(Multisim数电仿真)与非门逻辑功能测试及组成其它门电路

1、实验 3.2与非门逻辑功能测试及组成其它门电路一、实验目的：1. 熟悉 THD-1 型( 或 Dais-2B 型 ) 数电实验箱的使用方法。2. 了解基本门电路逻辑功能测试方法。3学会用与非门组成其它逻辑门的方法。二、实验准备：1. 集成逻辑门有许多种，如：与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、 OC 门、TS 门等等。但其中与非门用途最广，用与非门可以组成其它许多逻辑门。要实现其它逻辑门的功能，只要将该门的逻辑函数表达式化成与非 -与非表达式，然后用多个与非门连接起来就可以达到目的。 例如，要实现或门 Y=A+B ，根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式可以写成：Y= A B ，可

2、用三个与非门连接实现。集成逻辑门还可以组成许多应用电路，比如利用与非门组成时钟脉冲源电路就是其中一例，它电路简单、频率范围宽、频率稳定。2. 集成电路与非门简介：74LS00 是“ TTL 系列”中的与非门， CD4011 是“ CMOS 系列”中的与非门。它们都是四 - 2 输入与非门电路，即在一块集成电路内含有四个独立的与非门。每个与非门有2 个输入端。 74LS00 芯片逻辑框图、符号及引脚排列如图3.2.1( a) 、( b) 、( c) 所示。 CD4011 芯片引脚排列如图 3.2.2 所示。VccAYR1R2R3BT3(b)T1T2VccT4141312111098ABYT5R4

3、R5R6T61234567GND(a)(c)图1-1 74LS00 芯片逻辑框图、逻辑符号、及引脚排列图VDD 1413121110981234567 Vss图1-2图与非门的逻辑功能是： 当输入端中有一个或一个以上是低电平时， 输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出才是低电平 ( 即有“ 0”得“ 1”，全“ 1”得“ 0”）。其逻辑函数表达式为：Y AB。TTL 电路对电源电压要求比较严，电源电压 Vcc 只允许在 +5V±10%的范围内工作，超过 5.5V 将损坏器件；低于4.5V 器件的逻辑功能将不正常。CMOS 集成电路是将 N 沟道 MOS 晶体管和 P 沟道

4、MOS 晶体管同时用于一个集成电路中，成为组合两种沟道MOS 管性能的更优良的集成电路。 CMOS 电路的主要优点是：10-9A 数量级，是目前所有数字集成电路中(1). 功耗低，其静态工作电流在最低的，而 TTL 器件的功耗则大得多。(2). 高输入阻抗，通常大于 1010，远高于 TTL 器件的输入阻抗。(3). 接近理想的传输特性，输出高电平可达电源电压的99.9%以上，低电平可达电源电压的0.1%以下，因此输出逻辑电平的摆幅很大，噪声容限很高。(4). 电源电压范围广，可在+5V+18V 范围内正常运行。3集成电路芯片简介：数字电路实验中所用到的集成电路芯片都是双列直插式的， 其引脚排

5、列规则如图所示。识别方法是： 正对集成电路型号 (如 74LS00)或看标记 (左边的缺口或小圆点标记 )，从左下角开始按逆时针方向数 1、2、3.依次数到最后一脚 (在左上角 )。在标准型 TTL 集成电路中，电源端 Vcc 一般排在左上角，接地端 GND 一般排在右下角。如 74LS00 为 14 脚芯片， 14 脚为 Vcc ， 7 脚为 GND 。若芯片引脚上的标号为 NC ，则表示该引脚为空脚，与内部电路不相连。14131211109874LS0074 LS00812345671234567图集成电路使用注意事项：(1). 接插集成电路时，要认清定位标记，不得插反。(2). TTL

6、集成电路电源电压严格控制在+4.5V+5.5V 之间，实验中一般用Vcc = +5V 。电源极性绝对不允许接反。CMOS 集成电路电源电压允许在+5V+18V 范围内选择，实验中一般也用+5V。(3). 为使门电路工作稳定， 多余闲置的输入端一律不准悬空， 闲置的输入端处理方法：与非门接 Vcc ，或非门接 GND 。(4). 在连接电路和插拔集成电路时，应先切断电源，严禁带电操作！三、计算机仿真实验内容：1. 测与非门的逻辑功能：(1). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“ TTL ”按钮，从弹出的对话框中选取一个与非门 74LS00N，将它放置在电子平台上

7、；单击真实元件工具条的“ Source”按钮，将电源 Vcc 和地线调出放置在电子平台上；单击真实元件工具条的 “ Basic”按钮，将单刀双掷开关 “ J1”和“ J 2 ” 调出放置在电子平台上，并分别双击“ J1”和“ J 2 ”图标，将弹出的对话框的 “ Key for Switch ”栏设置成“ A ”和“ B ”，最后点击对话框下方“ OK ”按钮退出。(2).单击 电 子 仿 真 软 件Multisim7基 本 界面 右 侧 虚拟 仪 器工 具 条“ Multimeter ”按钮，如图左图所示，调出虚拟万用表“ XMM1 ”放置在电子平台上，如图右图所示。图(3). 将所有元件和

8、仪器连成仿真电路如图3.2 5 所示。图3.25(4). 双击虚拟万用表图标“XMM1 ”，将出现它的放大面板，按下放大面板上的“电压”和“直流”两个按钮，将它用来测量直流电压如图所示。图(5). 打开仿真开关，按表所示，分别按动“ A ”和“ B ”键，使与非门的两个输入端为表中 4 种情况，从虚拟万用表的放大面板上读出各种情况的直流电位，将它们填入表内，并将电位转换成逻辑状态填入表内。表：A输入端B输出端电位( V)逻辑状态000 11 01 12用与非门组成其它功能门电路：(1). 用与非门组成或门：1). 根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式QAB 可以写成： QA B ，因此，可以用三

9、个与非门构成或门。2). 从电子仿真软件 Multisim7 基本界面左侧左列真实元件工具条的“ TTL ” 按钮中调出 3 个与非门 74LS00N；从真实元件工具条的“ Basic” 按钮中调出 2 个单刀双掷开关， 并分别将它们设置成 Key= A 和 Key= B ；从真实元件工具条的“ Source”按钮中调出电源和地线；红色指示灯从虚拟元件工具条中调出。 3). 连成或门仿真电路如图所示。图4). 打开仿真开关，按表要求，分别按动“ A ”和“ B ”，观察并记录指示灯的发光情况， 将结果填入表中，根据表分析是否就是或门电路的真值表。表：输入输出AB指示灯状况逻辑状态0001101

10、1(2). 用与非门组成异或门：1). 按图所示调出元件并组成异或门仿真电路。2). 打开仿真开关，按表要求，分别按动“ A ”和“ B ”，观察并记录指示灯的发光情况，将结果填入表中。3). 写出图中各个与非门输出端的逻辑函数式， 最终是否与异或门的逻辑函数式相符。图表：输入输出AB指示灯状况逻辑状态00011011(3). 用与非门组成同或门：1). 按图所示调出元件并组成同或门仿真电路。2). 打开仿真开关，按表要求，分别按动“ A ”和“ B ”，观察并记录指示灯的发光情况，将结果填入表中。3). 写出图中各个与非门输出端的逻辑函数式， 最终是否与同或门的逻辑函数式相符。图表：输入输出

11、AB指示灯状况逻辑状态00011011四、实验室操作实验内容：1THD-1 型数字电路实验箱使用介绍（参阅图）：1). THD-1 型数字电路实验箱面板左上角白色船型开关为主电源开关，主电源开关控制交流电压通断；在面板下方还有一个直流电源“DC Soures”方框，其中有两个白色钮子开关， 一般实验中用左边那只控制总+5V 电源，打开后一盏红色指示灯亮。实验时应先接好线， 检查无误后再打开电路电源， 严禁带电接线！2). THD-1 型数字电路实验箱面板右上角第一排 15 只红色发光二极管和对应的 15 个接线孔为输出显示接线孔，门电路输出端连此处，红灯亮，表示输出高电平；红灯不亮，表示输出低

12、电平。第二排 15 只红色发光二极管和对应的 15 个接线孔及 15 只钮子开关为逻辑电平控制开关和指示灯， 供门电路输入端接线，钮子开关向上扳为高电平，红色指示灯亮，向下扳为低电平，红色指示灯不亮。注意：在两排发光二极管的右下角有一处的一个插孔旁边标有“ +5V ”，需用一根导线将它与面板下方直流电源“ DC Soures”方框 +5V 主电源插孔相连，供发光二极管正常发光。3). THD-1 型数字电路实验箱面板左下方有一个脉冲信号源“ Pulse Soures” 方框，能产生方波信号，频率波段分 1Hz、1kHz 和 20kHz，每段可由电位器微调频率。同样，在方框的右下角也有一处插孔，

13、旁边标有“ +5V ”，也需用一根导线将它与面板下方直流电源“ DC Soures”方框 +5V 主电源插孔相连，供方波信号发生器工作。脉冲信号源的电源接上后有两种脉冲信号输出， 一种是连续脉冲， 在“ Pulse output”下方连续脉冲波形右边一盏红色指示灯亮， 左边是连续脉冲信号输出孔。脉冲信号源方框右上角为单次脉冲信号“ Single pulse”，有一只按钮开关，按下按钮时红灯亮， 其上方输出孔输出正单次脉冲 ( 即上升沿 ) ；另一只按钮按下时绿灯亮，其上方输出孔输出负单次脉冲 ( 即下升沿 ) 。4). THD-1 型数字电路实验箱面板上凡标有 “”符号处，表示公共接地端，且它

14、们都已连通，可就近选择任一处接地。5). THD-1 型数字电路实验箱面板中间区域有许多集成电路插座，供插集成电路。围绕每一片集成电路四周是它们的对应管脚接线孔和管脚号，供实验连线。6). THD-1 型数字电路实验箱有电源短路报警声响功能，实验中一旦听到蜂鸣器响，应立即关闭电源！排除短路故障后可重新打开电源开关进行实验。图2. Dais-2B 型数字电路实验箱使用介绍：(1). Dais-2B 型数字电路实验箱分箱盖和箱体两部分，箱体为主箱，包括电源，逻辑电平输入、输出指示，脉冲信号源等。箱体右上角电源开关打开后，开关下方有 +5V 电压输出。箱体左侧第二个方框内各有 16 盏红、绿指示灯

15、L 1L16，指示灯 L1L16 下方对应有 16 个插孔，供电路输出端指示逻辑状态， 其中红灯亮表高电平；绿灯亮表示低电平。箱体左侧第三个方框内各有16 个插孔和对应的16 个推、拉开关 K 1K16，开关向上推为高电平，向下推为低电平，供电路输入端选择逻辑电平。箱体左侧最下方方框内为脉冲信号源， 右边插孔输出连续方波，从 1Hz 到 1MHz 共 7 种；左边有三个按钮开关，对应上方各有两个插孔，一个输出正脉冲，另一个输出负脉冲。(2). Dais-2B 型数字电路实验箱盖部分为实验区，有许多集成电路插座，围绕每一片集成电路四周是它们的管脚接线孔和管脚号， 供实验连线。 注意：大部分集成电

16、路插座管脚的电源和接地脚已连好，不需再连。(3). 箱盖部分的电源和地线必需用导线从箱体右上角“ +5V ”和“GND ”连到箱盖的左下角对应孔，这样箱盖部分才有“ +5V”供做实验。(4). Dais-2B 型数字电路实验箱也有电源短路报警声响功能，实验中一旦听到蜂鸣器响，应立即关闭电源！排除短路故障后可重新打开电源开关进行实验。3测与非门的逻辑功能：(1). 从插在实验箱上的集成电路 74LS00 中任选一个与非门，将两个输入端分别与实验箱逻辑开关输入插孔连接， 每个插孔下方都对应一个钮子开关， 上方对应一盏指示灯，钮子开关向上扳为“ H ”电平，灯亮，向下扳为“ L ”电平，灯灭。与非门

17、输出端 Q 接上万用表测电压，如图3.2.10 所示。+5VHALK1QHBLK2图1-3图(2). 当输入端 A 、 B 为表中情况时，用万用表分别测出输出端 Q 的电平，并转换成逻辑状态，用“ 0”、“ 1”表示。将测试结果填入表中。表：A输入端B电平(V)输出端逻辑状态000 11 01 14用与非门组成其它功能门电路：(1). 用与非门组成或门：1). 根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式QAB 可以写成： QA B ，因此，可以用三个与非门构成或门。2). 自拟实验电路和实验步骤，并在实验箱上连好实验电路，利用输入端的钮子开关和万用表检测电路的输入和输出结果，将它们填入表中。表：A输入

18、端B电平(V)输出端逻辑状态000 11 01 15用与非门组成异或门电路：(1). 在实验箱上用 4 个与非组成如图所示电路。其中 A 、 B 两个输入端分别接入两个钮子开关； 输出端接到实验箱右上角第一排红色发光二极管对应的接线孔，用以观察输出电平的高低。注意：必须先将图所示电路各与非门的输入和输出管脚进行编号，管脚编号参考 P179 图。+5V灯K1K2图(2). 按表要求，分别扳动输入端的两个钮子开关，设置电路输入端的4 种编码组合，观察并记录指示灯的发光情况，将结果填入表中，根据表分析是否就是异或门电路的真值表。表：输入输出AB指示灯状况逻辑状态000110116. 用与非门组成同或门：(1). 在实验