数字逻辑实验报告书

数字逻辑实验报告书目录第1章绪论111数字逻辑的概述112数字电路的特点113基本逻辑电路114逻辑函数的表达方法2第二章EWB50概述221EWB软件简介222EWB软件特点223EWB软件的优点2第3章实际电路设计33108的倒计时表33280的倒计时表433霓虹灯的设计634打铃系统735寝室熄灯管理系统11第四章实验过程中遇到的问题12第五章总结13第一章绪论11数字逻辑概述数字逻辑是数字电路逻辑设计的简称，其内容是应用数字电路进行数字系统逻辑设计。电子数字计算机是由具有各种逻辑功能的逻辑部件组成的，这些逻辑部件按其结构可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路是由与门、或门和非门等门电路组合形成的逻辑电路；时序逻辑电路是由触发器和门电路组成的具有记忆能力的逻辑电路。有了组合逻辑电路和时序逻辑电路，再进行合理的设计和安排，就可以表示和实现布尔代数的基本运算。而布尔代数只使用1（真）和0（假）两个数，这样，当二进制的加法、乘法等运算与布尔代数的运算建立了对应关系后，就可以用逻辑部件来实现二进制数据的加法、乘法等各种运算。12数字电路的特点在电子设备中，通常把电路分为模拟电路和数字电路两类，前者涉及模拟信号，即连续变化的物理量，例如在24小时内某室内温度的变化量；后者涉及数字信号，即断续变化的物理量，如图1所示。当把图1的开关K快速通、断时，在电阻R上就产生一连串的脉冲电压，这就是数字信号。人们把用来传输、控制或变换数字信号的电子电路称为数字电路。数字电路工作时通常只有两种状态高电位又称高电平或低电位又称低电平。通常把高电位用代码“1”表示，称为逻辑“1”；低电位用代码“0”表示，称为逻辑“0”按正逻辑定义的。注意有关产品手册中常用“H”代表“1”、“L”代表“0”。实际的数字电路中，到底要求多高或多低的电位才能表示“1”或“0”，这要由具体的数字电路来定。例如一些TTL数字电路的输出电压等于或小于02V，均可认为是逻辑“0”，等于或者大于3V，均可认为是逻辑“1”即电路技术指标。CMOS数字电路的逻辑“0”或“1”的电位值是与工作电压有关的。讨论数字电路问题时，也常用代码“0”和“1”表示某些器件工作时的两种状态，例如开关断开代表“0”状态、接通代表“1”状态。13基本逻辑电路数字电路中的基本电路是与门、或门和非门反相器。与门和或门电路的基本形式有两个或两个以上的输入端、一个输出端。因输入和输出可以各自为“0”或“1”状态，具有判定的功能，所以把它们称为基本逻辑电路。三种基本逻辑电路的符号图形和主要表达式如附表所示。该表对初学者可能难于理解，一旦了解之后就会觉得比通常的模拟电路还简单些。1与门电路。以下讨论的与门是2输入端的，它对多端输入的与门同样适用。2输入端与门的功能设计成这样当输入端A、B同时都为逻辑“1”状态时，输出Z才是逻辑“1”状态。2输入端与门的这种逻辑关系可以用图2模式的电路描述。对图2，这里作如下规定开关K1、K2断开时，代表输入A、B的“0”状态、接通时代表输入A、B的“1”状态；灯L灭代表输出的Z的“0”状态，灯L亮代表输出Z的“1”状态。之后将开关K1、K2“接通”和“断开”的各种组合状态，以及由此引起灯“亮”和“灭”的输出状态列成表格，该表格叫做真值表，如附表中所示。从真值表中看出，要使灯L点亮，即输出Z必须是“1”状态，输入的A、B也必须是“1”状态。2或门和非门。或门的逻辑关系如下各输入端只要有一个状态为“1”时，输出便是“1”。非门只有一个输入端和一个输出端，并且其输出状态总是和输入状态相反的，即求“反”。这里同样可以用图3和图4模式的电路分别描述或门和非门的功能，也可以作相应的真值表，绘出逻辑符号，如附表中所示。14逻辑函数的表示方法在逻辑电路的设计时，常用四种方法表示逻辑电路的函数关系指输入、输出关系，即逻辑图、真值表、函数表达式和卡诺图。附表中仅列出了三种表达式，实际应用中逻辑图和真值表是最常用的，应必须掌握的；函数表达式和卡诺图主要供设计人员按要求设计数字逻辑电路时使用。第二章EWB50概述21EWB软件简介随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。电子工作平台ELECTRONICSWORKBENCHEWB现称为MULTISIM软件是加拿大INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIES公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件。22EWB软件特点（1）采用直观的图形界面创建电路在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。23EWB软件的优点（1）各元器件选择范围广，参数修改方便，不会象实际操作那样多次地把元件焊下而损坏器件和印刷电路板。使电路调试变得快捷方便。对模拟电子技术基础课程中的绝大部分电路都能应用，不仅能用于对单个电路特性和原理进行验证，也能就用于多级的组合电路。（2）元件库不但提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件,是一个全开放性的仿真实验和课件制作平台,给我们提供了一个实验器具完备的综合性电子技术实验室。可以在任意组合的实验环境中，搭建实验。通过元件复制或单级电路的复制来完成整个电路的组装。因此也适用于较大型的设计性实验。（3）EWB（电子学工作平台）为我们提供了一个很好的实用工具，使我们能够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种电路的特性，讲解各种参数改变对电路的影响。学生可结合学习内容，进行接近于实际电路的调试分析，有利于对加深对理论理解。特别是一些大中专院校和广播电视大学，通过这样的计算机模拟仿真实验，把电子技术的理论教学和实验教学有机地结合了起来。第三章实际电路设计3108的循环表（1）实验目的实现08的循环表（2）实验设计思想根据08的真值表，现态与次态的关系，找出其特征，画出实验电路图。（3）真值表Q4Q3Q2Q1000000010010001101000101011001111000（4）根据次态与现态的关系，找出其特征Q1N1N1Q4N0Q4N12_Q1N1Q3N1N_Q2NQ1N1Q4N1_Q3NQ2NQ1N1或者Q4N1（5）电路仿真图3280倒计时循环表（1）实验目的实现80的倒计时循环表（2）实验设计思想根据80的真值表，现态与次态的关系，找出其特征，画出实验电路图。（3）真值表Q1Q2Q3Q4100001110110010101000011001000010000（4）根据次态与现态的关系，找出其特征Q1N1N1Q2NQ3NQ4N0Q4N12_Q1N1或者Q2N1且Q3NQ4N0Q3N1N_Q4N0且（Q1N1或者Q2N1或者Q3N1）Q4N1_Q3N1或者Q2N1或者Q1N1或者Q4N1（5）电路仿真图33霓虹灯的设计（1）实验目的实现“伟大的祖国”每一秒每个字都是不同的颜色亮，用不同的彩灯控制，下一秒每个字则换成另一种彩灯控制其亮。（2）设计思想，做成循环系统，后面一个字后亮总是比前一个字慢一秒，则可将它的JK触发端连接到前一个灯泡上，另外在同一秒五个灯都亮，可以将另外的四排要亮的灯泡连接到前一排灯亮的那一个，这样就可以实现同一时间五个灯都亮，但是却是不同的颜色（当然每一排的灯泡颜色一致，但是五排中排与排的颜色各不相同）（3）次态与现态的关系QN1QN即JK有QN1QNJ（4）电路仿真图34打铃系统（1）实验目的通过小时表实现打铃系统（此处为了保证系统的正常运行，只是选取了一个打铃的时间，选取时间多了，EWB系统会因为太多的零件而导致崩溃）（2）实验设计思想本实验是建立在小时表的基础上而实现的，通过控制一个固定的时间段，从而使得在这个时间段中铃会响，从而实现打铃的功能。（3）对实验的解刨过程A、先实现059的循环表分成两个部分，一个是05的，第二个是09的，根据08的电路图，可按此种方法分别做出他们的电路图有05的电路仿真图09的电路仿真图联合起来可实现059的电路仿真图如下B、实现023的电路仿真表，其过程如A中所说类似，先实现十位部分，后实现个位部分。十位部分电路仿真表因个位与十位有关，故直接把它联合，有电路仿真图C、将它们联合起来，可实现小时表如下D、考虑系统的承受能力，再次打铃系统只适用一次，但同样适用于更多的情况下。下面我们来实现打铃的操作，用小灯泡代替打铃有如下图示35寝室熄灯管理系统（1）实验目的通过小时表实现熄灯系统（此处为了保证系统的正常运行，只是选取了一个熄灯的时间，选取时间多了，EWB系统会因为太多的零件而导致崩溃）（2）实验设计思想本实验是建立在小时表的基础上而实现的，通过控制一个固定的时间段，从而使得在这个时间段中的灯会熄灭，从而实现熄灯的功能。（3）对实验的解刨过程根据打铃系统的解刨，有A、B、C同样的实验步骤，至于D过程，也有绝大的一部分是一样的，只是此时的小灯泡在固定的时间段内不通电。此时用小灯泡表示定时开关，这样在固定的时间段内有小灯泡不亮。其实验电路图如下第四章实验过程中遇到的问题实验过程中遇到的问题有一下几点（1）实验过程中发现系统的承受能力有限，当系统中的元件超过一个固定的值的时候就会导致系统不能够正常的运行，会导致有如下的提示框（2）实验中，在运行打铃系统过程中发现，老师所讲的驱动控制电路存在缺陷，虽然能保证系统在固定的时间段内能够正常的运行，但是却不能够做到循环运行的作用。（3）注意直接连接到Q与通过非门连接到Q所起到的作用在大多数情况下相同，但是也有不同的地方，例如023小时表中的在第二个JK触发器中可能导致不同的结果。（此过程必须注意）（4）时钟节拍的变换不能与所给的频率保持一致，当频率足够大时（例如10000HZ），它与1000HZ和100HZ所表达的效果是一样的。第五章总