數(shù)字邏輯電路分析與設計實驗指導書

1、目 錄學生實驗前注意事項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)選擇器及其應用 29實驗六 組合邏輯電路的設計 34實驗七 集成觸發(fā)器及其應用 38實驗八 集成計數(shù)器及其應用 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學生實驗前注意事項 一、實驗前要完成指定的各項預習任務。 二、檢查儀器設備能否滿足實驗要求。 三、熟悉準備調試的元件和器件的功能。 四、嚴格按實驗要求連線，經(jīng)仔細檢查無誤后方可通電。 五、實驗

2、過程中應仔細觀察實驗現(xiàn)象，認真做記錄，實驗完成后測試結果需經(jīng)教師審查簽字后再拆除線路。六、發(fā)生事故時，應立即斷開電源，保持現(xiàn)場，待找出并排除故障后，方可繼續(xù)進行實驗。七、在變更實驗內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、嚴謹、實事求是的科學作風。不抄襲他人作業(yè)。九、愛護公共財產(chǎn)，當發(fā)生儀器設備損壞時，必須認真檢查原因并按規(guī)定的條例處理。十、保持實驗室內安靜、整潔和良好的秩序，實驗后應將儀器整理后放好，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、實驗目的三、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，對于設計性課題應有整個設計過程和關鍵的設計技巧和說明。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紙畫出，貼在相應的內容中。3、實驗結果的分析與討論。并得出結論，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的思考題。作為完整的實驗文件，實驗報告應附有實驗記錄，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用一、實驗目的1、 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、基本應用。二、TDS-1數(shù)字電路實驗系統(tǒng)簡介及集成電路引腳設定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、，從對應的引腳插孔按實驗要求進行連線即可構成實驗的電路。（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)光二極管及驅動電路。共指示電平使用。當輸入插孔信號為高電平時，發(fā)光二極管點亮；當輸入插孔為低電平時，發(fā)光二極管不點亮。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位十進制碼輸出，當譯碼器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定先找到集成電路器件上的缺口，然后以缺口為基準，左面第一個引腳設定編號為“1”。以逆時針方

6、向旋轉依次編號順序為“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B輸入端輸入信號分別為高、低電平時，

8、相應輸出端的狀態(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K1、K2，把半加器輸出端S、C連接發(fā)光二極管。把電源開關撥向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、預習要求1、 預習本實驗所用設備“數(shù)字電路實驗系統(tǒng)”的結構、原理及使用方法。2、 預習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)結果，并畫有關的時間波形圖。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、實驗目的1、熟悉Multisim 軟件的基本功能。2、掌握如何用Multisim

11、軟件進行門電路的邏輯功能測試。3、通過Multisim軟件進行半加器、全加器電路的設計，進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)表達式化成與非-與非表達式，然后用多個與非門連接起來就可達到目的。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含有4個獨立的與非門。每個門有2個輸入端。 與非門的邏輯功能是：當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)表達式為：Y=A·B 。 TTL電路對電源電壓要求比較嚴，電源電壓Vcc只允許在+5V10%的范圍內工作，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范圍內正常運行。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)）：代表字信號在設置地址初值到最終值之間周而復始地以設定頻率輸出。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）：代表每單擊鼠標一次就輸出一條字信號。 Set （設置）：單擊該按

15、鈕后，出現(xiàn)如圖2-2所示的對話框。圖2-2 設置對話框“圖2-2 設置對話框”中包含以下4個區(qū)的內容。 Pre-set Patterns( 預置模式）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，其內容按0000，0001，0010順序，即以遞增方式進行編碼 。 Down Count：表示在字信號編輯區(qū)地址范圍0000H03FFH內，其內容按03FF，03FE，03FD順序

16、，即以遞減方式進行編碼 Shift Right：右移方式進行編碼，即字信號按8000，4000，2000， 1000，0800，0400，0200，0100的順序進行編碼。 Shift Left：左移方式進行編碼，即字信號按0001，0002，0004， 0800，0010，0020，0040，0080的順序進行編碼。 Display Type（顯示類型 ） Hex：十六進制格式顯示。 Dec：十進制格式顯示。 Buffer Size：顯示在編輯器里字的數(shù)目 Initial Pattern：設置遞增編碼、遞減編碼、右移編碼、左移編碼 的初始值 “Display顯示”區(qū)：設置字輸出信號的顯示方式

17、。 Hex：十六進制格式顯示。 Dec：十進制格式顯示。 Binary：二進制格式顯示。 ASCII：ASCII格式顯示。 “Trigger 觸發(fā)”區(qū)：設置觸發(fā)方式。 Internal（內部觸發(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)里面以二進制或十六進制輸入數(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。 邏輯分析儀圖標的左側由上至下的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。圖標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，該端的小黑點中會出現(xiàn)一個黑點。被采集的16路輸入信號以方波的形式

19、顯示在屏幕上。當改變輸入信號連接導線的顏色時，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按鈕代表復位并清除顯示內容；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離開時間基線零點的時間；T2為讀書指針2離開時間基線零點的時間；T2T1為兩讀數(shù)指針間的時間差。Clock時鐘區(qū)：設置時鐘來源及相關參數(shù)。 ClockDiv（時鐘格）：用于設置在顯示屏上每個水平刻度顯示的時鐘脈沖數(shù)。 Set（設置）：設置時鐘脈沖，單擊該按鈕后出現(xiàn)如圖2-4所示的

20、時鐘設置對話框。圖2-4 時鐘設置圖2- 觸發(fā)方式設置 “ 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代表采用內部時鐘脈沖。 “ Clock Rate時鐘頻率”區(qū)：用于設置時鐘脈沖的頻率。 “ Sampling Setting采樣設置”用于設置取樣方式Trigger 觸發(fā)區(qū)：設置觸發(fā)方式。Set（設置）：單擊Set按鈕后出現(xiàn)如圖2-5所示的觸發(fā)方式設置對話框。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（左）及操作界面（右），圖標

21、上共有6個端子，分別為A通道的正負端、B通道的正負端，外觸發(fā)的正負端。 圖 3-1 雙蹤示波器三、實驗內容和步驟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，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，并將電位轉換成邏輯狀態(tài)填入表內。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亮。調出圖2-7中的元件，再按圖2-7進行連線，連接電路完成，開啟仿真開關，按表2-2 要求進行測試，總結“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A為信號輸入端，輸入CP脈沖， 頻率f=1kHz；B為控制端接開關，分別輸 入“0” 、“1” 。 a) 進入Multisim 仿真軟件，按圖2-8 所示調出元件及虛擬儀器“雙蹤示波器”，再按圖2-8 完成連線。 b) 開啟仿真開關，雙擊“示波器”， 對示波器作相應的設置，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，按表2-3要求，分別按動鍵盤上的A、B和C鍵（開關J3代表低位來的進位），觀察并記錄指示燈的發(fā)光情況，并將其轉換為邏輯狀態(tài)，將結果填入表2-3（注：S表示全加和；Ci表示向高位的進位）。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 關閉仿真開關，刪除圖2-9中除集成電路以外的其他元件。 調出“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，將打開它的放大面板，對其進行設置和編輯 開啟仿真開關，雙擊“邏輯分析儀” ，將出現(xiàn)“邏輯分析儀”放大面板，對其做相應設置。 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 的要求設置一種輸入狀態(tài)，按下仿真開關，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74148編碼電路的特點。四、實驗設備電腦、Multisim 10 仿真軟件五、預習要求1、預習Multisim 10 軟件的基本操作。2、預習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”的各自具體設置過程。實驗三 Multisim在

26、數(shù)字電路中的虛擬仿真（二）一、實驗目的1、進一步熟練掌握“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軟件中邏輯轉換儀的使用。4、掌握Multisim軟件對組合電路的分析與設計方法。二、虛擬儀器介紹1、邏輯轉換儀 邏輯轉換儀如圖 3-1所示，該儀器共有9個端子，均為輸入端。這9個端子對應于該儀器界面上部的AH共9個輸入端圖3-1 邏輯轉換儀圖 3-2 邏輯轉換儀界面 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)；正下方為邏輯表達式欄；右邊為邏輯轉換操作區(qū)。

27、它提供了6種轉換功能 單擊按鈕 將邏輯電路轉換成真值表，邏輯轉換儀顯示真值表結果。 單擊按鈕 將真值表轉換成邏輯表達式，在轉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)，使用鼠標單擊邏輯轉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，此時顯示右側一欄 中的初始值均為“？”，使用鼠標單擊“？”變成“0”，再使用鼠標單擊“0”變成“X”。 單擊按鈕 由真值表導出簡化表達式。可實現(xiàn)對已有的邏輯表達式進一步簡化的目的。 單擊按鈕 由邏輯表達式得到真值表。 單擊按鈕 由邏輯表達式得到邏輯電路。 單擊按鈕 由邏輯表達式得到與非門電路。 三、實驗內容和步驟1、變量譯碼

28、電路的仿真分析 在 Multisim軟件中構建仿真電路如圖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，彈出其設置面板，如圖3-4所示。對其進行相應的設置。 圖3-4 設置面板圖3-5 字信號設置 在字信號編輯區(qū)，對字信號進行設置，并對數(shù)據(jù)的執(zhí)行過程進行相應的設置，對數(shù)據(jù)流進行設置指針、設置起始位 、設置結束位、設置斷點、去掉斷點等的操作。如圖3-5所示。 設置完畢后，按下仿真開關，觀察8個燈泡的現(xiàn)象。 根據(jù)仿真結果，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，分別按動各開關，使輸入4位二進制碼“DCBA”分別為00001001，這時對應輸入的每個二進制碼，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制碼。 將實驗結果填入表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、用于非門設計一個一位的全減器 表3-2 全減器真值表輸 入輸出ABCDS0000000111010110110110010101001100011111 設定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 與非門構成的D邏輯電路 為了使電路簡潔，將設置為子電路。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 的設計 方法同D的設計，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設計成一個名稱為QJQ的子電路，如圖3-13 。 用邏輯轉換儀來驗證一位全減器的正確性 。 雙擊邏輯轉換儀。 點擊按鈕，得如圖3-14、圖 3-15 。 圖 3-14圖3-15四、實驗設備電腦、Multisim 10 仿真軟件五、預習要求1、預習Multisim 10 軟件中虛擬儀器 “邏輯轉換儀”的使用。六、實驗報告要求1、總結74LS138譯碼電路的功能。2、用邏輯轉換儀設計一個一位全加器。實驗四 譯碼器和編碼器一、實驗目的1、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行“翻譯”，變成相應的狀態(tài)，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。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。例如將二進制碼制碼轉換為循環(huán)碼；將四位二進制數(shù)表示的二十進制轉換為十進制數(shù)等。（3）數(shù)碼顯示譯碼器：用來驅動各種顯示器件，它可以將數(shù)符或字符的二進制碼信息“還原”成相應的數(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)先權最高的一個進行編碼。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動器的輸入D、C、B、A分別和邏輯電平開關連接。按表4-1要求，撥動邏輯電平開關，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，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 四位二進制碼制轉換為四位循環(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。這種譯碼器設有三個使能端，當G1=1，=0時，譯碼器處與工作狀態(tài)，輸出低電平。否則處于禁止狀態(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，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，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、出端對應輸出一組3位二進制代碼；GS表示擴展端，可以用來擴展編碼器功能；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)先權最高的一個輸入信號進行編碼。圖4-4 中輸入線7優(yōu)先權最高，輸入線0優(yōu)先權最低。 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開關為“開始搶答”開關，接邏輯電平開關。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。通過實驗，試分析它的功能。開始時設置Start開關為“0”電平即不允許搶答，74LS148的07輸入信號線設置為“1”電平，觀察數(shù)碼管顯示 字符。保持Start開關為“0”電平，從07輸入信號開關中，任意撥動一個或幾個開關的一個來回（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開關撥向“H”，觀察數(shù)碼管顯示 字符。保持Start開關為

40、“1”電平，從07輸入信號開關中，任意撥動一個或幾個開關的一個來回（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。重新設置Start開關為“0”電平，觀察數(shù)碼管顯示 字符。把Start開關撥向“H”，觀察數(shù)碼管顯示 字符。保持Start開關為“1”電平，從07輸入信號開關中，任意撥動一個或幾個開關的一個來回（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，小結搶答器的功能五、預習要求1、復習譯碼、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、在原理圖中標出引腳號六、實驗報告要求1、按實驗操作步驟記錄有關實驗數(shù)據(jù)。2、當=0，并且G1=0時，譯碼器74LS138處于什么狀態(tài)？當=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)選擇器及其應用一、實驗目的1、 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)選擇器的應用。二、工作原理數(shù)據(jù)選擇器又稱多路開關。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于一個單刀多擲開關。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、實驗內容及實驗步驟1、數(shù)據(jù)選擇器

44、輸入端的擴展用上述器件將雙四選一數(shù)據(jù)選擇器擴展成一個八選一數(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。(預習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，CP接單脈沖信號輸出端?！癝PACE”開關用邏輯電平開關代替。通過“SPACE”開關預先將觸發(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