數(shù)電實驗報告實驗二利用MSI設計組合邏輯電路

1、數(shù)電實驗報告2016年月日數(shù)電實驗報告實驗二利用MSI設計組合邏輯電路姓名： 學號：班級：院系：指導老師： 2016年目錄實驗目的：2實驗器件與儀器：2實驗原理：2實驗內容：5實驗過程：6實驗總結：10實驗： 實驗目的：1. 熟悉編碼器、譯碼器、數(shù)據選擇器等組合邏輯功能模塊的功能與使用方法。2. 掌握用MSI設計的組合邏輯電路的方法。實驗器件與儀器： 1. 數(shù)字電路實驗箱、數(shù)字萬用表、示波器。2. 虛擬器件：74LS00，74LS197，74LS138，74LS151實驗原理： 中規(guī)模的器件，如譯碼器、數(shù)據選擇器等，它們本身是為實現(xiàn)某種邏輯功能而設計的，但由于它們的一些特點，我們也可以用它們來

2、實現(xiàn)任意邏輯函數(shù)。1. 用譯碼器實現(xiàn)組合邏輯電路譯碼器是將每個輸入的二進制代碼譯成對應的輸出高、低電平信號。如3線-8線譯碼器。當附加控制門Gs的輸入為高電平（S = 1）的時候，可由邏輯圖寫出。從上式可看出。Y0-Y7同時又是S2、S1、S0這三個變量的全部最小項的譯碼輸出。所以這種譯碼器也叫最小項譯碼器。如果將S2、S1、S0當作邏輯函數(shù)的輸入變量，則可利用附加的門電路將這些最小項適當?shù)慕M合起來，便可產生任何形式的三變量組合邏輯函數(shù)。2. 用邏輯選擇器實現(xiàn)組合邏輯電路數(shù)據選擇器的功能是從一組輸入數(shù)據中選出某一個信號輸出?；蚍Q為多路開關。如雙四選一數(shù)據選擇器74LS153 Y1和Y2為兩個獨

3、立的輸出端，S1和S2為附加控制端用于控制電路工作狀態(tài)和擴展功能。A1、A0為地址輸入端。D10、D11、D12、D13或D20、D21、D22、D23為數(shù)據輸入端。通過選定不同的地址代碼即可從4個數(shù)據輸入端選出要的一個，并送到輸出端Y。輸出邏輯式可寫成其簡化真值表如下表所示。S1A1A0Y11XX0000D10001D11010D12011D13從上述可知，如果將A1A0作為兩個輸入變量，同時令D10、D11、D12、D13為第三個輸入變量的適當狀態(tài)（包括原變量、反變量、0和1），就可以在數(shù)據選擇器的輸出端產生任何形式的三變量組合邏輯電路。實驗內容： 1. 數(shù)據分配器與數(shù)據選擇器功能正好相反

4、。它是將一路信號送到地址選擇信號指定的輸出。如輸入為D，地址信號為A、B、C，可將D按地址分配到八路輸出F0、F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7。其真值表如下表所示，試用3線-8線譯碼器74LS138實現(xiàn)該電路。將74LS197連接成八進制作為電路的輸入信號源，將Q1Q2Q3分別與ABC連接，D接模擬開關，靜態(tài)檢測正確后，用示波器觀察并記錄D = 1時，CP、A、B、C及F0-F7的波形。2. LU（Logic Unit，邏輯單元）設計，在實驗箱上實現(xiàn)。用八選一數(shù)據選擇器151設計一個函數(shù)發(fā)生器電路，它的功能如下表所示。待靜態(tài)測試檢查電路工作正常后，進行動態(tài)測試。將74LS197連接成十

5、六進制作為電路的輸入信號源，用示波器觀察并記錄CP、S1、S0、A、B、Y的波形。3. AU（Arithmetic Unit，算術單元）設計，在實驗箱上實現(xiàn)。設計一個半加半減器，輸入為S、A、B，其中S為功能選擇口。當S = 0時輸出A+B及進位；當S=1時輸出A-B及借位。（1） 利用卡諾圖化簡后只用門電路實現(xiàn)。（2） 使用74LS138實現(xiàn)。（3） 使用74LS151實現(xiàn)，可分兩次連線單獨記錄和/差結果、進/借位結果、或使用兩塊74LS151實現(xiàn)。4. ALU（Arithmetic & Logic Unit，算術邏輯單元，本內容只做仿真）用proteus設計一個六輸入二輸出的ALU

6、。六個輸入包括了三個控制端和三個數(shù)據輸入端?？刂贫耍篠2、S1、S0決定ALU的8種功能，其中指定6種功能為與、或、非、異或、全加、全減，剩余功能自由擬定。數(shù)據輸入端：當ALU進行全加（全減）運算時，三個數(shù)據輸入端分別為被加數(shù)（被減數(shù)）、加數(shù)（減數(shù)）、進位（借位）。當ALU進行邏輯運算（與、或、非、異或）時，三個數(shù)據輸入端中的兩個作為操作數(shù)的輸入，另外一個可以忽略。輸出端：當ALU進行全加（全減）運算時，兩個輸出端分別為和（差）、進位（借位）。當ALU進行邏輯運算時，兩個輸出端為邏輯運算的結果和結果的取反。一種供參考的ALU功能表：提示：ALU的輸入端接六位計數(shù)器（000000111111）的

7、輸出。實驗過程與結果：1. 按實驗內容連接電路，先將F0-F7分別接到8個led，用單步脈沖檢查電路是否連接正確。LED燈亮滅情況無誤后，74LS197接10KHz方波輸入信號，用示波器觀察并記錄下了各組信號。由于疏忽，報告里照片中只有F0-F7的波形，有完整波形的圖像并未記錄下來，但就F0-F7波形可知，本實驗電路達到了設計目標。2. 74LS197的十六進制輸出Q3、Q2作為S2和S1端的輸入，Q1作為S0端的輸入，對應A信號。Q0作為B信號輸入。真值表如下：S1S0ABY00000000100010000111010000101101101011111000010011101011011

8、011001110111110011110最終得出D0-D7輸入端連接如下圖：由于時間關系，本實驗沒經過單步調試的過程，直接用10kHz的方波作為74LS197的輸入信號，用示波器觀察得波形如下圖：在后來添加的白線的后面，依次顯示對應真值表順序的波形。3. 本實驗一共完成了兩次，一次使用門電路完成，一次使用74LS138完成。真值表如下：SP1P2C1Cn00000001100101001101100001011111010111001） 用門電路實現(xiàn)得出表達式 C1 = P1P2+P2P1，用74LS86上的異或門實現(xiàn) Cn = P1*P2*S + P1*P2*S = P2*(P1*S + P1*S)，用74LS86和74LS08實現(xiàn)。2） 用74LS138實現(xiàn)由真值表可知，C1對應D1*D2*D5*D6，Cn對應D3*D5，用74LS20實現(xiàn)。實驗總結： 1. 注意記錄每個實驗的示波器波形，作為實驗報