù)碼管DCBAOa Ob Oc Od Oe Of Og

32、數(shù)碼管0000100000011001001 10101000丄11I01L10100110001；011L101011 101110011 1111113、用于非門設(shè)計(jì)一個一位的全減器設(shè)定A為本位被減數(shù)，B為本位減數(shù)，C為由低位 來的借位輸入，D為本位之差，S為向高位的借位。圖3-7全減器真值表D列輸入輸出ABCDS0 I0000 I001110 1011 :0 I1101 I10010101001 I1000 I11111表3-2全減器真值表 D的設(shè)計(jì)單擊按鈕單擊按鈕單擊按鈕得圖3-8為了使電路簡潔，將設(shè)置為子電路。步驟如圖3-9、圖3-10圖3-10 D子電路圖3-11 S子電路將圖3-

33、10子電路D保存。S的設(shè)計(jì)方法同D的設(shè)計(jì)，S子電路如圖3-11（三）將子電路D和子電路S連線畫成如圖3-12所示tl ri a D圖3-12圖3-13全減器電路 同樣將圖3-12設(shè)計(jì)成一個名稱為QJQ的子電路，如圖3-13 。 用邏輯轉(zhuǎn)換儀來驗(yàn)證一位全減器的正確性。 雙擊邏輯轉(zhuǎn)換儀。 點(diǎn)擊按鈕一，得如圖3-14、圖3-15。W.C1* AR- 3Q -:b3圖 3-14圖 3-15四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備電腦、 Multisim 10 仿真軟件五、預(yù)習(xí)要求1、預(yù)習(xí) Multisim 10 軟件中虛擬儀器 “邏輯轉(zhuǎn)換儀”的使用六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、總結(jié) 74LS138 譯碼電路的功能。2、用邏輯轉(zhuǎn)換儀設(shè)計(jì)一個

34、一位全加器。實(shí)驗(yàn)四 譯碼器和編碼器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解數(shù)碼顯示管的工作原理。2、熟悉中規(guī)模譯碼器的簡單應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)原理（一）譯碼器1、譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的代碼進(jìn) 行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在 數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換，終端的數(shù)字顯示， 還用于數(shù)據(jù) 分配，存儲器尋址和組合控制信號等。 實(shí)現(xiàn)不同的功能可選用不同種類的譯碼器。2、譯碼器可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。前者又分為變量譯碼器和代 碼變換譯碼器。（1）變量譯碼器（又稱二進(jìn)制譯碼器） ：用以表示輸入變量的狀態(tài)。若有 n 個輸 入變量，則有

35、2n個不同的組合狀態(tài)，就有2n個輸出端供其使用。而每一個輸出 所代表的函數(shù)對應(yīng)于n個輸入變量的最小項(xiàng)（例如 74LS138, 74LS139等）。（ 2）代碼變換譯碼器：能將一種碼制變換成另一種碼制。例如將二進(jìn)制碼制碼 轉(zhuǎn)換為循環(huán)碼；將四位二進(jìn)制數(shù)表示的二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)等。（ 3）數(shù)碼顯示譯碼器：用來驅(qū)動各種顯示器件，它可以將數(shù)符或字符的二進(jìn)制 碼信息“還原”成相應(yīng)的數(shù)符或字符。常用的有74LS47、74LS48、74LS247、74LS248 等。（二）編碼器編碼與譯碼的過程剛好相反， 通過編碼器可對一個有效輸入信號譯成一組二 進(jìn)制代碼。 優(yōu)先編碼器的功能是允許同時在幾個輸入端有輸入信

36、號， 編碼器按輸 入信號排定的優(yōu)先的順序只對同時輸入的幾個信號中優(yōu)先權(quán)最高的一個進(jìn)行編 碼。例如74LS148,它是一個8線三線優(yōu)先編碼器，輸入和輸出都低電平有效。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 、熟悉數(shù)碼顯示器。2、碼制變換電路3、熟悉74LS138變量譯碼器4、編碼器的簡單應(yīng)用。四、實(shí)驗(yàn)器件1、74LS86 2 、74LS138 3 、74LS20 4 、74LS148 5 、74LS175 6 、74LS32五、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉數(shù)碼顯示器將任意一只顯示譯碼/驅(qū)動器的輸入D、C、B、A分別和邏輯電平開關(guān)連接。按表4-1要求，撥動邏輯電平開關(guān)，記錄數(shù)碼顯示器顯示的字型。表4-1數(shù)碼顯示器字型表輸入輸出字型輸

37、入輸出字型DCBA日DCBA000001000000110010010101000111011010011000101110101101110011111112、碼制變換譯碼器圖4-1是一個碼制變換譯碼器，它可以把一個四位二進(jìn)制碼B3B2B1B0輸入變成一個四位循環(huán)碼 G3G2G1G0。按表3-2要求，撥動邏輯電平開關(guān)，記錄發(fā) 光二極管變化狀態(tài)。G3 G2 G1 GO表3-2四位二進(jìn)制碼制轉(zhuǎn)換為四位循環(huán)碼的真值表輸入DCBA輸出G3G2G1G0輸入DCBA輸出G3G2G1G0輸入DCBA輸出G3G2G1G0輸入DCBA輸出G3G2G1G00 0 0 00 1 0 01 0 0 01 1 0 0

38、0 0 0 10 1 0 11 0 0 11 1 0 10 0 1 00 1 1 01 0 1 01 1 1 00 0 1 10 1 1 11 0 1 11 1 1 13、熟悉74LS138變量譯碼器(1)在圖4-2中74LS138是一種3線8線譯碼器，三個輸入端 CBA共有8 種組合(000111)，可譯出8個輸出信號丫0丫7。這種譯碼器設(shè)有三個使能端， 當(dāng)g仁1, G2A = G2B=0時，譯碼器處與工作狀態(tài)，輸出低電平。否則處于禁止 狀態(tài)時，輸出高電平。c Y YY yyyyA B D2 2 17 N A B c G G G YG使能輸入地i止輸入輸出G1cBAYO1 Y2Y3 Y4Y5

39、 Y671111111110X111111111 10000011111111000110111111r i0r o1011011111i00111110111111010011110111i0T0111111D11i011011111101i011111111110圖4-274LS138的引腳圖和真值表151斗3ii. 工9用實(shí)驗(yàn)手段驗(yàn)證74LS138邏輯功能。G1接Vcc,G2A、G2B接地，C、B、A接邏輯電平開關(guān)，丫0丫7分別接發(fā)光二極管。根據(jù)地址 C、B、A的變化情 況，觀察發(fā)光二極管亮暗狀態(tài)。(2)用74LS138實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路圖4-3是用74LS138實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路。G1接V

40、cc, G2A、G2B接地，C、 B、A接邏輯電平開關(guān)，C I、S分別接發(fā)光二極管。根據(jù)地址 C、B、A變化情 況，觀察輸出端CI、S的發(fā)光二極管亮暗變化狀態(tài)，填寫表 3-3。根據(jù)表3-3試 分析這是什么組合邏輯電路。ABCvccYOY1G2SG2B3G1Y4Y75GND674LS13811&SCBACIs00000 10 1 00 I 11001 0 11 1 0111表4 -3圖4-3 用74LS138組成的組合邏輯電路4、用74LS148優(yōu)先編碼器構(gòu)成一個簡易搶答器（1）芯片簡介 74LS148優(yōu)先編碼器的真值表和引腳圖。VccEOGS320AO74LS148選通輸入編碼輸入編碼輸出擴(kuò)展

41、選通輸出EI01234567A2ADGSEO1XXXXXXXX1111101111111111I100XXXXXXX0000010XXXXXX0100101aXXXXX011010010XXXX01110r 111010XXX01111100010XX0111111Li1010X01111111r 110010011111111i10115141311C9圖4-474LS148的引腳圖和真值表符號功能說明如：EI表示選通輸入端（低電平有效），只有EI=0時，編碼 器正常工作，而在EI=1時所有輸出端均被圭寸鎖；07表示編碼輸入端（低電平 有效），8根輸入線中，有1根為0時，A2A1A0編碼輸出

42、端對應(yīng)輸出一組3位 二進(jìn)制代碼；GS表示擴(kuò)展端，可以用來擴(kuò)展編碼器功能；E0表示選通輸出端。在優(yōu)先編碼器中允許同時在幾個輸入線上加輸入信號。 在幾個輸入線上同時 出現(xiàn)幾個輸入信號時，只對其中優(yōu)先權(quán)最高的一個輸入信號進(jìn)行編碼。 圖4-4中 輸入線7優(yōu)先權(quán)最高，輸入線0優(yōu)先權(quán)最低。 74LS175四上升沿D觸發(fā)器的引腳圖和真值表CLR VCC1Q4GW4QW4P3D2Q3Q2Q3QGNDCLKS.143CERCLKDQQ0XX011t110I 1t J00110XQQ74LS175圖4-574LS175四上升沿D觸發(fā)器的引腳圖和真值表這是一個四D觸發(fā)器，依靠一個時鐘脈沖CLK同步觸發(fā)。當(dāng)清除端CL

43、R為低電 平時輸出端Q為低電平；CLR為高電平時在時鐘CLK上升沿作用下，輸出 Q 與數(shù)據(jù)端D 一致；當(dāng)時鐘CLK為高電平、低電平或下降沿時，D對Q沒有影響。（2）74LS148優(yōu)先編碼器的簡單應(yīng)用St artX廠8VccEOGS3EI21Al.0GNB AO74L109R- DCLllJlplTlengseQGNvcc4Q4Q4B3r萸3QCLK1513IE10974LS175A.BC圖4-6用優(yōu)先編碼器組成的簡易搶答器圖3-6是用74LS148和74LS175為主體組成的簡易搶答器。Start開關(guān)為“開 始搶答”開關(guān)，接邏輯電平開關(guān)。07可作為八個搶答者的輸入信號

44、線，全部 接到邏輯電平開關(guān)。通過實(shí)驗(yàn)，試分析它的功能。 開始時設(shè)置Start開關(guān)為“ 0”電平即不允許搶答，74LS148的07輸入信號線設(shè)置為“ 1”電平，觀察數(shù)碼管顯示 字符。 保持Start開關(guān)為“0”電平，從07輸入信號開關(guān)中，任意撥動一個或幾個開關(guān)的一個來回（即從高電平一低電平一高電平）即開始搶答。觀察數(shù)碼管顯示字符。 把Start開關(guān)撥向“ H,觀察數(shù)碼管顯示 字符。 保持Start開關(guān)為“ 1”電平，從07輸入信號開關(guān)中，任意撥動一個或幾個開關(guān)的一個來回（即從高電平一低電平一高電平），例如先撥“ 2”再撥“ 4”。 觀察數(shù)碼管顯示字符。 重新設(shè)置Start開關(guān)為“ 0”電平，觀察

45、數(shù)碼管顯示 字符。 把Start開關(guān)撥向“ H，觀察數(shù)碼管顯示 字符。 保持Start開關(guān)為“ 1”電平，從07輸入信號開關(guān)中，任意撥動一個或幾個開關(guān)的一個來回（即從高電平一低電平一高電平），例如先撥“ 4”再撥“ 2”。 觀察數(shù)碼管顯示字符。 仿照過程，撥動其他輸入信號線，觀察數(shù)碼管顯示的字符，小結(jié)搶答器的功能五、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)譯碼、顯示原理，及譯碼器的功能和使用方法。2、了解、掌握優(yōu)先編碼器的工作原理。3、查閱實(shí)驗(yàn)中所用的集成電路器件的真值表及引腳圖。4、在原理圖中標(biāo)出引腳號六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1按實(shí)驗(yàn)操作步驟記錄有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2、當(dāng)G2A = G2B=0，并且 G仁0時，譯碼器 74LS138處于什么狀態(tài)？當(dāng)G2A=G2B=0,并且G1=1時，譯碼器74LS138又處于什么狀態(tài)？ 74LS138輸出 高電平有效還是低電平有效？3、用兩片74LS138設(shè)計(jì)一個4線一16線譯碼器，請畫出原理圖。4、74LS148編碼器輸入高電平有效還是低電平有效？輸出高電平有效還是低電平有效？當(dāng)幾個有效信號同時輸入時，74LS148的輸出會怎樣？5、根據(jù)搶答器實(shí)驗(yàn)操作步驟，試分析它的操作功能。實(shí)驗(yàn)五數(shù)據(jù)選擇器及其應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握中規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)選擇器的工作原理與邏輯功能