数子电子技术实验指导书

数子电子技术实验指导书内容摘要：

１ 83 线编码器 1 1 1 数据选择器又称多路转换器或称夺路开关，其功能是从多个输入数据中选择一个送往唯一通道输出。 根据数据输入个数不同可分为 16 选 8 选 4 选 1等数据选择器。 数据选择器除了进行数据选择外，还可以用来构成函数发生器。 用数据选择器实现组合逻辑函数的步骤是， 先将要实现的逻辑函数化为最小项之和的形式， 然后将其与数据选择器的逻辑函数表达式进行比较，从而得出数据选择器的地址输入和数据输入的表达式 ，即可画出逻辑电路。 一般地说，对于三个变量的逻辑函数可用 8 选 1数据 选择器实现，也可用 4 选 1 数据选择器实现。 就本例 要求的逻辑函数， 下面分别用两种方法来实现。 1)用 8 选 1 数据选择器 74LS151 实现 8 选 1 数据选择器 74LS151 逻辑符号如图 ３ ２ 所示 ，其中， D0~ D7 是 8 路数据输入端；A A A0是 3 位地址输入端， Y是被选中数据原码输出端， W’是被选中的反码输出端，其功能表如表 4 所示。 图 ３ ２ 74LS151 逻辑符号 由 74LS151 的功能表可以写出，在 ST39。 =0 时，输出 Y 与输入地址码 A A A0 和输入数据 D0~ D7 的逻辑函数表达式为 70 iiDMY i 式中， Mi是由地址码 A2A1A0构成的最小项，显然当 Di=1 时，其对应的最小项在表达式中出现；当 Di=0 时，对应的最小项在表达式中不出现。 因此，只要将地址码 A2A1A0 作为函数的输入变量，而数据输入 D0~ D7 作为控制信号，控制个最小项是否在输出表达式中出现，就可以实现组合逻辑函数产生器的功能。 表 ３ ２ 74LS151 功能表 地 址 使 能 输 出 A2 A1 A0 ST’ Y W’ X X X 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 D0 D0’ D1 D1’ D2 D2’ D3 D3’ D4 D4’ D5 D5’ D6 D6’ D7 D7’ 本例要实现的逻辑函数为 Y=A’B’C’+AC+A’BC。 化为最小项之和的形式为 A0 Y W’ A1 74LS151 ST’ A2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y=A’B’C’+ABC+A’BC+A’BC=m0+m3+ m5+ m7。 令式中 A=A2， B=A1， C=A0，比较 74LS151 的逻辑表达式，便可得： 数据输入式， D0=D3= D5= D7=1， D1=D2= D4= D6=0。 按地址输入和数据输入式 接入电路 ，以及将使能端接地 ，即可完成所要求的逻辑函数的产生。 电路图如图 ３ ３ 所示。 2）用 4 选 1 数据选择器 74HC153 实现 74HC153 是双 4 选 1 数据选择器，它的逻辑表达式为 Y=A1A0D3+ A1A0’D2+ A1’A0D1+ A1’A0’D0 要实现的函数为 Y=A’B’C’+AC+A’BC 将上式稍加变换即可化成于 4 选 1 数据选择器的逻辑表达式完全对应的形式 Y=（ A’ C’ ） B’+（ AC） 1 +(A’ C) B 将上式与 4 选 1 数据选择器的逻辑表达式比较可得 A1=A， A0=C， D0=B’， D1=B， D2=0， D3=1 至此便可画出用 4 选 1 数据选择器 实现 Y=A’B’C’+AC+A’BC 逻辑函数的电路图如图 8所示。 实验验证： 分别按图 ３ ３ 和图 ３ ４ 接好实验电路，图中 A、 B、 C接实验台上的逻辑电平，输出接发光二极管。 然后按功能表 5 的顺序拨动开关，看输出结果，并按发光二极管亮为 “ 1” 不亮为 “ 0” 填入表中 ，最后分析结果是否满足设计要求。 表 ３ ３ Y=A’B’C’+AC+A’BC 的函数真值表 A B C A’B’C’ A’BC A C Y（理论） Y(实测 ) 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 A0 Y A1 74LS151 ST’ A2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 C B A 1 0 图 ３ ３ 由 74LS151 构成的函数发生器 四、实验内容 完成以上实验举例的实验验证，将实验结果填入表中，并得出结论。 用 3线 8 县译码器 74HC138 和门电路设计一个能产生如下多输出逻辑函数的逻辑电路。 Y1=AC Y2=A’B’C+AB’C’+BC Y3=B’C’+ABC’ 五、选做实验 用与非门 74LS00 和异或门 74LS86 设计以可逆的 4 位码变换器。 设计要求： ① 在控制信号 C=1时，它将 8421码转换为格雷码， C=0 时，它将格雷码转换为 8421码； ② 写出设计步骤，列出码变换关系真值表并画出逻辑电路图； ③ 安装电路并测试逻辑电路的功能（提示：实验的输出码用发光二极管指示）。 用优先编码器 74LS14 4 双向模拟开关 74HC4066 和 6 反相器 74LS04， 以及若干电阻电容设计一个频率可控振荡器。 设计要求： ① 该电路可通过改变编码器的输入改变输出频率。 输出信号频率范围为 100Hz~20KHz,分 7 档； ② 设计电路，计算参数，画出逻辑电路； ③ 安装电路并测试电路 输出信号频率 （提示：电路输出由示波器观察输出波形）。 设计提示： 图 ３ ５ 给出了由 74HC4066 和反相器构成的非对称式多谐振荡器， 其振荡频率f=(RC)。 电容 C 的大小受 74HC4066的三组开关的 接通与断开控制，而 74HC4066的三组开关又受优先编码器 74LS148 的编码输出控制，从而达到了频率可控的目的。 A1 Y S A0 D0 D1 D2 D3 1 A C B Y 图 ３ ４ 4 选 1 数据选择器 构成的函数发生器 fOUT 74HC4066 C R R8 Y2 Y1 Y0 来自编码器输出 图 ３ ５ 非对称式多谐振荡 器 六、预习要求及思考题 复习 常用组合逻辑电路的原理 及 MSI 组合电路设计等相关内容； 仔细阅读设计举例及设计题目着实弄懂其原理与要求； 根据题目要求实验前作好理论设计，即对要求设计的题目要列出真值表、写出逻辑表达式、画出逻辑图及芯片连接图等。 七、实验报告要求 根据各题的题意，列出相应真值表，写出化简过程及电路实现的最简逻辑表达式和画出逻辑电路图。 将各测试结果填 入自画的表格中。 分析、讨论得出相应结论。 八、实验仪器与器材 仪器：数字实验台、三用表、双踪示波器。 器材： 74LS00（四 2 输入与非门）、 74LS20（二 4 输入与非门）、 74LS86（四 2 输入异或门）、 74LS04（反相器） 、 74LS15 74LS15 74LS13 74LS14 74HC4066 等。 实验四 时序逻辑电路设计 （一） 一、实验目的 熟悉集成触发器的逻辑功能； 掌握小规模时序逻辑电路的设计方法； 学会用 状态转换表、状态转换图和时序图来描述时序逻辑电路的逻辑功能； 掌握小规模时序逻辑电路的安装和测试方法。 二、 SSI 时序逻辑电路设计原则和步骤 SSI 时序逻辑电路的设计原则是：所用的触发器和逻辑门电路的数目应最少，而且触发器和逻辑门电路的输入端数目也应最少，并尽量采用同步时序电路。 一般设计步骤可归纳如下： ① 逻辑抽象。 分析给定的逻辑问题，确定输入、输出变量以及电路的状态数；定义输入、输出逻辑状态的含义，并将电路状态顺序编号；按照题意列出状态转换图或状态转换表。 至此， 就能把给定 的逻辑问题抽象为一个时序逻辑函数来描述。 ② 状态化简。 由逻辑抽象出来的状态转换图，一般都不是最简的，故还需要进行状态化简。 状态化简的目的就是要经状态图中的等价状态尽可能地合并，以得出最简状态转换图。 ③ 状态编码。 时序逻辑电路的状态是用触发器状态的不同组合来表示的。 因此，首先要确定触发器的数目 n。 因为 n 个触发器共有 2n种状态，所以要获得 M 个状态组合，必须取 n1n 2M2  每组触发器 的状态组合都是一组二值代码，称状态编码。 为便于记忆和识别，一般选用的状态编码都遵循一定的规律。 ④ 选定触发器类型， 并求出状态方程、驱动方程和输出方程。 ⑤ 根据驱动方程和输出方程画出逻辑电路。 ⑥ 检查设计的电路能否自启动。 ⑦ 实。