数字逻辑实验报告书2

1、数字逻辑实验报告书2 l 数字逻辑 . 实验报告书 班级：计科 1111 学号： 姓名： 指导老师： 目 录 第一章 绪论 .1 1.1 数字逻辑的概述 .1 1.2 数字电路的特点 .1 1 1.3 基本逻辑电路 . .1 1 1.4 逻辑函数的表达方法 .2 第二章 0 ewb 5.0 概述 . .2 b 2.1 ewb 软件简介 .2 2 b 2.2 ewb 软件特点 . .2 2 b 2.3 ewb 软件的优点 .2 2 第三章 实际电路设计 .3 8 3.1 08 的倒计时表 .3 0 3.2 80 的倒计时表 . .4 3.3 霓虹灯的设计 .6 3.4 打铃系统 .7 3.5 寝

2、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 湖北文理学院 数学与计算机科学学院 1 第一章 绪论 1.1 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

3、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。 2 1.2 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"

4、;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 0.2v，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

5、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。 1.3 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

6、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 湖北文理学院 数学与计算机科学学

7、院 2 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&

8、quot;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。 1.4 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 ewb5.0 概述 b 2.1 ewb 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

9、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 electronics workbench (ewb)(现称为 multisim) 软件是加拿大 interactive image technologies 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

10、台软件。 b 2.2 ewb 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。 b 2.3 ewb 软件的优点 湖北文理学院

11、数学与计算机科学学院 3 （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

12、，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 8 3.1 08 的循环表 （1 1 ） 实验目的：实现 8 08 的循环表 （2 2 ） 实验设计思想：根据 8 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 3 ） 真值表： q q 4 4 q q 3 3 q q 2 2

13、q q 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 湖北文理学院 数学与计算机科学学院 4 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 （4 4 ） 根据次态与现态的关系，找出其特征： q q 1 1n+1 = =-nq 1 q 4 n =0 q 4 n+1 =nq 2_ q 1 n =1 q 3 n+1 =nq 3_ q 2 n =q 1 n =1 q 4 n+1 =nq 4_ q 3

14、n =q 2 n =q 1 n =1 或者 q 4 n =1 （5 ）电路仿真图： 3.2 80 倒计时循环表 （1 ）实验目的：实现 80 的倒计时循环表 湖北文理学院 数学与计算机科学学院 5 （2： ）实验设计思想： 根据 0 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： q 1 q 2 q 3 q 4 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 （4） ） 根据次态与现态的关系，找出其特征： q q 1 1n+1 = =-nq 1 q 2 n =q 3

15、 n =q 4 n =0 q 4 n+1 =nq 2_ q 1 n =1 或者 q 2 n =1 且 q 3 n =q 4 n =0 q 3 n+1 =nq 3_ q 4 n =0 且（q 1 n =1 或者 q 2 n =1 或者 q 3 n =1 ） q 4 n+1 =nq 4_ q 3 n =1 或者 q 2 n =1 或者 q 1 n =1 或 或者 者 q 4 n =1 （5 ）电路仿真图： 湖北文理学院 数学与计算机科学学院 6 3.3 霓虹灯的设计 （1 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

16、种彩灯控制其亮。 （2 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 j j- -k k 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） 湖北文理学院 数学与计算机科学学院 7 （3 3 ）次态与现态的 关系： q qn+1 =qn n 即即 j j ¹ k 有 q qn+1 =qn+ =j （4 4 ）电路仿真图： 3.4 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

17、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 湖北文理学院 数学与计算机科学学院 8 路图有： 05 的电路仿真图 09 的电路仿真图 湖北文理学院 数学与计算机科学学院 9 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

18、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 湖北文理学院 数学与计算机科学学院 10 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： 湖北文理学院 数学与计算机科学学院 11 3.5 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： 湖北文理学院 数学与计