數(shù)電實驗2-組合邏輯電路

數(shù)電實驗2-組合邏輯電路實驗報告課程名稱：電工與電子技術(shù)II實驗名稱：組合邏輯電路班級學(xué)號姓名指導(dǎo)教師2020年5月18日教務(wù)處印制一、實驗預(yù)習(xí)（準(zhǔn)備）報告1、實驗?zāi)康?）熟練掌握用門電路設(shè)計組合邏輯電路的方法。2）掌握二進(jìn)制譯碼器74LS138的原理與應(yīng)用方法3）通過實驗論證設(shè)計的正確性2、實驗相關(guān)原理及內(nèi)容實驗原理：使用集成與非門來設(shè)計組合電路是常見的邏輯電路。首先根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求建立輸入、輸出變量，并列出真值表。然后用邏輯代數(shù)或卡諾圖化簡法求出簡化的邏輯表達(dá)式，并轉(zhuǎn)換為與非-與非式。根據(jù)簡化后的邏輯表達(dá)式，畫出邏輯圖，用標(biāo)準(zhǔn)器件構(gòu)成邏輯電路。用A、B、Cin分別表示一位全加器的兩個加數(shù)和低位來的進(jìn)位，則根據(jù)全加器的邏輯功能及真值表可知，全加器的和S，進(jìn)位輸出Cout經(jīng)化簡后可由下式表示：S=A'B'Cin+A'BCi'n+AB'Ci'n+ABCinCout=A'BCin+AB'Cin+ABCi'n+ABCin（1）用與非門設(shè)計一位全加器實驗電路圖：BCout圖2.2一位全加器電路理論分析計算：S=A'B'Cin+A'BCi'n+AB'Ci'n+ABCin=(A'B+AB')C'+(A'B+AB')'C(2.3)inin其中設(shè)Z=A'B+AB'=((A'B)'?(AB')')'=(((AB)'?B)'?((AB)'?A)')'，則有S=ZCi'n+Z'Cin=((ZCi'n)'?(Z'Cin)')'=(((ZC)'?Z)'?((ZC)'?C)')'(2.4)ininin同理可得Cout=(A'B+AB')Cin+AB(2.5)=((ZCin)'?(AB)')'（2）74LS138功能測試邏輯符號：發(fā)光二極管L0L1L2L3L4L5L6L7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138A0A1A2S1S2S3k0k1k2k6k7k8邏輯電平開關(guān)圖2.374LS138功能測試電路（3）用74LS138和74LS20實現(xiàn)1位全加器實驗電路圖：理論分析計算：S=A'B'Cin+A'BCi'n+AB'Ci'n+ABCin=Y+Y+Y+Y=(Y'Y'Y'Y')'(2.6)12471247Cout=A'BCin+AB'Cin+ABCi'n+ABCin(2.7)=Y3+Y5+Y6+Y7=(Y3'Y5'Y6'Y7')'（4）交通燈故障監(jiān)測電路實驗電路圖：ZY圖4.2.5交通燈故障檢測電路（5）測試74LS153的邏輯功能雙四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153的管腳分配圖：圖4.3.174LS153的引腳排列3、實驗方法及步驟設(shè)計1．檢查與非門電路分別將74LS00和74LS20的電源端VCC（14腳）接通5V電源，接地端GND（7腳）接地，用萬用表的直流電壓檔測量14腳對地的電壓應(yīng)為5V，7腳對地的電壓應(yīng)為0V。其他各管腳均懸空，用萬用表的直流電壓檔測量各管腳對地的電壓，輸入端的讀數(shù)在1.0~1.4V之間，輸出端的讀數(shù)大約0.2V左右。否則，門電路可能已經(jīng)損壞。2．用與非門設(shè)計一位全加器用與非門自行設(shè)計一個一位全加器，畫出電路圖。也可參照圖2.2。在實驗箱上連接電路，變換邏輯電平開關(guān)進(jìn)行測試，將結(jié)果填入功能測試表2.1中，驗證其邏輯功能。如果測量結(jié)果與全加器功能不符，自行檢查電路排除故障。3．74LS138功能測試74LS138是3線-8線全譯碼器，其邏輯符號如圖2.3所示，其中，為譯碼輸入端，為譯碼輸出端，為譯碼使能端，74LS138的功能表如表2.2所示。按圖4.2.3接好功能測試電路，根據(jù)功能表4.2.2測試其邏輯功能。發(fā)光二極管L0L1L2L3L4L5L6L7Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y774LS138A0A1A2S1S2S3k0k1k2k6k7k8邏輯電平開關(guān)圖2.374LS138功能測試電路4．用74LS138和74LS20實現(xiàn)一位全加器由式(2.6)和(2.7)可得圖2.4所示電路原理圖，取一片74LS138和一片74LS20按照所示芯片管腳排列順序放置到相應(yīng)的實驗箱芯片插座上，接入電源和地，參照圖4.2.4接好電路，變換邏輯電平開關(guān)測試，根據(jù)表4.2.1測試其邏輯功能，驗證所設(shè)計電路的正確性。5．交通燈故障監(jiān)測電路每一組信號燈均由紅、黃、綠三盞燈組成，正常工作時必有且只有一盞燈點亮，當(dāng)出現(xiàn)其他情況時，電路發(fā)生故障，這時要求發(fā)出故障信號。根據(jù)要求自行設(shè)計交通燈故障監(jiān)測電路。(1)參考圖4.2.5選用兩片74LS00和一片74LS20在實驗箱上連接好電路，變換邏輯電平開關(guān)，測試結(jié)果填入表4.2.3中。6.測試74LS153的邏輯功能74LS153為雙4選1數(shù)據(jù)選擇器，引腳排列如圖4.3.1。數(shù)據(jù)輸入端D0~D3加4種不同的變量，如電平0、1，1Hz、5Hz的連續(xù)脈沖，地址端A1、A0和使能控制端S用邏輯開關(guān)實現(xiàn)，變換開關(guān)狀態(tài)，測試輸出，結(jié)果填入表4.3.2中。圖4.3.174LS153的引腳排列4、實驗設(shè)備儀器選擇及材料數(shù)字電子實驗箱1臺；數(shù)字萬用表1塊；四-2輸入與非門74LS001片；二-4輸入與非門74LS201片；3線-8線譯碼器74LS1381片；筆記本電腦1臺（附電子電路仿真軟件multisim14.0）5、實驗注意事項1）起拔芯片時須注意不要弄彎、弄斷芯片引腳，造成器件損壞，最好使用專用的芯片起拔器。2）注意芯片片選端或使能端的有效電平及正確使用。實驗結(jié)束，整理好實驗臺及周圍衛(wèi)生！3）較復(fù)雜電路測試時應(yīng)分級接線，邊接線邊測試，局部電路測試通過后再級聯(lián)到一起，這樣更容易成功。6、實驗思考題解答1）用74LS138和74LS20是否可以實現(xiàn)交通燈故障檢測電路。（1）可以實現(xiàn)，其相應(yīng)表達(dá)式為Y=（ABC’）+（AB’C）+（A’BC）+（ABC）+（A’B’C’）=（（A’B’C）+（A’BC’）+（AB’C’））’=（Y1+Y2+Y4）’=(Y1’Y2’Y4’)=((Y1’Y2’Y4’)’)’（2）用一片74LS138和一片74LS20實現(xiàn)交通燈故障檢測電路，其電路圖如下（3）變換邏輯電平開關(guān)，將測試結(jié)果填入表4.2.4中，即其真值表為表4.2.4交通燈故障檢測電路真值表（4）每一組信號燈均由紅、黃、綠三盞燈組成，正常工作時必有且只有一盞燈點亮，當(dāng)出現(xiàn)其他情況時，電路發(fā)生故障，這時要求發(fā)出故障信號。二、實驗過程及記錄1.檢查與非門電路正常2.用與非門設(shè)計一位全加器3.74LS138功能測試4.用74LS138和74LS20實現(xiàn)一位全加器表2.2.1一位全加器功能測試表5.交通燈故障監(jiān)測電路(1)用兩片74LS00和一片74LS20實現(xiàn)交通燈故障檢測電路表4.2.3交通燈故障檢測電路真值表(2)用一片74LS138和一片表4.2.4交通燈故障檢測電路真值表6.測試74LS153的邏輯功能表4.3.274LS153功能表三、實驗結(jié)果分析1.用與非門設(shè)計一位全加器（1）其表達(dá)式為S=ZCi'n+Z'Cin=((ZCi'n)'?(Z'Cin)')'=(((ZC)'?Z)'?((ZC)'?C)')'(2.4)inininCout=(A'B+AB')Cin+AB(2.5)=((ZCin)'?(AB)')'（2）用與非門自主設(shè)計一位全加器，其電路圖如下所示（3）參照圖2.2畫出一位全加器電路圖如下所示（4）在電路圖中開關(guān)S1表示A,S2表示B,S3表示Cin，開關(guān)接入高電平時表示輸入為1，開關(guān)接低電平則表示輸入為零。指示燈X1表示S,X2表示Cout，指示燈亮則表示無輸出，為1；紅燈不亮則表示有輸出，為0。（5）通過測試，其二者的功能測試表相同，如實驗過程記錄里的表2.1一位全加器功能測試表，其都滿足一位全加器的原理。2.74LS138功能測試（1）按圖4.2.3接好功能測試電路如下圖所示其中測試前8項只有A1,A2,A0變化時的電路圖如下S1為低電平時測試電路圖為其中測量輸入S2'+S3'為1時的電路圖如下(3)電路圖中C也就是S3所接那端為最高位(4)改變其狀態(tài)，得到相應(yīng)的輸出，再對比表2.274LS138的邏輯功能表，發(fā)現(xiàn)完全符合，即其邏輯功能正常。并且我們可以從實驗中發(fā)現(xiàn)：S1這端為低電平，不管其他為什么狀態(tài)，它都沒有輸出，其8個輸出全都是高電平。S2’+S3’為低電平，不管其他為什么狀態(tài)，它都沒有輸出，其8個輸出全都是高電平。3.用74LS138和74LS20實現(xiàn)一位全加器(1)其表達(dá)式為S=A'B'Cin+A'BCi'n+AB'Ci'n+ABCin=Y+Y+Y+Y=(Y'Y'Y'Y')'(2.6)12471247Cout=A'BCin+AB'Cin+ABCi'n+ABCin(2.7)=Y3+Y5+Y6+Y7=(Y3'Y5'Y6'Y7')'(2)參照圖4.2.4接好電路如下圖所示用一片74LS138和一片74LS20實現(xiàn)一位全加器如下圖所示（3）接好電路后，變換邏輯電平開關(guān)測試，根據(jù)表4.2.1測試其邏輯功能，驗證所設(shè)計電路的8種狀態(tài)是正確的，其測試表在4.2.1.14.交通燈故障監(jiān)測電路（1）我們都知道，紅黃綠3個燈正常工作時只有一個燈亮，輸出為低電平；若不亮，全亮或亮了兩個都是出現(xiàn)故障了，輸出是高電平。因此我們就可以得出其真值表為表4.2.3交通燈故障檢測電路真值表（2）由真值表可以得出它相應(yīng)的表達(dá)式為Y=（AB+AC+BC+A’B’C’）=（（AB+AC+BC+A’B’C’）’）’=（（AB）’（AC）’（BC）’（A’B’C’）’）’（3）參考圖4.2.5選用兩片74LS00和一片74LS20連接電路（4）變換邏輯電平開關(guān)，將測試結(jié)果與表4.2.3相比對，結(jié)果一樣5.測試74LS153的邏輯功能（1）在軟件上連接好測試74LS153邏輯功能的電路圖如下圖所示其放大后的圖為在電路圖中A為表格里的A0，B為表格里的A1，1G則是1S’。（2）變換邏輯電平開關(guān)，將我們觀察到的狀態(tài)填入表格4.3.1中，其中當(dāng)A0,A1,1S’都為0時，變換D0,D1,D2,D3所連接的邏輯電平開關(guān)，發(fā)現(xiàn)只有D0的狀態(tài)才能控制Y,所以輸出Y就填D0,以此類推，其表格在實驗過程記錄里四、實驗總結(jié)（200-300字）我通過這次實驗的學(xué)習(xí)，基本掌握了用門電路設(shè)計組合邏輯電路的方法，也熟悉了二進(jìn)制譯碼器74LS138的原理與應(yīng)用方法，還通過實驗論證設(shè)計的