數(shù)字電子技術(shù) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一 組合邏輯電路設(shè)計(jì)與分析 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）學(xué)會(huì)組合邏輯電路的特點(diǎn)；（2）利用邏輯轉(zhuǎn)換儀對(duì)組合邏輯電路進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。2. 實(shí)驗(yàn)原理組合邏輯電路是一種重要的數(shù)字邏輯電路：特點(diǎn)是任何時(shí)刻的輸出僅僅取決于同一時(shí)刻輸入信號(hào)的取值組合。根據(jù)電路確定功能，是分析組合邏輯電路的過(guò)程，一般按圖1-1所示步驟進(jìn)行分析。圖1-1 組合邏輯電路的分析步驟根據(jù)要求求解電路，是設(shè)計(jì)組合邏輯電路的過(guò)程，一般按圖1-2所示步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖1-2 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)步驟3. 實(shí)驗(yàn)電路及步驟（1） 利用邏輯轉(zhuǎn)換儀對(duì)已知邏輯電路進(jìn)行分析。a. 按圖1-3所示連接電路。 圖1-3 待分析的邏輯電路Ab. 在邏輯轉(zhuǎn)換儀面板上單擊由邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表的按鈕和由真值表導(dǎo)出簡(jiǎn)化表達(dá)式后，得到如圖1-4所示結(jié)果。觀察真值表，我們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)四個(gè)輸入變量A,B,C,D中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，輸出為0，而當(dāng)四個(gè)輸入變量A,B,C,D中1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，輸出為1。因此這是一個(gè)四位輸入信號(hào)的奇偶校驗(yàn)電路。圖1-4 經(jīng)分析得到的真值表和表達(dá)式（2） 根據(jù)要求利用邏輯轉(zhuǎn)換儀進(jìn)行邏輯電路的設(shè)計(jì)。a. 問(wèn)題提出：有一火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外線三種類型不同的火災(zāi)探測(cè)器。為了防止誤報(bào)警，只有當(dāng)其中有兩種或兩種以上的探測(cè)器發(fā)出火災(zāi)探測(cè)信號(hào)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)才產(chǎn)生報(bào)警控制信號(hào)，試設(shè)計(jì)報(bào)警控制信號(hào)的電路。b. 在邏輯轉(zhuǎn)換儀面板上根據(jù)下列分析出真值表如圖1-5所示：由于探測(cè)器發(fā)出的火災(zāi)探測(cè)信號(hào)也只有兩種可能，一種是高電平（1），表示有火災(zāi)報(bào)警；一種是低電平（0），表示正常無(wú)火災(zāi)報(bào)警。因此，令A(yù)、B、C分別表示煙感、溫感、紫外線三種探測(cè)器的探測(cè)輸出信號(hào)，為報(bào)警控制電路的輸入、令F為報(bào)警控制電路的輸出。 圖1-5 經(jīng)分析得到的真值表（3） 在邏輯轉(zhuǎn)換儀面板上單擊由真值表到處簡(jiǎn)化表達(dá)式的按鈕后得到最簡(jiǎn)化表達(dá)式AC+AB+BC。4. 實(shí)驗(yàn)心得通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，我們復(fù)習(xí)了數(shù)電課本關(guān)于組合邏輯電路分析與設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，掌握了邏輯轉(zhuǎn)換儀的功能及其使用方法。初步掌握了軟件multisim的用法。實(shí)驗(yàn)二 編碼器、譯碼器電路仿真實(shí)驗(yàn) 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 掌握編碼器、譯碼器的工作原理。（2） 常見編碼器、譯碼器的應(yīng)用。2. 實(shí)驗(yàn)原理所謂編碼是指在選定的一系列二進(jìn)制數(shù)數(shù)碼中，賦予每個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼以某一固定含義。例如，用二進(jìn)制數(shù)碼表示十六進(jìn)制數(shù)叫做二十六進(jìn)制編碼。能完成編碼功能的電路統(tǒng)稱為編碼器。74LS148D是常用8線3線優(yōu)先編碼器。在8個(gè)輸入線上可以同時(shí)出現(xiàn)幾個(gè)有效輸入信號(hào)，但只對(duì)其中優(yōu)先權(quán)最高的一個(gè)有效輸入信號(hào)進(jìn)行編碼。其中7端優(yōu)先權(quán)最高，0端優(yōu)先權(quán)最低，其他端的優(yōu)先權(quán)按端腳號(hào)的遞減順序排列。E1為選通輸入端，低電平有效，只有E1=0時(shí)，編碼器正常工作，而在E1=1時(shí)，所以的輸出端均被封鎖。E0為選通輸出端，GS為優(yōu)先標(biāo)志端。該編碼器輸入、輸出均為低電平有效。譯碼器是編碼的逆過(guò)程，將輸入的每個(gè)二進(jìn)制代碼賦予的含義“翻譯”過(guò)來(lái)，給出相應(yīng)的輸出信號(hào)。能夠完成譯碼功能的電路焦作譯碼器。74LS138D屬于3線8線譯碼器。該譯碼器輸入高電平有效，輸出低電平有效。3. 實(shí)驗(yàn)電路及步驟3.1電路（1）83線優(yōu)先編碼器具體電路如圖2-1所示，說(shuō)明如下： 利用9個(gè)單刀雙擲開關(guān)（J0J8）切換8位信號(hào)輸入端和選通輸入端（E1）輸入的高低電平狀態(tài)。利用5個(gè)探測(cè)器（X1X5）觀察3位信號(hào)輸出端、選通輸出端、優(yōu)先標(biāo)志段輸出信號(hào)的高低電平狀態(tài)（探測(cè)器亮表示輸出高電平“1”，滅表示輸出低電平“0”）。（2）38線譯碼器具體電路如圖2-2所示，說(shuō)明如下： 利用3個(gè)單刀雙擲開關(guān)（J1J3）切換二路輸入端輸入的高低電平狀態(tài)。利用8個(gè)探測(cè)器（X0X7）觀察8路輸出端輸以信號(hào)的高低電平狀態(tài)（探測(cè)器亮表示輸出高電平“1”，滅表示輸出低電平“0”）。使能端G1接高電平，G2A接低電平，G2B接低電平。3.2 步驟（1）83線優(yōu)先編碼器實(shí)驗(yàn)步驟：a. 按圖2-1所示連接電路。b. 切換9個(gè)單刀雙擲開關(guān)（J0J8）進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，將結(jié)果填入表2.1中。輸入端中的“1”表示接高電平，“0”表示接低電平，“”表示接高、低電平都可以。輸出端中的“1”表示探測(cè)器亮，“0”表示探測(cè)器滅。該編碼器輸入、輸出均為低電平有效。圖2-1 83線優(yōu)先編碼器仿真電路輸入端輸出端E1Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0A2A1A0GSE011111101111111111110011111110111010111111011001011111010101011110100010111001101011001001010001010000001表2.1 83線譯碼器真值表（輸入高電平有效，輸出低電平有效）（2）3-8線譯碼器實(shí)驗(yàn)步驟：a. 按圖2-2所示連接電路。b. 切換3個(gè)單刀雙擲開關(guān)（J1J3）進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到表2.2所示結(jié)果。輸入端中的“1”表示接高電平，“0”表示接低電平。輸出端中的“1”表示探測(cè)器亮，“0”表示探測(cè)器滅。該譯碼器輸入高電平有效，輸出低電平有效。圖2-2 38線譯碼器仿真電路輸入端輸出端G1G2AG2BA2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71000000111111110000110111111100010110111111000111110111110010011110111100101111110111001101111110110011111111110表2.2 38線譯碼器真值表（輸入高電平有效，輸出低電平有效）4. 實(shí)驗(yàn)心得本次實(shí)驗(yàn)主要掌握編碼器、譯碼器的工作原理，并掌握了如何利用基礎(chǔ)編碼器設(shè)計(jì)位數(shù)更高的編碼器。知道了各個(gè)管腳的功能與連接方式，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了multisim軟件的使用。實(shí)驗(yàn)三 觸發(fā)器電路仿真實(shí)驗(yàn) 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 掌握邊沿觸發(fā)器的邏輯功能。（2） 邏輯不同邊沿觸發(fā)器邏輯功能之間的相互切換。2. 實(shí)驗(yàn)原理觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序電路的基本邏輯單元，具有記憶、存儲(chǔ)二進(jìn)制信息的功能。從邏輯功能上將觸發(fā)器分為RS、D、JK、T、T等幾種類型，對(duì)于邏輯功能的描述有真值表、波形圖、特征方程等幾種方法。功能不同的觸發(fā)器之間可以相互轉(zhuǎn)換。邊沿觸發(fā)器是指只在CP上升沿或下降沿到來(lái)時(shí)接受此刻的輸入信號(hào)，進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，而其他時(shí)刻輸入信號(hào)狀態(tài)的變化對(duì)其沒(méi)有影響的電路。集成觸發(fā)器通常具有異步置位、復(fù)位功能。74LS74D是在一片芯片上包含兩個(gè)完全獨(dú)立邊沿D觸發(fā)器的集成電路。對(duì)它的分析可分為以下三種情況：（1） 無(wú)論CP、D為何值，只要1CLR=0，1PR=1，觸發(fā)器置0；只要1CLR=1，1PR=0，觸發(fā)器置1。（“”表示非）（2） 當(dāng)1CLR=1PR=0時(shí)為不允許狀態(tài)、（3） 當(dāng)1CLR=1PR=1且CP處于上升沿時(shí)，74LS112D是在一芯片上飽和兩個(gè)完全獨(dú)立邊沿JK觸發(fā)器的集成電路。對(duì)他的分析可分為以下三種情況。（1） 無(wú)論CP、J、K為何值，只要1CLR=0，1PR=1，觸發(fā)器置0；只要1CLR=1，1PR=0，觸發(fā)器置1。（“”表示非）（2） 當(dāng)1CLR=1PR=0時(shí)為不允許狀態(tài)。（3） 當(dāng)1CLR=1PR=1且CP處于下降沿時(shí)，。圖4-1 74LS74D 邏輯符號(hào)和引腳注解圖4-2 74LS112D邏輯符號(hào)和引腳注解3. 實(shí)驗(yàn)電路及步驟3.1電路（1） D觸發(fā)器仿真電路如圖4-3所示，說(shuō)明如下：輸入端現(xiàn)態(tài)次態(tài)CPCLPPRD000101011110011111利用單刀雙擲開關(guān)J1、J2、J3、J4切換輸入管腳的信號(hào)電平狀態(tài)，利用探測(cè)器X1觀察輸出管腳的信號(hào)電平狀態(tài)。用示波器查看輸出管腳的信號(hào)波形。表4.1 邊沿D觸發(fā)器74LS74D真值表圖4-3 D觸發(fā)仿真電路3.2步驟D觸發(fā)器仿真電路實(shí)驗(yàn)步驟。a. 按圖4-3所示連接電路。b. 進(jìn)行仿真電路實(shí)驗(yàn)，利用開關(guān)來(lái)改變1PR、1D、1CP、CP的狀態(tài)，觀察輸出端1Q的變化，將結(jié)果填入表4.1并驗(yàn)證結(jié)果。輸入端的“1”表示接高電平，“0”表示接低電平，“x”表示接高、低電平都可以。輸出端的“1”表示探測(cè)器亮，“0”表示探測(cè)器滅。實(shí)驗(yàn)四 計(jì)數(shù)器電路仿真實(shí)驗(yàn) 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解計(jì)數(shù)器的日常應(yīng)用和分類。（2）熟悉集成計(jì)數(shù)器邏輯功能和其各控制端作用。（3）掌握計(jì)數(shù)器使用方法。2. 實(shí)驗(yàn)原理統(tǒng)計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)的過(guò)程叫計(jì)數(shù)。能夠完成計(jì)數(shù)工作的電路稱作計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的基本功能是統(tǒng)計(jì)叫鐘脈沖的個(gè)數(shù)，即實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作，也可用于分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等。計(jì)數(shù)器的種類很多，根據(jù)計(jì)數(shù)脈沖引入方式的不同，將計(jì)數(shù)器分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；根據(jù)計(jì)數(shù)過(guò)程中計(jì)數(shù)變化趨勢(shì)，將計(jì)數(shù)器分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器；根據(jù)計(jì)數(shù)器中計(jì)數(shù)長(zhǎng)度的不同，可以將計(jì)數(shù)器分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（例如十進(jìn)制、N進(jìn)制）。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是構(gòu)成其他各種計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)。按照計(jì)數(shù)器中計(jì)數(shù)值的編碼方法，用n表示二進(jìn)制代表，N表示狀態(tài)位，滿足的計(jì)數(shù)器稱作二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74LS161D是常見的二進(jìn)制加法同步計(jì)數(shù)器，其功能如表5.1所示。表5.1 74LS161D功能表（表示“非”）輸入輸出CLRLOADENTENPCLKABCDQAQBQCQD0XXXXXXXX000010XX1DaDbDcDdDaDbDcDd110XXXXXX計(jì)數(shù)110XXXXXX保持11X0XXXXX保持3. 實(shí)驗(yàn)電路及步驟3.1電路74LS161D構(gòu)成的二進(jìn)制加法同步計(jì)數(shù)器。具體電路如圖5-1所示，說(shuō)明如下： a.該電路采用總線方式進(jìn)行連接。 b.利用J2、J2、J3、J4四個(gè)單刀雙擲開關(guān)可以切換74LS161D第7、10、9、1腳輸入的高低電平狀態(tài)。74LS161D第3、4、5、6（4位二進(jìn)制輸入端）同時(shí)接高電平。74LS161D第15腳（進(jìn)位輸出端）接探測(cè)器X1。V1為時(shí)鐘信號(hào)。利用邏輯分析儀觀察四位二進(jìn)制輸出端（第11、12、13、14腳）、進(jìn)位輸出端（第15腳）和時(shí)鐘信號(hào)端（第2腳）的波形。利用數(shù)碼管U2顯示計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)情況。圖5-1 74LS161D構(gòu)成的二進(jìn)制加法同步計(jì)數(shù)器3.2步驟74LS161D構(gòu)成的二進(jìn)制加法同步計(jì)數(shù)器仿真實(shí)驗(yàn)步驟。 a.按圖5-1所示連接電路。 b.利用J1、J2、J3、J4四個(gè)單刀雙擲開關(guān)切換74LS161D第1、7、9、10腳輸入的高低電平狀態(tài)，同時(shí)觀察數(shù)碼管U2的輸出信號(hào)，驗(yàn)證表5.1給定的74LS161D功能是否與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。 c.觀測(cè)探測(cè)器X1發(fā)現(xiàn)當(dāng)該計(jì)數(shù)器計(jì)滿（計(jì)到數(shù)碼管U2顯示“F”時(shí)），探測(cè)器X1亮，表明進(jìn)位輸出端有進(jìn)位輸出且高電平有效。d.邏輯分析儀觀察的結(jié)果如圖5-2所示，驗(yàn)證其結(jié)果是否與表5.1給定的74LS161D功能相吻合。改變時(shí)鐘信號(hào)V1的幅度和頻率，觀察數(shù)碼管和邏輯分析儀顯示結(jié)果有何變化。圖5-2 邏輯分析儀觀察結(jié)果5 實(shí)驗(yàn)心得通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)了解計(jì)數(shù)器的日常應(yīng)用和分類，熟悉集成計(jì)數(shù)器邏輯功能和其各控制端作用，掌握計(jì)數(shù)器使用方法。