實(shí)驗(yàn)二第3次課數(shù)據(jù)選擇器+組合邏輯電路

1、2022-3-3數(shù)據(jù)選擇和組合邏輯電路數(shù)據(jù)選擇和組合邏輯電路2022-3-3本次課的教學(xué)內(nèi)容本次課的教學(xué)內(nèi)容v組合邏輯電路組合邏輯電路v數(shù)據(jù)選擇電路的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)選擇電路的設(shè)計(jì)2022-3-3數(shù)電實(shí)驗(yàn)常見故障的分析和排除數(shù)電實(shí)驗(yàn)常見故障的分析和排除 這里所說(shuō)的常見故障不包括因設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)這里所說(shuō)的常見故障不包括因設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的邏輯功能錯(cuò)誤生的邏輯功能錯(cuò)誤(因設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的邏因設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生的邏輯功能錯(cuò)誤應(yīng)修改設(shè)計(jì)方案輯功能錯(cuò)誤應(yīng)修改設(shè)計(jì)方案)。一般數(shù)字電路常見故障有：一般數(shù)字電路常見故障有：l斷路故障斷路故障l短路故障短路故障l集成電路芯片故障。集成電路芯片故障。 2022-3-31、斷路故障、斷路故

2、障斷路故障是指連線斷路故障是指連線(包括信號(hào)線、傳輸線、測(cè)包括信號(hào)線、傳輸線、測(cè)試線、焊點(diǎn)、連接點(diǎn)試線、焊點(diǎn)、連接點(diǎn))斷路產(chǎn)生的故障。斷路產(chǎn)生的故障。這類故障產(chǎn)生的現(xiàn)象比較明顯，一般顯現(xiàn)出相這類故障產(chǎn)生的現(xiàn)象比較明顯，一般顯現(xiàn)出相關(guān)點(diǎn)無(wú)規(guī)律的電平，例如：芯片電源連接端無(wú)關(guān)點(diǎn)無(wú)規(guī)律的電平，例如：芯片電源連接端無(wú)電壓；信號(hào)輸入端無(wú)脈沖電壓等等。電壓；信號(hào)輸入端無(wú)脈沖電壓等等。檢查這類故障的方法是用檢查這類故障的方法是用“0”、“1”判斷法判斷法，如設(shè)線路通為如設(shè)線路通為“1”，斷為，斷為“0”。操作時(shí)可用萬(wàn)。操作時(shí)可用萬(wàn)用表、邏輯筆或者示波器用表、邏輯筆或者示波器(配合測(cè)試信號(hào)配合測(cè)試信號(hào))從源從

3、源頭沿一定路徑逐段查尋頭沿一定路徑逐段查尋，不難發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。，不難發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。 2022-3-32、短路故障、短路故障短路故障是指連線或連線點(diǎn)短路造成電路出短路故障是指連線或連線點(diǎn)短路造成電路出現(xiàn)異常的現(xiàn)象?，F(xiàn)異常的現(xiàn)象。例如：電源正端和地短路會(huì)造成電源電壓為例如：電源正端和地短路會(huì)造成電源電壓為零；局部邏輯線混連，會(huì)出現(xiàn)邏輯混亂錯(cuò)誤。零；局部邏輯線混連，會(huì)出現(xiàn)邏輯混亂錯(cuò)誤。有的短路故障比較隱蔽，需要耐心仔細(xì)分析有的短路故障比較隱蔽，需要耐心仔細(xì)分析和耐心尋找才能發(fā)現(xiàn)。和耐心尋找才能發(fā)現(xiàn)。最常用查找短路故障的方法是：將最常用查找短路故障的方法是：將電路斷電電路斷電后用萬(wàn)用表的歐姆檔測(cè)電阻值后用

4、萬(wàn)用表的歐姆檔測(cè)電阻值，若發(fā)現(xiàn)電路，若發(fā)現(xiàn)電路中無(wú)直接電氣連接的兩節(jié)點(diǎn)之間電阻值為零中無(wú)直接電氣連接的兩節(jié)點(diǎn)之間電阻值為零（或極小），可判為短路。（或極?。?，可判為短路。2022-3-33、集成電路芯片故障、集成電路芯片故障集成電路芯片故障是指集成電路芯片的功能不正常。集成電路芯片故障是指集成電路芯片的功能不正常。這類故障的特點(diǎn)或是：這類故障的特點(diǎn)或是：l集成電路燙手；集成電路燙手；l集成電路電源端的電壓過(guò)低；集成電路電源端的電壓過(guò)低；l芯片的輸入端有規(guī)定的邏輯電平而輸出沒有正確的芯片的輸入端有規(guī)定的邏輯電平而輸出沒有正確的邏輯電平。邏輯電平。通過(guò)用手觸摸，或是測(cè)量電源管腳的直流電壓，或是通過(guò)

5、用手觸摸，或是測(cè)量電源管腳的直流電壓，或是輸入邏輯信號(hào)進(jìn)行測(cè)試就可發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)或可疑點(diǎn)。之輸入邏輯信號(hào)進(jìn)行測(cè)試就可發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)或可疑點(diǎn)。之后，更換可疑集成電路芯片，再測(cè)電路進(jìn)行判斷。后，更換可疑集成電路芯片，再測(cè)電路進(jìn)行判斷。由于芯片的管腳折斷或折彎而未能插入實(shí)驗(yàn)板引起的由于芯片的管腳折斷或折彎而未能插入實(shí)驗(yàn)板引起的故障往往體現(xiàn)在芯片的邏輯功能不能實(shí)現(xiàn)，這種故障故障往往體現(xiàn)在芯片的邏輯功能不能實(shí)現(xiàn)，這種故障需要進(jìn)行仔細(xì)查找才能找到。需要進(jìn)行仔細(xì)查找才能找到。2022-3-3當(dāng)懷疑芯片壞了時(shí)，對(duì)于當(dāng)懷疑芯片壞了時(shí)，對(duì)于SSI或功能簡(jiǎn)單的或功能簡(jiǎn)單的MSI，可以，可以通過(guò)測(cè)試它的邏輯功能，迅速做出判斷

6、。檢查時(shí)，一通過(guò)測(cè)試它的邏輯功能，迅速做出判斷。檢查時(shí)，一般需要將被查對(duì)象般需要將被查對(duì)象從電路中分離出來(lái)從電路中分離出來(lái)，即將其輸入、，即將其輸入、輸出同其他電路斷開，再根據(jù)其邏輯功能進(jìn)行檢查。輸出同其他電路斷開，再根據(jù)其邏輯功能進(jìn)行檢查。l例如，檢查一個(gè)多輸入例如，檢查一個(gè)多輸入“與非與非”門，當(dāng)其輸入全門，當(dāng)其輸入全“1” 時(shí)，輸出應(yīng)為時(shí)，輸出應(yīng)為“0”；如果有一個(gè)輸入端為；如果有一個(gè)輸入端為“0”，則輸，則輸出為出為“1”。通過(guò)檢查如果不符合上述情況，就說(shuō)明該。通過(guò)檢查如果不符合上述情況，就說(shuō)明該門已經(jīng)損壞。門已經(jīng)損壞。l又例如，在檢查又例如，在檢查8選選1數(shù)據(jù)選擇器時(shí)數(shù)據(jù)選擇器時(shí)(使

7、能端確已接好使能端確已接好)，使地址輸入分別為使地址輸入分別為000111，看輸出是否分別與，看輸出是否分別與D0D7相同，即可做出判斷。對(duì)于復(fù)雜的相同，即可做出判斷。對(duì)于復(fù)雜的MSI或或LSI，可，可以用專用的集成電路測(cè)試儀來(lái)進(jìn)行測(cè)試。以用專用的集成電路測(cè)試儀來(lái)進(jìn)行測(cè)試。集成電路芯片故障集成電路芯片故障2022-3-3v芯片缺口朝左，電源和地線連接確保無(wú)誤芯片缺口朝左，電源和地線連接確保無(wú)誤v檢查電源檢查電源 整體電路電源（電壓值、紋波）整體電路電源（電壓值、紋波） 集成芯片電源（集成芯片電源（地地和電源正都必須檢查）和電源正都必須檢查）v檢查使能端、控制端檢查使能端、控制端 使用的使能端和

8、控制端不能懸空使用的使能端和控制端不能懸空 可對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化（舉例，計(jì)數(shù)器可對(duì)電路進(jìn)行簡(jiǎn)化（舉例，計(jì)數(shù)器LDLD端）端）v根據(jù)電路原理進(jìn)行調(diào)測(cè)根據(jù)電路原理進(jìn)行調(diào)測(cè) 先用先用單脈沖單脈沖調(diào)測(cè)，便于觀察電路的工作狀態(tài)，分調(diào)測(cè)，便于觀察電路的工作狀態(tài)，分析簡(jiǎn)單。析簡(jiǎn)單。 再用再用連續(xù)脈沖連續(xù)脈沖調(diào)測(cè)；調(diào)測(cè)；檢查電路的一般順序檢查電路的一般順序2022-3-3調(diào)測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題調(diào)測(cè)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題 1 1 如有短路故障，要首先排除；如有短路故障，要首先排除； 2 2 要考慮電路前、后級(jí)之間的影響（可通要考慮電路前、后級(jí)之間的影響（可通過(guò)斷開電路再測(cè)試）。過(guò)斷開電路再測(cè)試）。2022-3-3 3、

9、 要注意電平是否滿足要求，不可只關(guān)心波要注意電平是否滿足要求，不可只關(guān)心波 形形狀。（示波器用形形狀。（示波器用DC耦合耦合） 4 、 排除儀表對(duì)被測(cè)電路的影響排除儀表對(duì)被測(cè)電路的影響2022-3-3用與非門設(shè)計(jì)一數(shù)字鎖邏輯電路，該用與非門設(shè)計(jì)一數(shù)字鎖邏輯電路，該鎖有鎖有3個(gè)按鈕個(gè)按鈕A、B、C，當(dāng)，當(dāng)A、B、C同同時(shí)按下，或時(shí)按下，或A、B同時(shí)按下，或只有同時(shí)按下，或只有A或或B按下時(shí)開鎖，如果不符合上述條件應(yīng)按下時(shí)開鎖，如果不符合上述條件應(yīng)發(fā)出報(bào)警。發(fā)出報(bào)警。解：解：1 1、根據(jù)題意列出真值表、根據(jù)題意列出真值表2 2、根據(jù)真值表寫出邏輯表達(dá)式，轉(zhuǎn)化成、根據(jù)真值表寫出邏輯表達(dá)式，轉(zhuǎn)化成與非

10、式。與非式。2022-3-3輸入輸入輸出輸出ABCFJG0000000101010100110110010101011101011110JGABCABCABCACBCACBCAC BC2022-3-33 3、畫出電路原理圖，標(biāo)注器件型號(hào)、畫出電路原理圖，標(biāo)注器件型號(hào)、管腳號(hào)。管腳號(hào)。2022-3-3在實(shí)驗(yàn)箱上搭電路：在實(shí)驗(yàn)箱上搭電路： 1 1、 將穩(wěn)壓電源單路將穩(wěn)壓電源單路12V12V電壓連接到實(shí)驗(yàn)箱電壓連接到實(shí)驗(yàn)箱（12V12V正端連接實(shí)驗(yàn)箱正端連接實(shí)驗(yàn)箱+12V+12V接線柱，接線柱，12V12V負(fù)端連接負(fù)端連接實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)箱GNDGND接線柱），合上實(shí)驗(yàn)箱的電源開關(guān)，接線柱），合上實(shí)驗(yàn)箱的

11、電源開關(guān)，實(shí)驗(yàn)箱正電源的三個(gè)指示燈亮。再關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)箱正電源的三個(gè)指示燈亮。再關(guān)閉實(shí)驗(yàn)箱的電源開關(guān)。電源開關(guān)。 2 2、在實(shí)驗(yàn)箱上兩個(gè)、在實(shí)驗(yàn)箱上兩個(gè)1414腳集成電路插座上插腳集成電路插座上插上上74007400和和74207420，缺口朝左，管腳與插口一一對(duì)齊，缺口朝左，管腳與插口一一對(duì)齊，勿遺漏或折彎管腳。勿遺漏或折彎管腳。根據(jù)電路圖，接上全部連接線：根據(jù)電路圖，接上全部連接線：2022-3-33 3、管腳與管腳之間注意核對(duì)腳號(hào)，連線勿插錯(cuò)。、管腳與管腳之間注意核對(duì)腳號(hào)，連線勿插錯(cuò)。4 4、輸入、輸入A A、B B、C C分別接實(shí)驗(yàn)箱分別接實(shí)驗(yàn)箱K1K1K8K8中的任意中的任意3 3

12、個(gè)。個(gè)。5 5、輸出、輸出F F接實(shí)驗(yàn)箱邏輯電平顯示中的任意接實(shí)驗(yàn)箱邏輯電平顯示中的任意1 1個(gè)個(gè)集成電路左上管腳連接集成電路左上管腳連接VCCVCC，右下管腳連接，右下管腳連接GNDGND6 6、電路檢查無(wú)誤后合上實(shí)驗(yàn)箱的電源開關(guān)，通、電路檢查無(wú)誤后合上實(shí)驗(yàn)箱的電源開關(guān)，通電作靜態(tài)測(cè)試：電作靜態(tài)測(cè)試：按照真值表的順序依次按動(dòng)連接按照真值表的順序依次按動(dòng)連接A A、B B、C C的開的開關(guān)（為電路提供關(guān)（為電路提供000000111111的輸入信號(hào)）的輸入信號(hào)）同時(shí)觀察連接輸出同時(shí)觀察連接輸出F F的發(fā)光二極管的亮、滅情的發(fā)光二極管的亮、滅情況（況（F F高電平，發(fā)光二極管亮。高電平，發(fā)光二極

13、管亮。 F F低電平，發(fā)低電平，發(fā)光二極管滅）。其邏輯功能應(yīng)與真值表完全一光二極管滅）。其邏輯功能應(yīng)與真值表完全一致。致。2022-3-3 有一個(gè)組合邏輯電路如圖有一個(gè)組合邏輯電路如圖4-174-17所示，所示，試用試用示波器來(lái)判斷是否存在邏輯險(xiǎn)象、險(xiǎn)象的類型及示波器來(lái)判斷是否存在邏輯險(xiǎn)象、險(xiǎn)象的類型及出現(xiàn)的條件；出現(xiàn)的條件；在輸出端加接濾波電容，觀察毛在輸出端加接濾波電容，觀察毛刺的變化情況；刺的變化情況；換用修改邏輯設(shè)計(jì)的方法以消換用修改邏輯設(shè)計(jì)的方法以消除出現(xiàn)的險(xiǎn)象，并通過(guò)除出現(xiàn)的險(xiǎn)象，并通過(guò)Multisim 11Multisim 11仿真軟件仿真軟件驗(yàn)證驗(yàn)證之。之。 邏輯險(xiǎn)象（冒險(xiǎn)）邏

14、輯險(xiǎn)象（冒險(xiǎn)）：數(shù)字電路中出現(xiàn)了違背真值：數(shù)字電路中出現(xiàn)了違背真值表所規(guī)定的邏輯電平表所規(guī)定的邏輯電平邏輯冒險(xiǎn)：邏輯冒險(xiǎn)：輸入信號(hào)所經(jīng)路徑不同而引起的冒險(xiǎn)輸入信號(hào)所經(jīng)路徑不同而引起的冒險(xiǎn)功能冒險(xiǎn)：功能冒險(xiǎn)：多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)變化的瞬間，由于多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)變化的瞬間，由于變化的快慢不同而引起的冒險(xiǎn)變化的快慢不同而引起的冒險(xiǎn)2022-3-33 3、卡諾圖中增加一個(gè)綠線所圈的、卡諾圖中增加一個(gè)綠線所圈的“搭接塊搭接塊” ” （即（即邏輯表達(dá)式中的多余項(xiàng)），可消除邏輯險(xiǎn)象，于邏輯表達(dá)式中的多余項(xiàng)），可消除邏輯險(xiǎn)象，于是是判斷邏輯冒險(xiǎn)：判斷邏輯冒險(xiǎn)：1 1、當(dāng)邏輯函數(shù)中出現(xiàn)下列結(jié)果時(shí)將出現(xiàn)邏輯險(xiǎn)象：、當(dāng)

15、邏輯函數(shù)中出現(xiàn)下列結(jié)果時(shí)將出現(xiàn)邏輯險(xiǎn)象： 0 01 10 0型險(xiǎn)象型險(xiǎn)象1 10 01 1型險(xiǎn)象型險(xiǎn)象 2 2、由卡諾圖可見原邏輯表達(dá)式、由卡諾圖可見原邏輯表達(dá)式F=AB+BCF=AB+BC（黑色所圈）出現(xiàn)了（黑色所圈）出現(xiàn)了 “ “相切相切”的卡諾圈（紅線處），相切部分未被另外的卡諾圈（紅線處），相切部分未被另外卡諾圈包圍，即可斷定存在邏輯冒險(xiǎn)?？ㄖZ圈包圍，即可斷定存在邏輯冒險(xiǎn)。2022-3-3判斷功能冒險(xiǎn)：判斷功能冒險(xiǎn)：v在卡諾圖中：在卡諾圖中：有兩個(gè)或兩個(gè)以上變量變化；有兩個(gè)或兩個(gè)以上變量變化；變化前后函數(shù)值相同；變化前后函數(shù)值相同；若不變的輸入組成的乘積項(xiàng)所圈的卡諾若不變的輸入組成的乘

16、積項(xiàng)所圈的卡諾圈中有圈中有 “ “1”1”也有也有“0”0”，則存在功能冒險(xiǎn)，若，則存在功能冒險(xiǎn)，若取值相同，則無(wú)功能冒險(xiǎn)。取值相同，則無(wú)功能冒險(xiǎn)。2022-3-3例例1 1、ABCABC從從011011變?yōu)樽優(yōu)?01101，C C是不變的變量，函數(shù)值為是不變的變量，函數(shù)值為1 1，圈乘積項(xiàng)為圈乘積項(xiàng)為C C的卡諾圈（紅色），圈中有的卡諾圈（紅色），圈中有“1”1”也有也有“0”0”，則存在功能冒險(xiǎn)。，則存在功能冒險(xiǎn)。 F=AB+BC。A和和B不可能同時(shí)不可能同時(shí)變化，如果變化，如果B先變化，先變化，011變成過(guò)渡態(tài)變成過(guò)渡態(tài)001再變成再變成101，則，則F函數(shù)函數(shù)值為值為1-0-1。0型冒

17、險(xiǎn)。這種由過(guò)渡態(tài)引起的冒險(xiǎn)是由于電路的型冒險(xiǎn)。這種由過(guò)渡態(tài)引起的冒險(xiǎn)是由于電路的功能所致，因此稱為功能冒險(xiǎn)。功能所致，因此稱為功能冒險(xiǎn)。例例2 2、 ABCABC從從100100變?yōu)樽優(yōu)?11111，A A是不變的變量，函數(shù)值為是不變的變量，函數(shù)值為1 1，圈乘積項(xiàng)為，圈乘積項(xiàng)為A A的卡諾圈（黑色）的卡諾圈（黑色） ，圈中有，圈中有“1”1”也也有有“0”0”，也存在功能冒險(xiǎn)。，也存在功能冒險(xiǎn)。2022-3-3消除消除邏輯險(xiǎn)象：邏輯險(xiǎn)象：v增加多余項(xiàng)，可消除增加多余項(xiàng)，可消除邏輯冒險(xiǎn)邏輯冒險(xiǎn)v輸出端加濾波電容，輸出端加濾波電容，可消除可消除邏輯冒險(xiǎn)邏輯冒險(xiǎn)和功能冒險(xiǎn)和功能冒險(xiǎn)v加取樣脈沖，加

18、取樣脈沖，可避免可避免邏輯冒險(xiǎn)和功能邏輯冒險(xiǎn)和功能冒險(xiǎn)冒險(xiǎn)2022-3-32022-3-3加濾波電容加濾波電容C C：2022-3-3增加多余項(xiàng)消除冒險(xiǎn)：增加多余項(xiàng)消除冒險(xiǎn)：FAB ACABACBC2022-3-32022-3-3用數(shù)據(jù)選擇器用數(shù)據(jù)選擇器74LS153或者或者74LS151實(shí)實(shí)現(xiàn)函數(shù)現(xiàn)函數(shù)0458121314,Fm m m m mmm2022-3-31 1、根據(jù)題意可得：、根據(jù)題意可得： 需使用數(shù)據(jù)選擇器需使用數(shù)據(jù)選擇器7415174151或或7415374153。 輸入輸入為為4 4位，輸出為一位位，輸出為一位選用選用7415174151或或7415374153芯片，芯片，都

19、需進(jìn)行降維處理。都需進(jìn)行降維處理。輸入輸入輸出輸出ABCDF000010001000100001100100101011011000111010001100101010010110110011101111101111102 2、根據(jù)、根據(jù)F F的邏輯表達(dá)式列出的邏輯表達(dá)式列出真值表如右表真值表如右表2022-3-33 3、根據(jù)真值表畫出卡諾圖、根據(jù)真值表畫出卡諾圖并進(jìn)行降維處理并進(jìn)行降維處理輸入輸入輸出輸出ABCDF00001000100010000110010010101101100011101000110010101001011011001110111110111110采用采用7415174151芯片實(shí)現(xiàn)電路芯片實(shí)現(xiàn)電路( (方法一方法一) ) 可得可得7415174151的數(shù)據(jù)輸入端為：的數(shù)據(jù)輸入端為：2022-3-3畫出電路圖：畫出電路圖：2022-3-3對(duì)電路圖進(jìn)行管腳標(biāo)號(hào)：對(duì)電路圖進(jìn)行管腳標(biāo)號(hào)：2022-3-3采用采用74151芯片實(shí)現(xiàn)電路芯片實(shí)現(xiàn)電路(方法二方法二)輸入輸入輸出輸出ABCDF00001000100010000110010010101101100011101000110010101001011011001110111110111110 可得可得7415174151的數(shù)據(jù)輸入端為：的數(shù)據(jù)輸入端為：2022-3-3