數(shù)字邏輯電路分析與設(shè)計實驗指導(dǎo)書

1、目 錄學(xué)生實驗前注意事項2實驗報告要求3實驗一 集成邏輯門測試及其應(yīng)用4實驗二 Multisim 在數(shù)字電路中的虛擬仿真（一）9實驗三 Multisim 在數(shù)字電路中的虛擬仿真（二）17實驗四 譯碼器和編碼器 23實驗五 數(shù)據(jù)選擇器及其應(yīng)用 29實驗六 組合邏輯電路的設(shè)計 34實驗七 集成觸發(fā)器及其應(yīng)用 38實驗八 集成計數(shù)器及其應(yīng)用 43實驗九 數(shù)字式秒表 47附 錄 部分集成電路外部引腳排列和功能49學(xué)生實驗前注意事項 一、實驗前要完成指定的各項預(yù)習(xí)任務(wù)。 二、檢查儀器設(shè)備能否滿足實驗要求。 三、熟悉準(zhǔn)備調(diào)試的元件和器件的功能。 四、嚴(yán)格按實驗要求連線，經(jīng)仔細(xì)檢查無誤后方可通電。 五、實驗

2、過程中應(yīng)仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象，認(rèn)真做記錄，實驗完成后測試結(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)行實驗。七、在變更實驗內(nèi)容或完成全部實驗之后，必須先斷開電源，再拆除實驗線路。八、培養(yǎng)踏實、嚴(yán)謹(jǐn)、實事求是的科學(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、保持實驗室內(nèi)安靜、整潔和良好的秩序，實驗后應(yīng)將儀器整理后放好，并協(xié)助實驗室老師搞好清潔衛(wèi)生。十一、不遲到、不早退、不無故缺席，按時交實驗報告。實驗報告要求一、實驗名稱二、實驗?zāi)康娜?、實驗中實際使用的儀器型號和器材型號、數(shù)量等。四

3、、實驗內(nèi)容和步驟1、實驗課題和方框圖、狀態(tài)圖、真值表、邏輯圖，對于設(shè)計性課題應(yīng)有整個設(shè)計過程和關(guān)鍵的設(shè)計技巧和說明。2、實驗記錄以及經(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、實驗結(jié)果的分析與討論。并得出結(jié)論，實驗過程中遇到的故障及排除故障的方法。4、完成實驗報告中相應(yīng)的思考題。作為完整的實驗文件，實驗報告應(yīng)附有實驗記錄，以備查閱，實驗報告必須用統(tǒng)一的實驗報告紙，其它紙張一律不能用，實驗報告在下次做實驗時交給實驗教師，過期作遲交處理，若此次實驗沒來做者不給成績，若實驗來做而報告不交者只能得40分。實驗一 集成邏輯門測試及其應(yīng)用一、實驗?zāi)康?、 熟悉

4、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)字邏輯實驗組件的使用方法。3、掌握與非門、異或門的邏輯功能及特點(diǎn)、基本應(yīng)用。二、TDS-1數(shù)字電路實驗系統(tǒng)簡介及集成電路引腳設(shè)定l TDS-1數(shù)字電路實驗系統(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器件實驗使用。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，實驗時使用者應(yīng)注意連接它們。做實驗時將需做實驗的集成電路插入插座中

5、，從對應(yīng)的引腳插孔按實驗要求進(jìn)行連線即可構(gòu)成實驗的電路。（二）、數(shù)字信號輸入方式數(shù)字電路實驗系統(tǒng)根據(jù)實驗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（三）、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8421BCD碼時，顯示09十個數(shù)碼。l 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“1”。以逆時針方

6、向旋轉(zhuǎn)依次編號順序為“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，本實驗講義附錄中選錄部分常用的集成電路器件引腳。三、實驗內(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、 用異或門實現(xiàn)奇校驗電路。4、 與非門的簡單應(yīng)用四、實驗步驟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圖1-1（B）測試與非門邏

7、輯功能原理圖表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1-2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1-2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，

8、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、 用異或門實現(xiàn)奇校驗電路圖1-3（A）測試奇校驗電路的連線圖圖1-3（B）測試校驗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L000001001000110000010

9、10110011101001001101010111000110111101111115、 用異或門和與非門實現(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1-5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1-6圖1-5（A）組合邏輯電路之一圖1-5（B）組合邏輯電路之二表1-6 組合

10、邏輯電路（A）、（B）真值表ABY1Y200011011五、預(yù)習(xí)要求1、 預(yù)習(xí)本實驗所用設(shè)備“數(shù)字電路實驗系統(tǒng)”的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法。2、 預(yù)習(xí)本實驗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、實驗報告要求1、 整理實驗數(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、 用與非門實現(xiàn)或門、或非門、異或門，要求畫出原理圖。4、 在下圖1-6與或非門實現(xiàn)Y=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驗二 Multisim在數(shù)字電路中的虛擬仿真（一） 一、實驗?zāi)康?、熟悉Multisim 軟件的基本功能。2、掌握如何用Multisim

11、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，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、實驗原理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廣，用與非門可以組成其他許多邏輯門。 要實現(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，要實現(xiàn)或門Y=A+B，根據(jù)摩根定律，或門的邏輯函數(shù)表達(dá)式可以寫成：Y= A·B ，可用3個與非門連接實現(xiàn)。

12、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“1”，全“1”得“0” ）。其邏輯函數(shù)表達(dá)式為：Y=A·B 。 TTL電路對電源電壓要求比較嚴(yán)，電源電壓Vcc只允許在+5V10%的范圍內(nèi)工作，超過5.5V，將損壞器件；

13、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） 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2-1 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

14、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) Cycle（循環(huán)）：代表字信號在設(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Frequency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Frequency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

15、鈕后，出現(xiàn)如圖2-2所示的對話框。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 Change : 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 。 Down Count：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

16、，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

17、。 Hex：十六進(jìn)制格式顯示。 Dec：十進(jìn)制格式顯示。 Binary：二進(jìn)制格式顯示。 ASCII：ASCII格式顯示。 “Trigger 觸發(fā)”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)。 “Frequency 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。

18、 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

19、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；T2T1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)。 ClockDiv（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，單擊該按鈕后出現(xiàn)如圖2-4所示的

20、時鐘設(shè)置對話框。圖2-4 時鐘設(shè)置圖2- 觸發(fā)方式設(shè)置 “ Clock Source時鐘源”區(qū)的功能在于選擇時鐘脈沖的來源： External代表采用外部時鐘脈沖； Internal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。 “ Sampling Setting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 示波器是電子實驗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)

21、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、實驗內(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“”和“”鍵，使與非門的兩個輸入端為表中的種情況，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A B 電位（）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” ，

22、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)，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 表2-2ABX1 0010001001110111圖2-8 與非門功能動態(tài)測試 “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。3、測試全加器的

23、邏輯功能按圖2-9所示組建全加器仿真電路 圖 2-9 一位全加器仿真電路開啟仿真開關(guān)，按表2-3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)A B C（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

24、連線。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2-4測試點(diǎn)輸 入輸 出ABCi-1SCi11002110300140115、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 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

25、不同值。表2-5輸 入輸 出EI01234567A2A1A0GSEO111111111011111110001111111000111011110010111111 根據(jù)上表，總結(jié)74148編碼電路的特點(diǎn)。四、實驗設(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、實驗報告要求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。實驗三 Multisim在

26、數(shù)字電路中的虛擬仿真（二）一、實驗?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)計方法。二、虛擬儀器介紹1、邏輯轉(zhuǎn)換儀 邏輯轉(zhuǎn)換儀如圖 3-1所示，該儀器共有9個端子，均為輸入端。這9個端子對應(yīng)于該儀器界面上部的AH共9個輸入端圖3-1 邏輯轉(zhuǎn)換儀圖 3-2 邏輯轉(zhuǎn)換儀界面 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)。

27、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 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“？”，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 由真值表導(dǎo)出簡化表達(dá)式?？蓪崿F(xiàn)對已有的邏輯表達(dá)式進(jìn)一步簡化的目的。 單擊按鈕 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、實驗內(nèi)容和步驟1、變量譯碼

28、電路的仿真分析 在 Multisim軟件中構(gòu)建仿真電路如圖3-3 所示圖3-3 譯碼器仿真電路 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。 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、BCD七段顯示譯碼器仿真測試電路 在 Mult

29、isim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。圖3-6 BCD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。 將實驗結(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數(shù)碼管000010000001100100101010001110110100110001011

30、10101101110011111113、用于非門設(shè)計一個一位的全減器 表3-2 全減器真值表輸 入輸出ABCDS0000000111010110110110010101001100011111 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。 D的設(shè)計圖3-7 全減器真值表D 列 單擊按鈕 單擊按鈕 單擊按鈕 得圖3-8圖3-8 與非門構(gòu)成的D邏輯電路 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3-9 4個輸入輸出端子與電路連接圖 3-10 D子電路圖3-11 S子電路 將圖3-10子電路D保存。 S 的設(shè)計 方法同D的設(shè)計，S子

31、電路如圖3-11。 將子電路D和子電路S連線畫成如圖3-12所示。 圖3-13 全減器電路圖 3-12 同樣將圖3-12設(shè)計成一個名稱為QJQ的子電路，如圖3-13 。 用邏輯轉(zhuǎn)換儀來驗證一位全減器的正確性 。 雙擊邏輯轉(zhuǎn)換儀。 點(diǎn)擊按鈕，得如圖3-14、圖 3-15 。 圖 3-14圖3-15四、實驗設(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、實驗報告要求1、總結(jié)74LS138譯碼電路的功能。2、用邏輯轉(zhuǎn)換儀設(shè)計一個一位全加器。實驗四 譯碼器和編碼器一、實驗?zāi)康?、了解數(shù)碼顯示管的工作原理。2、熟悉中規(guī)模譯碼

32、器的簡單應(yīng)用。二、實驗原理（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（例如74LS

33、138，74LS139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，

34、輸入和輸出都低電平有效。三、實驗內(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、實驗器件1、74LS86 2、74LS138 3、74LS20 4、74LS148 5、74LS175 6、74LS32五、實驗步驟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 入輸出字型DCBADCBA000010000001100100101010001110110100110001011101011011100111

35、11112、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)。圖4-1 碼制變換譯碼器表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 00 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

36、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Y0Y7。這種譯碼器設(shè)有三個使能端，當(dāng)G1=1，=0時，譯碼器處與工作狀態(tài)，輸出低電平。否則處于禁止?fàn)顟B(tài)時，輸出高電平。圖4-2 74LS138的引腳圖和真值表用實驗手段驗證74LS138邏輯功能。G1接Vcc,、接地，C、B、A接邏輯電平開關(guān)，Y0Y7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實現(xiàn)組合邏輯電路 圖4-3是用74LS138實現(xiàn)組合邏輯電路。G1接Vcc，G

37、2A、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。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。圖4-4 74LS148 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時所有輸出端均被封鎖；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

38、出端對應(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圖4-5 74LS175 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)清除端為低電平時輸出端Q為低電平；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） 74LS14

39、8 優(yōu)先編碼器的簡單應(yīng)用圖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線，全部接到邏輯電平開關(guān)。通過實驗，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（即從高電平低電平高電平）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

40、“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（即從高電平低電平高電平），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（即從高電平低電平高電平），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、查閱實驗中所用的集

41、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、實驗報告要求1、按實驗操作步驟記錄有關(guān)實驗數(shù)據(jù)。2、當(dāng)=0，并且G1=0時，譯碼器74LS138處于什么狀態(tài)？當(dāng)=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)計一個4線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)搶答器實驗操作步驟，試分析它的操作功能。實驗五 數(shù)據(jù)選擇器及其應(yīng)用一、實驗?zāi)康?、 掌握中規(guī)模集成電路數(shù)據(jù)選擇器的工作原

42、理與邏輯功能。2、 熟悉數(shù)據(jù)選擇器的應(yīng)用。二、工作原理數(shù)據(jù)選擇器又稱多路開關(guān)。這是一種組合邏輯電路，其主要功能是從來自不同地址的多路數(shù)據(jù)信息中任意選出所需要的一路信息作為輸出，所以其等效的物理模型相當(dāng)于一個單刀多擲開關(guān)。但是，它所控制和傳遞的是數(shù)字量，而不是模擬量，這是他與多路模擬開關(guān)的根本區(qū)別。無論是TTL還是CMOS集成電路都有系列化的多路選擇器產(chǎn)品，如十六選一，八選一，雙四選一以及二選一多路選擇器等。盡管其具體線路區(qū)別很大，但組成原理大同小異。數(shù)據(jù)選擇器除了可以從m個數(shù)據(jù)源中選出相應(yīng)的一個數(shù)據(jù)送到輸出外，還可實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)碼比較器，并行碼變?yōu)榇写a以及任意組合邏輯函數(shù)等具體應(yīng)用電

43、路。圖5-1示出了74LS151八選一數(shù)據(jù)選擇器的引腳圖以及真值表。圖中D0D7是八個數(shù)據(jù)輸入端，G是選通輸入端（又稱使能端），CBA是三個地址碼選擇輸入端，Y是同相輸出端，W是反向輸出端。X表示隨意態(tài)。G=1時，禁止工作，Y端輸出始終為0，W端輸出始終為1；G=0時，數(shù)據(jù)選擇器正常工作。圖5-1 八選一數(shù)據(jù)選擇器的引腳圖和真值表圖5-2示出了74LS153雙四選一數(shù)據(jù)選擇器的引腳圖及其真值表圖5-2 雙四選一數(shù)據(jù)選擇器的引腳圖和真值表三、實驗器件74LS04（7404）、 74LS32（7432）、74LS151（74151）、74LS153（74153）四、實驗內(nèi)容及實驗步驟1、數(shù)據(jù)選擇器

44、輸入端的擴(kuò)展用上述器件將雙四選一數(shù)據(jù)選擇器擴(kuò)展成一個八選一數(shù)據(jù)選擇器（用二種方法，要求畫出其邏輯圖）表5-1 四選一擴(kuò)展成八選一的真值表數(shù)據(jù)輸入地址選擇輸出D7D6D5D4D3D2D1D0CBAY110100100000010100111001011101112、用74LS153雙四選一數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)全減器圖5-3 用數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)的全減器圖5-3是用數(shù)據(jù)選擇器實驗全減器的原理圖。圖中A表示被減數(shù)，B表示減數(shù)，C表示低位的借位，Y1表示差，Y2表示本位的借位。按表2-2要求驗證圖2-3用數(shù)據(jù)選擇器實驗的全減器是否正確。(預(yù)習(xí)時將懸空的輸入引腳接上合適的電平)表2-2 全減器真值表C B AY1

45、Y20 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 13、 用74LS153作串行數(shù)碼比較器圖5-4 是用74LS153組成的串行數(shù)碼比較器。觸發(fā)器狀態(tài)輸出Q1和Q2用發(fā)光二極管指示：A、B輸入端接邏輯電平開關(guān)，CP接單脈沖信號輸出端。“SPACE”開關(guān)用邏輯電平開關(guān)代替。通過“SPACE”開關(guān)預(yù)先將觸發(fā)器Q1，Q2置“0”。然后分別將兩個位數(shù)相同的二進(jìn)制數(shù)A和B，有高位開始依次串行輸入A、B輸入端，每送入一位二進(jìn)制數(shù)，按一下單脈沖按鈕，觀察輸出端發(fā)光二極管亮暗變化情況。并填寫表5-3。根據(jù)輸出結(jié)果，說明A、B的大小。（實驗報告要求用文字簡要敘述其工作原理）表5-3 比較器實驗記錄第一組數(shù)第二組數(shù)第三組數(shù)A110110111011B11101