实验六组合逻辑电路设计

1、 实验六组合逻辑电路设计一、实验目的：一、掌握组合逻辑电路的分析与设计方式。二、掌握SSI集成门电路的应用。3、掌握MSI集成电路译码器与数据选择器的应用。二、预习要求：温习讲义中相关内容。一、按照题意列出输入、输出真值表。二、利用卡诺图化简，写出最简或最适合的逻辑函数表达式。3、利用指定门电路实现逻辑功能。4、画出已设计完成的逻辑电路及实验用的接线图。三、实验内容：一、设计三变量表决电路：要求：画出逻辑电路图，设计相应表格。自拟实验方案，测试电路的逻辑功能是不是与设计功能一致。（1）用与非门74LS00实现。（2）用译码器（74LS138、74LS20）实现。（3）用数据选择器（74LS15

2、1及74LS153）实现。二、用异或门74LS86和与非门74LS00实现全加器电路：百度文库-让每个人平等地提升自我四、五、六、要求：画出逻辑电路图，设计相应表格。自拟实验方案，测试电路的逻辑功能是不是与设计功能一致。实验仪器及元器件数字实验箱、万用表、74LS00、74LS20，74LS8六、74LS13八、74LS15一、74LS153、74LS32等。实验报告：画出各部份逻辑电路图、真值表、及列出逻辑表达式，整理实验结果并进行分析，说明组合电路的特点和分析、设计方式。实验用门电路介绍：一、74LS00、74LS20及74LS32管脚及功能本实验所利用的74LS20（双四输入与非门）、7

3、4LS00（四二输入与非门）和74LS32（四2输入或门）是一种低功耗肖特基集成TTL门电路，其及引线功能及排列图如下：Vcr4B4A4Yr3BJ14I13H1211111110174LS003A3Y9Vcc14rD13rSCi.12-OS.2A92Y-874LS202Y=A+B1A1BNC1C1D1YGND1A1B1Y2A2B2YGND2、74LS138管脚及功能双排直立式集成3线-8线译码器74LS138各引脚排列及功能如图所示。74LS138G1G2AG2BA2A1AoY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Yo0XXXXX11111111X1XXXX11111111XX1XXX11111111译码

4、器74138真值表LUL2JL3J14JL5J16JL7JISJAQAlA2&2B也G1Y7GHD百度文库-让每个人平等地提升自我 01234567-Y-Yy-y-y-y-yYi=G1G2AG2Bmiy5Jy6zY3由功能表可知:三个使能端G1G2AG2b100时，八个译码输出都是无效电平，即输出全为高电平“1”；三个使能端G1G2AG2B=100时，译码器八个输出中仅与地址输入对应的一个输出端为有效低电平“0”，其余输出无效电平“1”；在使能条件下，每一个输出都是地址变量的最小项，考虑到输出低电平有效，输出函数可写成最小项的反，即：3、74LS151管脚及功能本实验利用的集成数据选择器74L

5、S151为8选1数据选择器，数据选择端3个地址输入A2A1A0用于选择8个数据输入通道D7D0中对应下标的一个数据输入通道，并实现将该通道输入数据传送到输出端Y（或互补输出端Y）。74LS151还有一个低电平有效的使能端G，以便实现扩展应用。74LS151引脚功能如图和附表所示。VccD4D5D6D7AoA1A274151功能表?74LS151宅A2A1A0XXX1丨丨2丨丨3丨丨4丨丨5丨丨6丨丨7丨丨8D3D2D1D0YYGGND00000001001000110100010101100111D0D0D1D1D2?2D33D4DD5D5D6D7巧Y=mD使能条件下(G=0),74LS151

6、的输出可以表示为，：=0其中m.为地址变量A2、A.A0的最小项。只要肯定输入数据就可以实现相应的逻辑函数，成为逻辑函数发生器。4、74LS153管脚及功能74LS153是双4选1数据选择器，是在一块集成芯片上有两个4选1数据选择器。两数据选择器共用数选输入A1A0，无互补输出端。芯片管脚如下图散布，功能如表所示。输入输出Vcg2S蝴2Di2D02Yh_rihr-iihnll74LS74團凹国回山lRpID1CP1SDIQIQGMLD0011D触发器真值表实验八集成计数器一、实验目的1、掌握集成计数器组成N进制的计数器的连接方式。二、预习要求1熟悉芯片各引脚排列。弄清组成模长M进制计数器的原理

7、。3实验前设计好实验所用电路，画出实验用的接线图。三、实验内容一、设计一模长M=60进制的计数电路。1）用同步连接反馈预置法实现。2）用同步连接反馈清零法实现。二、按设计图连接电路。CP接频率为1Hz的方波脉冲，各计数器的输出Q3Q2Q1Q0接七段BCD显示译码器CD4511的DCBA输入端，CD4511的输出接七段数码显示器。3、接通实验箱电源，观察七段数码显示器计数状态的转变进程，并记录该状态循环。四、实验器材数字逻辑实验箱，74LS160,74LS00,74LS20。五、实验报告要求一、60进制计数器的电路设计图、连线图和计数器的测试结果。4、测试进程中出现的问题及解决办法。六、实验用元

8、件介绍1.集成计数器74LS160本实验所用集成芯片为异步清零同步预置四位8421码10进制加法计数器74LS161，集成芯片的各功能端如图所示，其功能见附表。VcccoQoQ1P2Q3ET|LD山6【15“14山3112“1川10974LS160功能表74LS160RDLD0X101103020】Q00000DCBA保持ETEPCPXXXXXf0_XX即RD端输入表第一行f74lXi60具有同步预置D3D2D1D0XXXXDCBAXXXX、低电平x不受cp控eddlL374LS5M为异步清零计数器，RD制，（输出端当3即全GND为“0”功能功能，在RD端无效时，LD端输入低电平，在时钟一路作

9、用下，cp上跳后计数器状态等于预置输入DCBA，即所谓“同步”预置功能（第二行）。RD和LD都无效，ET或EP任意一个为低电平，计数器处于维持功能，即输出状态不变。只有四个控制输入都为高电平计数器（161）实现模10加法计数，03020100=1001时，RCO=1o2.组成任意进制计数器（模长MW10）用集成计数器实现M进制计数有两种方式，反馈清零法和反馈预置法。图（a）为反馈清零法连接（8进制），图（b）为反馈预置零法连接（8进制）（a）（b）集成计数器扩展应用（模长M10）当计数模长M大于10时，可用两片以上集成计数器级联触发器来实现。集成计数器可同步连接，也可以异步连接成多位计数器，然

10、后采用反馈清零法或反馈预置法实现给定模长M计数。图所示为同步连接反馈清零法（a）及反馈置数法（b）实现模长48计数电路原理图。七、其它集成计数器介绍74LS161（同步预置异步复位4位二进制加法计数器）74LS161有与74LS160一样的引脚排列和功能，区别在于161百度文库-让每个人平等地提升自我是16计数器，Q3Q2Q1Q0=1111时，CO=1。2.74LS190（可预置同步可逆BCD计数器）VC16-A15CP14-9J74LS190O-12-3-4l5-6-78BQBQASU/DQCQDGND74LS190功能表LdSU/DCPqdqcqbqa100f加计数101f减计数0 xxf

11、预置数11xx保持74LS190是BCD同步加/减计数器，并行输出。计数时，时钟CP的上升沿有效。CP端、加/减端（U/D）和置数端（LD）都先通过缓冲，从而降低了这些输入端对驱动信号的要求。附表列出了74LS190的主要功能，下面作简要说明。1）预置数：当置数端（LD）为低电平时，数据输入端信号A、B、C、D将对内部触发器直接置位或复位，结果使QA=A、QB=B、Qc=C、QD=D，而与其他控制端的电平无关。2）计数：在允许端S为低电平，置数端无效（LD=1）的条件下，若加/减输入端U/D为低电平，则可进行加计数，反之可进行减计数。3）禁止计数：当允许端S为高电平时，计数被禁止。值得注意的是

12、，允许端的电平应在CP为高电平时发生转变。4）级联：当计数器溢出时，进位/借位输出端（CO/BO）产生一个宽度为一个CP周期的正脉冲，串行时钟端（Qcr）也形成一个宽度等于时钟低电平部份的负脉冲，上述正脉冲或负脉冲的后沿比产生溢出的时钟脉冲上升沿略微滞后，它们可作为级联信号来用。例如，把两级74LS190连接为同步计数器，只要将低位计数器的QCr端连至高位计数器的允许端S。而要把两级计数器连接为异步计数器，则低位计数器的QCr端应和高位计数器的CP端相连.CO/BO端可用来完成高速计数的先行进位。3.74LS90（二一五一十进制计数器）74LS90内部有一个二进制计数器，时钟CPA，输出Q0；

13、一个五进制计数器，时钟CPB，输出q3q2q1；可异步组成十进制计数器。它有两高电平有效的清零端R0A、R0B和两高电平有效的置9端S9A、S9B，其功能表如附表所示。3914-1311121111074LS90|9-12-345-67CPANC囤|Q3GnDQ2QR0AR0BS9AS9BCPq3q2q,q0110 xx000011x0 x0000 xx11x1001x0 x0计数0 x0 x1计数74LS90功能表百度文库-让每个人平等地提升自我 当计数脉冲由CPA输入，Q0与CPB相连时，就组成8421BCD计数器。当计数脉冲由CPB输入，Q3与CPA相连时，则可组成5421BCD计数器。

14、实验九计数、译码和显示电路设计一实验目的1熟悉计数器、译码器和显示器的利用方式。2学习简单数字电路的设计和仿真方式。二实验仪器1计算机一台。2.电子电路设计仿真软件Multisim2001三实验内容：设计一个六十进制计数、译码和显示电路。1拟定设计方案，画出原理总框图2设计各单元电路（计数、译码和显示）。3画出六十进制计数、译码和显示整体电路原理图4上机仿真调试四电路系统框图计数、译码和显示电路系统组成：主要有计数单元、译码和显示电路单元三部份组成。系统框图如下：五预习要求：D（或JK）触发器组成计数器的原理。2计数器、译码器和七段显示器的工作原理和应用。设计总结报告：总结报告包括以下内容：1

15、.实验名称、实验目的及要求。设计思想及大体原理分析。画出电路原理总框图及整体电路原理图。单元电路分析。仿真结果及调试进程中所碰到的故障分析。电路元件清单。参考元器件：74LS74、74LS7六、744八、7447、74LS4九、74LS160、74LS190、74LS90、七段显示译码器附录5数字电路实验基础知识一.实验的大体进程实验的大体进程，应包括肯定实验内容，选定最佳的实验方式和实验线路，拟出较好的实验步骤，合理选择仪器设备和元器件，进行连接安装和调试，最后写出完整的实验报告。在进行数字电路实验时，充分掌握和正确利用集成元件及其组成的数字电路特有的特点和规律，可以收到事半功倍的效果，对于

16、完成每一个实验，应做好实验预习，实验记录和实验报告等环节。（一）实验预习认真预习是做好实验的关键，预习好坏，不仅关系到实验可否顺利进行，而且直接影响实验效果，预习应按本教材的实验预习要求进行，在每次实验前首先要认真温习有关实验的大体原理，掌握有关器件利用方式，对如何着手实验做到心中有数，通过预习还应做好实验前的准备，写出一份预习报告，其内容包括：1绘出设计好的实验电路图，该图应该是逻辑图和连线图的混合，既便于连接线，又反映电路原理，并在图上标出器件型号、利用的引脚号及元件数值，必要时还须用文字说明。2拟定实验方式和步骤。3拟好记录实验数据的表格和波形座标。4列出元器件单。（二）实验记录实验记录

17、是实验进程中取得的第一手资料，测试进程中所测试的数据和波形必需和理论大体一致，所以记录必需清楚、合理、正确，若不正确，则要现场及时重复测试，找出原因。实验记录应包括如下内容：实验任务、名称及内容。实验数据和波形和实验中出现的现象，从记录中应能初步判断实验的正确性。记录波形时，应注意输入、输出波形的时间相位关系，在座标中上下对齐。实验中实际利用的仪器型号和编号和元器件利用情况。5.实验报告实验报告是培育学生科学实验的总结能力和分析思维能力的有效手腕，也是一项重要的大体功训练，它能很好地巩固实验功效，加深对大体理论的熟悉和理解，从而进一步扩大知识面。实验报告是一份技术总结，要求文字简练，内容清楚，

18、图表工整。报告内容应包括实验目的、实验内容和结果、实验利用仪器和元器件和分析讨论等，其中实验内容和结果是报告的主要部份，它应包括实际完成的全数实验，而且要按实验任务逐个书写，每一个实验任务应有如下内容：1）实验课题的方框图、逻辑图（或测试电路）、状态图，真值表和文字说明等，对于设计性课题，还应有整个设计进程和关键的设计技能说明。2）实验记录和通过整理的数据、表格、曲线和波形图，其中表格、曲线和波形图应利用三角板、曲线板等工具描画，力求画得准确，不得顺手示意画出。3）实验结果分析、讨论及结论，对讨论的范围，没有严格要求，一般应对重要的实验现象，结论加以讨论，以使进一步加深理解，另外，对实验中的异

19、样现象，可作一些简要说明，实验中有何收获，可谈一些心得体会。二.实验中操作规范和常见故障检查方式实验中操作的正确与否对实验结果影响甚大。因些，实验者需要注意按以下规程进行。搭接实验电路前，应对仪器设备进行必要的检查校准，对所用集成电路进行功能测试。搭接电路时，应遵循正确的布线原则和操作步骤（即要依照先接线后通电，做完后，先断电再拆线的步骤）。掌握科学的调试方式，有效地分析并检查故障，以确保电路工作稳定靠得住。仔细观察实验现象，完整准确地记录实验数据并与理论值进行比较分析。实验完毕，经指导教师同意后，可关断电源拆除连线，整理好放在实验箱内，并将实验台清理干净、摆放整洁。布线原则和故障检查时实验操

20、作的重要问题。（一）布线原则：应便于检查，排除故障和改换器件。在数字电路实验中，有错误布线引发的故障，常占很大比例。布线错误不仅会引发电路故障，严重时乃至会损坏器件，因此，注意布线的合理性和科学性是十分必要的，正确的布线原则大致有以下几点：八、接插集成电路时，先校准两排引脚，使之与实验底板上的插孔对应，轻轻使劲将电路插上，然后在肯定引脚与插孔完全吻合后，再稍使劲将其插紧，以避免集成电路的引脚弯曲，折断或接触不良。不允许将集成电路方向插反，一般IC的方向是缺口（或标记）朝左，引脚序号从左下方的第一个引脚开始，按逆时钟方向依次递增至左上方的第一个引脚。导线应粗细适当，一般选取直径为0.8mm的单股

21、导线，最好采用各类色线以区别不同用途，如电源线用红色，地域用黑色笔。布线应有秩序地进行，随意乱接容易造成漏接错接，较好的方式是接好固定电平点，如电源线、地线、门电路闲置输入端、触发器异步置位复位端等，其次，在按信号源的顺序从输入到输出依次布线。连线应避免太长，避免从集成元件上方跨接，避免过量的重叠交织，以利于布线、改换元器件和故障检查和排除。当实验电路的规模较大时，应注意集成元器件的合理布局，以便取得最佳布线，布线时，顺便对单个集成元件进行功能测试。这是一种良好的习惯，实际上这样做不会增加布线工作量。应当指出，布线和调试工作是不能截然分开的，往往需要交替进行，对大型实验元器件很多的，可将总电路

22、按其功能划分为若干相对独立的部份，逐个布线、调试（分调），然后将各部份连接起来（联调）。（二）故障检查实验中，若是电路不能完成预定的逻辑功能时，就称电路有故障，产生故障的原因大致可以归纳以下四个方面：操作不妥（如布线错误等）设计不妥（如电路出现险象等）元器件利用不妥或功能不正常仪器（主要指数字电路实验箱）和集成元件本身出现故障。因此，上述四点应作为检查故障的主要线索，以下介绍几种常见的故障检查方式：1）查线法：由于在实验中大部份故障都是由于布线错误引发的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方式。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是不是靠得住，集成电路是不是插牢、集成电路是

23、不是插反等。2）观察法：用万用表直接测量各集成块的Vcc端是不是加上电源电压；输入信号，时钟脉冲等是不是加到实验电路上，观察输出端有无反映。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是不是是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。3）信号注入法在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而肯定该级是不是有故障，必要时可以切断周围连线，避免彼此影响。4)信号寻迹法在电路的输入端加上特定信号，依照信号流向逐线检查是不是有响应和是不是正确，必要时可多次输入不同信号。5)替换法对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可改换器

24、件，以检查器件功能不正常所引发的故障。6)动态逐线跟踪检查法对于时序电路，可输入时钟信号按信号流向依次检查各级波形，直到找出故障点为止。7)断开反馈线检查法对于含有反馈线的闭合电路，应该设法断开反馈线进行检查，或进行状态预置后再进行检查。以上检查故障的方式，是指在仪器工作正常的前提下进行的，若是实验时电路功能测不出来，则应首先检查供电情况，若电源电压已加上，即可把有关输出端直接接到01显示器上检查，若逻辑开关无输出，或单次CP无输出，则是开关接触不好或是内部电路坏了，一般就是集成器件坏了。需要强调指出，实验经验对于故障检查是大有帮忙的，但只要充分预习，掌握大体理论和实验原理，就不难用逻辑思维的

25、方式较好地判断和排除故障。三、数字集成电路概述、特点及利用须知(一)概述：现今，数字电子电路几乎已完全集成化了。因此，充分掌握和正确利用数字集成电路，用以组成数字逻辑系统，就成为数字电子技术的核心内容之一。集成电路按集成度可分为小规模、中规模、大规模和超大规模等。小规模集成电路(SSI)是在一块硅片上制成约110个门，一般为逻辑单元电路，如逻辑门、触发器等。中规模集成电路(MSI)的集成度约为10100门/片，一般是逻辑功能电路，如译码器、数据选择器、计数器、寄放器等。大规模集成电路(LSI)的集成度约为100门/片以上，超大规模(VLSI)约为1000门/片以上，一般是一个小的数字逻辑系统。

26、现已制成规模更大的极大规模集成电路。数字集成电路还可分为双极型电路和单极型电路两种。双极型电路中有代表性的是TTL电路；单极型电路中有代表性的是CMOS电路。国产TTL集成电路的标准系列为CT54/74系列或CTOOOO系列，其功能和外引线排列与国际54/74系列相同。国产CMOS集成电路主要为CC(CH)4000系列，其功能和外引线排列与国际CD4000系列相对应。高速CMOS系列中，74HC和74HCT系列与TTL74系列相对应，74HC4000系列与CC4000系列相对应。部份数字集成电路的逻辑表达式、外引线排列图列于附录中。逻辑表达式或功能表描述了集成电路的功能和输出与输入之间的逻辑关

27、系。为了正确利用集成电路，应该对它们进行认真研究，深切理解，充分掌握。还应对使能端的功能和连接方式给以充分的注意。必需正确了解集成电路参数的意义和数值，并按规定利用。特别是必需严格遵守极限参数的限定，因为即便刹时超出，也会使器件蒙受损坏。下面具体说明集成电路的特点和利用须知。(二)TTL器件的特点：1输入端一般有钳位二极管，减少了反射干扰的影响；2输出电阻低，增强了带容性负载的能力；3有较大的噪声容限；采用+5V的电源供电。为了正常发挥器件的功能，应使器件在推荐的条件下工作，对CT0000系列(74LS系列)器件，主要有：电源电压应的范围内。环境温度在OoC70oC之间。高电平输入电压V田2V

28、，低电平输入电压VSLv。输出电流应小于最大推荐值(查手册)。工作频率不能高，一般的门和触发器的最高工作频率约30MHZ左右。TTL器件利用须知：电源电压应严格维持在5V10%的范围内，太高易损坏器件，太低则不能正常工作，实验中一般采用稳定性好、内阻小的直流稳压电源。使历时，应特别注意电源与地线不能错接，不然会因过大电流而造成器件损坏。多余输入端最好不要悬空，虽然悬空相当于高电平，并非能影响与门(与非门)的逻辑功能，但悬空时易受干扰，为此，与门、与非门多余输入端可直接接到Vcc上，或通过一个公用电阻(几千欧)连到vcc上。若前级驱动能力强，则可将多余输入端与利用端并接,不用的或门、或非门输入端

29、直接接地，与或非门不用的与门输入端至少有一个要直接接地，带有扩展端的门电路，其扩展端不允许直接接电源。3输出端不允许直接接电源或接地（但可以通过电阻与电源相连）；不允许直接并联利用（集电极开路门和三态门除外）。4应考虑电路的负载能力（即扇出系数）。要留有余地，以避免影响电路的正常工作，扇出系数可通过查阅器件手册或计算取得。5在高频工作时，应通过缩短引线、屏蔽干扰源等办法，抑制电流的尖峰干扰。（三）CMOS数字集成电路的特点静态功耗低：电源电压Vdd=5V的中规模电路的静态功耗小于100UW,从而有利于提高集成度和封装密度，降低本钱，减小电源功耗。电源电压范围宽：4000系列CMOS电路的电源电

30、压范围为318V,从而使选择电源的余地大，电源设计要求低。输入阻抗高：正常工作的CMOS集成电路，其输入端保护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗可大于100MQ，在工作频率较高时，应考虑输入电容的影响。扇出能力强：在低频工作时，一个输出端可驱动50个以上的CMOS器件的输入端，这主要因为CMOS器件的输入电阻高的缘故。抗干扰能力强：CMOS集成电路的电压噪声容限可达电源电压的45%，而且高电平和低电平的噪声容限值大体相等。逻辑摆幅大：空载时，输出高电平VOH，输出低电平VolVSs+。CMOS集成电路还有较好的温度稳定性和较强的抗辐射能力。不足的地方是，一般CMOS器件的工作速度比TTL集成电路低，功耗随工作频率的升高而显著增大。CMOS器件的输入端和VSS之间接有保护二极管，除电平变换器等一些接口电路外，输入端和正电源VDD之间也接有保护二极管，因此，在正常运转和焊接CMOS器件时，一般不会因感应电荷而损坏器件。可是，在利用CMOS数字集成电路时