数电仿真实验报告Multism

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实验一 组合逻辑电路设计与分析

1实验目的

（1） 学习掌握组合逻辑电路的特点；

（2） 利用逻辑转换仪对组合逻辑电路进行分析与设计。

2实验内容：

实验电路及步骤：

（1） 利用逻辑转换仪对逻辑电路进行分析：

按下图所示连接电路。

图表 1 待分析的逻辑电路A

经分析得到真值表和表达式：

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逻辑功能说明：

观察真值表，我们发现当四个输入变量A、B、C、D中1的个数为奇数是，输出为0；当四个变量中的个数为偶数时，输出为1.该电路是一个四位输入信号的奇偶校验电路。

（2） 根据要求利用逻辑转换仪进行逻辑电路的设计。

问题提出：有一火灾报警系统，设有烟感、温感、紫外线三种类型不同的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中有两种或两种以上的探测器发出火灾探测信号时，报警系统才产生报警信号，试设计报警控制信号的电路 在逻辑转换仪面板上根据下列分析出真值表如下图所示：由于探测器发出的火灾探测信号也只有两种可能，一种是高端平（1），表示有火灾报警；一种是低电平（0），表示正常无火灾报警。因此，令A、B、C分别表示烟感、温感、紫外线三种探测器输出的信号，为报警控制电路的输入、令F为报警控制电路的输出。

（3） 在逻辑转换仪面板上单击按钮

到下图所示的最简化表达式。

（由真值表导出简化表达式）后得

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（4）在上图的基础上单击图所示的逻辑电路

（由逻辑表达式得到逻辑电路）后得到如下

思考题

（1） 设计一个4人表决电路。如果3人或3人以上同意，则通过；反之，则被否决。用

与非门实现。

记A、B、C、D四个变量表示一个人是否同意，若同意输出1，反之输出0。在逻辑转换仪面板上分析出真值表如下图所示：

化简逻辑表达式后并转化成与非门电路如下图所示

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（2） 利用逻辑转换仪对下图所示电路进行分析。

得出真值表如下

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逻辑功能分析：

当A、B不同时为1时，输出为C非； 当A、B同时为1时，输出为C。

A B端作为控制信号控制输出与C的关系。

实验二 编码器、译码器电路仿真实验

一、实验要求

（1） 掌握编码器、编译器的工作原理。 （2） 常见的编码器、译码器的应用。

二、实验电路：

（1）8-3线有限编码器具体点路如图所示：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（~E）输入的高低电平状态。利用5个探测器（x1—x5）观察3为信号输出端、选通输出端、优先标志端输出信号的高低电平状态（探测器亮表示输出高电平“1”，灭表示输出低电平“0”）。

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5 V

图表 2 8-3线优先编码器仿真电路

（2）3—8线译码器具体电路如下图所示，说明如下：

利用3个单刀双掷开关（J1—J3）切换二路输入端输入的高低电平状态。利用8个探测器（x0—x7）观察8路输出端输以信号的高低电平状态（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。

4.5 V

X7

图表 3 3-8线译码器仿真电路

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三、实验步骤

（1）8-3线优先编码器实验步骤。 按图1所示连接电路。

切换9个单刀双掷开关（J0—J8）进行仿真实验，将结果填入表格中。输入端中的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平，“X”表示接高、低电平都可以。输出端中的“1”表示探测器亮，“0”表示探测器灭。该编码器输入、输出均为低电平有效。

表格 1 8-3线优先编码器真值表（输入、输出端均为低电平有效）

（2）3-8线译码器实验步骤。 按图2所示连接电路。

切换3个单刀双掷开关（J1-J3）进行仿真实验，得到下表所示结果。输入端中的“1”表示接到电平，“0”表示接低电平。输出端中的“1”表示探测器亮，“0”表示探测器灭。该译码器输入高电平有效，输出低电平有效。

表格 2 3-8线译码器真值表（输入高电平有效，输出低电平有效）

四、思考题：

（1）利用两块8-3线优先编码器74LS148D设计16-4线优先编码电路，然后仿真验证16-4线优先编码器的逻辑功能。

按图3连接电路

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5 V

验证功能正确与8-3线优先编码器的逻辑功能相仿。（真值表略）

（2） 利用两块3-8线译码器74LS138D设计4-16线译码电路，然后仿真验证4-16线译码

的逻辑功能。

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验证功能与3-8线译码器相仿。

实验三 竞争冒险电路仿真实验

1实验目的

（1） 掌握组合逻辑电路产生竞争冒险的原因。 （2） 学会竞争冒险是否可能存在的判断方法。 （3） 了解常用消除竞争冒险的方法。

2实验原理

在组合逻辑电路中，由于门电路存在传输延时时间和信号状态变化的速度不一致等原因，使信号的变化出现快慢的差异，这种现象叫竞争，竞争的结果是使输出端可能出现错误的信号，这种现象叫做冒险。所以有竞争不一定有冒险，有冒险一定存在竞争。

利用卡诺图可以判断组合逻辑电路是否可能村组啊竞争冒险现象，具体做法如下：根据逻辑函数的表达式，做出其卡诺图，若卡诺图中填1的格所形成的卡诺图有两个相邻的圈相切，则该电路存在竞争冒险的可能性。

既然电路存在竞争就可能产生冒险造成输出的错误动作，因此，必须杜绝竞争冒险现象

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的产生，常用的消除竞争冒险的方法有以下4种：加取样脉冲，消除竞争冒险，修改逻辑设计，增加冗余项；在输出端接滤波电容；加封锁脉冲等。

3实验电路

（1）0型冒险电路如图1所示，说明如下： 该电路的逻辑功能为F=A+A’=1，也就是说从逻辑功能上看不管信号如何变化，输出应该恒为1.但由于74LS05D非门电路的延迟，引起输出端在一小段时间内出现了不应该出现的低电平(负窄脉冲)，这种现象称为0型冒险。

VDD

5V

GND

图表 40型冒险电路

（2）1型冒险电路如图2所示，说明如下：

该电路的逻辑功能为F=A，A’=0,也就是说从逻辑功能上看不管信号如何变化，输出应该恒为0.

但由于74LS04D非门电路的岩石，引起输出端在一小段时间里出现了不应该出现的高电平（正窄脉冲），这种现象称为1型冒险。

VDD

5V

GND

图表 5 1型冒险电路

（3） 多输入信号同时变化时产生的冒险电路，具体电路如图3所示，说明如下：

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该电路的逻辑功能为F=AB+A’C，已知B=C=1，所以F=A+A’,但是由于多输入型号的变化不同时引起该电路出现冒险的现象。

图表 6多输入信号同时变化的冒险电路

4实验步骤

（1）0型冒险电路仿真步骤。 1.按图1所示连接电路。

2.进行实验仿真，记录仿真结果，说明现象。 实验中模拟示波器显示如下图所示