數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)報(bào)告書2

1、數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)報(bào)告書2 l 數(shù)字邏輯 . 實(shí)驗(yàn)報(bào)告書 班級(jí)：計(jì)科 1111 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)老師： 目 錄 第一章 緒論 .1 1.1 數(shù)字邏輯的概述 .1 1.2 數(shù)字電路的特點(diǎn) .1 1 1.3 基本邏輯電路 . .1 1 1.4 邏輯函數(shù)的表達(dá)方法 .2 第二章 0 ewb 5.0 概述 . .2 b 2.1 ewb 軟件簡(jiǎn)介 .2 2 b 2.2 ewb 軟件特點(diǎn) . .2 2 b 2.3 ewb 軟件的優(yōu)點(diǎn) .2 2 第三章 實(shí)際電路設(shè)計(jì) .3 8 3.1 08 的倒計(jì)時(shí)表 .3 0 3.2 80 的倒計(jì)時(shí)表 . .4 3.3 霓虹燈的設(shè)計(jì) .6 3.4 打鈴系統(tǒng) .7 3.5 寢

2、室熄燈管理系統(tǒng) .11 第四章 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題 .12 第五章 總結(jié) . .13 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 1 第一章 緒論 1.1 數(shù)字邏輯概述 數(shù)字邏輯是數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)稱，其內(nèi)容是應(yīng)用數(shù)字電路進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)。電子數(shù)字計(jì)算機(jī)是由具有各種邏輯功能的邏輯部件組成的，這些邏輯部件按其結(jié)構(gòu)可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。組合邏輯電路是由與門、或門和非門等門電路組合形成的邏輯電路；時(shí)序邏輯電路是由觸發(fā)器和門電路組成的具有記憶能力的邏輯電路。有了組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，再進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和安排，就可以表示和實(shí)現(xiàn)布爾代數(shù)的基本運(yùn)算。而布爾代數(shù)只使用 1（真）和 0（假）兩個(gè)

3、數(shù)，這樣，當(dāng)二進(jìn)制的加法、乘法等運(yùn)算與布爾代數(shù)的運(yùn)算建立了對(duì)應(yīng)關(guān)系后，就可以用邏輯部件來(lái)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的加法、乘法等各種運(yùn)算。 2 1.2 數(shù)字電路的特點(diǎn) 在電子設(shè)備中，通常把電路分為模擬電路和數(shù)字電路兩類，前者涉及模擬信號(hào)，即連續(xù)變化的物理量，例如在 24 小時(shí)內(nèi)某室內(nèi)溫度的變化量；后者涉及數(shù)字信號(hào)，即斷續(xù)變化的物理量，如圖 1 所示。當(dāng)把圖 1 的開(kāi)關(guān) k 快速通、斷時(shí)，在電阻 r 上就產(chǎn)生一連串的脈沖(電壓)，這就是數(shù)字信號(hào)。人們把用來(lái)傳輸、控制或變換數(shù)字信號(hào)的電子電路稱為數(shù)字電路。 數(shù)字電路工作時(shí)通常只有兩種狀態(tài)：高電位(又稱高電平)或低電位(又稱低電平)。通常把高電位用代碼"

4、;1'表示，稱為邏輯"1'；低電位用代碼"0'表示，稱為邏輯"0'(按正邏輯定義的)。注意：有關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)中常用"h'代表"1'、"l'代表"0'。實(shí)際的數(shù)字電路中，到底要求多高或多低的電位才能表示"1'或"0'，這要由具體的數(shù)字電路來(lái)定。例如一些 ttl 數(shù)字電路的輸出電壓等于或小于 0.2v，均可認(rèn)為是邏輯"0'，等于或者大于 3v，均可認(rèn)為是邏輯"1'(即電路技術(shù)指標(biāo))。cmos 數(shù)字電

5、路的邏輯"0'或"1'的電位值是與工作電壓有關(guān)的。 討論數(shù)字電路問(wèn)題時(shí)，也常用代碼"0'和"1'表示某些器件工作時(shí)的兩種狀態(tài)，例如開(kāi)關(guān)斷開(kāi)代表"0'狀態(tài)、接通代表"1'狀態(tài)。 1.3 基本邏輯電路 數(shù)字電路中的基本電路是與門、或門和非門(反相器)。與門和或門電路的基本形式有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸入端、一個(gè)輸出端。因輸入和輸出可以各自為"0'或"1'狀態(tài)，具有判定的功能，所以把它們稱為基本邏輯電路。三種基本邏輯電路的符號(hào)(圖形)和主要表達(dá)式如附表所示。該表對(duì)

6、初學(xué)者可能難于理解，一旦了解之后就會(huì)覺(jué)得比通常的模擬電路還簡(jiǎn)單些。 (1)與門電路。以下討論的與門是 2 輸入端的，它對(duì)多端輸入的與門同樣適用。2 輸入端與門的功能設(shè)計(jì)成這樣：當(dāng)輸入端 a、b 同時(shí)都為邏輯"1'狀態(tài)時(shí)，輸出 z 才是邏輯"1'狀態(tài)。2 輸入端與門的這種邏輯關(guān)系可以用圖 2 模式的電路描述。對(duì)圖 2，這里作如下規(guī)定：開(kāi)關(guān) k1、k2 斷開(kāi)時(shí)，代表輸入 a、b 的"0'狀態(tài)、接通時(shí)代表輸入 a、b 的"1'狀態(tài)；燈 l 滅代表輸出的 z 的"0'狀態(tài)，燈 l 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)

7、院 2 亮代表輸出 z 的"1'狀態(tài)。之后將開(kāi)關(guān) k1、k2"接通'和"斷開(kāi)'的各種組合狀態(tài)，以及由此引起燈"亮'和"滅'的輸出狀態(tài)列成表格，該表格叫做真值表，如附表中所示。從真值表中看出，要使燈 l 點(diǎn)亮，即輸出 z 必須是"1'狀態(tài)，輸入的 a、b 也必須是"1'狀態(tài)。 (2)或門和非門?；蜷T的邏輯關(guān)系如下：各輸入端只要有一個(gè)狀態(tài)為"1'時(shí)，輸出便是"1'。非門只有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，并且其輸出狀態(tài)總是和輸入狀態(tài)相反的，即求&

8、quot;反'。這里同樣可以用圖 3 和圖 4 模式的電路分別描述或門和非門的功能，也可以作相應(yīng)的真值表，繪出邏輯符號(hào)，如附表中所示。 1.4 邏輯函數(shù)的表示方法 在邏輯電路的設(shè)計(jì)時(shí)，常用四種方法表示邏輯電路的函數(shù)關(guān)系(指輸入、輸出關(guān)系)，即邏輯圖、真值表、函數(shù)表達(dá)式和卡諾圖。附表中僅列出了三種表達(dá)式，實(shí)際應(yīng)用中邏輯圖和真值表是最常用的，應(yīng)必須掌握的；函數(shù)表達(dá)式和卡諾圖主要供設(shè)計(jì)人員按要求設(shè)計(jì)數(shù)字邏輯電路時(shí)使用。 第二章 ewb5.0 概述 b 2.1 ewb 軟件簡(jiǎn)介 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計(jì)算機(jī)緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來(lái)越高，而產(chǎn)品的

9、更新周期卻越來(lái)越短。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（eda）技術(shù)，使得電子線路的設(shè)計(jì)人員能在計(jì)算機(jī)上完成電路的功能設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、性能分析、時(shí)序測(cè)試直至印刷電路板的自動(dòng)設(shè)計(jì)。eda是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。與早期的 cad 軟件相比，eda 軟件的自動(dòng)化程度更高、功能更完善、運(yùn)行速度更快，而且操作界面友善，有良好的數(shù)據(jù)開(kāi)放性和互換性。 電子工作平臺(tái) electronics workbench (ewb)(現(xiàn)稱為 multisim) 軟件是加拿大 interactive image technologies 公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作

10、臺(tái)軟件。 b 2.2 ewb 軟件特點(diǎn) （1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺(tái)，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測(cè)試儀器均可直接從屏幕上選??； （2）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果。 （3）ewb 軟件帶有豐富的電路元件庫(kù)，提供多種電路分析方法 （4）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)。 （5）ewb 還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測(cè)量方法。 b 2.3 ewb 軟件的優(yōu)點(diǎn) 湖北文理學(xué)院

11、數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 3 （1）各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會(huì)象實(shí)際操作那樣多次地把元件焊下而 損壞器件和印刷電路板。使電路調(diào)試變得快捷方便。對(duì)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中的絕大部分電路都能應(yīng)用，不僅能用于對(duì)單個(gè)電路特性和原理進(jìn)行驗(yàn)證，也能就用于多級(jí)的組合電路。 （2）元件庫(kù)不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件,是一個(gè)全開(kāi)放性的仿真實(shí)驗(yàn)和課件制作平臺(tái),給我們提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)器具完備的綜合性電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室?？梢栽谌我饨M合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，搭建實(shí)驗(yàn)。通過(guò)元件復(fù)制或單級(jí)電路的復(fù)制來(lái)完成整個(gè)電路的組裝。因此也適用于較大型的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。 （3）ewb（電子學(xué)工作平臺(tái)）為我們提供了一個(gè)很好的實(shí)用工具

12、，使我們能夠在教學(xué)過(guò)程中隨時(shí)提供實(shí)驗(yàn)、演示和電路分析。教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種電路的特性，講解各種參數(shù)改變對(duì)電路的影響。學(xué)生可結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)行接近于實(shí)際電路的調(diào)試分析，有利于對(duì)加深對(duì)理論理解。特別是一些大中專院校和廣播電視大學(xué)，通過(guò)這樣的計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)，把電子技術(shù)的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合了起來(lái)。 第三章 實(shí)際電路設(shè)計(jì) 8 3.1 08 的循環(huán)表 （1 1 ） 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)現(xiàn) 8 08 的循環(huán)表 （2 2 ） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想：根據(jù) 8 08 的真值表，現(xiàn)態(tài)與次態(tài)的關(guān)系，找出其特征，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。 （3 3 ） 真值表： q q 4 4 q q 3 3 q q 2 2

13、q q 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 4 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 （4 4 ） 根據(jù)次態(tài)與現(xiàn)態(tài)的關(guān)系，找出其特征： q q 1 1n+1 = =-nq 1 q 4 n =0 q 4 n+1 =nq 2_ q 1 n =1 q 3 n+1 =nq 3_ q 2 n =q 1 n =1 q 4 n+1 =nq 4_ q 3

14、n =q 2 n =q 1 n =1 或者 q 4 n =1 （5 ）電路仿真圖： 3.2 80 倒計(jì)時(shí)循環(huán)表 （1 ）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)現(xiàn) 80 的倒計(jì)時(shí)循環(huán)表 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 5 （2： ）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想： 根據(jù) 0 80 的真值表，現(xiàn)態(tài)與次態(tài)的關(guān)系，找出其特征，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。 （3 ）真值表： q 1 q 2 q 3 q 4 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 （4） ） 根據(jù)次態(tài)與現(xiàn)態(tài)的關(guān)系，找出其特征： q q 1 1n+1 = =-nq 1 q 2 n =q 3

15、 n =q 4 n =0 q 4 n+1 =nq 2_ q 1 n =1 或者 q 2 n =1 且 q 3 n =q 4 n =0 q 3 n+1 =nq 3_ q 4 n =0 且（q 1 n =1 或者 q 2 n =1 或者 q 3 n =1 ） q 4 n+1 =nq 4_ q 3 n =1 或者 q 2 n =1 或者 q 1 n =1 或 或者 者 q 4 n =1 （5 ）電路仿真圖： 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 6 3.3 霓虹燈的設(shè)計(jì) （1 1 ）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)現(xiàn)"偉大的祖國(guó)'每一秒每個(gè)字都是不同的顏色。 亮，用不同的彩燈控制，下一秒每個(gè)字則換成另一

16、種彩燈控制其亮。 （2 2 ）設(shè)計(jì)思想，做成循環(huán)系統(tǒng)，后面一個(gè)字后亮總是比前一個(gè)字 慢一秒，則可將它的 j j- -k k 觸發(fā)端連接到前一個(gè)燈泡上，另外在同一秒五個(gè)燈都亮，可以將另外的四排要亮的燈泡連接到前一排燈亮的那一個(gè)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間五個(gè)燈都亮，但是卻是不同的顏色（當(dāng)然每一排的燈泡顏色一致，但是五排中排與排的顏色各不相同） 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 7 （3 3 ）次態(tài)與現(xiàn)態(tài)的 關(guān)系： q qn+1 =qn n 即即 j j ¹ k 有 q qn+1 =qn+ =j （4 4 ）電路仿真圖： 3.4 打鈴系統(tǒng) （1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)小時(shí)表實(shí)現(xiàn)打鈴系統(tǒng)（此處為了保

17、證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，只是選取了一個(gè)打鈴的時(shí)間，選取時(shí)間多了，ewb 系統(tǒng)會(huì)因?yàn)樘嗟牧慵鴮?dǎo)致崩潰） （2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想：本實(shí)驗(yàn)是建立在小時(shí)表的基礎(chǔ)上而實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)控制一個(gè)固定的時(shí)間段，從而使得在這個(gè)時(shí)間段中鈴會(huì)響，從而實(shí)現(xiàn)打鈴的功能。 （3）對(duì)實(shí)驗(yàn)的解刨過(guò)程： a、先實(shí)現(xiàn) 059 的循環(huán)表：分成兩個(gè)部分，一個(gè)是 05 的，第二個(gè)是 09 的，根據(jù) 08 的電路圖，可按此種方法分別做出他們的電 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 8 路圖有： 05 的電路仿真圖 09 的電路仿真圖 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 9 聯(lián)合起來(lái)可實(shí)現(xiàn) 059 的電路仿真圖如下： b 、實(shí)現(xiàn) 023 的電路仿真

18、表，其過(guò)程如 a 中所說(shuō)類似，先實(shí)現(xiàn)十位部分，后實(shí)現(xiàn)個(gè)位部分。 十位部分電路仿真表 因個(gè)位與十位有關(guān)，故直接把它聯(lián)合，有電路仿真圖 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 10 c、將它們聯(lián)合起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)小時(shí)表如下： d、考慮系統(tǒng)的承受能力，再次打鈴系統(tǒng)只適用一次，但同樣適用于更多的情況下。下面我們來(lái)實(shí)現(xiàn)打鈴的操作，用小燈泡代替打鈴有如下圖示： 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 11 3.5 寢室熄燈管理系統(tǒng) （1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)小時(shí)表實(shí)現(xiàn)熄燈系統(tǒng)（此處為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，只是選取了一個(gè)熄燈的時(shí)間，選取時(shí)間多了，ewb 系統(tǒng)會(huì)因?yàn)樘嗟牧慵鴮?dǎo)致崩潰） （2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想：本實(shí)驗(yàn)是建立在小時(shí)表的基礎(chǔ)上而實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)控制一個(gè)固定的時(shí)間段，從而使得在這個(gè)時(shí)間段中的燈會(huì)熄滅，從而實(shí)現(xiàn)熄燈的功能。 （3）對(duì)實(shí)驗(yàn)的解刨過(guò)程： 根據(jù)打鈴系統(tǒng)的解刨，有 a、b、c 同樣的實(shí)驗(yàn)步驟，至于 d 過(guò)程，也有絕大的一部分是一樣的，只是此時(shí)的小燈泡在固定的時(shí)間段內(nèi)不通電。此時(shí)用小燈泡表示定時(shí)開(kāi)關(guān)，這樣在固定的時(shí)間段內(nèi)有小燈泡不亮。其實(shí)驗(yàn)電路圖如下： 湖北文理學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)