密码锁的设计与测试_实验报告

数电实验实验报告

2013 级通信工程专业 3 班姓名汪冰滢学号 1362310308 日期 2015年4月2日实验名称密码锁的设计与测试

实验目的1.掌握SSI设计组合逻辑电路的方法及其调试。

2.观察组合电路中的冒险现象。

实验仪器设备通用实验箱、万用表、7420、7400、连接线

元器件集成电路选择74LS20芯片1个和74LS00芯片2个，电阻若干；开关5个、LED发光管1个以及蜂鸣器1个。

实验原理

1.与非门的逻辑功能

实验使用的TTL集成与非门74LS20和74LS00分别是由两个独立的4输入与非门和4个独立的2输入与非门组成的。芯片的引脚排列如图1-1、1-2所示。

逻辑表达式分别为：Y ABCD

=和Y AB

=（注意：TTL电路对电源电压要求较严——超过5.5V将损坏器件；低于4.5V器件的逻辑功能将不正常。）

图1-1 74LS20引脚图图1-2 74LS00引脚图

2.实验逻辑关系式推导

根据任务要求，当用钥匙开箱时（E=1），如果输入的四位代码A1、A2、A3、A4符合该锁规定代码（本次设计中设定为1011），保险箱开（Z1=1），否则，电路将发出警报（Z2=1）。要求使用最少数量的与非门实现电路。据此，可得真值表，表1-1：

A1 A2 A3 A4 E Z1 Z2

××××0 0 0

0 ××× 1 0 1

1 1 ×× 1 0 1

1 0 0 × 1 0 1

1 0 1 0 1 0 1

1 0 1 1 1 1 0

表1-1 实验函数对应真值表

由此，可以推导并化简得到实验的逻辑函数式为：112341234

Z EA A A A E A A A A

==⋅

2123411

Z E EA A A A E Z E Z

=+=+=⋅.

实验内容

1.实验原理图（如图1-3所示）

由函数表达式

112341234

Z EA A A A E A A A A

==⋅

2123411

Z E EA A A A E Z E Z

=+=+=⋅

可知，电路可以由6个2输入与非门和1个4输入与非门构成（用于实现2

A的与非门未画出）。

图1-3 实验原理图

2.工作原理

若控制端E为1，则当且仅当四个输入信号A1、A2、A3、A4分别为1、0、1、1时，指示灯亮（表示解锁成功），蜂鸣器不响；否则指示灯灭，蜂鸣器（报警器）响起；若控制端E为0，则蜂鸣器不响，指示灯不亮，表示没有进行解锁操作。

3.实际电路连接图（图1-4）

图1-4 实际电路连接图

实验数据记录及处理

1.实验结果

按照原理图

连接电路，可以得到符合要求的逻辑电路，且操作结果与真值表

A1 A2 A3 A4 E Z1 Z2

××××0 0 0

0 ××× 1 0 1

1 1 ×× 1 0 1

1 0 0 × 1 0 1

1 0 1 0 1 0 1

1 0 1 1 1 1 0

结果相同，即若控制端E为1，则当且仅当四个输入信号A1、A2、A3、A4分别为1、0、1、1时，指示灯亮（表示解锁成功），蜂鸣器不响；否则指示灯灭，蜂鸣器（报警器）响起；若控制端E为0，则蜂鸣器不响，指示灯不亮，表示没有进行解锁操作。

综上，可以设计出功能正确的四位密码锁。

2.遇到的问题及解决方法

①实验前如何检验芯片好坏？

【解决方法】在连接整个电路前，先设计并连接一个简单的逻辑电路，如L A A

=⋅，以检验芯片能否正常工作；若芯片损坏，应及时更换。

②实验中遇到蜂鸣器不发声怎么办？

【解决方法】用VCC直接检测蜂鸣器好坏，实验中发现个别蜂鸣器损坏，本身就无法发声，与电路连接正误无关。

③芯片完好但无法正常工作？

【注意事项】大多是漏接了芯片的VCC和GND，小组讨论总结后得出解决方案是，所有芯片的VCC和GND可以放在实验前或者实验最后统一连接，以防漏接。

④连线错误

【解决经验】由于实际电路连线复杂，同学们之中普遍出现了连线错误的情况，而大部分同学采取的解决方法多是全部推倒，重新来过，不仅费时而且思路越来越模糊。小组讨论后认为，最佳的方法应当是边连线边检错，减少错误的发生并及时纠正。

⑤芯片用错

【注意事项】实验前应当仔细阅读元器件说明，避免因人为粗心大意而造成的实验错误或损失。

实验结论

实验结果同仿真结果一致，设计正确，可以连接出逻辑、功能正确的四位密码锁。

实验注意事项

1.实验连线复杂且繁多，连线时需保持思路清晰，必要时可做一些记录，也可以尝试用不同颜色的线区分不同输入端；

2.实验连线应尽量简单化；

3.一边连线一边检错，及时发现并矫正错误；

4.芯片、元器件等损坏后要及时更换；

5.应尽量简化电路，使用尽量少的芯片（与非门）。

心得体会

逻辑电路的理论设计、运算与实际的电路连接差别很大，设计出的电路在保证理论逻辑正确的情况下，想要准确无误地完成实际电路的连接，还是需要一定的细心和耐心的；实际操作也可以弥补很多理论设计时没有注意到的地方，十分锻炼动手实践能力；与组内成员的讨论也可以让自己学到很多成功的经验，讨论中也可以得到许多创新性的想法。