實(shí)驗(yàn)二第3次課數(shù)據(jù)選擇器+組合邏輯電路

數(shù)據(jù)選擇和組合邏輯電路P691,5P611,5,62/3/2023本次課的教學(xué)內(nèi)容組合邏輯電路數(shù)據(jù)選擇電路的設(shè)計(jì)2/3/2023數(shù)電實(shí)驗(yàn)常見(jiàn)故障的分析和排除這里所說(shuō)的常見(jiàn)故障不包括因設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的邏輯功能錯(cuò)誤(因設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的邏輯功能錯(cuò)誤應(yīng)修改設(shè)計(jì)方案)。一般數(shù)字電路常見(jiàn)故障有：斷路故障短路故障集成電路芯片故障。2/3/20231、斷路故障斷路故障是指連線(xiàn)(包括信號(hào)線(xiàn)、傳輸線(xiàn)、測(cè)試線(xiàn)、焊點(diǎn)、連接點(diǎn))斷路產(chǎn)生的故障。這類(lèi)故障產(chǎn)生的現(xiàn)象比較明顯，一般顯現(xiàn)出相關(guān)點(diǎn)無(wú)規(guī)律的電平，例如：芯片電源連接端無(wú)電壓；信號(hào)輸入端無(wú)脈沖電壓等等。檢查這類(lèi)故障的方法是用“0”、“1”判斷法，如設(shè)線(xiàn)路通為“1”，斷為“0”。操作時(shí)可用萬(wàn)用表、邏輯筆或者示波器(配合測(cè)試信號(hào))從源頭沿一定路徑逐段查尋，不難發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。2/3/20232、短路故障短路故障是指連線(xiàn)或連線(xiàn)點(diǎn)短路造成電路出現(xiàn)異常的現(xiàn)象。例如：電源正端和地短路會(huì)造成電源電壓為零；局部邏輯線(xiàn)混連，會(huì)出現(xiàn)邏輯混亂錯(cuò)誤。有的短路故障比較隱蔽，需要耐心仔細(xì)分析和耐心尋找才能發(fā)現(xiàn)。最常用查找短路故障的方法是：將電路斷電后用萬(wàn)用表的歐姆檔測(cè)電阻值，若發(fā)現(xiàn)電路中無(wú)直接電氣連接的兩節(jié)點(diǎn)之間電阻值為零（或極?。膳袨槎搪?。2/3/20233、集成電路芯片故障集成電路芯片故障是指集成電路芯片的功能不正常。這類(lèi)故障的特點(diǎn)或是：集成電路燙手；集成電路電源端的電壓過(guò)低；芯片的輸入端有規(guī)定的邏輯電平而輸出沒(méi)有正確的邏輯電平。通過(guò)用手觸摸，或是測(cè)量電源管腳的直流電壓，或是輸入邏輯信號(hào)進(jìn)行測(cè)試就可發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)或可疑點(diǎn)。之后，更換可疑集成電路芯片，再測(cè)電路進(jìn)行判斷。由于芯片的管腳折斷或折彎而未能插入實(shí)驗(yàn)板引起的故障往往體現(xiàn)在芯片的邏輯功能不能實(shí)現(xiàn)，這種故障需要進(jìn)行仔細(xì)查找才能找到。2/3/2023當(dāng)懷疑芯片壞了時(shí)，對(duì)于SSI或功能簡(jiǎn)單的MSI，可以通過(guò)測(cè)試它的邏輯功能，迅速做出判斷。檢查時(shí)，一般需要將被查對(duì)象從電路中分離出來(lái)，即將其輸入、輸出同其他電路斷開(kāi)，再根據(jù)其邏輯功能進(jìn)行檢查。例如，檢查一個(gè)多輸入“與非”門(mén)，當(dāng)其輸入全“1”時(shí)，輸出應(yīng)為“0”；如果有一個(gè)輸入端為“0”，則輸出為“1”。通過(guò)檢查如果不符合上述情況，就說(shuō)明該門(mén)已經(jīng)損壞。又例如，在檢查8選1數(shù)據(jù)選擇器時(shí)(使能端確已接好)，使地址輸入分別為000～111，看輸出是否分別與D0～D7相同，即可做出判斷。對(duì)于復(fù)雜的MSI或LSI，可以用專(zhuān)用的集成電路測(cè)試儀來(lái)進(jìn)行測(cè)試。集成電路芯片故障2/3/2023芯片缺口朝左，電源和地線(xiàn)連接確保無(wú)誤檢查電源整體電路電源（電壓值、紋波）集成芯片電源（地和電源正都必須檢查）檢查使能端、控制端使用的使能端和控制端不能懸空可對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化（舉例，計(jì)數(shù)器LD端）根據(jù)電路原理進(jìn)行調(diào)測(cè)先用單脈沖調(diào)測(cè)，便于觀察電路的工作狀態(tài)，分析簡(jiǎn)單。再用連續(xù)脈沖調(diào)測(cè)；檢查電路的一般順序2/3/2023調(diào)測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

1如有短路故障，要首先排除；2要考慮電路前、后級(jí)之間的影響（可通過(guò)斷開(kāi)電路再測(cè)試）。2/3/2023

3、要注意電平是否滿(mǎn)足要求，不可只關(guān)心波形形狀。（示波器用DC耦合）

4、排除儀表對(duì)被測(cè)電路的影響2/3/2023P625用與非門(mén)設(shè)計(jì)一數(shù)字鎖邏輯電路，該鎖有3個(gè)按鈕A、B、C，當(dāng)A、B、C同時(shí)按下，或A、B同時(shí)按下，或只有A或B按下時(shí)開(kāi)鎖，如果不符合上述條件應(yīng)發(fā)出報(bào)警。解：1、根據(jù)題意列出真值表2、根據(jù)真值表寫(xiě)出邏輯表達(dá)式，轉(zhuǎn)化成與非式。2/3/2023輸入輸出ABCFJG00000001010101001101100101010111010111102/3/20233、畫(huà)出電路原理圖，標(biāo)注器件型號(hào)、管腳號(hào)。2/3/2023在實(shí)驗(yàn)箱上搭電路：1、將穩(wěn)壓電源單路12V電壓連接到實(shí)驗(yàn)箱（12V正端連接實(shí)驗(yàn)箱+12V接線(xiàn)柱，12V負(fù)端連接實(shí)驗(yàn)箱GND接線(xiàn)柱），合上實(shí)驗(yàn)箱的電源開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)箱正電源的三個(gè)指示燈亮。再關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱的電源開(kāi)關(guān)。2、在實(shí)驗(yàn)箱上兩個(gè)14腳集成電路插座上插上7400和7420，缺口朝左，管腳與插口一一對(duì)齊，勿遺漏或折彎管腳。根據(jù)電路圖，接上全部連接線(xiàn)：2/3/20233、管腳與管腳之間注意核對(duì)腳號(hào)，連線(xiàn)勿插錯(cuò)。4、輸入A、B、C分別接實(shí)驗(yàn)箱K1～K8中的任意3個(gè)。5、輸出F接實(shí)驗(yàn)箱邏輯電平顯示中的任意1個(gè)集成電路左上管腳連接VCC，右下管腳連接GND6、電路檢查無(wú)誤后合上實(shí)驗(yàn)箱的電源開(kāi)關(guān)，通電作靜態(tài)測(cè)試：按照真值表的順序依次按動(dòng)連接A、B、C的開(kāi)關(guān)（為電路提供000～111的輸入信號(hào)）同時(shí)觀察連接輸出F的發(fā)光二極管的亮、滅情況（F高電平，發(fā)光二極管亮。F低電平，發(fā)光二極管滅）。其邏輯功能應(yīng)與真值表完全一致。2/3/2023P626

有一個(gè)組合邏輯電路如圖4-17所示，①試用示波器來(lái)判斷是否存在邏輯險(xiǎn)象、險(xiǎn)象的類(lèi)型及出現(xiàn)的條件；②在輸出端加接濾波電容，觀察毛刺的變化情況；③換用修改邏輯設(shè)計(jì)的方法以消除出現(xiàn)的險(xiǎn)象，并通過(guò)Multisim11仿真軟件驗(yàn)證之。邏輯險(xiǎn)象（冒險(xiǎn)）：數(shù)字電路中出現(xiàn)了違背真值表所規(guī)定的邏輯電平邏輯冒險(xiǎn)：輸入信號(hào)所經(jīng)路徑不同而引起的冒險(xiǎn)功能冒險(xiǎn)：多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)變化的瞬間，由于變化的快慢不同而引起的冒險(xiǎn)2/3/20233、卡諾圖中增加一個(gè)綠線(xiàn)所圈的“搭接塊”（即邏輯表達(dá)式中的多余項(xiàng)），可消除邏輯險(xiǎn)象，于是判斷邏輯冒險(xiǎn)：1、當(dāng)邏輯函數(shù)中出現(xiàn)下列結(jié)果時(shí)將出現(xiàn)邏輯險(xiǎn)象：

0－1－0型險(xiǎn)象1－0－1型險(xiǎn)象

2、由卡諾圖可見(jiàn)原邏輯表達(dá)式F=AB+BC（黑色所圈）出現(xiàn)了“相切”的卡諾圈（紅線(xiàn)處），相切部分未被另外卡諾圈包圍，即可斷定存在邏輯冒險(xiǎn)。2/3/2023判斷功能冒險(xiǎn)：在卡諾圖中：有兩個(gè)或兩個(gè)以上變量變化；變化前后函數(shù)值相同；若不變的輸入組成的乘積項(xiàng)所圈的卡諾圈中有“1”也有“0”，則存在功能冒險(xiǎn)，若取值相同，則無(wú)功能冒險(xiǎn)。2/3/2023例1、ABC從011變?yōu)?01，C是不變的變量，函數(shù)值為1，圈乘積項(xiàng)為C的卡諾圈（紅色），圈中有“1”也有“0”，則存在功能冒險(xiǎn)。F=AB+BC。A和B不可能同時(shí)變化，如果B先變化，011變成過(guò)渡態(tài)001再變成101，則F函數(shù)值為1-0-1。0型冒險(xiǎn)。這種由過(guò)渡態(tài)引起的冒險(xiǎn)是由于電路的功能所致，因此稱(chēng)為功能冒險(xiǎn)。例2、

ABC從100變?yōu)?11，A是不變的變量，函數(shù)值為1，圈乘積項(xiàng)為A的卡諾圈（黑色），圈中有“1”也有“0”，也存在功能冒險(xiǎn)。2/3/2023消除邏輯險(xiǎn)象：增加多余項(xiàng)，可消除邏輯冒險(xiǎn)輸出端加濾波電容，可消除邏輯冒險(xiǎn)和功能冒險(xiǎn)加取樣脈沖，可避免邏輯冒險(xiǎn)和功能冒險(xiǎn)2/3/20232/3/2023加濾波電容C：2/3/2023增加多余項(xiàng)消除冒險(xiǎn)：2/3/20232/3/2023用數(shù)據(jù)選擇器74LS153或者74LS151實(shí)現(xiàn)函數(shù)P6952/3/20231、根據(jù)題意可得：①需使用數(shù)據(jù)選擇器74151或74153。②輸入為4位，輸出為一位選用74151或74153芯片，都需進(jìn)行降維處理。輸入輸出ABCDF000010001000100001100100101011011000111010001100101010010110110011101111101111102、根據(jù)F的邏輯表達(dá)式列出真值表如右表2/3/20233、根據(jù)真值表畫(huà)出卡諾圖并進(jìn)行降維處理輸入輸出ABCDF00001000100010000110010010101101100011101000110010101001011011001110111110111110采用74151芯片實(shí)現(xiàn)電路(方法一)可得74151的數(shù)據(jù)輸入端為：2/3/2023畫(huà)出電路圖：2/3/2023對(duì)電路圖進(jìn)行管腳標(biāo)號(hào)：2/3/2023采用74151芯片實(shí)現(xiàn)電路(方法二)輸入輸出ABCDF00001000100010000110010010101101100011101000110010101001011011001110111110111110可得74151的數(shù)據(jù)輸入端為：2/3/2023畫(huà)出電路圖：2/3/2023對(duì)電路圖進(jìn)行管腳標(biāo)號(hào)：2/3/2023電路裝配：

在實(shí)驗(yàn)箱16腳集成電路插座上插上74151，14腳集成電路插座上插上7404，缺口朝左，管腳與插口一一對(duì)齊，勿遺漏或折彎管腳。2/3/20231、可作靜態(tài)測(cè)試：輸入（A、B、C、D）接實(shí)驗(yàn)箱的K1~K8任4個(gè)插孔，