数字电子技术EWB仿真实验课件

實驗一邏輯代數基本概念基礎

EWB仿真實驗

一、實驗目的

1）熟悉邏輯函數的3種基本表示法及相互轉換。2）掌握邏輯轉換儀的使用方法。二、實驗說明

邏輯函數可以用邏輯函數運算式、真值表和邏輯電路圖等多種方法表示，在實際工作中視需求情況可具體選用或相互轉換。三、實驗步驟1）由邏輯函數運算式求真值表

已知邏輯函數運算式F＝求其對應的真值表。從EWB元器件庫欄儀器庫中把邏輯轉換儀拖出，雙擊邏輯轉換儀圖示，在顯示的面板圖底部最後一行的空白位置中輸入需轉換的邏輯函數運算式，注意，在邏輯函數運算式中邏輯變數右上方的“‘”表示邏輯“非”。

電路圖→真值表真值表→運算式真值表→最簡運算式運算式→真值表運算式→電路圖運算式→與非門

按下邏輯轉換儀錶板上“由運算式轉換到真值表”的按鈕，即可得到與邏輯函數運算式對應的真值表。邏輯函數運算式和對應的真值表

2）由邏輯函數運算式求邏輯圖。已知邏輯函數運算式F＝求其對應的真值表。

在邏輯轉換儀錶板上輸入邏輯函數運算式，按下“由運算式轉換到電路圖”的按鈕，即可得到與邏輯函數運算式對應的電路圖。

邏輯轉換儀化簡邏輯函數的步驟是先將邏輯函數運算式轉換成對應的真值表，然後再由其真值表轉換成化簡後的最簡邏輯函數運算式。已知邏輯函數運算式F＝求其最簡邏輯函數運算式。拖出邏輯轉換儀，雙擊邏輯轉換儀圖示，在彈出的邏輯轉換儀面板上輸入需化簡的邏輯函數運算式，先將邏輯函數運算式通過邏輯轉換儀轉換成對應的真值表，再按下邏輯轉換儀面板上的“由真值表轉換到最簡運算式”的按鈕，在邏輯轉換儀面板底部最後一行的邏輯函數運算式的欄目中即可得到化簡的最簡邏輯函數運算式。

3）邏輯函數化簡邏輯函數運算式轉換到真值表真值表轉換到最簡邏輯函數運算式

最下方欄目中的運算式為最簡邏輯函數運算式。

在實驗工作區搭建已知的邏輯電路圖，並將該邏輯電路的輸入、輸出端分別連接到邏輯轉換儀的輸入、輸出端鈕上。

4）由邏輯電路圖求真值表和最簡運算式

雙擊邏輯轉換儀圖示，在彈出的邏輯轉換儀錶面上，按下“由電路圖轉換到真值表”的按鈕，即可得到該邏輯電路圖所對應的真值表。

再按下“由真值表轉換到最簡運算式”的按鈕，即可得到所求的最簡邏輯函數運算式。

5）包含無關項邏輯函數的化簡

已知邏輯函數F（A、B、C、D）＝，

0、2、5、9、15，6、7、8、10、12、13求最簡邏輯函數運算式。

在打開的邏輯轉換儀面板頂部選擇4個輸入端（A、B、C、D），此邏輯轉換儀真值表區就會自動出現對應4個輸入邏輯變數的所有組合，而右邊輸出列的初始值全部為零，依據已知的邏輯函數運算式對其賦值（1、0或X），得到所示的真值表。，得到所示的真值表一、實驗目的

認識數字電子技術實驗的儀器、設備及使用方法。逐步熟悉常用的積體電路晶片。瞭解邏輯代數的物理意義。二、實驗儀器及設備

1.數字邏輯實驗臺1臺2.元器件：

74LS08（二輸入端四與門）1片

74LS32（二輸入端四或門）1片

74LS04（六反相器）1片

74LS00（二輸入端四與非門）1片

74LS02（二輸入端四或非門）1片三、實驗內容1．測試74LS08（二輸入端四與門）邏輯功能2．測試74LS32（二輸入端四或門）邏輯功能3．測試74LS04（六反相器）邏輯功能4．測試74LS00（二輸入端四與非門）邏輯功能5．測試74LS02（四輸入端二與非門）邏輯功能集成塊實物圖1．測試74LS08的邏輯功能

將74LS08晶片正確插入麵包板，並注意識別第1腳位置（集成塊正面放置且缺口向左，則左下角為第1腳）。按表一要求輸入高、低電平信號，測出相應的輸出邏輯電平。

實物接線圖2．測試74LS32的邏輯功能

將74LS32正確插入麵包板，並注意識別第1腳位置（集成塊正面放置且缺口向左，則左下角為第1腳）。按表一要求輸入高、低電平信號，測出相應的輸出邏輯電平。

3．測試74LS04的邏輯功能

將74LS04正確插入麵包板，並注意識別第1腳位置（集成塊正面放置且缺口向左，則左下角為第1腳）。按表一要求輸入高、低電平信號，測出相應的輸出邏輯電平。4．測試74LS00的邏輯功能

將74LS00晶片正確插入麵包板，並注意識別第1腳位置（集成塊正面放置且缺口向左，則左下角為第1腳）。按表一要求輸入高、低電平信號，測出相應的輸出邏輯電平。5．測試74LS02的邏輯功能

將74LS02晶片正確插入麵包板，並注意識別第1腳位置（集成塊正面放置且缺口向左，則左下角為第1腳）。按表一要求輸入高、低電平信號，測出相應的輸出邏輯電平。

6．測試74LS86的邏輯功能

將74LS86晶片正確插入麵包板，並注意識別第1腳位置（集成塊正面放置且缺口向左，則左下角為第1腳）。按表一要求輸入高、低電平信號，測出相應的輸出邏輯電平。四、實驗記錄一、實驗目的

1）熟悉組合邏輯電路的分析方法。2）瞭解組合邏輯電路設計的一般方法和步驟。3）瞭解常用的組合邏輯積體電路的檢測方法。二、實驗說明

組合邏輯電路的分析，是由已知的邏輯電路求出其對應的邏輯函數運算式、真值表，進而說明其邏輯功能的過程。組合邏輯電路的設計是根據具體的邏輯功能的要求，用邏輯函數加以描述。再用最簡單的邏輯電路將其實現的過程。常用的組合邏輯積體電路有全加器、數值比較器、編碼器、解碼器、數據選擇器和數據分配器等。三、實驗步驟1）組合邏輯電路分析

在實驗工作區搭建實驗電路，將邏輯電路的輸入端接入邏輯轉換儀的輸入端，將邏輯電路的輸出端接至邏輯轉換儀的輸出端。

按下邏輯轉換儀錶板上“由電路圖轉換到真值表”的按鈕，即可得到與邏輯函數運算式對應的真值表。。

再按下“由真值表轉換到最簡邏輯函數運算式”的按鈕，在邏輯轉換儀底部的邏輯函數運算式欄內即可得到最簡邏輯函數運算式F＝

分析真值表可知，當輸入變數A、B、C不完全相同時，F＝1；而當A、B、C完全相同時F

＝0。所以，這個邏輯電路的功能是判斷輸入信號是否一致。

。

在實驗工作區搭建以下實驗電路

依上述步驟進行仿真實驗，將所得真值表填入表中，並由真值表和邏輯函數運算式分析該邏輯電路的邏輯功能。ABCF邏輯功能

邏輯函數運算式：F

＝________________________________

2）組合邏輯電路設計

有紅、綠、黃3個信號燈，正常工作時必須有且只能有1個信號燈亮，如果不滿足這個條件，就要發出報警信號，設計該報警電路。第一步，邏輯賦值。設紅燈信號為邏輯變數A、綠燈信號為邏輯變數B、黃燈信號為邏輯變數C，信號燈亮為1，不亮為0；F為報警信號，F＝0時系統工作正常，F＝1時系統出現故障報警。第二步，列真值表。打開儀器庫，拖出邏輯轉換儀，雙擊圖示，打開面板，在面板頂部選中A、B、C3個輸入信號，將真值表區出現的輸入信號的所有組合右邊列出的對應的輸出初始值，依設計要求賦值（1、0或X）。所得真值表如圖所示

第三步，根據真值表求出邏輯函數運算式並化簡。按下邏輯轉換儀面板上的“由真值表轉換到最簡邏輯函數運算式”的按鈕，相應的化簡的邏輯函數運算式就會出現在邏輯轉換儀底部最後一行的邏輯函數運算式欄內。

第四步，由邏輯函數運算式求出邏輯電路圖。按下邏輯轉換儀面板上的“由運算式轉換到邏輯電路圖”的按鈕，就會得到所要設計的邏輯電路圖。

設計一個3人表決電路，要求3人中有2人或2人以上同意時，發出成功信號，否則發出失敗信號。

，

依上述步驟進行仿真設計，並把所得真值表、運算式、電路圖畫出。3）觀察組合邏輯電路中的冒險現象

在實驗工作區搭建組合邏輯電路。其中，A、B為信號輸入端，接高電平；C為時鐘脈衝信號，F為輸出信號。用示波器觀察到的有競爭冒險現象的輸出信號波形。一、實驗目的1.學會組合邏輯電路的實驗分析及其設計方法。2.掌握組合邏輯電路的調試方法。二、實驗儀器及設備1.數字邏輯實驗臺1臺2.數字萬用表1塊3.元器件：74LS0074LS20

各4片，

74LS15174LS138各1片，邏輯開關1個導線若干三、實驗內容1.分析實際問題，根據給定的邏輯要求及邏輯問題列出真值表。2.根據真值表寫出組合電路的邏輯函數運算式並化簡。3.根據集成晶片的類型變換邏輯函數運算式並畫出邏輯電路圖。4.檢查設計的組合邏輯電路是否存在競爭冒險，若有則設法消除。1.用與非門設計邏輯電路

用與非門設計一個監視交通燈工作狀態的邏輯電路。每組燈信號由紅、黃、綠三種燈組成，用R、Y、G分別表示紅、黃、綠三個燈的工作狀態，並規定燈亮時為“1”，不亮時為“0”。正常工作情況下，任何時間必有1種燈亮，且只允許有1種燈亮，否則為故障。出現故障應自動報警,用L表示故障信號,正常工作時L為“0”,發生故障時L為“1”。真值表（參考）電路原理圖（參考）實物聯接圖（參考）

2、用數據選擇器設計邏輯電路

設計一個4位數碼的奇偶校驗電路。奇校驗電路的功能是判奇，即輸入信號中1的個數為奇數時電路輸出為“1”，反之輸出為“0”。偶校驗電路的功能是判偶，即輸入信號中1的個數為數偶時電路輸出為“1”，反之輸出為“0”。。真值表（參考）電路原理圖（參考）實物聯接圖（參考）設計一個四人用表決電路，其中A有兩票權重，B、C、D三人都是一票權重，要求當多數票同意時電路發出通過信號。1.設計要求2.實訓器材三3輸入與非門74LS10、四2輸入與門74LS08、四2輸入與非門74LS00、數字電路綜合實驗臺。3.實訓步驟（1）根據要求選擇相應的器件（2）根據設計要求運用EWB仿真軟體設計好原理圖並模擬仿真（3）根據自己所繪製的原理圖在實驗臺上聯接實物並觀察結果（4）根據自己的實驗結果，書寫實驗報告4.設計原理（參考）（1）A、B、C、D各用一個開關表示，每個開關代表一個表決按鈕，高電平代表同意，反之不同意。（2）輸出Y表示通過與否，其中通過則邏輯燈亮，反之燈滅。（3）按設計要求，表決器的真值表如下表所示

一、實驗目的

1）熟悉時序邏輯電路的一般分析方法。2）瞭解常用的時序邏輯積體電路的檢測方法。3）瞭解時序邏輯電路設計的一般方法和步驟。二、實驗說明

時序邏輯電路通常包含有組合邏輯電路和存儲電路（如觸發器）兩部分；時序邏輯電路中存儲電路部分的輸出狀態必須回饋到組合邏輯電路部分的輸入端，與輸入信號一起共同決定組合邏輯電路部分的輸出。時序邏輯電路時序邏輯電路的分析目的就是明瞭時序邏輯電路的邏輯功能。

時序邏輯電路的設計是時序邏輯電路分析的逆過程，是根據一定的設計要求，選擇適當的邏輯器件設計出符合給定要求的邏輯電路的過程。常用的時序邏輯積體電路有寄存器、計數器和順序脈衝發生器等。三、實驗步驟1）時序邏輯電路分析

在實驗工作區搭建實驗電路。其中，U1、U2、U3為下降沿觸發，低電平置位（複位）的JK觸發器，U5為共陰極的七段解碼顯示器。

打開電源開關，進行仿真實驗。首先按空格鍵，使鍵控切換開關切換到低電平，使複位端R端接入低電平清零，然後將其切換到高電平，使電路進入計數工作狀態。雙擊邏輯分析儀圖示，打開邏輯分析儀面板，選擇合適的“Clocksperdivision”參數，使計數器工作波形便於觀測。。

觀測邏輯探測指示燈泡的顯示狀態，七段解碼顯示器顯示的十進位數字和邏輯分析儀顯示的計數器輸入、輸出電壓波形（時序圖）將觀測結果填入表中，並分析實驗電路的邏輯功能。

由分析可知，所示實驗電路是一個下降沿觸發五進制非同步加法計數器。CPQ2Q1Q0解碼顯示顯示數字0

1

2

3

4

5

。

在實驗工作區搭建以下實驗電路

依上述步驟進行仿真實驗，把觀測到的工作波形（時序圖），把觀察到測試結果填入表中，並分析驗證邏輯功能。

CPQ2Q1Q0解碼顯示顯示數字0

1

2

3

4

5

6

7

8

結論：2）測試雙向移位寄存器74194邏輯功能74194是4位雙向通用移位寄存器，其功能如表所示。輸入輸出邏輯功能S1S0QD

QC

QB

QA

0XX0

0

0

0清零100QDn+1＝QDn，QCn+1＝QCn…保持當前狀態101QAn+1＝SR，QBn+1=QAn…右移串行輸入110QDn+1＝SL，QCn+1＝QDn…左移串行輸入111QD=D、QC＝C、QB＝B、QA＝A並行輸入

從數字器件庫中選出74194，按圖4.所示在實驗電路工作區搭建實驗電路。打開仿真開關，進行仿真實驗。

雙擊數字信號發生器圖示，打開數字信號發生器面板，設置對應串行輸入信號SR和SL代碼的4位十六進制數碼；設置輸出數據的起始地址（Inital）和終止地址（Final）；設置迴圈（Cycle）和單幀（Burse）輸出速率的輸出頻率（Frequency）；選擇迴圈（Cycle）輸出方式，如圖所示。按下“Ctrl”鍵，同時分別按[1]或[0]鍵，設置S1S0參數、決定雙向移位寄存器的工作方式。

當S1S0＝11時，觀察輸入端A、B、C和輸出端QA、QB、QC、QD的狀態，並把觀察結果記入表中。當S1S0＝01時，觀察輸入信號代碼的右移串行輸出，觀察結果記入表中。當S1S0＝10時，觀察輸入信號代碼的左移串行輸出,觀察結果記入表中。當S1S0＝00時，觀察輸入、輸出狀態的變化，觀察結果記入表中。

，數字信號發生器控制面板雙向移位寄存器74194邏輯功能測試表S1S0DCBASRSLQDQCQBQA邏輯功能0XX1101清零1001101保持當前狀態1011101右移串行輸入1101101左移串行輸入1111101並行輸入一、實驗目的

1.掌握JK觸發器、D觸發器和T觸發器的邏輯功能。

2.熟悉各類觸發器之間邏輯功能的相互轉換方法。

3.瞭解不同功能觸發器之間的相互轉換。二、實驗儀器及設備

1.數字邏輯實驗臺1臺2.元器件：74LS001片74LS1124片74LS741片導線若干三、實驗原理74LS112是一種下降沿觸發的邊沿雙JK觸發器，包括有兩個獨立的JK觸發器，每個觸發器具有各自獨立的清零、置位、時鐘輸入端。清零端R、置位端S為低電平有效，而且具有優先的功能。當R為低電平，S為高電平，輸入端J、K為何值，觸發器均為0。當R為高電平，S為低電平，輸入端J、K為何值，觸發器均為1。R、S都為高電平時，J、K輸入端決定輸出。所以R、S常用來預清零端R、置位端S為低電平有效，而且具有優先的功能。當R為低電平，S為高電平，輸入端J、K為何值，觸發器均為0。當R為高電平，S為低電平，輸入端J、K為何值，觸發器均為1。R、S都為高電平時，J、K輸入端決定輸出。所以R、S常用來預置初始狀態。四、實驗內容1.基本RS觸發器邏輯功能的測試。2.JK觸發器邏輯功能的測試。3.D觸發器邏輯功能的測試。4.觸發器的功能轉換。5.用JK觸發器和相應的門電路組成競賽搶答電路。1、基本RS觸發器邏輯功能的測試。

利用數字邏輯實驗箱測試由與非門組成的基本RS觸發器（如圖1）的邏輯功能。2、集成雙觸發器74LS112

邏輯功能測試

根據JK觸發器的引腳排列及其輸入端的狀態組合。所測功能表如下所示：3、集成D觸發器邏輯功能測試

根據D觸發器的引腳排列及其輸入端的狀態組合。所測功能表如下所示：4、觸發器的功能轉換

1)將JK觸發器轉換成觸發器，並測試其功能。2)D將觸發器轉換成觸發器5、競賽搶答電路一、實驗目的

1.掌握施密特觸發器、單穩態觸發器及多諧振蕩器的工作特性及測試方法。

2.熟悉用555時基電路構成上述電路的方法及其他典型應用。

3瞭解定時元件R、C與脈衝週期、脈衝寬度等的關係。

二、實驗儀器及設備1.數字邏輯實驗臺2.數字萬用表3.示波器4.元器件：NE555×2；電阻：10kΩ、100kΩ×1，5.1kΩ×3

電位器：100kΩ×1；電容器：0.01μF×3，0.1μF、

10μF、100μF×1；導線若干三、實驗內容

１.用門電路組成的多諧振蕩器功能測試。

2.施密特觸發器組成的多諧振蕩器功能測試。

3.用555定時器構成單穩態觸發器；

4.用555定時器構成多諧振蕩器；

5.用555定時器構成施密特觸發器；

6.模擬聲響電路。

１.用門電路組成的多諧振蕩器功能測試

按圖連線,輸出接示波器。觀察輸出波形，改變R、C的數值，觀察波形變化情況。說明R、C的數值與輸出波形的關係。

2.施密特觸發器組成的多諧振蕩器功能測試

將施密特觸發器按圖連線,輸出接示波器。用示波器觀察U1和Uo輸出波形，改變R的數值，觀察波形變化情況。並繪出波形圖。說明R的數值與輸出波形的關系。

１、用555定時器構成

單穩態觸發器

按圖1連接電路，取R=100k,C=470μF,輸出接LED指示器，用數字實驗箱上的單次脈衝源，用示波器觀察波形。

555定時器實物

實驗現場接線圖

顯示波形2、用555定時器構成多諧振蕩器

按圖連接電路，用雙蹤示波器觀察波形。3、用555定時器構成

施密特觸發器

按圖接線，輸入正弦波1KHZ，逐漸加大的幅度，觀測輸出波形，測繪電壓傳輸特性。一、實驗目的

1）熟悉D/A轉換與A/D轉換的基本概念及其轉換關係。2）瞭解D/A轉換與A/D轉換集成器件的使用方法及功能。二、實驗說明

D/A轉換電路是將輸入的數字量轉換成模擬量的一種電路組成，其輸出的模擬電壓Uo或模擬電流Io與輸入的數字量成比例，成比例關係式。目前常見的D/A轉換器中，有權電阻網路D/A轉換器，倒T形電阻網路D/A轉換器、權電流型D/A轉換器、權電容網路D/A轉換器和開關樹型D/A轉換器等多種類型。

R－2R倒T形D/A轉換器是集成D/A轉換器電路中應用最為廣泛的一種。常用的集成D/A轉換器一般都是由倒T形電阻網路、模擬開關和數據寄存器組成。

A/D轉換電路是把連續變化的模擬信號轉換成相應的數字信號的一種電路組成。A/D轉換電路通常由取樣、保持、量化和編碼四個部分組成。常用的A/D轉換器有並聯比較型A/D轉換器、逐次比較型A/D轉換器和雙積分型A/D轉換器等多種類型。三、實驗步驟1）4位R－2R倒T形D/A轉換器

在實驗工作區搭建實驗電路。對應三組4位二進位數，1111、1110、1101，分別設置模擬開關Si的狀態，進行仿真實驗。

把所測數據記入表中，分析、驗證R－2R倒T形D/A轉換器的工作原理。

輸入信號工作狀態輸出電壓U0（V）D3D2D1D0I3I2I1I0I∑111111101101Kv＝

在實驗電路工作區搭建實驗電路。取VREF＝12V，輸入的二進位數字量為11011011。打開仿真開關，進行仿真實驗，觀測測試數據，分析、驗證集成DAC元件的轉換功能。

2）集成數模轉換器（DAC）

打開混合集成器件庫，取出電壓輸出型DAC元件。

集成數模轉換器（DAC）實驗電路

在實驗工作區用一個十進位加法計數器74160和一個電壓輸出型D/A轉換器構成一個D/A轉換功能測試電路打開仿真開關，進行仿真實驗。當時鐘頻率為2Hz時，DAC輸出電壓波形如圖所示

當時鐘頻率為20Hz時，DAC輸出電壓波形如圖所示

對照DAC輸出的階梯形電壓波形，分析、驗證DAC的數模轉換功能。

3）3位並聯比較型A/D轉換器

由分壓電阻、集成運放電壓比較器8線－3線優先編碼器、門電路和解碼顯示電路構成的3位並聯比較型A/D轉換器如圖所示。電壓比較器輸出與編碼器輸出對應關係表輸入模擬信號電壓比較器輸出狀態編碼器數字量輸出十進位數顯示Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1A2A1A00000000000000000010011000001101020000111011300011111004001111110150111111110611111111117

從數字器件庫中選出74194，按圖4.所示在實驗電路工作區搭建實驗電路。打開仿真開關，進行仿真實驗。

選中8線－3線優先編碼器74148，單擊“幫助（？）”按鈕，彈出的74148邏輯功能真值表如圖所示。

打開仿真開關，進行仿真實驗。注意觀測在GS＝0，電路取樣編碼工作期間，隨著輸入模擬量Ui的增減變化，輸出數字量對應的增減變化。分析、驗證3位並聯比較型A/D轉換器功能。

，4）集成模數轉換器（ADC）