數(shù)字電路實驗指導(dǎo)書(第一版整理)

1、 實驗項目總表序號實驗項目名稱實驗次序項目類別項目類型1集成邏輯門的邏輯功能測試1綜合必做2組合邏輯電路的設(shè)計與測試2綜合必做3譯碼器及其應(yīng)用3綜合必做4數(shù)據(jù)選擇器及其應(yīng)用4綜合必做5觸發(fā)器及其應(yīng)用5綜合必做實驗一 門電路邏輯功能測試一、實驗?zāi)康?掌握基本門電路邏輯功能測試方法。2掌握Multisim元器件庫中查找常用元件的方法。二、實驗設(shè)備及元器件1. PC人計算機及仿真軟件Multisim 。2. 虛擬元件：與非門7400N、74LS04N、異或門7486N、三態(tài)門74LS125N。3. 虛擬儀器：萬用表XMM1、信號發(fā)生器XFG1、測量元件中的指示燈X1等。三、實驗原理TTL集成電路的輸

2、入端和輸出端均為三極管結(jié)構(gòu)，所以稱作三極管、三極管邏輯電路（Transistor -Transistor Logic ）簡稱TTL電路。54 系列的TTL電路和74 系列的TTL電路具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)。所不同的是54 系列比74 系列的工作溫度范圍更寬，電源允許的范圍也更大。74 系列的工作環(huán)境溫度規(guī)定為0700C，電源電壓工作范圍為5V±5%V，而54 系列工作環(huán)境溫度規(guī)定為-55±1250C，電源電壓工作范圍為5V±10%V。54H 與74H,54S 與74S 以及54LS 與74LS 系列的區(qū)別也僅在于工作環(huán)境溫度與電源電壓工作范圍不同，就

3、像54 系列和74 系列的區(qū)別那樣。在不同系列的TTL 器件中，只要器件型號的后幾位數(shù)碼一樣，則它們的邏輯功能、外形尺寸、引腳排列就完全相同。TTL 集成電路由于工作速度高、輸出幅度較大、種類多、不易損壞而使用較廣，特別對我們進行實驗論證，選用TTL 電路比較合適。因此，本實訓(xùn)教材大多采用74LS(或74)系列TTL 集成電路，它的電源電壓工作范圍為5V±5%V，邏輯高電平為“1”時2.4V，低電平為“0”時0.4V。它們的邏輯表達式分別為：圖1.3.1 分別是本次實驗所用基本邏輯門電路的邏輯符號圖。圖1.3.1 TTL 基本邏輯門電路與門的邏輯功能為“有0 則0，全1 則1”；或門

4、的邏輯功能為“有1則1，全0 則0”；非門的邏輯功能為輸出與輸入相反；與非門的邏輯功能為“有0 則1，全1 則0”；或非門的邏輯功能為“有1 則0，全0 則1”；異或門的邏輯功能為“不同則1，相同則0”。四、實驗內(nèi)容及實驗步驟1.測試與非門的邏輯功能(詳細(xì))（1）單擊電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條的“TTL”按鈕，從彈出的對話框中選取一個與非門7400N，將它放置在工作平臺上；單擊真實元件工具條的“電源”（Source）按鈕，將電源和底線調(diào)出放置在電子平臺上；單擊真實元件工具條的“基本”（Basic）按鈕，調(diào)出單刀雙擲開關(guān)“SPDT”兩只并將它們的key設(shè)置成“A

5、”和“B”；單擊真實元件工具條的“指示器”按鈕其中調(diào)出紅色指示燈一盞并把它放置在工作區(qū)中作為輸出指示。搭建后的電路如圖1.4.1所示。輸出表達式Y(jié)=A·B。圖1.4.1（2）點擊電子仿真軟件Multisim 基本界面右側(cè)虛擬儀器工具條“萬用表”按鈕，調(diào)出虛擬萬用表“XMM1”放置在電子平臺上，將“XMM1”儀器連成仿真電路。（3）雙擊虛擬萬用表圖標(biāo)“XMM1”，將出現(xiàn)它的放大面板，按下放大面板上的“電壓”和“直流”兩個按鈕，將它用來測量直流電壓如圖1.4.2所示。（4）打開仿真開關(guān)，按照表1.4.1，分別按動“A”和“B”鍵，使與非門的兩個輸入端為表中4種情況，從萬用表的放大面板上讀

6、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1.4.1內(nèi)。圖1.4.2表 1.4.1 與非門功能表輸入端輸出端ABY電位（V）邏輯狀態(tài)00510151105111002、基本集成門邏輯電路測試(同樣的步驟完成)（1）測試與門邏輯功能,實驗步驟自擬。74LS08是四個2輸入端與門集成電路，請按下圖搭建電路，再檢測與門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011（2）測試或門邏輯功能74LS32是四個2輸入端或門集成電路（見附錄1），請按下圖搭建電路，再檢測或門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011（3）測試非門邏輯功能74HC04是6個單輸入非門集成電路（

7、見附錄1），請按下圖搭建電路，再檢測非門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。AY01（4）測試或非門邏輯功能74LS02是四個2輸入端或非門集成電路（見附錄1），請按下圖搭建電路，再檢測或非門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011（5）測試異或門邏輯功能74LS86是四個2輸入端異或門集成電路，請按下圖搭建電路，再檢測異或門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011（7）測試同或門邏輯功能74LS266是四個2輸入端同或門集成電路，請按下圖搭建電路，再檢測同或門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中（可以換成COMS管4077）。ABY00011011 實驗二 用與非門組成其他功能門電路一、實

8、驗?zāi)康?掌握用與非門組成其他邏輯門的方法。二、實驗設(shè)備及元器件1. PC人計算機及仿真軟件Multisim 。2. 虛擬元件：與非門7400N、74LS04N、異或門7486N、三態(tài)門74LS125N。3. 虛擬儀器：萬用表XMM1、信號發(fā)生器XFG1、測量元件中的指示燈X1等。三、實驗內(nèi)容（1）用與非門組成或門： 根據(jù)摩根定律，或門的邏輯函數(shù)表達式Q=A+B可以寫成：Q=.，因此，可以用三個與非門構(gòu)成或門。圖2.3.1 從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條的“TTL”按鈕中調(diào)出3個與非門74LS00N；從真實元件工具條的“Basic”按鈕中調(diào)出2個單刀雙擲開關(guān)，并分

9、別將它們設(shè)置成Key=A和Key=B；從真實元件工具條的中調(diào)出電源和底線；并調(diào)出萬用表將所有的元件和萬用表連接成如圖2.3.1所示的電路。 打開仿真開關(guān)，按表2.3.1要求，分別按動“A”和“B”，觀察并記錄萬用表的值，將結(jié)果填入表2.3.1中。表2.3.1或門邏輯功能記錄表輸入端輸出端AB指萬用表值邏輯狀態(tài)00011011（2）用與非門組成異或門 按圖2.3.2所示調(diào)出元件并組成異或門仿真電路。圖2.3.2 打開仿真開關(guān)，按表2.3.2要求，分別按動“A”和“B”，觀察并記錄指示燈的發(fā)光情況，將結(jié)果填入表2.3.2中。表2.3.2輸入端輸出端AB指示燈狀態(tài)(X1)邏輯狀態(tài)00011011 按

10、照圖2.3.3調(diào)出7486N門電路輸出端連接萬用表。打開仿真開關(guān)，將表2.3.2要求，分別按動“A”和“B”，觀察結(jié)果，并把結(jié)果與將表2.3.2進行比較。圖2.3.33. 三態(tài)門電路功能測試(選做)圖2.3.4(1) 從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條的“TTL”按鈕中調(diào)出非門74LS04N和三態(tài)門74LS125N；從“指示器”按鈕中調(diào)出指示器、儀器儀表庫中調(diào)出信號發(fā)生器。將它們大建成如圖2.3.4所示電路。（2） A端輸入調(diào)解為1Hz的脈沖信號，然后打開仿真開關(guān)，按照表2.3.3進行仿真實驗。輸出指示燈觀察輸出端F1、F2的值并它們填入表2.3.3中。將F1與F2

11、用導(dǎo)線連接，實現(xiàn)一根信號線分時傳送多組數(shù)據(jù)的總路線結(jié)構(gòu)，用實驗加以驗證。表2.3.3B控制輸入輸出0EN1=0AF1（X1）=EN2=1AF2（X2）=1EN1=0AF1（X1）=EN2=1AF2（X2）=四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)門電路的工作原理和邏輯代數(shù)運算。 2熟悉門電路的管腳排列。 3復(fù)習(xí)數(shù)字萬用電表的使用方法。五、實驗報告要求1根據(jù)測量結(jié)果，說明7486N或74LS125N 門電路的邏輯功能。2. 根據(jù)要求填寫仿真實驗報告。3說明不同功能的門電路閑置端的處理辦法，如：與非門，或非門，與或非門，異或門等。4. 根據(jù)圖3-4和3-5的測量結(jié)果進行比較，并說明共同點和不同點。實驗三 組合邏輯電路的

12、設(shè)計與測試(加法器)一、實驗?zāi)康?. 學(xué)會用仿真軟件Multisim 進行半加器和全加器仿真實驗。2. 學(xué)會用邏輯分析儀觀察全加器波形。3. 分析二進制數(shù)的運算規(guī)律。4. 掌握組合電路的分析和設(shè)計方法。5. 驗證全加器的邏輯功能。二、實驗設(shè)備及元器件1. PC人計算機及仿真軟件Multisim 。2. 虛擬元件：與非門7400N、異或門7486N。3. 虛擬儀器：萬用表XMM1、指示燈、電源等。三、計算機仿真實驗內(nèi)容1. 測試用異或門、與門組成的半加器的邏輯功能（1）按照圖3.1.1所示，從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條中調(diào)出所需元件：其中，異或門74LS86N、

13、74LS08從“TTL”庫中調(diào)出；指示燈從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)右列虛擬元件庫中調(diào)出，X1選紅燈；X2選藍燈。圖3.3.1（2）打開仿真開關(guān)，根據(jù)表3. 3.1改變輸入數(shù)據(jù)進行試驗，并將結(jié)果填入表內(nèi)。表3.3.1輸入輸出A B S Ci0 00 11 01 12.測試全加器的邏輯功能（1）從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條“TTL”庫中調(diào)出異或門74LS86D,與門74LS08N和或門74LS32組成仿真電路如圖3.2.2所示。圖3.3.2（2）打開仿真開關(guān)，按照表3.3.2輸入情況進行仿真實驗，并將結(jié)果填入表內(nèi)。表3.3.2輸入輸出A B C

14、S（X1） C(X2)0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 3.用邏輯分析儀觀察全加器波形(no picture)（1）先關(guān)閉仿真開關(guān)，在圖3.3.2中刪除集成門電路以外的其他元件。在右側(cè)虛擬儀器庫中的“字發(fā)生器”（Word Generator）按鈕，調(diào)出字信號發(fā)生器圖標(biāo)“XWG1”，再點擊虛擬儀器庫中的“邏輯分析儀”（Logic Analyzer）按鈕，調(diào)出邏輯分析儀圖標(biāo)“XLA1”，將它門連接成3.3.3所示的電路。（2）雙擊字信號發(fā)生器圖標(biāo)“XWG1”，將打開它的放大面板如圖3.3.4所示。 它是一臺能產(chǎn)生32位（路）同步邏輯信號的儀表。按下放

15、大面板的“控制”（Controls）欄的“循環(huán)”（Cycle）按鈕，表示字信號發(fā)生器在設(shè)置好的初始值和終止圖3.3.3值之間周而復(fù)始地輸出信號；選擇“顯示”（Display）欄下的“Hex”表示信號以十六進制顯示；“觸發(fā)”（Trigger）欄用于選擇觸發(fā)器的方式；“頻率”（Frequency）欄用于設(shè)置信號的頻率，將它設(shè)置為1kz。 圖3.3.4（3）按下“控制”（Controls）欄的“設(shè)置”（Set）按鈕，將彈出對話框如圖3.3.5所示。選擇“顯示類型”（Display Type）欄下的16進制“Hex”，再在設(shè)置緩沖區(qū)大小“Buffer Size”輸入“000B”即十六進制的“11”，然

16、后點擊對話框右上角“接受”（Accept）按鈕回到放大面板。 圖3.3.5（4）點擊放大面板右邊8位字信號編輯區(qū)進行逐行編輯，從上至下載欄中輸入十六進制的000000000000000A共11條8位字信號，編輯好的11條8位字信號如圖3.3.4所示，最后關(guān)閉放大面板。（5）打開仿真開關(guān)，雙擊邏輯分析儀圖標(biāo)“XLA1”，將出現(xiàn)邏輯分析儀圖標(biāo)“XLA1”，將出現(xiàn)邏輯分析儀放大面板如圖3.3.6所示。將面板上“時鐘”（Clock）框下“時鐘s/Div”欄輸入1，再點擊面板左下角“相反”（Reverse）按鈕使屏幕變白，稍等片刻，然后關(guān)閉仿真開關(guān)。將邏輯分析儀面板屏幕下方的滾動條拉到不同的位置，見圖所

17、示。 圖3.3.6（6）拉出屏幕上的讀數(shù)指針可以觀察到一個全加器各輸入、輸出端波形，在圖3.3.6中讀數(shù)指針?biāo)谖恢梅謩e標(biāo)示輸入/輸出信號為A=0、B=1、Ci-1=0、S=1、Ci=0和A=1、B=1、Ci-1=1、S=1、Ci=1；。（注：屏幕左側(cè)標(biāo)有“8”的波形標(biāo)示A；標(biāo)有“9”的波形標(biāo)示B；標(biāo)有“4”的波形標(biāo)示Ci-1 ；標(biāo)有“1”的波形標(biāo)示S；標(biāo)有“6”的波形標(biāo)示Ci。）（7）按表3.3.3要求，用讀數(shù)指針讀出4個觀察點的狀態(tài)，并將它們的邏輯狀態(tài)和邏輯分析波形填入表3.3.3中。表3.3.31234狀態(tài)波形狀態(tài)波形狀態(tài)波形狀態(tài)波形輸入A1110B0101Ci-10011輸出SCi四、

18、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)半加器和全加器分析方法和設(shè)計方法。 2復(fù)習(xí)邏輯分析儀和數(shù)字信號發(fā)生器的使用方法。五、實驗報告要求1. 完成仿真實驗全部過程并實驗結(jié)果記錄在表3.2.2和3.2.3中。2. 總結(jié)設(shè)計全加器實驗的分析、步驟和體會，寫出完整的設(shè)計報告。實驗四 組合邏輯電路分析與設(shè)計(選做實驗)一、實驗?zāi)康?、掌握Multisim軟件對組合邏輯電路分析與設(shè)計的方法。2、掌握利用集成邏輯門構(gòu)建組合邏輯電路的設(shè)計過程。3、掌握組合邏輯電路的分析方法。二、實驗原理全加全減器是一個實現(xiàn)一位全加和全減功能的組合邏輯電路，通過模式變量M來控制全加/全減算術(shù)運算。本實驗可以使用74LS00，74LS86芯片來實現(xiàn)。A

19、i和Bi分別表示二進制數(shù)A與B的第i位，Ci表示Ai-1和Bi-1位全加時產(chǎn)生的進位，Ci+1表示第Ai和Bi位全加時產(chǎn)生的進位，Si為Ai和Bi的和或差，M=0表示全加功能，M=1表示全減功能，具體真值表為：MAiBiCiSiCi+1000000000110001010001101010010010101011001011111100000100111101011101101110010110100111000111111函數(shù)S和Ci+1的卡諾圖化簡后為：Si=AiBiCiCi+1=BiCi+(Ci+Bi)(MAi)=三、實驗設(shè)備1、硬件：計算機2、軟件：Multisim四、實驗內(nèi)容及實驗步

20、驟1、根據(jù)實驗原理構(gòu)建全加全減器功能電路并測試邏輯功能。2、利用邏輯分析儀測試第1步電路的功能及函數(shù)表達式。說明：上面的第一個圖是測試Ci+1，下面的圖是測試S的，要求分析出真值表及相應(yīng)函數(shù)表達式及最簡函數(shù)表達式。3、利用設(shè)計全加全減器功能電路并測試邏輯功能。4、利用邏輯分析儀測試第3步電路的功能。（參考設(shè)計圖略）實驗五 譯碼器及應(yīng)用一、實驗?zāi)康?. 掌握用電子仿真軟件Multisim 進行譯碼器的仿真實驗。2. 掌握3-8譯碼器74LS138的工作原理及應(yīng)用。3. 掌握七段顯示譯碼器7447的工作原理及應(yīng)用。二、實驗設(shè)備及元器件1PC計算機及仿真軟件Multisim 2虛擬儀器：萬用表、字符

21、信號發(fā)生器。 3虛擬元件：3線8線譯碼器（反碼輸出）74LS138、BCD七段顯示譯碼/驅(qū)動器7447N、七段顯示器、指示燈、雙擲開關(guān)等。 三、計算機仿真實驗內(nèi)容1. 3-8線譯碼器74LS138實驗74LS138是用TTL與非門組成的3-8線譯碼器，它有3個附加的控制端S1、和。擋S1=1、+=0時，GS輸出高電平(S=1)，譯碼器才工作，否則譯碼器禁止所有的輸出端被封鎖在高電平。（注：3-8線譯碼器74LS138N中的G1(S)、G2A、G2B(、)為圖5.3.1 表5.3.1 3-8線譯碼器真值表輸入輸出G1 A B C 0×× × ×1 1 1

22、1 1 1 1 1×1× × × 1 1 1 1 1 1 1 1100 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1100 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1100 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1100 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1101 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1101 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1101 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1101 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0控制端）。這3個控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多片連接起來以擴展譯碼器的功能，A、B、C輸入端Y0-Y7是輸出

23、端。74LS138N引腳排列如圖5.3.1所示，真實芯片引腳排列基本相似，邏輯功能表如表5.3.1所示。（1）在電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件庫中調(diào)出“74LS138D”3-8線譯碼器、J1-J6雙擲開關(guān)、X1-X8紅色指示器，電源和接地等元器件把他們搭建成如圖5.3.2所示電路。圖5.3.2（2）接通仿真開關(guān)，根據(jù)表5.3.2操作雙擲開關(guān)驗證74LS138D芯片的邏輯功能，將仿真結(jié)果填入表5.3.2中，驗證3-8線譯碼器74LS138真值表是否與理論相符。表5.3.2輸入輸出G1+ A B C 0×× × ××1

24、15; × ×100 0 0100 0 1100 1 0100 1 1101 0 0101 0 1101 1 0101 1 1 （3）關(guān)閉仿真開關(guān)，在電路中刪除全部輸入用雙擲開關(guān)，輸入信號換成字符發(fā)生器作為輸入，搭建的電路如圖5.3.3所示。（4）字符發(fā)生器XWG1頻率設(shè)置在50-100Hz之間這樣指示燈的亮滅比較緩慢好觀察，數(shù)據(jù)循環(huán)設(shè)置在0-9之間（選用十六進的制）。然后根據(jù)3-8線譯碼器74LD138工作原理和邏輯功能表自擬實驗步驟。 圖5.3.32. BCD七段顯示譯碼器7447實驗（1）在電子仿真軟件Multisim基本工作界面相應(yīng)的庫中調(diào)出七段顯示譯碼器“7447

25、N”、七段顯示器“SEVEN_SEG COM”、J1J4四個單刀雙擲開關(guān)、X1X4四盞紅色指示燈，把他們搭建成如圖5.3.4所示電路。圖中LT為燈測試輸入（低電平有效）；RBI滅零輸入（低電平有效）；BI/RBO為滅燈輸入（低電平有效）/滅零輸出。這3腳均接高電平；譯碼輸出端為OAOG。 圖5.3.4（2）打開仿真開關(guān)，分別按動各單刀雙擲開關(guān)，使輸入4位二進制碼“DCBA”分別為00001001，這時對應(yīng)輸入的每個二進制碼，經(jīng)譯碼器7447譯碼后直接推動共陽LED數(shù)碼顯示出十進制數(shù)09，同時也可以接在輸入端的4盞指示燈知道輸入的二進制碼。（3）將輸入D、C、B、A變化使得，輸出OA、OB、OC

26、、OD、OE、OF、OG與數(shù)碼管顯示的數(shù)字填入在表5.3.3中。表5.3.3輸入輸出D C B AOA OB OC OD OE OF OG數(shù)碼管現(xiàn)實的數(shù)字0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)3-8譯碼器74LS138的工作原理及應(yīng)用。2復(fù)習(xí)七段顯示譯碼器7447的工作原理及應(yīng)用。五、實驗報告要求1. 完成仿真實驗內(nèi)容的全部過程。2. 實驗波形圖保存實驗結(jié)構(gòu)記錄下來。3. 總結(jié)實驗過程并寫出實驗報告。實驗六 數(shù)據(jù)選擇器及應(yīng)用一、實驗?zāi)康?了解數(shù)據(jù)選擇器的性能

27、及使用方法。2掌握用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計全加器。二、實驗設(shè)備及元器件1PC計算機及仿真軟件Multisim 。2虛擬元件：與非門74LS153D、異或門7486N、單刀雙擲開關(guān)等。3虛擬儀器：字符信號發(fā)生器、邏輯分析儀或測量元件中的指示燈。三、計算機仿真實驗內(nèi)容1. 數(shù)據(jù)選擇器驗證（1） 雙4 選1 數(shù)據(jù)選擇器74LS153D做為仿真實驗器件， 使用其中的1 個選擇器， 74LS153的邏輯功能表3.3.1所示,表中A1 ， A0 為選擇控制變量; D0 D3 為數(shù)據(jù)輸入變量; Y 為輸出函數(shù)。表6.3.1 4選1數(shù)據(jù)選擇器邏輯功能表A1A0Y功能00D0選擇D0作輸出01D1選擇D1作輸出10D2

28、選擇D2作輸出11D3選擇D3作輸出（2）“字符發(fā)生器”XWG1作為產(chǎn)生數(shù)據(jù)選擇器所需的各個數(shù)據(jù)輸入變量信號；“邏輯分析儀”XLA1作為顯示的輸入變量及輸出函數(shù)信號。 將數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端接“字符發(fā)生器”、選擇控制端接雙擲開關(guān)， 數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端及輸出端接邏輯分析儀。搭建之后的電路如圖6.3.1所示。（3）雙擊“字符發(fā)生器”圖標(biāo)XWG1按下“控制”欄的“設(shè)置”按鈕，將彈出對話框如圖6.3.2所示。選擇“顯示類型”欄下的16進制“Hex”，再在設(shè)置緩沖區(qū)大小“Buffer Size”輸入“000F”即十六進制的“15”，然后點擊對話框右上角“接受”按鈕回到放大面板。圖6.3.1 圖6.

29、3.2(no need)(4) 雙擊“邏輯分析儀”XLA1圖標(biāo)，打開邏輯分析儀放大面板。接通仿真開關(guān)觀察邏輯分析儀顯示結(jié)果。邏輯分析儀放大面板顯示波形如圖6.3.3所示。 圖中，1為D0 數(shù)據(jù)輸入變量的波形；2為D1 數(shù)據(jù)輸入變量的波形；3為D2 數(shù)據(jù)輸入變量的波形；4 為D3 數(shù)據(jù)輸入變量的波形；5 為Y 輸出函數(shù)的波形。由圖3.3.3 分析可知， A1 A0 = 00 時， Y 輸出函數(shù)的波形和D 0 輸入變量的波形相同， 實現(xiàn)選擇D0 作為輸出。（5）改變 A1 A0 輸入， 01、10、11 時，觀察 Y 輸出函數(shù)的波形變化，并分析波形變化規(guī)律。圖6.3.3(no need)2. 設(shè)計

30、一個用數(shù)據(jù)選擇器74LS153組成的一位全加器（1）根據(jù)題意進行邏輯分析、設(shè)定輸入輸出變量、狀態(tài)賦值。（2）根據(jù)全加器的S和Ci得邏輯表達式，將它們寫成標(biāo)準(zhǔn)最小項表達式，最簡與或表達式。（3）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)最小項表達式將全加器電路畫好。（4）根據(jù)畫好的電路圖在Multisim 電子平臺調(diào)出有關(guān)元器件，其中輸出端指示燈從虛擬元件庫中調(diào)出，用紅燈顯示全加和輸出；用藍燈顯示向高位輸出，便于觀察。（5）根據(jù)全加器真值表輸入端的要求進行仿真實驗，觀察輸出端的狀態(tài)，并填入表6.3.2中。驗證全加器真值表是否與理論相符。表6.3.2ABCi-1SCi000001010011100101110111四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)

31、習(xí)數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能和分析方法。2復(fù)習(xí)雙4 選1 數(shù)據(jù)選擇器74LS153的應(yīng)用。五、實驗報告要求1. 完成仿真實驗內(nèi)容的全部過程。2. 實驗波形圖和實驗結(jié)構(gòu)記錄下來。3. 總結(jié)實驗過程并寫出完整的實驗報告。實驗七 血型關(guān)系檢測電路的設(shè)計(選做實驗)一、實驗?zāi)康恼莆战M合邏輯電路的設(shè)計和測試方法。學(xué)習(xí)選擇和使用集成邏輯器件。練習(xí)使用Multisim中的邏輯轉(zhuǎn)換器。二、實驗類型設(shè)計型實驗三、預(yù)習(xí)要求1. 復(fù)習(xí)組合邏輯電路的分析與設(shè)計方法。2. 復(fù)習(xí)常用的組合邏輯器件的邏輯功能。3. 畫好實驗電路的接線圖，自擬實驗步驟。四、實驗原理組合邏輯電路的設(shè)計是指根據(jù)給出的實際邏輯問題，求出實現(xiàn)這一邏輯關(guān)系

32、的最簡邏輯電路。需要指出的是，這里所說的“最簡”，在使用不同器件進行設(shè)計時有不同的含義。對于小規(guī)模集成電路（SSI）為組件的設(shè)計，最簡標(biāo)準(zhǔn)是使用的門最少，且門的輸入端數(shù)最少；而對于以中規(guī)模集成電路（MSI）為組件的設(shè)計，則是以所用集成芯片個數(shù)最少、品種最少以及連線最少作為最簡的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計步驟如下：1.根據(jù)設(shè)計任務(wù)，建立數(shù)字電路的模型，可以是真值表、卡諾圖，也可以直接寫出邏輯表達式。2.跟據(jù)真值表或表達式填寫卡諾圖，進行化簡?；喌脑瓌t和最簡函數(shù)的形式與使用的器件關(guān)系密切。如欲使用與非門實現(xiàn)電路，應(yīng)化簡成與或式；如欲使用或非門實現(xiàn)電路則化簡成或與式。3.根據(jù)化簡結(jié)果畫出邏輯電路圖。4.根據(jù)邏輯電

33、路圖搭接電路。5.測試并驗證所設(shè)計的電路。五、實驗儀器裝有Multisim 軟件的計算機一臺六、實驗內(nèi)容與要求人類的血型有4種：A、B、AB、O型。在輸血時，輸血者和受血者的血型必須符合如圖2.2.1所示的關(guān)系，即O型血可以輸給任何血型的人，但O型血的人只能接受O型血；AB型血的人只能輸給AB型血的人，但AB型血的人可以 接受所有血型的人；A型血的人可以輸血給A型和AB型血的人，而A型血的人能接受A型和O型血；B型血的人可以輸血給B型和AB型血的人，而B型血的人能接受B型和O型血。圖2.2.1 輸血關(guān)系圖要求用與非門設(shè)計一個電路，用于判斷輸血者和受血者的血型是否符合輸血條件，如果能夠輸血，則綠

34、色指示燈亮（實驗中用綠色探針代替）：如果血型不合，則紅色指示燈亮，并且發(fā)出警告聲音（實驗中用蜂鳴器代替）。七、注意事項1. 輸血者有4種情況，可用兩位代碼區(qū)分，同樣受血者血型也可以用兩位代碼表示，這樣整個電路的輸入有四個變量，輸出兩個變量，分別表示能或不能。2. 也可以用4個開關(guān)模擬A、B、AB、O 血型，（輸血者和受血者共需要8個開關(guān)）對受血者和輸血者的血型通過編碼電路分別進行編碼，之后根據(jù)要求設(shè)計血型檢測電路。八、實驗報告1.說明設(shè)計過程，畫出各邏輯電路圖。2.記錄實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)實驗心得。九、思考題1.SSI為組件的設(shè)計方法與MSI為組件的設(shè)計方法有哪些區(qū)別，及其各自的優(yōu)缺點。2.不限定用

35、于非門，還有哪些方法可以實現(xiàn)血型關(guān)系檢測？實驗五 觸發(fā)器功能測試及應(yīng)用一、實驗?zāi)康?掌握D型、JK型觸發(fā)器邏輯功能測試及功能轉(zhuǎn)換。2掌握用示波器觀察觸發(fā)器輸出波形。3了解觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換，并檢驗其邏輯功能。二、實驗設(shè)備及元器件1PC計算機及仿真軟件Multisim 。2虛擬儀器：4通道示波器、脈沖信號源、紅綠指示燈。 3虛擬元件：JK觸發(fā)器74LS76N、D觸發(fā)器4013BD_5V、4鎖存D觸發(fā)器4042BD、雙4輸入端與非門4012BD、四-2輸入或非門4001BD、六同相緩沖/變換器4010BC1、單刀雙擲開關(guān)、電源和地線等。 三、計算機仿真實驗內(nèi)容1. JK觸發(fā)器邏輯功能測試（1）從電子

36、仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條“TTL”元件庫中調(diào)出觸發(fā)器74LS76N；從“基本”元件庫中調(diào)出單刀雙擲開關(guān)SPDT五個；從“指示器”庫中調(diào)出“X1”為紅、“X2”為綠兩種顏色指示燈各一盞；從“電源”元件庫中調(diào)出電源VCC和地線，將它們放置在電子平臺上，搭建成如圖5.3.1所示的電路。 圖5.3.1（2）打開仿真開關(guān)，按照表5.3.1要求進行試驗，并將結(jié)果填入表5.3.1中。注意：要使初態(tài)Qn=0，可用CLR置低電平進行復(fù)位，復(fù)位后J4仍然回到高電平；同樣要使初態(tài)Qn=1，可用PR置低電平進行置位，置位后J1仍然回到高電平。表3.5.1JKCLK即CPQn+1Qn=0

37、Qn=10001100101101001101101102. 異步置位PR（即）及異步復(fù)位CLR（即）功能的測試(no do)（1）從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條“TTL”元件庫中調(diào)出觸發(fā)器74LS76D；從“基本”元件庫中調(diào)出單刀雙擲開關(guān)SPDT兩個；從“指示器” 圖5.3.2庫中調(diào)出“X1”為紅、“X2”為綠兩種顏色指示燈各一盞；從“電源”元件庫中調(diào)出電源VCC和地線，將它們放置在電子平臺上，搭建成如圖5.3.2所示的電路。表5.3.2PR（即）CLR(即)QHHLLHHLHLH（2）打開仿真開關(guān)，按照表5.3.2分別按A鍵或B鍵，觀察X1、X2的變化情況，

38、并填入好表5.3.2中，（注：紅燈亮標(biāo)示Q=1；藍燈亮標(biāo)示=1）。2. D觸發(fā)器邏輯功能測試（1）從Multisim 基本界面左側(cè)左列元件工具條的“CMOS”元件庫中調(diào)出D觸發(fā)器4013BD_5V；從“基本”元件庫中調(diào)出單刀雙擲開關(guān)SPDT 4只，并分別雙擊單刀雙擲開關(guān)，將它們的“Key for Switch”欄設(shè)成A(代表SD)、B(代表D)、C（代表CP）、D（代表RD）。 圖5.3.3（2）從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)右列虛擬元件工具條的指示器元件列表中選取紅色（接Q端）和藍色（接端）指示燈各一盞；從基本界面左側(cè)左列元件工具條的“電源”元件庫中調(diào)出電源VCC和地線，將它們

39、搭建成如圖5.3.3所示的電路。（3）打開仿真開關(guān)，按照表5.3.3要求進行仿真實驗，并將結(jié)果填入表內(nèi)。表5.3.3CPRD (CD1)SD (SD1)DQnQn+1×××××××Qn4. JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器(1) 從Multisim 基本界面左側(cè)左列元件工具條的“TTL”元件庫中調(diào)出JK觸發(fā)器74LS76N和非門7404N以及指示燈兩盞；從“基本”元件庫中調(diào)出單刀雙擲開關(guān)SPDT 1只；從儀器庫中調(diào)出信號發(fā)生器一臺；將他們搭建成如圖5.3.4所示的電路。圖5.3.4（2）打開仿真開關(guān)，按照表5.3.3要求進行仿真實驗

40、，并將結(jié)果與5.3.1比較，并驗證JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器的功能。5. JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器 (1) 請同學(xué)們自擬JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器的實驗過程，并搭建的仿真電路圖和相應(yīng)波形圖記錄下來。6. JK觸發(fā)器的計數(shù)器應(yīng)用：（1）將JK觸發(fā)器接成計數(shù)狀態(tài)（即J=K=1），從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條“電源”（Source）庫中調(diào)出脈沖信號源V1，并將它設(shè)置成500Hz。圖5.3.5（2）在Multisim 基本界面右側(cè)虛擬儀器工具條中調(diào)出4通道示波器“XSC1”，連好如圖5.3.5所示仿真電路。其中：4蹤示波器的A通道接輸入端用來觀察脈沖信號；B通道接Q端；C

41、通道接端。 圖5.3.6（4）打開仿真開關(guān)，雙擊示波器圖標(biāo)“XSC1”，打開4通道示波器的放大面板如圖5.3.6所示。先將放大面板左下角“時基”框內(nèi)“刻度”欄選取成“1ms/Div”，然后用鼠標(biāo)點擊圓形旋鈕的“A”位置，當(dāng)白線指向“A”時，這時可以用鼠標(biāo)調(diào)整圓形旋鈕左邊“刻度”和“Y位置”兩欄數(shù)據(jù)，即先調(diào)整A通道的波形大小和在屏幕上的位置；然后用鼠標(biāo)點擊圓形旋鈕的“B”位置，當(dāng)白線指向“B”時，就可以對B通道的波形進行調(diào)整；用以上相同的方法和步驟，可以對C、D通道的波形進行調(diào)整。本實驗只調(diào)整A、B、C三個通道波形就可以了。放大面板上其他各欄可參照圖中所示。調(diào)整后屏幕上同時顯示出A通道的500H

42、z脈沖信號波形（上）；B通道顯示的是JK觸發(fā)器Q端輸出的方波（中）；C通道顯示的是JK觸發(fā)器端輸出的方波（下）。從屏幕上紅色讀數(shù)指針?biāo)谖恢每梢钥闯觯寒?dāng)輸入脈沖信號下降沿到來時，Q端由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，同時端由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑黄聊簧纤{色讀數(shù)指針?biāo)谖恢每梢钥闯觯寒?dāng)輸入脈沖信號上升沿到來時，Q端仍保持高電平不變，同時端也保持低電平不變。（5）將圖3.5.3中波形描繪下來，并說明JK觸發(fā)器的觸發(fā)、翻轉(zhuǎn)和計數(shù)情況。7. D觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器（1）D觸發(fā)器組成的四位移位寄存器電路如圖5.3.7所示。從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條的“TTL”元件庫中調(diào)出74LS

43、74四只、基本元件庫中彈出的對話框中欄中選取開關(guān)字庫“SWITCH”，再在“Component”欄中調(diào)出“SPST”單刀雙擲開關(guān)2只放置在電子平臺上。圖5.3.7（2）從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)左列真實元件工具條中“Source”元件庫中調(diào)出VCC電源和地線，將它們放置在電子平臺上。（3）從電子仿真軟件Multisim 基本界面左側(cè)右列虛擬元件工具條的指示器元件庫中調(diào)出紅、綠、藍、黃指示燈各一盞，將它們放置在電子平臺上。（4）經(jīng)調(diào)整元件位置并將它們連成如圖5.3.7所示仿真實驗電路。（5）打開仿真開關(guān)，根據(jù)表5.3.4操作并把結(jié)果記錄在表中。表5.3.4X1X2X3X4D=0

44、D=1CLK=0CLK=1練習(xí)、采用JK觸發(fā)器的模4可逆計數(shù)器的設(shè)計與分析(選做)模4計數(shù)器要求在X輸入為0時，按照自加1遞增計數(shù)，當(dāng)X輸入為1時，按照自減1遞減計數(shù)，按照同步時序邏輯電路設(shè)計方法和步驟完成電路設(shè)計，并分析電路功能。輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)Xy2y1000001010011100101110111四、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)JK型觸發(fā)器邏輯功能及應(yīng)用。2. 復(fù)習(xí)D型觸發(fā)器邏輯功能及應(yīng)用。3復(fù)習(xí)4通道示波器的使用方法。五、實驗報告要求1. 完成仿真實驗內(nèi)容的全部過程。2. 將仿真實驗所測數(shù)據(jù)整理填入各表中，并將4通道示波器觀察到的波形描繪到實驗報告上。3. 整理實驗數(shù)據(jù)總結(jié)實驗過程。實驗六 計數(shù)、譯碼

45、和顯示電路(選做)一、實驗?zāi)康?. 了解用JK觸發(fā)器組成的同步五進制計數(shù)器的工作原理。2. 觀察譯碼顯示電路的工作情況。3. 進一步熟悉基本元器件的選取和電路的連接方法。4. 學(xué)會直流電源、時鐘脈沖源的使用方法。5. 學(xué)習(xí)Multisim中函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀等虛擬儀器的使用方法。6. 學(xué)習(xí)Multisim中指示燈、有譯碼的七段顯示器等顯示器件的使用方法。二、實驗類型本實驗為驗證型實驗。三、預(yù)習(xí)要求1. 分析圖2.3.1所示同步五進制計數(shù)器的工作原理，畫出其工作波形圖（包括CP、Q0、Q1、Q2、的波形）2. 自擬進行實驗的步驟。3. 復(fù)習(xí)數(shù)碼管的工作原理（參見第一部分?jǐn)?shù)字電路實

46、物實驗實驗一）。四、實驗原理圖6.4.1是用JK觸發(fā)器組成的同步五進制計數(shù)器的邏輯圖。圖6.4.1 用JK觸發(fā)器組成的同步五進制計數(shù)器五、實驗儀器裝有Multisim 2001軟件的計算機一臺六、實驗內(nèi)容與要求1. 在Multisim中按圖6.4.1連接電路，仿真并觀察五進制計數(shù)器的工作情況。（1）將計數(shù)器清零，使Q0=Q1=Q2=0。（2）將計數(shù)器的CP端接單脈沖，用發(fā)光探頭顯示各觸發(fā)器Q端的狀態(tài)，檢驗計數(shù)器的工作情況是否正確？（3）在CP端加一定頻率的時鐘脈沖，以CP為參考量，用虛擬示波器觀察Q0、Q1、Q2的波形，檢驗波形是否正常。2. 觀察譯碼顯示電路的工作情況。 將計數(shù)器的CP端接單

47、脈沖輸出端，計數(shù)器的Q0、Q1、Q2分別接到數(shù)碼顯示的1、2、3處，4懸空。觀察是否與發(fā)光探頭顯示的二進制數(shù)一致。七、注意事項JK觸發(fā)器的輸出端不能接+5V或地，否則導(dǎo)致無法仿真，在實際電路中導(dǎo)致器件損壞。八、實驗報告1.分析該時序邏輯電路的功能。2.記錄實驗數(shù)據(jù)，列出真值表，畫出輸出波形。3.總結(jié)實驗心得。九、思考題1.如何用D觸發(fā)器組成同步N進制計數(shù)器？ 2.如何用數(shù)字信號發(fā)生器或函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生CP脈沖信號？實驗七 異步時序邏輯電路分析與設(shè)計(選做)一、實驗?zāi)康?、進一步掌握基本觸發(fā)器的邏輯功能。2、進一步掌握集成觸發(fā)器的功能和使用方法。3、掌握異步時序邏輯電路的設(shè)計與分析的方法。二、實驗原理觸發(fā)器是能夠存儲1位二進制碼的邏輯電路，它有兩個互補輸出端，其輸出狀態(tài)不僅與輸入有關(guān)，而且還與原先的輸出狀態(tài)有關(guān)。觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，用以表示邏輯狀態(tài)“1”和“0”，在一定的外界信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，它是一個具有記憶功能的二進制信息存儲器件，是構(gòu)成各種時序電路的最基本邏輯單元。1、JK觸發(fā)器在輸入信號為雙端的情況下，JK觸發(fā)器是功能完善、使用靈活和通用性較強的一種觸發(fā)器。本實驗采用74LS112雙JK觸發(fā)器，是下降邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。引腳邏輯圖如圖7.2.1所示： 圖7.2.1 JK觸發(fā)器