数电仿真实验报告

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试验报告

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试验一组合规律电路设计与分析

一、试验目的

1．把握组合规律电路的特点；

2．利用规律转换仪对组合规律电路举行分析与设计。

二、试验原理

组合规律电路是一种重要的、也是基本的数字规律电路，其特点是：随意时刻电路的输出仅取决于同一时刻输入信号的取值组合。

对于给定的规律电路图，我们可以先由此推导出规律表达式，化简后，由所得最简表达式列出真值表，在此基础上分析确定电路的功能，这也即是规律电路的分析过程。

对于组合规律电路的设计，普通遵循下面原则，由所给题目抽象出便于分析设计的问题，通过这些问题，分析推导出真值表，由此归纳出其规律表达式，再对其化简变换，终于得到所需规律图，完成了组合规律电路的设计过程。

规律转换仪是在Multisim软件中常用的数字规律电路设计和分析的仪器，使用便利、简洁。

三、试验电路及步骤

1．利用规律转换仪对已知规律电路举行分析。

（1）按图1-1衔接电路。

图1-1待分析的规律电路

（2）通过规律转换仪，得到下图1-2所示结果。

由图可看到，所得表达式为：输出为Y，

D'+ABCDCD'+ABC'

AB'

+

DC'

BCD'+AB'

A'

+

D

BC'

A'+

CD

B'

D'+A'

C'

B'

A'

Y

图1-5经分析得到的真值表和表达式

（3）分析电路。观看真值表，我们发觉：当输入变量A、B、C、D中1的个数为奇数时，输出为0；当其为偶数时，输出为1。因此，我们说，这是一个四输入的奇偶校验电路。

2．按照要求，利用规律转换仪举行规律电路的设计。

问题提出：有一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外线三种类型不同的火灾推想器。为了防止误报警，惟独当其中有两种或两种以上的探测器发出火灾探测信号时，报警系统才会产生报警控制信号，试设计报警控制信号的电路。

详细步骤如下：

（1）分析问题：探测器发出的火灾探测信号有两种状况，一是有火灾报警（可用“1”表示），一是没有火灾报警（可用“0”来表示），当有两种或两种以上报警器发出报警时，我们定义此时确有警报状况（用“1”表示），其余以“0”表示。由此，借助于规律转换仪面板，我们绘出如图1-3所示真值表。

图1-3经分析得到的真值表

（2）单击按钮，即由真值表导得简化表达式，如图1-4。

图1-4经分析得到的表达式AC+AB+BC

（3）在上述步骤的基础上，再单击按钮，即由轮回表达式得到了规律电路，如图1-5。

图1-5生成的报警控制信号电路

（4）此时，有了规律电路图，我们还可再返回分析，自然是符合要求的。

四、思量题

1．设计一个4人表决器。即假如3人或3人以上同意，则通过；反之，则被拒绝。用与非门实现。

答：按照分析得到真值表如图1-6，并得到表达式。

图1-6经分析得到的真值表和表达式生成的信号电路为下图1-7.

图1-7生成的4人表决器电路2．利用规律转换仪对图1-8所示规律电路举行分析。

图1-8待分析的规律电路

得到电路如图1-9

图1-9

得到真值表和表达式如图1-10

图1-10经分析得到的真值表和表达式

五、试验体味

通过这次实验，我对Multisim软件有了初步的了解，体味到了了该软件的便利性，并且更进一步的熟悉到了组合规律电路的特点。

试验二编码器、译码器电路仿真切验

一、试验目的

1．把握编码器、译码器的工作原理。2．把握编码器、译码器的常见应用。

二、试验原理

所谓编码，是指在选定的一系列二进制数码中，给予每个二进制数码以某一固定含意，来表示一个数，或是一条指令等信息。例如，用二进制数表示十进制数叫作二——十进制编码。详细有8421BCD码、5421BCD码、余3码等码制。

能完成编码功能的电路统称为编码器。74LS148是常用的8线—3线优先编码器，如下图所示。在8个输入线上可以同时浮现几个有效输入信号，但因为优先编码机制，只对其中一个信号举行编码。其中D7的优先级最高，D0的最低，其余依次变化。~EI为选通输入端，低电平有效，惟独在其为低电平常，编码器才正常工作，当其为高电平常，全部的输入、输出均被封锁。EO为选通输出端，GS为优先标志端。74LS148输入、输出均是低电平有效。译码即是编码的逆过程，即将输入的每个二进制代码给予的含意“翻译”过来，给出相应的输出信号。能够完成译码功能的电路叫做译码器。74LS138是一种3线—8线译码器，如下图所示。该译码器输入高电平有效，输出低电平有效。

U1

74LS148D

A0

9

A17A26GS

14

D313D41D52D212D111D0

10

D74D63

EI5EO15

U2

74LS138D

Y0

15

Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A

1

B2

C3G1

6

~G2A4~G2B5

图2-1编码器74LS148D和译码器74LS138D

三、试验电路及步骤

1．8--3线优先编码器详细电路如图2-2所示（1）按图2-2所示电路连好线路。

利用9个单刀双掷开关（J0——J8）切换8位信号输入端和选通输入端（~E1）输入的凹凸电平状态。利用5个探测器（x1——x5）观看3位信号输出端、选通输出端、优先标志端输出信号的凹凸电平状态（探测器亮表示输出高电平“1”，灭表示输出低电平“0”）。

图2-28-3线有限编码器仿真电路

（2）切换9个单刀（J1-J8）举行仿真切验，将结果填入表2-1中。其中：输入端中的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平，“╳”表示接高、低电平均可。输出端中的“1”表示探测器灯亮，“0”表示探测器灯灭。该编码器输入、输出均是低电平有效。

2．3—8线译码器试验步骤

（1）按图2-3所示电路举行接线。

利用3个单刀双掷开关（J1——J3）切换二路输入端输入的凹凸电平状态。利用8个探

测器（x0——x7）观看8路输出端以信号的凹凸电平状态（探测器亮表示输出高电平“1”，灭表示输出低电平“0”）。使能端G1接高电平，G2A接低电平，G2B接低电平

图2-33—08线译码器仿真电路

（2）切换3个单刀双掷开关（A0—A2）举行仿真切验，得到表2-2所示结果。其中：输入端中的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平，“╳”表示接高、低电平均可。输出端中的“1”表示探测器灯亮，“0”表示探测器灯灭。该译码器输入为高电平有效、输出为低电平有效。

四、试验体味

通过此次实验，我对编码器和译码器的工作原理和应用有了更进一步的了解和把握。同时对Multisim软件的使用越发娴熟了。

试验三竞争冒险电路仿真切验试验

一、试验目的

1．把握组合规律电路产生竞争冒险的缘由；2．学会推断竞争冒险是否可能存在的办法；3．了解常用消退竞争冒险的办法。

二、试验原理

当一个规律门的两个输入端的信号同时向相反的方向变化，而变化的时光有差异的现象，称为竞争。在组合规律电路中，门电路存在有传输延时时光和信号状态变化的速度不全都等缘由，因而导致信号的变化浮现快慢的差异。由竞争而可能产生输出干扰脉冲的现象，称为冒险。所以，有竞争不一定有冒险，但有冒险就一定有竞争。利用卡诺图可以推断组合规律电路是否可能存在竞争冒险现象。先作出对应规律电路的卡诺图，若卡诺图中填“1”的小格子所形成的卡诺图中有两个相邻的圈相切，则该电路存在竞争冒险的可能性。明显，由竞争进而导致冒险的浮现是我们所不希翼看到的，由于冒险会产生输出的错误动作，所以，必需杜绝竞争冒险现象的产生。常用的消退竞争冒险的办法有下面四种：加取样脉冲；修改规律设计，增强冗余项；在输出端接滤波电容；加封锁脉冲等。

三、试验电路及步骤

1．0型冒险电路仿真

（1）按图3-1所示衔接电路。

VDD

5VGND

图3-10型冒险电路

（2）记录仿真结果如下图3-2所示。

图3-2图3-1的输入输出波形

（3）从示波器上的输出波形，我们可以看到，在输入脉冲源的每一个下降沿处，输出都有一个尖脉冲。现分析其缘由，该电路的规律功能为Y=A+A’=1，这也是从规律功能上来推断。但是，实际中的A’是输入通过一个非门后实现的，而每一个实际的规律门在传输时都会存在一定的延时，所以，当A由“1”变为“0”时，A’因为变化滞后而仍保持一小段时光的“0”，这样在这一小段时光里，输出浮现了一个不应该浮现的“0”（即低电平、负窄脉冲），这也即是我们所说的“0”型冒险。

（4）消退办法。

从理论上分析，此电路输出应恒为“1”，故而可用增强冗余项的办法来改进电路，即Y=A+A’+1。应当来说，本试验电路只是为了说明问题用的，实际中的电路往往比这要复杂一些，其冗余项可用其它变量平组合，而不是像本办法一样直接添“1”。

2．1型冒险电路仿真切验

（1）按图3-3所示衔接电路。

GND

VDD

5V

图3-31型冒险电路

（2）举行试验仿真，并记录结果如图3-4所示。

图3-4图3-3电路的输入输出波形图

（3）从图3-4中示波器上的输出波形，我们可以看到，在输入脉冲源的每一个升高沿处，输出都有一个尖脉冲。现分析其缘由如下，该电路的规律功能可表示为Y=A·A’=0，这也只是从规律功能上来推断。但是，实际中的A’是输入通过一个非门后实现的，而每一个实际的规律门在传输时都会存在一定的延时，所以，当A由“0”变为“1”时，A’因为变化滞后而仍保持一小段时光的“1”，这样在这一小段时光里，输出浮现了一个不应该浮现的“1”（即高电平、正窄脉冲），此亦常说的“1”型冒险。

（4）消退办法。

和试验1中办法相像，由于从理论上分析，该电路的输出应该恒为“0”，故而可增强一相与相，以改进电路，即Y=A·A’·0。应当来说，这个电路也只是为了说明“1”型冒险而设计的，实际中不会惟独一个变量，因而相与项可用其余的变量来组合完成，同样不会让一个输出结果和“0”相与。

3．多输入信号同时变化时产生的冒险电路仿真切验（1）按下图3-5所示衔接电路。

图3-5多输入信号同时变化时的冒险电路

（2）由上图可知，Y=AB+A’C=A’B’C+A’BC+ABC’+ABC，由此作其卡诺图如下图3-6所示。由卡诺图上两个圈可以看出，二者是相切的。所以，该电路存在竞争冒险的的可能性。运行仿真，得到如图3-7所示的输入、输出波形。（3）该规律电路的输出规律表达式为Y=AB+A’C，明显，当B=C=1时，输出即变为了Y=A+A’，这正是我们前面研究的“0”型冒险电路，这是从理论上分析的。试验的结果也说明白这个问题：在输入脉冲的每一个下降沿处，输出均有一个负的窄脉冲，这也正与分试验1中所得的输出结果是全都的。

图3-7图3-5所示电路的输处波形

（4）消退冒险的办法。

为了消退竞争冒险现象，可采纳修改规律设计，增强冗余项BC的办法，使原规律表达式Y=AB+A’C变为Y=AB+A’C+BC。修改后的表达式并不转变原表达式的规律功能。

（5）采纳修改后的规律电路图如图3-8所示。

图3-8多输入信号同时变化时冒险消退电路

再举行仿真，并记录仿真结果如图3-9所示。由图可以看出，修改后的电路的确消退了冒险竞争现象。

图3-9图3-8电路的输出波形

四、思量题

如图3-10所示电路是否存在竞争冒险现象，若存在则如何消退？

图3-10思量题电路

图3-11思量题仿真结果消退冒险后电路如下

仿真结果为

五、试验心得与体味

通过此次实验，我对组合规律电路产生竞争冒险有了更进一步的了解和把握，即是由竞争而可能产生输出干扰脉冲的现象。但值得注重的是，有竞争现象时不一定都会产生干扰脉冲。在一个复杂的规律系统中，因为信号的传输路径不同，或者各个信号延迟时光的差异、信号变化的互补性以及其他一些因素，很简单产生竞争冒险现象。

与此同时，我也了解一些常用消退竞争冒险的办法。例如：发觉并消去互补相乘项、增强乘积项以避开互补项增强、输出端并联电容器等。

试验四触发器电路仿真切验

一、试验目的

1．把握边沿触发器的规律功能。

2．把握不同边沿触发器规律功能之间的互相转换。

二、试验原理

触发器是构成时序规律电路的基本规律单元，具有记忆、存储二进制信息的功能。从功能上看，触发器可分为RS、D、JK、T、T’等几种类型。描述触发器规律功能的方式有真值表、波形图、特征方程、状态图等四种办法，上述几种触发器虽然功能不同，但互相之间可以转换。边沿触发器是指，惟独在时钟脉冲信号CP的升高沿或者是下降沿到来时，接收此刻的输入信号，举行状态转换，而在其它任何时候输入信号的变化都不会影响到电路的状态。

集成触发器芯片上除了相应的输入端之外，每一个触发器都有在个清零端（~CLR）和置数端（~PR），均为低电平有效，当其中之一为有效电平常，毋须脉冲的到来，即可实现置“0”或置“1”的功能，即异步清零、异步置数。

三、试验电路及步骤

1．D触发器仿真电路试验

（1）按图4-1所示衔接电路。

图4-1D触发器仿真电路

（2）举行住址电路试验，利用开关来转变~1PR、1D、~1CLR、1CLK的状态，观看输出端1Q的变化，交结果填入表4-1中。

表4-1边沿D触发器74LS74D真值表（3）分析结果

通过上述真值表，我们可以看到，~CLR和~PR两个端子的工作不受时钟脉冲的牵制，当二者为无效电平常，该触发器才实现正常的D触发器功能，即

D

Q

n=+1

，输出状态始终与

脉冲升高沿到来前的眨眼D的状态保持全都。

通过示波器的观看，也可以证实这一点，~CLR和~PR为无效电平常，次态Q的变化始终在脉冲的升高沿处；而由~CLR和~PR引起的变化却可以浮现在任何时候，不必非在时钟变化之处。

在仿真中我发觉，当~CLR和~PR同时为低电平常，输出信号是与D保持全都的。应当说，这种工作状态并不是我们所希翼的。虽然于功能没影响，但是~CLR和~PR同时为有效电平仍是不被允许的。

2．JK触发器仿真电路试验步骤。（1）按图4-2所示衔接电路。

（2）举行仿真切验，利用开关来转变~1PR、1J、1K、~1CLR、1CLK的状态，观看输出端1Q的变化，结果填入表4-2中。

（3）分析结果

通过上述真值表，我们可以看到，~CLR和~PR两个端子的工作不受时钟脉冲的牵制，当

二者为无效电平常，该触发器才实现正常的JK触发器功能，即

n

n

nQ

K

Q

J

Q+

=

+1

，输出

状态始终与脉冲下降沿到来前的眨眼J、K及

n

Q的状态相关。

通过示波器的观看，也可以证实，当JK触发器在正常实现其功能时，次态Q的变化始终在脉冲的下降沿处，而由~CLR和~PR引起的变化却可以浮现在任何时候，不必非在时钟变化之处，二者的控制是异步的。

在仿真中我发觉，当~CLR和~PR同时为低电平常，输出信号为1。应当说，这种工作状态也不是我们所希翼的。虽然影响不会影响到JK触发器的功能，但是~CLR和~PR还是不要同时为有效电平的好。

四、思量题

因为D触发器器便利，JK触发器功能最完美，怎样将JK触发器和D触发器分离转换为T触发器。

答：1.D——T：将输入端和输出端Q通过一个异或门相衔接到D触发器的输入端D即可实现T触发器的功能

2.JK——T：将JK触发器的输入端衔接在一起。

五、试验体味

本次试验介绍了两种典型、常用的触发器——JK触发器、D触发器。在理论课的学习中，我也深有体味，要学好时序电路，对触发器的把握是关键。实际应用的电子电路几乎都包含有时序电路，而组成时序电路的基本单元即是触发器，触发器具有记忆存储功能，试验中，我们看到了，在触发器正常工作状态，惟独没有有效脉冲的到来，其状态是不会转变的。即便有了有效脉冲，其输出状态依旧会受到一些控制端的约束，而我们则可通过转变这些控制端来控制触发器的状态，以为我们所用。当我们将触发器与其它触发器或是组合规律电路联系起来的时候，便可实现具有一定功能的电路了。

通过这两次的试验操作，我对Multsim10.1的了解与认识也更深了，这样也使做试验的效率得到了提高。

试验五计数器电路仿真切验

一、试验目的

1．了解计数器的日常应用和分类。

2．认识集成计数器规律功能和其各自控制端作用。

3．把握计数器的使用办法。

二、试验原理

所谓计数是指，统计输入脉冲个数的过程。能够完成计数工作的电路称作为计数器。计数器的基本功能是统计输入脉冲的个数，实现计数的操作，此外也可用于分频、定时、产生节拍脉冲等。按照计数脉冲引入方式的不同，可将计数器分为同步计数器呼异步计数器；按照计数过程中计数变化趋势，其有加计数器、减计数器、可逆计数器之分；而按照计数器中计数长度的不同，其又有二进制计数器和非二进制计数器之分。

二进制计数器是构成其他各种计数器的基础。根据计数器中计数值的编码方式，用n表示二进制代码，N表示状态位，满足N=2＾n的计数器称作二进制计数器。74LS161是常见的二进制加法同步计数器，74LS191是常见的二进制加/减计数器。对于非二进制计数器，其计数的长度为N，则就称其为N进制计数器。74LS62是常见的十进制加法同步计数器，74LS192是常见的双时钟同步十进制加/减计数器。各计数器的功能见后面详细的试验。

三、试验电路和步骤

1．由74LS161构成的二进制加法同步计数器仿真切验步骤

（1）按图5-1所示衔接电路。

图5-174LS161D构成的二进制加法同步计数器

（2）该电路采纳总线方式举行衔接。

利用J1、J2、J3、J4四个单刀双掷开关举行切换，同时观看数码管U2的输出信号，试验表明，当~LOAD端和~CLR端为高电平常，数码管依次显示0—9—A—F。观看探测器X1，发觉当该计数器记满时，探测器X1亮，表明进位输出端有进位且高电平有效。

（3）规律分析观看仪的结果如图5-2，它的6—9端子依次对应161上的QA—QD四个端子。可以看出，以6端为最低位、9端为最高位的四位二进制数的变化恰是由0000—1111的依次递增。其结果与表给定的功能是相吻合的。

图5-2图5-1所得结果

（4）转变时钟信号V1的幅度，若减小得过多，则数码管和规律分析仪显示将没有结果，由于电平太低而不能产生有效的脉冲；若增大时钟信号V1的频率，数码管上显示的数字的的循环频率加大，规律分析仪若不作调节，其上6—9端子上的波形变化将变慢。

2.74LS191D构成的二进制加/减同步计数器试验步骤

（1）按图5-3衔接电路如下。

图5-374LS161D构成的二进制加法同步计数器

（2）利用三个单刀双掷开关切换，同时观看数码管U1的输出信号，结果与其规律功能是全都的。当计数器计满（U1显示“F”）时，探测器X1灭，表示有进位信号产生，且该信号是低电平有效的；当数码管的显示由“F”计到“0”时，探测器X2亮，表明计数发生最大与最小的变换且高电平有效。

（3）规律分析仪观看的结果如下图5-4所示，应当来说，其变化趋势是与数码管的显示保持全都的。若转变时钟信号的幅度和频率，其引起的变化与上个试验是全都的。

图5-4图5-3所得结果

五、试验体味

通过此次实验，我对计数器有了更进一步的熟悉。了解了计数器的日常应用和分类，并且认识集成计数器规律功能和其各自控制端作用，同时还把握了计数器的使用办法。

试验六随意N进制计数器电路仿真切验

一、试验目的

1．学会分析随意N进制计数器。

2．灵便应用构成随意N进制计数器的三种办法。

二、试验原理

集成芯片的计数器大多都是二进制、十进制的，为构成我们所需要的其它进制的计数器，常用到三种办法：容易衔接法、反馈清零法、反馈置数法。

容易衔接法即是将两个计数器的首尾相连，以构成一个新的计数器，其中新的计数器的模为两个计数器模的乘积。

反馈清零法是指，利用计数器的清零端，当计数计到M个脉冲时，将其输出信号通过另外一部分电路反馈到清零端，从而使计数器回到初始状态，完成了一个循环。值得注重的是，对于同步清零与异步清零在设计上是有差别的。

反馈置数法与反馈清零法道理相像，不同之处即是需将反馈信号引至置数端。

三、试验电路及步骤

1．容易衔接法构成模为100的计数器试验步骤。

（1）按图6-1所示衔接线路。所用芯片为两片74LD162D。

图6-1容易衔接法构成模为100的计数器

（2）观看探测器，可以发觉，当U2计数器计满即U4显示为“9”时，探测器亮，这与试验五中思量题的结论是全都的，表明输出端此时有进位信号且其为高电平有效。

（3