(Multisim数电仿真)与非门逻辑功能测试及组成其它门电路.doc

实验3.2 与非门逻辑功能测试及组成其它门电路一、实验目的：1. 熟悉THD-1型(或Dais-2B型)数电实验箱的使用方法。2. 了解基本门电路逻辑功能测试方法。3学会用与非门组成其它逻辑门的方法。二、实验准备：1. 集成逻辑门有许多种，如：与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门、OC门、TS门等等。但其中与非门用途最广，用与非门可以组成其它许多逻辑门。要实现其它逻辑门的功能，只要将该门的逻辑函数表达式化成与非-与非表达式，然后用多个与非门连接起来就可以达到目的。例如，要实现或门Y=A+B，根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式可以写成：Y=，可用三个与非门连接实现。集成逻辑门还可以组成许多应用电路，比如利用与非门组成时钟脉冲源电路就是其中一例，它电路简单、频率范围宽、频率稳定。2. 集成电路与非门简介：74LS00是“TTL系列”中的与非门，CD4011是“CMOS系列”中的与非门。它们都是四-2输入与非门电路，即在一块集成电路内含有四个独立的与非门。每个与非门有2个输入端。74LS00芯片逻辑框图、符号及引脚排列如图3.2.1(a)、(b)、(c)所示。CD4011芯片引脚排列如图3.2.2所示。图3.2.1图3.2.2与非门的逻辑功能是：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出才是低电平(即有“0”得“1”，全“1”得“0”）。其逻辑函数表达式为：。TTL电路对电源电压要求比较严，电源电压Vcc只允许在+5V10%的范围内工作，超过5.5V将损坏器件；低于4.5V器件的逻辑功能将不正常。 CMOS集成电路是将N沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管同时用于一个集成电路中，成为组合两种沟道MOS管性能的更优良的集成电路。CMOS电路的主要优点是： (1). 功耗低，其静态工作电流在10-9A数量级，是目前所有数字集成电路中最低的，而TTL器件的功耗则大得多。(2). 高输入阻抗，通常大于1010，远高于TTL器件的输入阻抗。(3). 接近理想的传输特性，输出高电平可达电源电压的99.9%以上，低电平可达电源电压的0.1%以下，因此输出逻辑电平的摆幅很大，噪声容限很高。(4). 电源电压范围广，可在+5V+18V范围内正常运行。3集成电路芯片简介：数字电路实验中所用到的集成电路芯片都是双列直插式的，其引脚排列规则如图3.2.3所示。识别方法是：正对集成电路型号(如74LS00)或看标记(左边的缺口或小圆点标记)，从左下角开始按逆时针方向数1、2、3.依次数到最后一脚(在左上角)。在标准型TTL集成电路中，电源端一般排在左上角，接地端一般排在右下角。如74LS00为14脚芯片，14脚为，7脚为。若芯片引脚上的标号为，则表示该引脚为空脚，与内部电路不相连。图3.2.3集成电路使用注意事项：(1). 接插集成电路时，要认清定位标记，不得插反。(2). TTL集成电路电源电压严格控制在+4.5V+5.5V之间，实验中一般用= +5V。电源极性绝对不允许接反。CMOS集成电路电源电压允许在+5V+18V范围内选择，实验中一般也用+5V。(3). 为使门电路工作稳定，多余闲置的输入端一律不准悬空，闲置的输入端处理方法：与非门接，或非门接。(4). 在连接电路和插拔集成电路时，应先切断电源，严禁带电操作！三、计算机仿真实验内容：1. 测与非门的逻辑功能：(1). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“TTL”按钮，从弹出的对话框中选取一个与非门74LS00N，将它放置在电子平台上；单击真实元件工具条的“Source”按钮，将电源和地线调出放置在电子平台上；单击真实元件工具条的“Basic”按钮，将单刀双掷开关“”和“”调出放置在电子平台上，并分别双击“”和“”图标，将弹出的对话框的“Key for Switch”栏设置成“”和“”，最后点击对话框下方“OK”按钮退出。(2). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面右侧虚拟仪器工具条“Multimeter”按钮，如图3.2.4左图所示，调出虚拟万用表“XMM1”放置在电子平台上，如图3.2.4右图所示。图3.2.4(3). 将所有元件和仪器连成仿真电路如图3.2 5所示。图3.2 5(4). 双击虚拟万用表图标“XMM1”，将出现它的放大面板，按下放大面板上的“电压”和“直流”两个按钮，将它用来测量直流电压如图3.2.6所示。图3.2.6(5). 打开仿真开关，按表3.2.1所示，分别按动“”和“”键，使与非门的两个输入端为表中4 种情况，从虚拟万用表的放大面板上读出各种情况的直流电位，将它们填入表内，并将电位转换成逻辑状态填入表内。表3.2.1：输入端输出端电位(V)逻辑状态 0 0 0 1 1 0 1 12用与非门组成其它功能门电路：(1). 用与非门组成或门：1). 根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式可以写成：，因此，可以用三个与非门构成或门。 2). 从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“TTL”按钮中调出3个与非门74LS00N；从真实元件工具条的“Basic” 按钮中调出2个单刀双掷开关，并分别将它们设置成Key=和Key=；从真实元件工具条的“Source”按钮中调出电源和地线；红色指示灯从虚拟元件工具条中调出。 3). 连成或门仿真电路如图3.2.7所示。图3.2.74). 打开仿真开关，按表3.2.2要求，分别按动“”和“”，观察并记录指示灯的发光情况，将结果填入表3.2.2中，根据表3.2.2分析是否就是或门电路的真值表。表3.2.2：输 入输 出指示灯状况逻辑状态00011011(2). 用与非门组成异或门：1). 按图3.2.8所示调出元件并组成异或门仿真电路。2). 打开仿真开关，按表3.2.3要求，分别按动“”和“”，观察并记录指示灯的发光情况，将结果填入表3.2.3中。3). 写出图3.2.8中各个与非门输出端的逻辑函数式，最终是否与异或门的逻辑函数式相符。图3.2.8表3.2.3：输 入输 出指示灯状况逻辑状态00011011(3). 用与非门组成同或门：1). 按图3.2.9所示调出元件并组成同或门仿真电路。2). 打开仿真开关，按表3.2.4要求，分别按动“”和“”，观察并记录指示灯的发光情况，将结果填入表3.2.4中。3). 写出图3.2.9中各个与非门输出端的逻辑函数式，最终是否与同或门的逻辑函数式相符。图3.2.9表3.2.4：输 入输 出指示灯状况逻辑状态00011011四、实验室操作实验内容：1 THD-1型数字电路实验箱使用介绍（参阅图3.2.9）： 1). THD-1型数字电路实验箱面板左上角白色船型开关为主电源开关，主电源开关控制交流电压通断；在面板下方还有一个直流电源“DC Soures”方框，其中有两个白色钮子开关，一般实验中用左边那只控制总+5V电源，打开后一盏红色指示灯亮。实验时应先接好线，检查无误后再打开电路电源，严禁带电接线！2). THD-1型数字电路实验箱面板右上角第一排15只红色发光二极管和对应的15个接线孔为输出显示接线孔，门电路输出端连此处，红灯亮，表示输出高电平；红灯不亮，表示输出低电平。第二排15只红色发光二极管和对应的15个接线孔及15只钮子开关为逻辑电平控制开关和指示灯，供门电路输入端接线，钮子开关向上扳为高电平，红色指示灯亮，向下扳为低电平，红色指示灯不亮。注意：在两排发光二极管的右下角有一处的一个插孔旁边标有“+5V”，需用一根导线将它与面板下方直流电源“DC Soures”方框+5V主电源插孔相连，供发光二极管正常发光。3). THD-1型数字电路实验箱面板左下方有一个脉冲信号源“Pulse Soures”方框，能产生方波信号，频率波段分1Hz、1kHz和20kHz，每段可由电位器微调频率。同样，在方框的右下角也有一处插孔，旁边标有“+5V”，也需用一根导线将它与面板下方直流电源“DC Soures”方框+5V主电源插孔相连，供方波信号发生器工作。脉冲信号源的电源接上后有两种脉冲信号输出，一种是连续脉冲，在“Pulse output”下方连续脉冲波形右边一盏红色指示灯亮，左边是连续脉冲信号输出孔。脉冲信号源方框右上角为单次脉冲信号“Single pulse”，有一只按钮开关，按下按钮时红灯亮，其上方输出孔输出正单次脉冲(即上升沿)；另一只按钮按下时绿灯亮，其上方输出孔输出负单次脉冲(即下升沿)。4). THD-1型数字电路实验箱面板上凡标有“”符号处，表示公共接地端，且它们都已连通，可就近选择任一处接地。5). THD-1型数字电路实验箱面板中间区域有许多集成电路插座，供插集成电路。围绕每一片集成电路四周是它们的对应管脚接线孔和管脚号，供实验连线。6). THD-1型数字电路实验箱有电源短路报警声响功能，实验中一旦听到蜂鸣器响，应立即关闭电源！排除短路故障后可重新打开电源开关进行实验。图3.2.92. Dais-2B型数字电路实验箱使用介绍：(1). Dais-2B型数字电路实验箱分箱盖和箱体两部分，箱体为主箱，包括电源，逻辑电平输入、输出指示，脉冲信号源等。箱体右上角电源开关打开后，开关下方有+5V电压输出。箱体左侧第二个方框内各有16盏红、绿指示灯L1L16，指示灯L1L16下方对应有16 个插孔，供电路输出端指示逻辑状态，其中红灯亮表高电平；绿灯亮表示低电平。箱体左侧第三个方框内各有16个插孔和对应的16个推、拉开关K1K16，开关向上推为高电平，向下推为低电平，供电路输入端选择逻辑电平。箱体左侧最下方方框内为脉冲信号源，右边插孔输出连续方波，从1Hz到1MHz共7 种；左边有三个按钮开关，对应上方各有两个插孔，一个输出正脉冲，另一个输出负脉冲。(2). Dais-2B型数字电路实验箱盖部分为实验区，有许多集成电路插座，围绕每一片集成电路四周是它们的管脚接线孔和管脚号，供实验连线。注意：大部分集成电路插座管脚的电源和接地脚已连好，不需再连。(3). 箱盖部分的电源和地线必需用导线从箱体右上角“+5V”和“GND”连到箱盖的左下角对应孔，这样箱盖部分才有“+5V”供做实验。(4). Dais-2B型数字电路实验箱也有电源短路报警声响功能，实验中一旦听到蜂鸣器响，应立即关闭电源！排除短路故障后可重新打开电源开关进行实验。3测与非门的逻辑功能：(1). 从插在实验箱上的集成电路74LS00中任选一个与非门，将两个输入端分别与实验箱逻辑开关输入插孔连接，每个插孔下方都对应一个钮子开关，上方对应一盏指示灯，钮子开关向上扳为“”电平，灯亮，向下扳为“”电平，灯灭。与非门输出端接上万用表测电压，如图3.2.10所示。 图3.2.10(2). 当输入端、为表3.2.5中情况时，用万用表分别测出输出端的电平，并转换成逻辑状态，用“0”、“1”表示。将测试结果填入表3.2.5中。 表3.2.5： 输入端输出端电平(V)逻辑状态 0 0 0 1 1 0 1 14用与非门组成其它功能门电路：(1). 用与非门组成或门：1). 根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式可以写成：，因此，可以用三个与非门构成或门。 2). 自拟实验电路和实验步骤，并在实验箱上连好实验电路，利用输入端的钮子开关和万用表检测电路的输入和输出结果，将它们填入表3.2.6中。表3.2.6：输入端输出端电平(V)逻辑状态 0 0 0 1 1 0 1 15用与非门组成异或门电路：(1). 在实验箱上用4 个与非组成如图3.2.11所示电路。其中、两个输入端分别接入两个钮子开关；输出端接到实验箱右上角第一排红色发光二极管对应的接线孔，用以观察输出电平的高低。注意：必须先将图3.2.11所示电路各与非门的输入和输出管脚进行编号，管脚编号参考P179图3.2.1(C)。图3.2.11(2). 按表3.2.7要求，分别扳动输入端的两个钮子开关，设置电路输入端的4种编码组合，观察并记录指示灯的发光情况，将结果填入表3.2.7中，根据表3.2.7分析是否就是异或门电路的真值表。表3.2.7：输 入输 出指示灯状况逻辑状态000110116. 用与非门组成同或门：(1). 在实验箱上用5个与非组成如图3.2.12所示电路。其中、两个输入端分别接入两个钮子开关；输出端接到实验箱右上角第一排红色发光二极管对应的接线孔，用以观察输出电平的高低，注意：同样需要先将图3.2.12所示电路各与非门的输入和输出管脚进行编号，管脚编号参考P179图3.2.1(C)。图3.2.12(2). 按表3.2.8要求，分别扳动输入端的两个钮子开关，设置电路输入端的4种编码组合，观察并记录指示灯的发光情况，将结果填入表3.2.8中，根据表3.2.7分析是否就是同或门电路的真值表。表3.2.8：输 入输 出指示灯状况逻辑