数字逻辑实验指导书(multisim)

实验一集成电路的逻辑功能测试一、实验目的1、掌握Multisim软件的使用方法。2、掌握集成逻辑门的逻辑功能。3、掌握集成与非门的测试方法。二、实验原理TTL集成电路的输入端和输出端均为三极管结构，所以称作三极管、三极管逻辑电路（Transistor-TransistorLogic）简称TTL电路。54系列的TTL电路和74系列的TTL电路具有完全相同的电路结构和电气性能参数。所不同的是54系列比74系列的工作温度范围更宽，电源允许的范围也更大。74系列的工作环境温度规定为0—700C，电源电压工作范围为5V±5%V，而54系列工作环境温度规定为-55—±1250C，电源电压工作范围为5V±10%V。54H与74H,54S与74S以及54LS与74LS系列的区别也仅在于工作环境温度与电源电压工作范围不同，就像54系列和74系列的区别那样。在不同系列的TTL器件中，只要器件型号的后几位数码一样，则它们的逻辑功能、外形尺寸、引脚排列就完全相同。TTL集成电路由于工作速度高、输出幅度较大、种类多、不易损坏而使用较广，特别对我们进行实验论证，选用TTL电路比较合适。因此，本实训教材大多采用74LS(或74)系列TTL集成电路，它的电源电压工作范围为5V±5%V，逻辑高电平为“1”时≥2.4V，低电平为“0”时≤0.4V。它们的逻辑表达式分别为：图1.1分别是本次实验所用基本逻辑门电路的逻辑符号图。图1.1TTL基本逻辑门电路与门的逻辑功能为“有0则0，全1则1”；或门的逻辑功能为“有1则1，全0则0”；非门的逻辑功能为输出与输入相反；与非门的逻辑功能为“有0则1，全1则0”；或非门的逻辑功能为“有1则0，全0则1”；异或门的逻辑功能为“不同则1，相同则0”。三、实验设备1、硬件：计算机2、软件：Multisim四、实验内容及实验步骤1、基本集成门逻辑电路测试（1）测试与门逻辑功能74LS08是四个2输入端与门集成电路（见附录1），请按下图搭建电路，再检测与门的逻辑功能，结果填入下表中。U1A74LS08DVCC5VJ1Key=AJ2Key=BVCC012X12.5V3与门74LS08ABY00011011（2）测试或门逻辑功能74LS32是四个2输入端或门集成电路（见附录1），请按下图搭建电路，再检测或门的逻辑功能，结果填入下表中。VCC5VJ3Key=SpaceJ4Key=SpaceX22.5V0VCCU2A74LS32D456或门74LS32ABY00011011（3）测试非门逻辑功能74HC04是6个单输入非门集成电路（见附录1），请按下图搭建电路，再检测非门的逻辑功能，结果填入下表中。VCC5VJ5Key=SpaceX32.5VVCC0U3A74HC04D_6V78非门74HC04AY01（4）测试与非门逻辑功能74LS00是四个2输入端与非门集成电路（见附录1），请按下图搭建电路，再检测与非门的逻辑功能，结果填入下表中。U6A74LS00DVCC5VJ6Key=SpaceJ11Key=SpaceX42.5V与非门74LS000VCC151617ABY00011011（5）测试或非门逻辑功能74LS02是四个2输入端或非门集成电路（见附录1），请按下图搭建电路，再检测或非门的逻辑功能，结果填入下表中。VCC5VJ12Key=SpaceJ13Key=SpaceX72.5V或非门74LS020VCCU7A74LS02D181920ABY00011011（6）测试异或门逻辑功能74LS86是四个2输入端异或门集成电路，请按下图搭建电路，再检测异或门的逻辑功能，结果填入下表中。VCC5VJ7Key=SpaceJ8Key=SpaceX52.5V异或门74LS860VCCU5A74LS86D111213ABY00011011（7）测试同或门逻辑功能74LS266是四个2输入端同或门集成电路，请按下图搭建电路，再检测同或门的逻辑功能，结果填入下表中。VCC5VJ9Key=SpaceJ10Key=SpaceX62.5V同或门74LS2660VCCU4A74LS266D91014ABY000110112、利用与非门组成其他逻辑门电路⑴组成与门电路将74LS00中任意两个与非门组成如下图所示的与门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。U10A74LS00DVCC5VJ20Key=SpaceJ21Key=SpaceX102.5V用两个与非门74LS00实现与逻辑方法130290VCCU11A74LS00D3132U12A74LS00DVCC5VJ22Key=SpaceJ23Key=SpaceX112.5VU13A74LS00D3634330用两个与非门74LS00实现与逻辑方法235VCCABY00011011⑵组成或门电路将74LS00中任选三个与非门组成如下图所示的或门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。U14A74LS00DVCC5VJ24Key=SpaceJ25Key=SpaceX122.5V用两个与非门74LS00实现或逻辑U15A74LS00D400VCCU16A74LS00D37383941ABY00011011⑶组成异或门电路将74LS00中的与非门按照下图所示的电路连线，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。U17A74LS00DVCC5VJ26Key=SpaceJ27Key=SpaceX132.5V用两个与非门74LS00实现异或逻辑U18A74LS00DU19A74LS00D4645420VCCU20A74LS00D474344ABY00011011五、思考题请用或非门实现其他逻辑门电路，如与门、或门、非门、异或、同或。实验二组合逻辑电路分析与设计一、实验目的1、掌握Multisim软件对组合逻辑电路分析与设计的方法。2、掌握利用集成逻辑门构建组合逻辑电路的设计过程。3、掌握组合逻辑电路的分析方法。二、实验原理全加全减器是一个实现一位全加和全减功能的组合逻辑电路，通过模式变量M来控制全加/全减算术运算。本实验可以使用74LS00，74LS86芯片来实现。Ai和Bi分别表示二进制数A与B的第i位，Ci表示Ai-1和Bi-1位全加时产生的进位，Ci+1表示第Ai和Bi位全加时产生的进位，Si为Ai和Bi的和或差，M=0表示全加功能，M=1表示全减功能，具体真值表为：MAiBiCiSiCi+1000000000110001010001101010010010101011001011111100000100111101011101101110010110100111000111111函数S和Ci+1的卡诺图化简后为：Si=Ai⊕Bi⊕CiCi+1=BiCi+(Ci+Bi)(M⊕Ai)=()BCMABBCC三、实验设备1、硬件：计算机2、软件：Multisim四、实验内容及实验步骤1、根据实验原理构建全加全减器功能电路并测试逻辑功能。VCC5VAiKey=SpaceBiKey=SpaceCinKey=SpaceCiU1A74LS86DU1B74LS86DU1C74LS86DVCC5VVCC3U2A74LS00DU2B74LS00DMKey=Space4U3B74LS00D1Si2.5VCo2.5VCi+1756U4B74LS00D910U5B74LS00D28U6B74LS00D111213VCC02、利用逻辑分析仪测试第1步电路的功能及函数表达式。U7A74LS86DU7B74LS86DU7C74LS86DU8A74LS00DU8B74LS00DU9B74LS00DU10B74LS00DU11B74LS00DU12B74LS00DXLC1AB108765431213911U1A74LS86DU1B74LS86DU1C74LS86DU2A74LS00DU2B74LS00DU3B74LS00DU4B74LS00DU5B74LS00DU6B74LS00DXLC2AB242123142019181716151222说明：上面的第一个图是测试Ci+1，下面的图是测试S的，要求分析出真值表及相应函数表达式及最简函数表达式。3、利用设计全加全减器功能电路并测试逻辑功能。BCD424344454647484950515253545556574、利用逻辑分析仪测试第3步电路的功能。（参考设计图略）五、思考题1、设X=AB，请用与非门实现Y=X3的组合逻辑电路。2、设计一个血型配对指示器。输血时供血者和受血者的血型配对情况如图所示，即（1）同一血型之间可以相互输血；（2）AB型受血者可以接受任何血型的输出；（3）O型输血者可以给任何血型的受血者输血。要求当受血者血型与供血者血型符合要求时绿指示灯亮，否则红指示灯亮。实验三血型关系检测电路的设计一、实验目的1.掌握组合逻辑电路的设计和测试方法。2.学习选择和使用集成逻辑器件。3.练习使用Multisim中的逻辑转换器。二、实验类型设计型实验三、预习要求1.复习组合逻辑电路的分析与设计方法。2.复习常用的组合逻辑器件的逻辑功能。3.画好实验电路的接线图，自拟实验步骤。四、实验原理组合逻辑电路的设计是指根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑关系的最简逻辑电路。需要指出的是，这里所说的“最简”，在使用不同器件进行设计时有不同的含义。对于小规模集成电路（SSI）为组件的设计，最简标准是使用的门最少，且门的输入端数最少；而对于以中规模集成电路（MSI）为组件的设计，则是以所用集成芯片个数最少、品种最少以及连线最少作为最简的标准。设计步骤如下：1.根据设计任务，建立数字电路的模型，可以是真值表、卡诺图，也可以直接写出逻辑表达式。2.跟据真值表或表达式填写卡诺图，进行化简。化简的原则和最简函数的形式与使用的器件关系密切。如欲使用与非门实现电路，应化简成与或式；如欲使用或非门实现电路则化简成或与式。3.根据化简结果画出逻辑电路图。4.根据逻辑电路图搭接电路。5.测试并验证所设计的电路。五、实验仪器装有Multisim软件的计算机一台六、实验内容与要求人类的血型有4种：A、B、AB、O型。在输血时，输血者和受血者的血型必须符合如图2.2.1所示的关系，即O型血可以输给任何血型的人，但O型血的人只能接受O型血；AB型血的人只能输给AB型血的人，但AB型血的人可以接受所有血型的人；A型血的人可以输血给A型和AB型血的人，而A型血的人能接受A型和O型血；B型血的人可以输血给B型和AB型血的人，而B型血的人能接受B型和O型血。图2.2.1输血关系图要求用与非门设计一个电路，用于判断输血者和受血者的血型是否符合输血条件，如果能够输血，则绿色指示灯亮（实验中用绿色探针代替）：如果血型不合，则红色指示灯亮，并且发出警告声音（实验中用蜂鸣器代替）。七、注意事项1.输血者有4种情况，可用两位代码区分，同样受血者血型也可以用两位代码表示，这样整个电路的输入有四个变量，输出两个变量，分别表示能或不能。2.也可以用4个开关模拟A、B、AB、O血型，（输血者和受血者共需要8个开关）对受血者和输血者的血型通过编码电路分别进行编码，之后根据要求设计血型检测电路。八、实验报告1.说明设计过程，画出各逻辑电路图。2.记录实验数据，总结实验心得。九、思考题1.SSI为组件的设计方法与MSI为组件的设计方法有哪些区别，及其各自的优缺点。2.不限定用于非门，还有哪些方法可以实现血型关系检测？实验四同步时序逻辑电路分析与设计一、实验目的1、掌握基本触发器的逻辑功能。2、掌握集成触发器的功能和使用方法。3、掌握同步时序逻辑电路的设计与分析的方法。二、实验原理触发器是能够存储1位二进制码的逻辑电路，它有两个互补输出端，其输出状态不仅与输入有关，而且还与原先的输出状态有关。触发器有两个稳定状态，用