中山大学数电实验三 利用MSI设计组合逻辑电路

中山大学数电实验三利用MSI设计组合逻辑电路数电实验三利用MSI设计组合逻辑电路预习报告
1、复习常用组合逻辑电路工作原理和设计方法，及与之相应的MSI功能表及其使用方法。

组合逻辑电路既可以用实验二中的“列出真值表 ? 写函数式 ? 化简或变换 ? 画出逻辑图”方法来设计，也可以利用某些MSI(中规模集成电路)的功能特点来设计。

实验中用到的MSI有:74LS138(译码器、数据分配器)、74LS151(数据选择器)，其构造如下图所示。

译码器是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号。

如
下图为3线-8线译码器。

当附加控制门Gs的输出为高电平(S=1)时，可由逻辑图写出:
从上式可看出，Y0—Y7同时又是A2、A1、A0这三个变量的全部最小项
的译码输出。

所以这种译码器也叫最小项译码器。

如果将A2、A1、A0当作逻辑函数的输入变量，则可利用附加的门电路将这些最小项适当的组合起来，便可产生任何形式的三变量组合逻辑函数。

译码器又可作为数据分配器，可以将一路信号送到地址选择信号指定的输出。

如输入为D，地址信号为A、B、C，可将D按地址分配到八路输出F0、F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7.
数据选择器的功能是从一组输入数据中选出某一个信号输出，或称为多路
开关。

2、复习采用中规模集成电路实现组合逻辑电路的方法，如使用译码器和数据选
择器实现组合逻辑电路。

本实验用八选一数据选择器74LS151，要实现的真值表如下所示: S1 S0 A B Y
0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0
1 1 1 1
1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0
用proteus 7.4 模拟连接如下图所示:
模拟示波器显示如下图所示(只显示输出Y的波形):
本实验用数据分配器74LS138要实现的真值表如下所示:
用proteus 7.4 模拟连接如下图所示:
数电实验三利用MSI设计组合逻辑电路实验报告
一、实验目的
1、熟悉编码器、译码器、数据选择器等组合逻辑功能模块的功能与使用方法。

2、掌握用MSI设计组合逻辑电路的方法。

二、实验仪器及器件
1、数字电路实验箱、数字万用表、示波器。

2、器件:74LS00X1,74LS197X1,74LS138X1,74LS151X1.
三、实验内容与步骤
1、用八选一数据选择器74LS151设计一个函数发生器电路，它的真值表如预习
报告中所示。

待静态测试检查电路工作正常后，进行动态测试。

将74LS197 连接成十六进制作为电路的输入信号源，用示波器观察并记录CP、S1、S0、
A、B、Y的波形。

将74LS197的QB、QC、QD分别接到74LS151的A0、A1、A2，QA端的输出相当于真值表中的B，74LS151的D0到D7分别对应QB、QC、QD的八种组合。

、不变、由真值表可推出，这八种组合对QA所做的逻辑运算分别为:恒为0 不变、恒为1、不变、取非、恒为1、恒为0.
接线完成后，观察波形如下图所示:
(1) CP和B对比图
由图可以看出，信号B在CP的下降沿发生跳变，CP的频率是B的频率的两倍。

CP引起B的变化，即Cp是因，B是果。

(2) B和A对比图
由图可以看出，信号A在B的下降沿发生跳变，B的频率是A的频率的两倍。

(3) A和S0的对比图
由图可以看出，信号S0在A的下降沿发生跳变，A的频率是S0的频率的两倍。

(4) S0和S1对比图
由图可以看出，信号S1在S0的下降沿发生跳变，S0的频率是S1的频率的两倍。

(5) S1和Y对比图
由图可以看出，当S1为低电平时，Y的变化为00010111;当S1为高电平时，Y 的变化为01101100.Y的周期与S1的周期相同。

根据以上波形图，作出总的时序图如下:
对比所列表格中Y的变化可知实验连接及实验结果是正确的，这就是所要设计的函数发生器电路。

2、用3线-8线译码器74LS138实现一电路，该电路真值表如预习报告中所
示。

将74LS197连接成八进制作为电路的输入信号源，将QD、QC、QB分别与A、B、C连接，D接模拟开关。

将74LS138附加控制端S1作为数据输入端，同时令S2 = S3 = 0，A2、A1、A0作为地址输入端，即可将S1送来的数据只能通过A2、A1、A0所指定的一根输出线反相后送出去。

静态检测正确后，用示波器观察并记录D = 1时，CP、A、B、C及F0—F7的波形。

观察波形图如下所示:
(1) CP和C对比图
由图可以看出，信号C在CP的下降沿发生跳变，CP的频率是C的频率的两倍。

CP引起C的变化，即CP是因，C是果。

(2) C和B对比图
由图可以看出，信号B在C的下降沿发生跳变，C的频率是B的频率的两倍。

(3) B和A对比图
由图可以看出，信号A在B的下降沿发生跳变，B的频率是A的频率的两倍。

(4) CP和F0对比图
由图可以看出，对比时钟信号，F0的变化为01111111循环变化。

F0的周期是时钟信号周期的8倍，且F0在时钟信号的下降沿发生跳变。

(5) F1和F0对比图
由图可以看出，F1与F0的变化规律以及周期频率都一致，但F1的变化比F0慢八分之一个周期，F1是在F0的上升沿发生跳变。

(6) F1和F2对比图
由图可以看出，F2与F1的变化规律以及周期频率都一致，但F2的变化比F1慢八分之一个周期，F2是在F1的上升沿发生跳变。

(7) F2和F3对比图
由图可以看出，F3与F2的变化规律以及周期频率都一致，但F3的变化比F2慢八分之一个周期，F3是在F2的上升沿发生跳变。

(8) F3和F4对比图
由图可以看出，F4与F3的变化规律以及周期频率都一致，但F4的变化比F3慢八分之一个周期，F4是在F3的上升沿发生跳变。

(9) F4和F5对比图
由图可以看出，F5与F4的变化规律以及周期频率都一致，但F5的变化比F4慢八分之一个周期，F5是在F4的上升沿发生跳变。

(10)F5和F6对比图
由图可以看出，F6与F5的变化规律以及周期频率都一致，但F6的变化比F5慢八分之一个周期，F6是在F5的上升沿发生跳变。

(11)F6和F7对比图
由图可以看出，F7与F6的变化规律以及周期频率都一致，但F7的变化比F6慢八分之一个周期，F7是在F6的上升沿发生跳变。

根据以上波形图，作出总的时序图如下:
对比真值表F0—F7的变化，可知实验连接和实验结果是正确的。

四、实验心得与体会
1、本实验让我明白了一些中规模的器件不仅具有它所设计的功能，还可以用来
实现组合逻辑电路函数。

2、实验箱上没有非门，要实现非的功能，可用与非门。

实验箱上有74LS00、
74LS10、74LS20三种型号的与非门，其中74LS00有两个，右边那个没有接电源。

操作时，只需将信号从与非门的一个输入端输入，即可在输出端得到被反相的输出信号。

3、实验时示波器出现了波形移动和波形重叠的现象，调节LEVEL旋钮到适当位
置，这种现象即消失。

查阅书本后发现，这种现象是扫描频率不是信号频率的整数倍而导致的，LEVEL旋钮正是可以调节扫描频率，使之达到信号频率的整数倍。

4、在使用74LS197、74LS151、74LS138等中规模器件时，有的孔要恒接高电平
或恒接低电平，这些细节一定要注意，否则可能影响实验结果甚至造成错误。