高校数字电子技术仿真实验报告(原创)

仿真实验报告

实验一组合逻辑电路设计与分析

一．实验目的

1．掌握逻辑电路的特点。

2．利用逻辑转换仪对组合逻辑电路进行分析与设计。

二．实验原理

组合逻辑电路是输入和输出之间不存在反馈延迟通路的数字逻辑电路，通过电路确定功能，是分析组合逻辑电路的基本过程，一般按如下步骤分析：

根据要求求解电路，是设计组合逻辑电路的过程，一般按如下步骤：

逻辑转换仪是电子电路仿真中经常用到的逻辑电路设计和分析的仪器，使用方便，简洁，逻辑转换一的图标如图所示：

三．实验电路及步骤

1．利用逻辑转换仪对已知的逻辑电路进行分析。

如图连接电路：

经逻辑转换仪使逻辑电路转换为真值表，在由真值表导出简化表达式后，得到如下的结果：

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、温感和紫外线三种类型不同的火灾探测器。为防止误报警，只有当其中有两种或者两者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要求分析的真值表如图所示：

3．在逻辑转换仪面板上单击按钮（由真值表导出最简表达式）后得

到如图所示的最简表达式:

4．在图示的基础上单击按钮（由逻辑表达式得到逻辑电路）后得到如图所示的逻辑电路：

经分析得到的真值表

生成的报警控制信号电路

四．实验分析

1．对于比较简单的组合逻辑电路可以直接写出逻辑表达式，但是一般遇到的组合逻辑电路都比较复杂，故而人为分析电路就显得比较麻烦，利用仿真对组合逻辑电路进行分析就比较容易。

2．逻辑转换仪是按照一般组合逻辑电路的分析和设计的基本思想进行设计的，分析电路时可以提供电路的真值表和导出最简表达式；设计组合逻辑电路时，只需要提供真值表就可得到表达式，进而导出逻辑电路的简单框图。

五．思考题

1．设计一个4人表决电路，即如果3人或者3人以上同意，则通过；反正，则被否决。

用与非门实现。

解：以A,B,C,D为输入的表决逻辑电路如下所示：

2．利用逻辑转换仪对图所示逻辑电路进行分析。

解：图示逻辑电路的最简表达式和真值表如下所示：

实验体会：本实验通过仿真软件让我掌握了组合逻辑电路的特点，了解了逻辑函数和逻辑电路之间的相互转换，为后续实验做铺垫

实验二编码器、译码器电路仿真实验

一．实验目的

1.掌握编码器、译码器的工作原理。

2.常见编码器、译码器的应用。

二．实验原理

编码即是在选定的一系列二进制数码中，赋予每个二进制以某一固定含量。能完成编码功能的电路称为编码器，常用编码器有74LS148D的8线——3线优先编码器。

译码是编码的逆过程，将输入的每个二进制代码赋予的含量“翻译”过来，给相应的输出信号。能够完成译码功能的电路称为译码器。常用的译码器为74LS138D 译码器。

三．实验电路

1.8线—3线优先编码器电路仿真。其电路连接图如下：

利用单刀双掷开关切换高低电平，控制信号输入和选通输入。利用探测器观察信号输出端、选通输出端、优先标志位输出信号的高低电平状态。

2.3线—8线译码器电路仿真。其电路连接图如下：

四．实验步骤

1.8线—3线实验步骤：

按图示电路连接线路。切换9个单刀双掷开关（S1-S9）进行仿真实验，将结果填入真值表中，输入端中的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平，“×”表示接高、低电平均可以。输入端的“1”表示探测器亮，“0”表示探测器灭。该编码器输

输入端输出端

～EI Y7 Y6 Y5Y4Y3Y2Y1Y0A2 A1A0GS E0 1 ×××××××× 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

切换3个单刀双掷开关(J1-J3)进行仿真实验，得到如图真值表。输入端中的“1”表示接高电平，“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。

五．实验分析

1.编码器用于对输入信号进行编码，同时可以对实际实物进行控制；优先编码器在编

码时存在顺序问题，当高位（低位）编码时按照编码器内部组合逻辑电路，其他位的编码则滞后，可以用于对实际实物的有序输出进行控制。

2.译码是编码的逆过程，译码器能将编码的二进制数进行解释，可以将需要的信号输

入数字电路中运算。

六．思考题

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

解：

2．利用两块3—8线译码器74LS138D设计4—16线译码器电路，然后仿真验证4—16线译码的逻辑功能。

解:

实验体会：本实验通过由前实验对组合逻辑电路的分析，进一步深化得到对编码器、译码器的认识，先认识3—8线译码器和8—3线优先编码器，接着在思考题中由此得到由两块8—3线优先编码器组成的16—4线优先编码器和由两块3—8线译码器组成的4—16线译码器电路，拓展个人能力

实验三竞争冒险电路仿真实验

一．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。

二．实验原理

1．在组合逻辑电路中，由于门电路存在传输延迟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，这种现象称为竞争。竞争的结果是使传输端可能出现错误的信号，这种现象称为冒险。所以有竞争不一定有冒险，有冒险就一定有竞争。

2．利用卡诺图可以判断组合逻辑电路是否可能存在竞争冒险现象，具体做法如下：更具逻辑函数的表达式，作出其卡诺图，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。

3．既然电路存在竞争就有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的产生，常用的消除竞争冒险的方法如下：加取样脉冲；增加冗余项；在输出端接滤波电路；加封锁脉冲等。

三．实验电路

1．0型冒险电路的逻辑功能为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，但是由于非门电路的延时，引起输出端在一小段时间出现了不该出现的低电平（负窄脉冲），这种现象称为0型冒险。

2．1型冒险电路的逻辑功能为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。但是由于非门电路的延时，引起输出端在一小段时间里出现不应该出现的高电平（正窄脉冲），这种现象称为1型冒险。

3．多输入信号同时变化时产生的冒险电路的逻辑功能为F= AB+A C，如果

B=C=1，则F= A+A=1，但是由于多输入信号的变化不同时引起该电路出现冒险的现象。

四．实验步骤

1．0型冒险电路仿真实验步骤：

（1）按图示连接电路，进行实验仿真，记录仿真结果，说明现象。

（2）考虑如何消除该电路出现的0型冒险。