数字电路仿真实验报告

数字逻辑与CPU 仿真实验报告

姓名：

班级：

学号：

仿真实验

摘要：Multisim是Interactive Image Technologies公司推出的以Windows为基础的仿真工具，具有丰富的仿真分析能力。本次仿真实验便是基于Multisim软件平台对数字逻辑电路的深入研究，包括了对组合逻辑电路、时序逻辑电路中各集成元件的功能仿真与验证、对各电路的功能分析以及自行设计等等。

一、组合逻辑电路的分析与设计

1、实验目的

（1）掌握用逻辑转换器进行逻辑电路分析与设计的方法。

（2）熟悉数字逻辑功能的显示方法以及单刀双掷开关的应用。

（3）熟悉字信号发生器、逻辑分析仪的使用方法。

2、实验内容和步骤

（1）采用逻辑分析仪进行四舍五入电路的设计

①运行Multisim，新建一个电路文件，保存为四舍五入电路设计。

②在仪表工具栏中跳出逻辑变换器XLC1。

图1-1 逻辑变换器以及其面板

③双击图标XLC1，其出现面板如图1-1所示

④依次点击输入变量，并分别列出实现四舍五入功能所对应的输出状态（点击输出依

次得到0、1、x状态）。

⑤点击右侧不同的按钮，得到输出变量与输入变量之间的函数关系式、简化的表达式、

电路图及非门实现的逻辑电路。

⑥记录不同的转换结果。

（2）分析图1-2所示代码转换电路的逻辑功能

①运行Multisim，新建一个电路文件，保存为代码转换电路。

②从元器件库中选取所需元器件，放置在电路工作区。

•从TTL工具栏选取74LS83D放置在电路图编辑窗口中。

•从Source库取电源Vcc和数字地。

•从Indictors库选取字符显示器。

•从Basic库Switch按钮选取单刀双掷开关SPD1，双击开关，开关的键盘控制设置改为A。后面同理，分别改为B、C、D。

图1-2 代码转换电路

③将元件连接成图1-2所示的电路。

④闭合仿真开关，分别按键盘A、B、C、D改变输入变量状态，将显示器件的结果填入表1-1中。

⑤说明该电路的逻辑功能。

表1-1 代码转换电路输入输出对应表

输入输出

A B C D U2

00110

01001

01012

01103

01114

10005

10016

10107

10118

11009

（3）用八选一数据选择器74LS151设计一个全加、全减逻辑电路。要求：党控制信号M=0时，电路实现全加器的功能；当控制信号M=1时，电路实现全减器的功能。

①运行Multisim，新建一个电路文件，保存为全加减电路文件。

②从元器件库中选取所需元器件，放置在电路工作区，并连线。

从TTL工具栏选取所需元器件74LS151D和反相器74LS04，放置在电路工作区；在仪表工具栏中调出字信号发生器XWG1、逻辑分析仪XLA1；将元器件和仪表按图1-3所示连接。其中，为了使输出、输入变量之间对应关系更加清楚，在输入和输出端通过Place/Place text分别设置了S、Cn+1、M、A等文本标识。

图1-3 数据选择器实现的可控全加、全减器电路

③双击字信号发生器XWG1图标，按照图1-4所示进行面板的设置。

图1-4 字发生器XWG1面板设置

④双击逻辑分析仪XLA1图标，观察并画出输入变量与输出变量之间的对应波形。

⑤分析输出变量与输入变量之间的对应关系，将结果填入表1-2中。

表1-2 全加减电路测试结果

输入输出

M A B C S Cn+1

000000

000110

001010

001101

010010

010101

011001

011111

100000

100111

101011

101101

110010

110100

111000

111111

3、实验结果与分析

（1）采用逻辑分析仪进行四舍五入电路的设计

在逻辑变换器XLC1面板中设置好输入状态以后，进行不同的转换。

（I）转换成逻辑函数表达式，得到输出变量与输入变量之间的函数关系式：F=A’BC’D+A’BCD’+A’BCD+AB’CD’+AB’C’D ，如图1-5

图1-5 输出与输入变量之间的函数关系式图1-6最简函数关系式

（II）转换成最简函数表达式，得到：F=BC+BD+A ，如图1-6

（III）转换成与或门组成的门电路，得到图1-7。

图1-7 与、或门逻辑电路

（IV）转换成与非门组成的门电路，得到图1-8。

图1-8 与非门逻辑电路

（2）分析图1-2所示代码转换电路的逻辑功能

分别改变A、B、C、D四个输入变量的状态可以得到不同的显示结果，并均已记录在表1-1中。从该表中，我们可以看出，该电路的逻辑功能是对余3码的译码（或者也可以说是将余3码转换成8421BCD码）。

这与理论上的分析结果一致。74LS83D是全加器，其中，输入端B4B3B2B1端已分别置为1101，最低位进位端C0也已置1。当改变A、B、C、D键以改变A4A3A2A1的状态后，输出端便得到不同的值。经计算会发现该电路的确是将余3码译码后在数码管上显示。

（3）用八选一数据选择器74LS151设计一个全加、全减逻辑电路。

设计电路如图1-3所示。

完成字信号发生器面板设置

之后，在逻辑分析仪XLA1中

可以观察到输入变量与输出

变量之间的对应波形如图1-9

所示。其中，从上而下显示的

波形依次为变量M、C、B、A、

S、Cn+1 的波形。

图1-9 全加减逻辑电路各变量波形

另外，该电路的测试结果已填入表1-2中。根据该表分析，可以看出该电路