第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用.ppt

第8章Multisim在数字逻辑电路中的应用是8.1数字逻辑电路的创建8.2全加法器及其应用8.3解码器及其应用8.4数据选择器及其应用8.5逻辑电路的冒险现象8.6触发器8.7同步时序电路的分析与设计8.8集成异步计数器及其应用8.9 的应用8.10移位寄存器及其应用8.11电阻网络DAC设计8.12555定时器及其应用8.13数字电路综合设计数字时钟8.14数字电路综合设计数字响应器8.15数字电路综合设计数字频率计，8.1数字1 .数字逻辑电路的创建(1)在元件库中，点击TTL，点击74系列，选择非门7404N芯片，点击OK进行确认。 此时，显示图8-1所示的窗口，在7404N芯片中具有6个具有完全相同功能的栅极，可选择SectionA、b、c、d、e、f这6个栅极中的任意一个。 单击其中一个可以选择门以外的门。 如果不想取消，请单击“取消”。 (2)类似地，通过在原始(器件)元件库中点击TTL，然后点击74系列，选择or门7432N和nand门7400N码片。 (3)在设备库中点击Logicconverter (逻辑转换器)，设备出现，拖到指定的地方点击即可。 (4)输入信号与逻辑转换器的输入端a、b、c、输出信号与逻辑转换器的输出端(OUT )连接。 连接电路如图8-2所示。 此外，用图8-2数字逻辑电路、2 .逻辑转换器得到图8-2所示的电路的真值表，双击逻辑转换器时，电路被转换成真值表，得到的电路的真值表如图8-3所示。 另外，图8-3数字逻辑电路的真值表，3 .将图8-2所示的电路用逻辑转换器直接进行逻辑函数的简化，得到简化式，双击逻辑转换器时，真值表被转换为简化式，得到电路的简化式。 此外，图8-4的最简单的方式，4 .利用逻辑转换器得到用“与”门构成的电路，当双击逻辑转换器时，方式被转换为“与”门，可得到用“与”门构成的电路。 此外，图8-5为与门配置的电路，8.2全加法器及其应用，示例8.1为74HC283D设计了一个8421BCD码相加电路，完成了两个位8421BCD码的相加。 输入输出均以8421BCD代码显示。 1 )加上原理2位的十进制，考虑到来自下位的进位，其和是019，8421BCD码加法器的输入，输出都用8421 BCD码表示，其进位规则用逢十进制一，74HC283D用2位的四进制运算，其进位规则是逢十六进制一，因此两者因此，需要修正结果，在结果大于9时，进行6(0110B )的修正。 因此，修正电路包含判定9电路，当结果大于9时，必须加上0110，当结果小于9时，必须加上0000。大于9的数为最小项的m10m15除了上述情况以外，在相加结果中发生进位，其结果必须大于9，因此大于9的条件为：全加法器74HC283D的A4A3A2A1、B4B3B2B1为2个4位的二进制输入端，SUM1、SUM2、SUM3 2 )制作回路用字信号发生器，产生8421BCD代码，在显示设备上显示8421BCD代码。 (1)在元件库中点击CMOS，点击74HC系列，选择74HC283D，点击OK进行确认。 设备出现，拖动到指定位置，然后单击。 (2)在设备库中，点击TTL，然后点击74系列，选择2输入、非门7400N、3输入和非门7410N芯片。 (3)在右侧的设备库中点击WordGenvertor (字信号发生器)，设备出现，只需拖动到指定的位置点击即可。 (4)在软件库中点击显示软件，选择数字代码管，点击OK进行确认。 设备出现，拖动到指定位置，然后单击。 为了便于观察，可将输入输出信号与数字编码管连接。 由此，得到具有图8-6所示的修正电路的8421BCD码加法电路。3 )双击观测输出WordGenvertor (字信号发生器)图标，适当设定对话板上的各选项和参数：在Address (地址)区域中，起始地址(Initial栏)为0000，结束地址(Final栏)为0000 在控制区域单击Cycle按钮，选择循环输出方式。 单击“Pattern”按钮，然后在弹出式对话框中选择“UpCounter”选项，将其编码为逐个递增。 在触发区域中，单击按钮Internal，选择内部触发方式。 此外，图8-6位8421BCD码相加电路、8.3解码器及其应用、一般的MSI (集成电路)解码器、二进制解码器(例如2-4、3-8、4-16解码器等)和二进制解码器(也称为4-10解码器)等。 MSI解码器74LS138是3-8解码器，并且其逻辑代码示于图8-7的设备U4中。 在U4中，a、b和c是地址输入端，G1、G2A和G2B是使能端，y0 y1y2y3 y 4y 5和y6 y 7是输出端，并且输出是低电平有效的。 对于每个输入变量值组合，只能启用一个输出。 例如，8.2集成3-8解码器74LS138D构成1比特全加法器以完成2比特二进制数的相加。 1 )原理2位的2进制数的加法的真值表示在表8-1中。 表8-1全加法器的真值表明：其中，a、b分别是加数和被加数的c是从低位向本位的进位，Fi是被加的和，Ci 1是从本位向高位的进位。 2 )创建电路(1)在元件库中点击TTL，点击74LS系列，选择74LS138D，点击OK。 设备出现，拖动到指定位置，然后单击。 (2)在元件库中点击MISC，点击门，选择4个输入和NAND4，点击OK确定，用2个NAND4门实现逻辑函数。 (3)在原(器)元件库中点击显示设备，选择小灯泡显示数据。 为了便于观察，请将输入输出信号连接到小灯泡上。 (4)在元(仪器)库中，点击字信号发生器，拖到指定的位置，用它生成数字。 (5)在原(器)软元件库中点击Sources (信号源)，选择电源VCC和地线，双击电源VCC图标，将电压设定为5V。 在使能端子G1上连接电源VCC，将G2A、G2B接地。 连接电路如图8-7所示。 此外，图8-774LS138D解码器构成1位的全加法器，3 )作为观测输出，双击WordGenvertor (字信号发生器)图标，在Address (地址)区域，将开头地址(Initial栏)设为0000，将结束地址(Final栏)设为Final 在控制区域单击Cycle按钮，选择循环输出方式。 单击“Pattern”按钮，在弹出式对话框中选择“UpCounter”选项，然后对其进行编码以逐一递增。 在触发区域中，单击按钮Internal，选择内部触发方式。 在Frequency区域中，将输出频率设置为1kHz。 执行仿真开关，可观察运算结果。 探针发光显示数据为1，非发光显示数据为0。 其中X1、X2表示加数，X5表示从低到高的进位，X4表示加法的和，X3表示从主页到高的进位。 8.4数据选择器及其应用、统一数据选择器(MUX)74LS151D (八选一)、74LS153D (双四选一)是常用的数据选择器。 双4选择1数据选择器74LS153D包括2个4选择1MUX，地址输入端a-1和a-0为2个mux所共用。 每个MUX有4个数据输入端子、1个使能端子EN和1个输出端子y。 图8-8示出了设备U3的逻辑符号74LS153D。 U3的最上端的1端和0端分别对应于芯片的脚2和14脚，地址A1和A0的输入端即EN对应于芯片管脚1、15脚，在使能端，输入在低电平有效的0端、1端、2端、3端分别对应于芯片脚6、5、4、3脚，数据1D0 芯片脚10、11、12和13是1D3的输入端，芯片脚10、2D1、2D2和2D3是数据2D0的输入端，而芯片的第七端和第九端分别是输出端1Y和2Y。 单四选一MUX的输出函数多用于数据选择器，还可以实现组合逻辑函数、复用信号时分传输、并/串转换、序列信号的生成等。 例8.3在74LS153D双四选一数据选择器中实现了一位全加法器。1 )原理1比特全加法器有3个输入信号Ai、Bi、Ci，74LS153D只是1端子、0端子(分别对应于芯片引脚2、14 )的地址输入端子，将Ai (图8-8中X5)、Bi (图8-8中X2)作为地址输入A1和A0(分别对应于芯片引脚2、14 ) 已知当考虑到家庭求和、从家庭到上位进位、以及四选一MUX的输出时，所述总加法器的输出函数中的对应于Fi的馀数函数为、和。 即，当前A1(2条腿)=Ai，A0(14条腿)=Bi，1D0(6条腿)=1D3(3条腿)=Ci，1D1(5条腿)=1D2(4条腿) 1Y(7条腿)=Fi。 另外，同样地，如果Ci 1是：四选一MUX的输入2D0(10条腿)=0，2 d1(11条腿)=2D2(12条腿)=Ci，2D3(13条腿)=1，则表示为2Y(9条腿)=Ci 1。 因此，通过双重四选一MUX74LS153D能够实现函数Fi和Ci 1。 2 )创建回路(1)在元件库中点击TTL，点击74LS系列，选择74LS153D。 (74LS153D的使能端en (1，15脚)被接地，并且地址1(2脚)和地址0(14脚)连接到信号发生器的第二端和第一端。 变量Ci (图中X1)的接触信号发生器的0端子、2D3(13脚)=1接触VCC、2D0(10脚)=0接地。 (3)将字信号发生器针对2端子、1端子、0端子作为1比特全加法器的3个输入信号Ai (图8-8中X5)、Bi (图8-8中X2)和Ci (图8-8中X1) . (4)在原(器)零件库中点击定点设备，选择小灯泡显示数据。 为了便于观察，请将输入输出信号连接到小灯泡上。 连接电路如图8-8所示。 此外，图8-874LS153D双四选一数据选择器实现1位全加法器，3 )在观测输出中双击WordGenvertor (字信号发生器)图标，在Address (地址)区域中，将开头地址(Initial栏)设为0000，将结束地址(Initial栏)设为0000 在控制区域单击Cycle按钮，选择循环输出方式。 单击“Pattern”按钮，在弹出式对话框中选择“UpCounter”选项，然后对其进行编码以逐一递增。 在触发区域中，单击按钮Internal，选择内部触发方式。 在Frequency区域中，将输出频率设置为1kHz。 启动仿真开关后，可观察运算结果。 小灯泡的点亮显示数据为“1”，小灯泡的熄灭显示数据为“0”。 8.5复合逻辑电路的冒险现象是复合逻辑电路的所有设计都在输入/输出稳定的逻辑电平下完成的，并且因此需要考虑电路在输入信号的逻辑电平改变时如何工作以确保系统操作的可靠性。 在复杂的电路系统中，如果冲突风险的尖峰脉冲使后级的电路误动作，则原来的设计功能会被破坏。 由于引线和装置的传输和转换存在延迟，所以输出未必立即达到预定状态，并且逻辑电路的输出侧可能不同于原来预期的状态，从而发生瞬时错误输出的现象称为危险现象。 危险品分为逻辑上的危险品和功能上的危险品。 由逻辑竞争引起的危险物质被称作逻辑性危险物质，由功能性竞争引起的危险物质被称作功能性危险物质。 逻辑危险由单个输入信号的改变引起，而功能危险由多个输入信号的“同时”改变引起。 例8.4观察逻辑函数的竞争风险。 1 )原理函数式为or时，变量x的变化会引起危险现象。 由此，能够通过以下两种方法判断是否存在逻辑上的危险。 在卡诺图中，函数表达式的每个乘积项(或和项)对应于卡诺图的卡诺圆。 如果两个卡尔环存在相切部分，而相切部分不包括在其他卡尔环中，则该电路始终存在危险现象。 当电路的逻辑式为A=C=0时，b的变化变得危险。 因为a、b无论怎样变化都不会出现，所以c变化的时候，不会引起危险的印象。 另外，2 )制作电路(1)在元件库中点击TTL，进而点击74系列，选择not门74LS04D和and门74LS08J。 (2)在元件库中点击MISC，点击门，选择三个输入或or门OR3。 (3)在元件库中点击Sources (信号源)，选择方波发生器。 为了便于观察冒险现象，将方波发生器的输出作为变量b的输入，将输入变量a、c接地。(4)B变量输入端和电路输出端f信号被传送至示波器。 生成图8-9所示的由非门、与门、或门构成的逻辑函数的组合逻辑电路。 此外，双击图8-9数字逻辑电路、3 )观测输出方波发生器图标，将电压设定为5V，频率设定为1kHz。 双击示波器的图标，启动模拟开关后，可得到图8-10所示的示波器输出波形。 从电路的逻辑表达式中可以看出，当输入信号b由1变为0时，在输出f中出现非常短的负脉冲，并且发生了危险的现象。 图8-11表示图8-10输入输出波形、8.6触发器、1 .基本RS触发器的逻辑功能验证1 )制作电路由2个nand门构成的基本RS触发器。 7400N上的针脚1、5是RS触发器的输入r、s，针脚3、6是RS触发器的输出，q。图8-11基本RS触发器、(1)在原(仪器)库中点击TTL，点击74系列选择与门7400N。 在原(器)部件库中，单击Basic (基本原(器)部件)，单击SWITCH，然后单击SPDT，选择两个开关J6、J7。 在原(仪器)库中，单击“Sources (信号源)”，选择电源V4和地线。 电源V4设定为5V。 (2)开关J6和j7为“key=space”，因此按下空格键后开关的位置发生变化。 为了便于控制，双击开关J7图标打开SWITCH对话框，在该对话框的Value页面的keyforswitter栏下拉菜单中选择字母符号a时，为“Key=A”。 您也可以选择不同的字母或数字符号来显示相应开关的开关键字。 (3)在原(器)零件库中点击定点设备，选择小灯泡显示数据。 连接电路如图8-11所示。 2 )观测输出用两个开关改变输入数据，按对应开关的键符号，可改变开关的位置，改变输入数据，电源V4和地分别表示数据1和0。 小灯泡的点亮显示数据为“1”，小灯泡的熄灭显示数据为“0”。 触发器的输入R=0、S=