




版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、北京理工大学数字逻辑与CPU仿真实验报告姓名:班级:学号:仿真实验摘要:Multisim是InteractiveImageTechnologies公司推出的以Windows为基础的仿真工具,具有丰富的仿真分析能力。本次仿真实验便是基于Multisim软件平台对数字逻辑电路的深入研究,包括了对组合逻辑电路、时序逻辑电路中各集成元件的功能仿真与验证、对各电路的功能分析以及自行设计等等。一、组合逻辑电路的分析与设计1、实验目的(1)掌握用逻辑转换器进行逻辑电路分析与设计的方法。(2)熟悉数字逻辑功能的显示方法以及单刀双掷开关的应用。(3)熟悉字信号发生器、逻辑分析仪的使用方法。2、实验内容和步骤(1
2、)采用逻辑分析仪进行四舍五入电路的设计运行Multisim,新建一个电路文件,保存为四舍五入电路设计。在仪表工具栏中跳出逻辑变换器XLC1。012345S7-83O12345OQ00000000111111图1-1逻辑变换器以及其面板双击图标XLC1,其出现面板如图1-1所示依次点击输入变量,并分别列出实现四舍五入功能所对应的输出状态(点击输出依次得到0、1、x状态)。点击右侧不同的按钮,得到输出变量与输入变量之间的函数关系式、简化的表达式、电路图及非门实现的逻辑电路。记录不同的转换结果。(2)分析图1-2所示代码转换电路的逻辑功能运行Multisim,新建一个电路文件,保存为代码转换电路。从
3、元器件库中选取所需元器件,放置在电路工作区。?从丁口工具栏选取74LS83D放置在电路图编辑窗口中。?从Source库取电源Vcc和数字地。?从Indictors库选取字符显示器。?从Basic库Switch按钮选取单刀双掷开关SPD1,双击开关,开关的键盘控制设置改为A。后面同理,分别改为B、CDoHEX闭合仿真开关,分别按键盘AB、C、D改变输入变量状态,将显示器件的结果填将元件连接成图1-2所示的电路。入表1-1中。说明该电路的逻辑功能。表1-1代码转换电路输入输出对应表输入输出ABCDU20011001001010120110301114100051001610107101181100
4、9(3)用八选一数据选择器74LS151设计一个全加、全减逻辑电路。要求:党控制信号M=0时,电路实现全加器的功能;当控制信号M=1时,电路实现全减器的功能。运行Multisim,新建一个电路文件,保存为全加减电路文件。从元器件库中选取所需元器件,放置在电路工作区,并连线。从TTL工具栏选取所需元器件74LS151D和反相器74LS04,放置在电路工作区;在仪表工具栏中调出字信号发生器XWG1逻辑分析仪XLA1;将元器件和仪表按图1-3所示连接。其中,为了使输出、输入变量之间对应关系更加清楚,在输入和输出端通过Place/Placetext分别设置了S、Cn+1、MA等文本标识。U3A74LS
5、04D-uL*-35nlnninraflniFno3c图1-3数据选择器实现的可控全加、全减器电路双击字信号发生器XWG图标,按照图1-4所示进行面板的设置。图1-4字发生器XWG面板设置双击逻辑分析仪XLA1图标,观察并画出输入变量与输出变量之间的对应波形。分析输出变量与输入变量之间的对应关系,将结果填入表1-2中。表1-2全加减电路测试结果输入输出MABCSCn+10000000001100010100011010100100101010110010111111000001001111010111011011100101101001110001111113、实验结果与分析(1)采用逻辑分析
6、仪进行四舍五入电路的设计在逻辑变换器XLC1面板中设置好输入状态以后,进行不同的转换。(I)转换成逻辑函数表达式,得到输出变量与输入变量之间的函数关系式:F=A'BCD+ABCD+A'BCD+ABCD+AB'C'D,如图1-5遗侬哈-KLC1心004111111+嘘18+ABCD+i£nCD'WCD图1-5输出与输入变量之间的函数关系式图1-6最简函数关系式(II)转换成最简函数表达式,得到:F=BC+BD+A,如图1-6(III)转换成与或门组成的门电路,得到图1-7。图1-7与、或门逻辑电路(IV)转换成与非门组成的门电路,得到图1-8。A
7、BCD图1-9全加减逻辑电路各变量波形图1-8与非门逻辑电路(2)分析图1-2所示代码转换电路的逻辑功能分别改变A、BC、D四个输入变量的状态可以得到不同的显示结果,并均已记录在表1-1中。从该表中,我们可以看出,该电路的逻辑功能是对余3码的译码(或者也可以说是将余3码转换成8421BC加)。这与理论上的分析结果一致。74LS83D是全力口器,其中,输入端B4B3B2B1端已分别置为1101,最低位进位端C0也已置1。当改变ABC、D键以改变A4A3A2A1的状态后,输出端便得到不同的值。经计算会发现该电路的确是将余3码译码后在数码管上显示。(3)用八选一数据选择器74LS151设计一个全加、
8、全减逻辑电路。设计电路如图1-3所示。完成字信号发生器面板设置之后,在逻辑分析仪XLA1中可以观察到输入变量与输出变量之间的对应波形如图1-9所示。其中,从上而下显示的波形依次为变量MC、B、AS、Cn+1的波形。另外,该电路的测试结果已填入表1-2中。根据该表分析,可以看出该电路已经满足功能,即当M=0时,S=A+B+C,Cn+1为进位位,电路实现的是全加器的功能;当M=1时,S=C-B-A,Cn+1为借位位,电路实现的是全减器的功能。时序逻辑电路的分析与设计1、实验目的(1)掌握常用时序逻辑电路的分析、设计与测试方法。(2)熟悉数字逻辑功能的显示方法及单刀双掷开关的应用。(3)熟悉字信号发
9、生器、逻辑分析仪的使用方法。2、实验内容和步骤(1)四位二进制计数器电路的分析。选取元器件、仪器并按图2-1连接电路。运行仿真,双击逻辑分析仪XLA1图标,观察并画出其显示的波形。分析逻辑分析仪上显示的QRQ1、Q2和Q3的波形,确定该电路的逻辑功能。rui图2-1四位二进制计数器电路(2)集成74LS290计数器的功能测试选取元器彳并按图2-2所示电路连接,置“9”和置“0”端的状态由单刀双掷开关VCC5,0VND控制,输出端状态由放光器件显示。图2-2(1)74LS290的功能测试一(8421)VCC-1-5由VGNDCCBCCCL图2-2(2)74LS290的功能测试二(5421)分别改
10、变置“9”和置“0”端的状态,实现置“0”(0000)和置“9”(1001)的功能,将测试结果填入表2-1中。改变电路的连接形式,用74LS290实现二进制、五进制、十进制8421BC加的计数器,记录测试结果。表2-1输入端输出端R01R02R91R92CP1CP2QDQCQBQA110XXX000011X0XX0X11XX1001X011XX0X0XQA8421码十进制计数器0X0XQD5421码十进制计数器(3)用两片74LS160设计实现24进制计数器,用数码管显示并验证计数状态。3、实验结果与分析(1)四位二进制计数器电路的分析图2-3四位二进制计数器电路波形(2)集成74LS290计
11、数器的功能测试电路中,输出端如果输出高电平,(I)连接好电路并开始仿真后,在逻辑分析仪XLA1上可以得到仿真结果如图2-3所示,其中从上到下依次为CP脉冲、Q0Q1、Q2、Q3(4个JK触发器的输出)的波形。(II)分析该所有波形,可以确定该电路的逻辑功能实际上是一个异步十进制计数器。Q3Q2Q1Q及初始状态0000开始,至IJ1001后返回初始状态,如此循环下去。则相应发光器件会有亮光的指示,否则输出的是低电平。经过功能测试后,测试结果已填入表2-1中。经分析,该电路有以下特点与功能:(I)异步清零。当R01、R02全为高电平,R91、R92中至少一个为低电平时,不需要时钟脉冲配合,即可使所
12、有触发器清零。(II)异步置9。当R91、R92全为高电平,R01、R02中至少一个为低电平时,不需要时钟脉冲配合,即可将Q3QCg成1001。(III)计数。当R01、R02及R91、R92中至少有一个为低电平时,在时钟脉冲CP0或者CP1的下降沿作用下电路开始计数。其计数方式又根据不同情况分为两种:第一种是Q0与CP1相连,计数脉冲从CP0输入,此时构成的是8421码十进制计数器,见图2-2(1);第二种是Q3与CP0相连,计数脉冲由CP1输入,则构成5421码十进制计数器。(3)用两片74LS160设计实现24进制计数器,并用数码管显示并验证计数状态。经分析,我自行设计电路如图2-4所示
13、,并已通过验证能实现24进制计数功能。VCC5.0V图2-424进制计数器设计电路五工二吨由口YLE>CLE(I)设计思路及原理:74LS160是一种同步8421BCD码十进制计数器,具有异步清零、同步预置、计数和保持的功能。其中利用同步预置这一点,我设计出了如图2-4的电路。电路中,U1、U2的时钟脉冲信号均由信号源CP直接提供,而U2的计数控制端ENRENT则与U1的进位端RCOF目连。当U1有进位时,U2控制端才被驱动,U2计数一次。这是并行进位方式。此外,电路中U1是计个位,U2是计十位,当从0计数到23(即U2:0010,U1:0011)时,通过与非门74LS12D,LD
14、9;同步预置端被激活,下一个CP信号脉冲时,U2U1均又预置已设定好的00000000,如此循环,实现24进制计数功能。(II)结果显示与验证:将U2的QDQ4DU1的QDQA>别接入一个数码管(注意对应管脚),即可显示其表示的数,如图2-4中数码管显示的23。仿真开始后,观察到数码管从00开始,01、02-22、23、00、01一直循环下去。所以,该电路实现了从023的计数,也即实现了24进制的计数功能。三、选做内容1、实验目的(1)深入掌握组合逻辑电路的分析与设计方法。(2)熟悉数字逻辑功能的显示方法以及单刀双掷开关的应用。(3)熟悉逻辑分析仪的使用方法。2、实验内容与步骤(1)用7
15、4LS83将余3码转换成8421码。74LS83是四位加法器,用它设计一个代码转换电路,将余3码转换成8421码,并用数码管显示转换结果。(2)用八选一数据选择器74LS151设计一个组合逻辑电路。电路有三个输入变量AB、C和一个控制变量M当控制信号M=0时,电路实现“意见一致”的功能,即A、BC状态一致时输出为“1”,否则为“0”;当控制信号M=1时,电路实现“多路表决”的功能,即输出与AB、C中多数状态一致。3、实验结果与分析(1)用74LS83将余3码转换成8421码。经分析,自行设计电路如图3-1所示,通过数码管显示,并已得到验证。图3-1余3码转换8421码电路(I)设计思路及原理:
16、从实验一(2)中,我们了解到74LS83是一个四位的全加器,利用它可以设计代码转换电路,而通过分析后,发现实验一(2)正是将余3码转换成8421码的电路。(II)结果显示与验证:将全加器的输出端与数码管相连可以得到代码转换后的译码。其测试结果与表1-1一致。(2)用八选一数据选择器74LS151设计一个组合逻辑电路经分析,自行设计电路如图3-2所示,控制MG日A不同按键,通过逻辑分析仪XLA1查看波形并能验证其满足了要求。图3-2数据选择器实现组合逻辑电路电路图(I)设计思路及原理:74LS151是八选一的数选才i器,控制端AB、C不同的输入能得到D0D7不同的输出。本实验中,逻辑变量有4个,
17、分别为MABC,数据选择器的选择控制端只有3个A、RCo在这里,我把逻辑变量C分离,而将MAB加到选择控制端,这样,按照要求,电路实现的逻辑函数表达式可以表示为:F=MA'B'(C)+M'AB(0)+M'AB'(0)+MAB(C)+MAB'(0)+MA'B(C)+MAB(C)+MAB(1)由此,便可以设计出如图3-2所示的电路图。(II)结果显示与验证:将MAB、C以及Y的波形接入到逻辑分析仪XLA1上,便可显示在不同情况下各自响应的波形。一一分析后,可以验证该电路已满足实验要求。下面,截取两种情况的波形图(由上至下依次为MAB、C以及Y
18、的波形)以作示例。(i)M=QA=1,B=0,C=0:注意到此时Y=0,与理论结果一致。图3-3组合逻辑电路波形图例一图3-3组合逻辑电路波形图例二(ii)M=1A=0,B=1,C=1:注意到此时Y=1,与理论结果一致。四、实验问题及解决方法1、实验一(1)四舍五入电路电路设计中,遇到问题如下:逻辑分析仪与逻辑转换器搞混。解决方法:多次实验后,找到其中的错误在于原实验材料中“逻辑分析仪”出错,实际上该实验用的是逻辑转换器。点击图4-1的图标一直出错,跳出图4-2的窗口。解决方法:冷静分析后,明白了该实验是由真值表得到逻辑表达式和电路图,而图4-1表示将逻辑电路转换成真值表。图4-2图4-12、
19、3、4、实验一(3)设计全加、全减逻辑电路中,遇到问题如下:字信号发生器XWG体会用,出不来结果。解决方法:通过查询资料和多次实验,明白了字信号发生器有32个输出端,从高位到低位从0开始不断计数和进位,类似于计数器的工作原理,只不过它是更大进制的计数器。一开始,我将控制端A、B、C端和XWG的16、15、14管脚相连了,这样的话需要等到特别长的时间它们才能通过进位得到“1”高电平,所以在实验中我无法得出结果。经改正后,得到了实验结果。实验二(2)集成74LS290计数器的功能测试中,遇到问题如下:5421码十进制计数器测试结果误以为错。解决方法:通过查看书和资料,最终理解了该电路在5421码计数器情况下的原理,其计数不再像8421码那样从QDQCQBQA1度,而应是QAQDQCQB角度。实验二(3)设计24进制计数器实验中,遇到问题如下;数码管从显示0变化到23后,没有跳回0,而是从20开始再在2023
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 书类合同范例
- 中介商业租房合同范例
- 充电服务合同范例
- 分包委托合同范例
- 主体砖砌体合同范例
- 人员劳动合同范例
- 会务服务合同范例合同网
- 劳动合同范例电影
- 健康食堂创建合同范例
- 2022年南京医科大学自考英语(二)练习题(附答案解析)
- 网络舆情监测与研判全书电子教案正本书课件全套ppt最全教学教程电子讲义
- 培训(第二课)-手表店顾客接待流程及技巧、各类报表制
- 山东省各地电厂联系方式
- 第16课 动物面具
- 纳兰容若纳兰性德及其词赏析
- 耐压测试仪点检记录表
- 幼儿园绘本故事:《花婆婆》
- msp430g2553测频率以及测峰值
- 大体积混凝土测温检测报告(共14页)
- 绿色建筑设计与案例分析(特制荟萃)
- 物理学科校本课程的实施策略
评论
0/150
提交评论