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文檔簡介

1、實(shí)驗(yàn)二 利用MSI設(shè)計(jì)組合邏輯電路1433XXXX一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1掌握組合邏輯電路的分析方法,并驗(yàn)證其邏輯功能。 2掌握組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法、并能 用最少的邏輯門 實(shí)現(xiàn)之。3. 熟悉示波器與邏輯分析儀的使用。二、實(shí)驗(yàn)儀器及器件: 1數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱、數(shù)字萬用表、示波器。2器件:74LS00,74LS197,74LS138,74LS151。三、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí):1復(fù)習(xí)組合邏輯電路的分析方法。對實(shí)驗(yàn)中所選的組合電路寫出函數(shù)式。2復(fù)習(xí)組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法。對實(shí)驗(yàn)要求的電路,列出真值表,寫出函數(shù)式,畫出邏輯圖,并在圖上標(biāo)明集成塊引腳號(hào)。四實(shí)驗(yàn)原理:見實(shí)驗(yàn)書五. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1、數(shù)據(jù)分配器與數(shù)據(jù)選擇器功能相反

2、。它是將一路信號(hào)送到地址選擇信號(hào)指定的輸出。如輸入為D,地址信號(hào)為A、 B、C,可將D按地址分配到八路輸出F0、F1、F2、F3、F4、F5、F6 、F7。其真值表如表(五)所示。試用3線8線譯碼器74LS138實(shí)現(xiàn)該電路。將74LS197連接成八進(jìn)制作為電路的輸入信號(hào)源,將QDQCQB分別與A.、B、C連接,D接模擬開關(guān),靜態(tài)檢測正確后,用示波器觀察并記錄D=1時(shí),CP、 A、 B、C及F0-F7的波形。(提示:將74LS138附加控制端S1作為數(shù)據(jù)輸入端,同時(shí)令S2=S3l=0,A2A1A0作為地址輸入端,即可將S1送來的數(shù)據(jù)只能通過A2A1A0所指定的一根輸出線反相后送出去。) (1)用

3、proteus設(shè)計(jì)邏輯電路圖如下 其中,將74LS197的Q3、Q2、Q1作為74LS138的S2、S1、S0輸入,G2A、G2B接低電平,G1接高電平。Q1與A相連,Q2與B相連,Q3與C相連,由上圖知A0-A7分別為數(shù)據(jù)分配器的7個(gè)輸出,而A8-A11為CP、Q1、Q2、Q3的波形,邏輯分析儀顯示如下(2)實(shí)驗(yàn)由譯碼器工作原理及數(shù)據(jù)分配器真值表,將試驗(yàn)箱中芯片由proteus中連接起來,實(shí)際圖如下示波器顯示如下其中,D0至D11分別為CP Q3 Q2 Q1 及F0-F7的輸出,雖然順序不一樣,但對比proteus邏輯分析儀,可知該實(shí)驗(yàn)成功。綜合真值表、proteus和實(shí)驗(yàn)示波器,可得最終輸

4、出波形圖應(yīng)為2、LU設(shè)計(jì),在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)用八選一數(shù)據(jù)選擇器151設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)發(fā)生器電路它的功能如表(四)所示。待靜態(tài)測試檢查電路工作正常后,進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試。將74LS197連接成十六進(jìn)制作為電路的輸入信號(hào)源,用示波器觀察并記錄CP.、S1、 S0、 A、 B、Y的波形。由上圖寫出真值表由于8輸入74LS151的數(shù)據(jù)選擇只有三個(gè)輸入,而顯然這里有S1 S0 A B 四個(gè)變量,因此,需要將其中一個(gè)變量設(shè)置為數(shù)據(jù)輸入,本實(shí)驗(yàn)將B設(shè)置為數(shù)據(jù)輸入首先,74LS151的邏輯輸出表達(dá)式為 A2A1A0D0+A2A1A0D1+A2A1A0D2+A2A1A0D3+A2A1A0D4+A2A1A0D5+A2A1A0D

5、6+A2A1A0D7在這里,觀察真值表,令A(yù)2 = S1A1 = S0A0 = A,D0 = D7 = 0D1 = D2 = D4 = BD3 = D6 = 1D5 = B那么表達(dá)式為S1S0AB+S1S0AB+S1S0A+S1S0AB+S1S0AB+S1S0A 當(dāng)時(shí)做預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)沒找到非門 ,就用與非門代替,用197輸出16進(jìn)制數(shù),Q1 Q2 Q3分別與151上 的A B C連接,E接地,X0和X7接地,X1 X2 X4接Q0,X3 X6接高電平,X5連Q0的取反。(1) 用proteus進(jìn)行仿真模擬邏輯分析儀如下 (2) 實(shí)驗(yàn)在試驗(yàn)中我將示波器中某些路交換了順序,不影響結(jié)果實(shí)驗(yàn)箱情況由于芯片上

6、沒有直接取反的芯片,我使用了74LS00與非門進(jìn)行取反示波器顯示其中D0到D6分別為CP B A S0 S1 Y的波形實(shí)驗(yàn)中的不足:沒有按書中給定的順序顯示每一路的波形,在下次的實(shí)驗(yàn)中將改正遇到的問題:74LS151在連線中E接口忘記接低電平,導(dǎo)致74LS151沒有正常工作,Y始終輸出低電平,由于線路繁多,花了很長時(shí)間才檢查出來,以后實(shí)驗(yàn)將在連線過程中更加仔細(xì)。根據(jù)真值表,proteus和實(shí)驗(yàn),可知該實(shí)驗(yàn)成功,正確波形如下 3.AU設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)半加半減器,輸入為S,A,B,其中S為功能選擇口。當(dāng)S=0時(shí),輸出A+B和進(jìn)位,當(dāng)S=1時(shí),輸出A-B和借位。首先畫出真值表由真值表可知,Dn=SAB+

7、SAB+SAB+SAB Cn=SAB+SAB卡諾圖化簡得Dn=AB+AB Cn=SAB+SAB(1) 門電路首先利用74LS197的八進(jìn)制輸出端Q1、Q2、Q3作為B、A、S的輸入。然后用異或門74LS86實(shí)現(xiàn)輸出Dn。接著用74LS86實(shí)現(xiàn)AB,再用74LS08與B實(shí)現(xiàn)與門輸出Cn用proteus進(jìn)行設(shè)計(jì)我用197輸出八進(jìn),用門表示邏輯,其中A0-A5分別表示PA S A B Dn Cn其中邏輯分析儀顯示如下實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了問題 ,由于異或門74LS86和與門74LS08不能同時(shí)使用,不得不將Cn的表達(dá)式進(jìn)行變換,改用兩次74LS00來實(shí)現(xiàn)與門,波形如下實(shí)驗(yàn)中我漏掉了CP的波形,D0-D4依次為

8、Q1 Q2 Q3 Dn Cn,同時(shí)我也沒按順序顯示波形,下次 實(shí)驗(yàn)將改進(jìn)(2) 使用74LS138實(shí)現(xiàn)將74LS197的Q3、Q2、Q1作為74LS138的S2、S1、S0輸入,G2A、G2B接低電平,G1接高電平。通過真值表,得知在74LS138中,Y1 Y2 Y5 Y6接Cn的與非門,輸出表示Cn波形;Y3 Y5接Dn的與非門,輸出表示Dn波形Proteus仿真如下邏輯分析儀如下其中 A0-A5分別為CP S A B Dn Cn實(shí)驗(yàn)箱情況示波器(3) 使用74LS151,我分的兩次記錄將74LS197的Q3、Q2、Q1作為74LS151的S2、S1、S0輸入。由真值表,第一個(gè)151表示Dn

9、,其中X1 X2 X4 X5接高電平,其余接地;第二個(gè)151表示Cn,其中X3 X5接高電平,其與接地首先是proteus邏輯分析儀實(shí)驗(yàn)由于151只有一個(gè),我分為兩步,第一步輸出Dn的波形,第二步輸出Cn的波形第一步:74LS151中X1 X2 X4 X5接高電平,其余接地Dn的 輸出 其中D3就表示Dn的波形問題:實(shí)驗(yàn)中我忽略了CP的波形,下次 改進(jìn)第二步:74LS151中X3 X5接高電平,其與接地Cn的輸出波形其中 D4為Cn的輸出波形問題:實(shí)驗(yàn)中我忽略了CP的波形,下次 改進(jìn)3個(gè)小實(shí)驗(yàn)最后的結(jié)果相同,表明實(shí)驗(yàn)成功。4、ALU(算術(shù)邏輯單元設(shè)計(jì))用proteum設(shè)計(jì)一個(gè)六輸入二輸出的AL

10、U??刂贫耍篠1,S2,S0,決定ALU的八種功能,其中指定六種功能為與,或,非,異或,全減,全加,剩余功能自己擬定。數(shù)據(jù)輸入端:三個(gè)輸入數(shù)據(jù)為A,B,C(當(dāng)執(zhí)行邏輯運(yùn)算時(shí)忽略C)。輸出端:和/差,進(jìn)位/借位。(邏輯運(yùn)算時(shí)為輸出,與輸出取反。)首先我準(zhǔn)備用多路復(fù)用器74LS151,把S2 S1 S0作為數(shù)據(jù)選擇,把A B C(當(dāng)加減運(yùn)算時(shí))經(jīng)過處理后作為數(shù)據(jù)輸入,在這里我將用三個(gè)74LS151,邏輯運(yùn)算時(shí),輸出Y與 Y 需要一個(gè)151,加減運(yùn)算時(shí)需要兩個(gè)輸出,和 (差) 與進(jìn)(退)位,需要兩個(gè)151。(1) 首先題目要求輸出6位二進(jìn)制數(shù),我將兩個(gè)74LS197串聯(lián)在一起,第一個(gè)197Q3作為第

11、二個(gè)197的八進(jìn)制計(jì)數(shù)輸入,即可得到6位計(jì)數(shù)器的輸出。其中Q5 Q4 Q3作為 S2 S1 S0分別與三個(gè)151的數(shù)據(jù)選擇端輸入(2) 真值表的前四個(gè)功能這幾個(gè)門的輸出將分別連在三個(gè)74LS151的數(shù)據(jù)輸入X0-X4處(根據(jù)真值表的功能和多路復(fù)用器的功能 )PS:該處我用的是Q1 Q0作為A B進(jìn)行邏輯運(yùn)算,省略了Q3(3) 全加和全減全加器真值表 全減器真值表 根據(jù)真值表,第一個(gè)138中,Y1 Y2 Y4 Y7和與非門U9結(jié)合,輸出和;Y3 Y5 Y6 Y7和與非門U10結(jié)合,輸出進(jìn)位。第二個(gè)138中,Y1 Y2 Y4 Y7和與非門U12結(jié)合,輸出差;Y1 Y2 Y3 Y7和與非門U13結(jié)合

12、,輸出借位 利用兩個(gè)數(shù)據(jù)分配器分別輸出和(差)、進(jìn)位(借位),第一個(gè)138和兩個(gè)與非門結(jié)合得到兩個(gè)輸出,分別為和、進(jìn)位;第二個(gè)138和兩個(gè)與非門結(jié)合得到 兩個(gè)輸出,分別為差、借位 (4) 74LS85這里我還用了一個(gè)比較器,因?yàn)樵诘谝粋€(gè)151中,輸出Y和 Y 正好得到兩個(gè)輸出Z1 Z2,但是第二、三個(gè)74LS151(表示和(差)、進(jìn)位(借位))Z1和Z2。如果只用或門將兩個(gè)Z1和兩個(gè)Z2結(jié)合,當(dāng)?shù)诙?、三個(gè)151工作時(shí),第一個(gè)Y輸出 始終為1,因而與門輸出始終為1 因此,第一個(gè)74LS151的輸出和第二、三個(gè)151的輸出不能同時(shí)存在,因此需要74LS85的幫助。(5) 輸出將比較器QA>B與第三個(gè)151輸出(表示進(jìn)位(借位)連入與門U19,將QA>B取反后與第二個(gè)151輸出(表示和(差)連入與門U18,再對兩個(gè)輸出進(jìn)行或運(yùn)算,即可巧妙的避開錯(cuò)誤,避開兩個(gè)結(jié)果的相互干擾。由圖知或門U16輸出即Z1,U20輸出為Z2(6) 全圖邏輯分析儀各個(gè)段的波形圖已經(jīng)一一應(yīng)正,結(jié)果正確六. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、感受最深的就是proteus模擬和實(shí)驗(yàn)室里做實(shí)驗(yàn)有很大的差別。實(shí)驗(yàn)箱芯片有限,特別是ALU,根據(jù)proteus在 實(shí)驗(yàn)箱里連出電路有難度,因此在以后的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)將芯片有限這個(gè)情況討論進(jìn)去,適當(dāng)簡化電路。2、通過AU可知,同一種結(jié)

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