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、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=KB,可用三个与非门连 接实

2、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（、（b）、（c）所示。CD4011芯片引脚排列如图3,2,2所示。(b)Vcc(c)图1-1 74LS00芯片逻辑嗜2衿辑符号、及引脚排列1.-2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

3、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=r§。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：(1) .功耗低，具静态工作电流在10-9A数量级，是目前所有数字集成电路中 最低的，而TTL器件的功耗则大得多。(2) .高输入阻抗，通常大于1010Q

4、,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。(5) 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， 具引脚排列规则 如图3.2.3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74LS0

5、0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。WWW74LS00图 3.2.3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 0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 0(4) .在连接电路和插拔集成电路时，应先切断电源，严

6、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；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“Basid按钮，将单刀双掷开关“J1”和“J2” 调出放置在电子平台上，并分别双击“ J1”和“ J2”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Multisim

7、7基本界面右侧虚拟仪器工具条 “Multimeter”按钮，如图3.2.4左图所示，调出虚拟万用表“ XMM1 ”放置在电 子平台上，如图3.2.4右图所示。图 3.2.4(3) .将所有元件和仪器连成仿真电路如图3.2 5所示图 3.2 5(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3.2.6所示。XMM1图 3.2.6(5) .打开仿真开关，按表3.2.1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

8、位转换成逻辑状态填入表内。表 3.2.1:输入端输出端AB电位(V)逻辑状态0001r i0i12 .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 Q=A+B可以写成：Q=T至, 因此，可以用三个与非门构成或门。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=人和Key=B ；从真实元件工具条的“Soured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

9、如图3.2,7所示。图 3,2,74),打开仿真开关，按表3,2,2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3.2,2中，根据表3,2,2分析是否就是或门电路 的真值表。表 3,2,2:输入输 出AB指示灯状况逻辑状态00011011(2),用与非门组成异或门：1),按图3,2,8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3,2,3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3.2.3中。3),写出图3,2,8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 3.2.8表 3.2.3:输入

10、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3.2.9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3.2.4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3.2.4中。3) .写出图3.2.9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 3.2.9表 3.2.4:输入输 出AB指示灯状况逻辑状态00011011四、实验室操作实验内容:1. THD-1型数字电路实验箱使用介绍(参阅图 3.2.9):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

11、交流电压通断；在面板下方还有一个直流电源“ DC Soured'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

12、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 Soured'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，旁边标有“ +5V”，也需用一根 导线将它与面板下方直流电源“ DC Soured'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

13、脉冲，在“ Pulseoutput”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，具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，具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) .

14、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。*+5V15个显示灯及插孔r® ® ® ® ® ® ®区®®脓冲信号源15个建辑开关、插孑田指示灯LAAAAAAA AAAAAAAAW W 3 y J y w 3 y y w w 7 y 3l+w I数字集成电路插座及联线孔直流电源Pulse Output 1f A ， 1Hz IkEz 20k取中 JIIIIIM>i1给GND +5VI ®pule sou

15、rce+5Von offDC sourse图 3.2.92. 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LiLi6, 指示灯LiLi6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K1K16,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

16、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

17、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,图 3.2.10灯灭。与非门输出端Q接上万用表测电压，如图3.2.10所示。图1-3(2),当输入端A、B为表3.2.5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3.2.5中。表 3.2.5:输入端输出端AB电平(V)逻辑状态000110114 .用与非门组成其它功

18、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 Q=A+B可以写成：Q=NB , 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3.2.6中。表 3.2.6:输入端输出端AB电平(V)逻辑状态000110115 .用与非门组成异或门电路：(1) .在实验多!上用4个与非组成如图3.2.11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3.2.11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3.2.1(C)。图 3.2.11(2) .按表3.2.7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3.2.7中，根据表3.2.7分析是否就是异或门电路的真值表。表 3.2.7:输入输 出AB指示灯状况逻辑状态000110116.用与非