数电实验二

实验二：组合逻辑电路(MSI和设计)一、实验目的：1、了解集成编码器74HC148、译码器74HC138、集成数据选择器74HC151、加法器74HC283、数值比较器74HC85的管脚排列和管脚功能、性能及使用方法；2、掌握用SSI小规模集成器件设计组合逻辑电路的方法，用实验验证所设计电路的功能；3、掌握用MSI中规模集成器件设计组合逻辑电路的方法，用实验验证所设计电路的功能。

二、知识点提示：1、组合逻辑电路的设计方法(1)首先根据给出的实际逻辑问题进行逻辑设计，将给定的因果关系进行逻辑抽象，列出逻辑真值表；(2)根据真值表写出相对应的逻辑表达式，并化成适合的形式；(3)选定集成器件类型；（应该根据电路的具体要求和器件的资源情况来决定）(4)再根据逻辑表达式，画出逻辑电路图；(5)在逻辑电路图上标出对应器件管脚号，然后进行接线，实验验证其设计功能。

2、中规模集成器件电路特点中规模集成器件多数是专用的功能器件，具有某种特定的逻辑功能，可以使用这些功能器件实现组合逻辑函数，方法是逻辑函数对比法。

具体设计方法见教材。

三、实验原理：1、MSI中规模集成电路的管脚图和功能表，及使用说明。

①译码器(74HC138)一个n变量的译码器的输出包含了n变量的所有最小项。

例如，3线／8线译码器(74HCl38)8个输出包含了3个变量的全部最小项的译码。

用n变量译码器加上输出与非门电路，就能获得任何形式的输入变量不大于n的组合逻辑电路。

74LSl38是3-8线译码器，其外引脚排列如图2-1所示。

74HCl38译码器有3个使能端S1、S2、S3，当S1=l、S2=0、S3=0时允许译码，否则禁止译码，且A2、A1、A0为3个地址输入端，Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7为8个输出端。

注：74HCl38的功能表见教材P176。

图2-1 74HC138引脚排列图②优先编码器(74HC148)74HC148是8-3线优先编码器，其外引线排列如图2-2所示。

I0，I1，…，I7为8个信号输入，低电平有效。

Y2、Y1、Y0为3位代码输出(反码输出)。

S为选通输入端，当S=0时允许编码：当S=1时输出Y2、Y1、Y0和Y EX、Y S被封锁，编码被禁止。

Y S是选通输出端，级联应用时，高位片的Y S端与低位片的S端相连接，可以扩展优先编码功能。

Y EX为优先扩展输出端，级联应用时可作为输出位的扩展端。

74LSl48功能表见教材P170。

图2-2 74HC148集成电路管脚图③数据选择器(74HC151)一个n个地址端的数据选择器，具有对2n个数据选择的功能。

例如，数据选择器(74HC151)，n=3，可完成八选一的功能。

A2、A1、A0为3个地址输入端，S为芯片使能端。

图2-3 74HC151集成电路引脚排列图④四位超前进位全加器（(74HC283)图2-4 74HC283集成电路引脚排列图⑤七段显示译码驱动器(74HC47)74HC47是驱动共阳极数码管的译码驱动器。

其外引线排列如图2-5所示。

为了直接驱动指示灯，74LS47的输出是低电平作用的，即输出为0时，对应字段点亮：输出为1时，对应字段熄灭。

A、B、C，D接收二进制码输入，Q a、Q b、Q c、Q d、Q e、Q f、Q g的输出分别驱动七段译码器的a、b、c、d、e、f和g段。

译码器有4个使能端，灯测试输入LT、静态灭灯输入BI，动态灭零输入RBI、动态灭零输出RBO。

当LT接低电平时，译码器各段输出低电平，数码管7段全亮，因此可利用此端输入低电平对数码管进行测试。

RBI是动态灭零输入使能端，当BI=1，LT=1，RBI=0时，如果输入数码DCBA=0000，译码器各段输出均为高电平，数码管不显示数字(但输入其他数码，数码管仍显示)，并且灭零输出RBO为0。

利用RBI端，可对无意义的零进行消隐。

BI是静态灭灯输入使能端，它与灭零输出RBO共用一个输出端，当BI=0，不论DCBA为何状态，译码器各段输出均为高电平，显示器各段均不亮，利用刚可对数码管进行熄灭或工作控制。

RBO是动态灭零输出端，当RBI=0、LT=0、DCBA=0000时，且RBO=0(BI／RBO 为输出端)表示译码器处于灭零状态。

RBO端的设置主要用于多个译码器级联时，对无意义的零消隐。

图2-5 74HC47集成电路引脚排列图四、实验内容和实验步骤：㈠实物实验内容：1、某工厂有三个车间A、B、C,有一个自备电站，站内有二台发电机M和N，N的发电能力是M的两倍，如果一个车间开工，启动M就可以满足要求；如果两个车间开工，启动N就可以满足要求；如果三个车间同时开工，同时启动M、N才能满足要求。

试用异或门(74HC86)和与非门(74HC00)设计一个控制电路，因车间的开工情况来控制M和N的启动。

逻辑设计如下：根据题意要求，设A、B、C为输入变量，分别表示A、B、C三个车间开工情况，变量为1表示开工，为0则表示不开工；设M、N为输出变量，分别表示发电机的启动情况，为1表示启动，为O表示不启动。

完成表2-1的真值表。

表2-12、用门电路设计一个一位二进制数值比较器，并测试其功能。

要求：具有A、B两个输入端，3个输出端F（A>B）、F(A<B)和F(A=B)。

任何时候，3个输出端只有一个为高电平“1”，此时即为比较结果。

3、用译码器74LS138和多路数据选择器74LS151设计一个信息的“并行—串行—并行”传送电路。

原理图如图2-6所示。

图2-6 信息的“并行—串行—并行”传送电路图（实验提示：在输入端任意选择一个作为输入，使用1Hz方波脉冲信号作为信号输入；地址码使用拨码开关实现；即如果信号从D3输入，则经过串行传输后，从Y3输出。

在相应的输出端可以用示波器来显示输出信号。

）4、设计一个4裁判表决电路，其中A裁判为主裁判。

B、C、D为副裁判，表决规则为：（1)少数服从多数；（2）当同意和反对人数相同的时候，服从主裁判。

电路设计规则为：同意用逻辑“1”；反对用逻辑“0”表示。

电路输出F等于“0”表示表决不通过，等于“1”表示表决通过。

用数据选择器74HC151和相应门电路实现F函数功能。

5、利用4位集成全加器74LS283设计一个BCD码加法器。

结构示意图见图2-7所示。

图2-7 BCD码加法器原理框图6、译码、显示电路的设计（74LS47、共阳极数码显示管）。

译码、显示原理电路框图如图2-8所示。

A3、A2、A1、A0接逻辑开关，作为十进制数据输入，用数码管显示其数字。

图2-8译码、显示原理电路框图㈡虚拟仿真实验内容： ① 8-3优先编码器74LS148逻辑功能仿真从元器件箱中调入所需元件，如图2-9所示绘制电路。

图中门电路选用74LS148D 。

按74LS148功能表所列逻辑状态将输入接入高电平和低电平，验证74LS148的功能。

图2-9 74LS148逻辑功能的测试②数据选择器的应用－产生逻辑函数试用74LSl51产生逻辑函数F A BC AB C ABC A '''=+++。

要求自己设计仿真测试逻辑电路(可以使用非门集成块提供反变量)，A 、B 、C 接切换开关，进行逻辑仿真，按测试结果填写真值表。

再检验逻辑函数的功能是否正确实现。

分析提示：首先将逻辑函数F A BC AB C ABC A '''=+++变换成最小项表达式：F CBA CB A C BA CBA C B A '''''=++++ 将上式改写为1133557766D m D m D m D m D m L ++++=实现该函数运算的参考电路如图2-10所示。

图2-10 产生逻辑电路参考电路表2-5五、预习要求1．阅读本实验原理说明，预习思考题的内容2．查阅有关TTL集成电路型号命名规则及管脚确认方法。

将每一个实验电路图中集成电路的管脚号都标在电路图上。

3. 用铅笔将各门电路理论上的逻辑输出值标在真值表上，以便在实验中验证。

六、实验总结、报告分析提示：1.通过实验，验证逻辑功能，总结比较测试结果。

2.记录实验过程和结果，分析实验现象及实验中出现的问题。

七、实验器材：实物实验器材：1.电子技术实验学习机1套。

2.TTL74LS148、74LS138、74LS151、74LS47、74LS00、74LS85、74LS20、74LS86、74LS047、74LS55共阳极数码管、电阻和电位器等。

虚拟实验器材：操作系统为Windows95／98／Me／2000／XP的计算机1台。

ElectronicsWorkbenchMultisim7/8电子线路仿真软件1套。

八、思考题：1、集成电路有关引脚规定接高电平，在实际电路中为什么不能悬空，而必须接V CC？2、TTL器件的电源电压允许的波动范围是多少？若超出范围会有什么现象和后果？3、用7段译码／显示器驱动数码管，是否要在译码器与数码管之间串接电阻，为什么?如果需要，电阻值应该如何计算?取值大约多少？扩展和深入：1、用74LS85设计一个8位电子锁电路，并测试其功能。

要求：固定密码，输入开锁钥匙与密码相比较，当输入的数据与密码相等时，发光二极管发光，开锁；当输入的数据与密码不相等时，蜂鸣器报警。

2、利用四位集成全加器74LS283实现4位减法器。

3、编码、译码、显示电路的设计（74LS148、74LS47、共阳极数码显示管）。

编码、译码、显示原理电路框图如图2-11所示。

图2-11 编码、译码、显示原理电路框图4、用提供的74LS148（1片）、74LS47（74LS48）（1片）、74LS04（1片）、LED显示块（1个），设计一个呼叫系统，该系统有0～7号共8个呼叫信号（用电子学习机上的八个开关量的输出来模拟呼叫信号，采用低电平有效），7号优先级最高、0号最低。

当有呼叫信号发生时，则用数码管显示呼叫声，并用对应号码的发光二极管显示或者用蜂鸣器发出呼叫声（可用学习机上的BDC蜂鸣器，当在BDC蜂鸣器的＋、－端加1.5V以上的直流电压，即能发出声音）（用74LS148的EO使能输出端控制蜂鸣器）。

若有多个呼叫信号同时发生时，则应按优先级别显示出呼叫信号的号码，没有呼叫信号发生时，发光二极管不发光或者蜂鸣器不发出呼叫声，且数码管灭灯（RBI接地）。

设计出上述要求的呼叫系统，画出所设计系统的电路原理图，标有各集成芯片管脚连线。

图2-12编码、译码、显示原理电路图本次实验内容中的其他部分都可列入选作内容。

请务必让实验老师对你做的扩展内容进行记录。

请注意：在实验过程中，集成电路块有时会自动弹出，造成接触不良，影响实验正确性，要留心这种情况。