数电实验报告实验二利用MSI设计组合逻辑电路.docx
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数电实验报告实验二利用MSI设计组合逻辑电路
数电实验报告
实验二
利用MSI设计组合逻辑电路
：
学号：
班级：
院系：
指导老师：
2016年
实验：
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设计的组合逻辑电路的方法。
实验器件与仪器：
1.数字电路实验箱、数字万用表、示波器。
2.虚拟器件：
74LS00，74LS197，74LS138，74LS151
实验原理：
中规模的器件，如译码器、数据选择器等，它们本身是为实现某种逻辑功能而设计的，但由于它们的一些特点，我们也可以用它们来实现任意逻辑函数。
1.用译码器实现组合逻辑电路
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3线-8线译码器。
当附加控制门Gs的输入为高电平（S=1）的时候，可由逻辑图写出。
从上式可看出。
-
同时又是S2、S1、S0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S2、S1、S0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。
2.用逻辑选择器实现组合逻辑电路
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。
如双四选一数据选择器74LS153
Y1和Y2为两个独立的输出端，
和
为附加控制端用于控制电路工作状态和扩展功能。
A1、A0为地址输入端。
D10、D11、D12、D13或D20、D21、D22、D23为数据输入端。
通过选定不同的地址代码即可从4个数据输入端选出要的一个，并送到输出端Y。
输出逻辑式可写成
其简化真值表如下表所示。
S1
A1
A0
Y1
1
X
X
0
0
0
0
D10
0
0
1
D11
0
1
0
D12
0
1
1
D13
从上述可知，如果将A1A0作为两个输入变量，同时令D10、D11、D12、D13为第三个输入变量的适当状态（包括原变量、反变量、0和1），就可以在数据选择器的输出端产生任何形式的三变量组合逻辑电路。
实验内容：
1.数据分配器与数据选择器功能正好相反。
它是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。
其真值表如下表所示，试用3线-8线译码器74LS138实现该电路。
将74LS197连接成八进制作为电路的输入信号源，将Q1Q2Q3分别与ABC连接，D接模拟开关，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。
2.LU（LogicUnit，逻辑单元）设计，在实验箱上实现。
用八选一数据选择器151设计一个函数发生器电路，它的功能如下表所示。
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。
3.AU（ArithmeticUnit，算术单元）设计，在实验箱上实现。
设计一个半加半减器，输入为S、A、B，其中S为功能选择口。
当S=0时输出A+B及进位；当S=1时输出A-B及借位。
（1）利用卡诺图化简后只用门电路实现。
（2）使用74LS138实现。
（3）使用74LS151实现，可分两次连线单独记录和/差结果、进/借位结果、或使用两块74LS151实现。
4.ALU（Arithmetic&LogicUnit，算术逻辑单元，本内容只做仿真）
用proteus设计一个六输入二输出的ALU。
六个输入包括了三个控制端和三个数据输入端。
控制端：
S2、S1、S0决定ALU的8种功能，其中指定6种功能为与、或、非、异或、全加、全减，剩余功能自由拟定。
数据输入端：
当ALU进行全加（全减）运算时，三个数据输入端分别为被加数（被减数）、加数（减数）、进位（借位）。
当ALU进行逻辑运算（与、或、非、异或）时，三个数据输入端中的两个作为操作数的输入，另外一个可以忽略。
输出端：
当ALU进行全加（全减）运算时，两个输出端分别为和（差）、进位（借位）。
当ALU进行逻辑运算时，两个输出端为逻辑运算的结果和结果的取反。
一种供参考的ALU功能表：
提示：
ALU的输入端接六位计数器（000000~111111）的输出。
实验过程与结果：
1.按实验内容连接电路，先将F0-F7分别接到8个led，用单步脉冲检查电路是否连接正确。
LED灯亮灭情况无误后，74LS197接10KHz方波输入信号，用示波器观察并记录下了各组信号。
由于疏忽，报告里照片中只有F0-F7的波形，有完整波形的图像并未记录下来，但就F0-F7波形可知，本实验电路达到了设计目标。
2.74LS197的十六进制输出Q3、Q2作为S2和S1端的输入，Q1作为S0端的输入，对应A信号。
Q0作为B信号输入。
真值表如下：
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
最终得出D0-D7输入端连接如下图：
由于时间关系，本实验没经过单步调试的过程，直接用10kHz的方波作为74LS197的输入信号，用示波器观察得波形如下图：
在后来添加的白线的后面，依次显示对应真值表顺序的波形。
3.本实验一共完成了两次，一次使用门电路完成，一次使用74LS138完成。
真值表如下：
S
P1
P2
C1
Cn
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1）用门电路实现
得出表达式C1=P1
+P2
，用74LS86上的异或门实现
Cn=
*P2*S+P1*P2*
=P2*（
*S+P1*
），用74LS86和74LS08实现。
2）用74LS138实现
由真值表可知，C1对应
，Cn对应
，用74LS20实现。
实验总结：
1.注意记录每个实验的示波器波形，作为实验报告的资料和实验的存档。
2.示波器的使用已较为熟练，接触不良的影响依然存在。
3.学习到的新知识要会使用，不能停留在以前的思维方式，例如学会了使用MSI设计逻辑电路，设计起来比门电路简单的话，就使用MSI设计，而不是只因为熟悉门电路设计就使用它。
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