實驗二第3次課數(shù)據(jù)選擇器+組合邏輯電路

數(shù)據(jù)選擇和組合邏輯電路P691,5P611,5,64/29/2024本次課的教學(xué)內(nèi)容組合邏輯電路數(shù)據(jù)選擇電路的設(shè)計4/29/2024數(shù)電實驗常見故障的分析和排除這里所說的常見故障不包括因設(shè)計不當產(chǎn)生的邏輯功能錯誤(因設(shè)計不當產(chǎn)生的邏輯功能錯誤應(yīng)修改設(shè)計方案)。一般數(shù)字電路常見故障有：斷路故障短路故障集成電路芯片故障。4/29/20241、斷路故障斷路故障是指連線(包括信號線、傳輸線、測試線、焊點、連接點)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)出相關(guān)點無規(guī)律的電平，例如：芯片電源連接端無電壓；信號輸入端無脈沖電壓等等。檢查這類故障的方法是用“0”、“1”判斷法，如設(shè)線路通為“1”，斷為“0”。操作時可用萬用表、邏輯筆或者示波器(配合測試信號)從源頭沿一定路徑逐段查尋，不難發(fā)現(xiàn)故障點。4/29/20242、短路故障短路故障是指連線或連線點短路造成電路出現(xiàn)異常的現(xiàn)象。例如：電源正端和地短路會造成電源電壓為零；局部邏輯線混連，會出現(xiàn)邏輯混亂錯誤。有的短路故障比較隱蔽，需要耐心仔細分析和耐心尋找才能發(fā)現(xiàn)。最常用查找短路故障的方法是：將電路斷電后用萬用表的歐姆檔測電阻值，若發(fā)現(xiàn)電路中無直接電氣連接的兩節(jié)點之間電阻值為零（或極?。膳袨槎搪?。4/29/20243、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。這類故障的特點或是：集成電路燙手；集成電路電源端的電壓過低；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。通過用手觸摸，或是測量電源管腳的直流電壓，或是輸入邏輯信號進行測試就可發(fā)現(xiàn)故障點或可疑點。之后，更換可疑集成電路芯片，再測電路進行判斷。由于芯片的管腳折斷或折彎而未能插入實驗板引起的故障往往體現(xiàn)在芯片的邏輯功能不能實現(xiàn)，這種故障需要進行仔細查找才能找到。4/29/2024當懷疑芯片壞了時，對于SSI或功能簡單的MSI，可以通過測試它的邏輯功能，迅速做出判斷。檢查時，一般需要將被查對象從電路中分離出來，即將其輸入、輸出同其他電路斷開，再根據(jù)其邏輯功能進行檢查。例如，檢查一個多輸入“與非”門，當其輸入全“1”時，輸出應(yīng)為“0”；如果有一個輸入端為“0”，則輸出為“1”。通過檢查如果不符合上述情況，就說明該門已經(jīng)損壞。又例如，在檢查8選1數(shù)據(jù)選擇器時(使能端確已接好)，使地址輸入分別為000～111，看輸出是否分別與D0～D7相同，即可做出判斷。對于復(fù)雜的MSI或LSI，可以用專用的集成電路測試儀來進行測試。集成電路芯片故障4/29/2024芯片缺口朝左，電源和地線連接確保無誤檢查電源整體電路電源（電壓值、紋波）集成芯片電源（地和電源正都必須檢查）檢查使能端、控制端使用的使能端和控制端不能懸空可對電路進行簡化（舉例，計數(shù)器LD端）根據(jù)電路原理進行調(diào)測先用單脈沖調(diào)測，便于觀察電路的工作狀態(tài)，分析簡單。再用連續(xù)脈沖調(diào)測；檢查電路的一般順序4/29/2024調(diào)測過程中應(yīng)注意的問題

1如有短路故障，要首先排除；

2要考慮電路前、后級之間的影響（可通過斷開電路再測試）。4/29/2024

3、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DC耦合）

4、排除儀表對被測電路的影響4/29/2024P625用與非門設(shè)計一數(shù)字鎖邏輯電路，該鎖有3個按鈕A、B、C，當A、B、C同時按下，或A、B同時按下，或只有A或B按下時開鎖，如果不符合上述條件應(yīng)發(fā)出報警。解：1、根據(jù)題意列出真值表2、根據(jù)真值表寫出邏輯表達式，轉(zhuǎn)化成與非式。4/29/2024輸入輸出ABCFJG00000001010101001101100101010111010111104/29/20243、畫出電路原理圖，標注器件型號、管腳號。4/29/2024在實驗箱上搭電路：

1、將穩(wěn)壓電源單路12V電壓連接到實驗箱（12V正端連接實驗箱+12V接線柱，12V負端連接實驗箱GND接線柱），合上實驗箱的電源開關(guān)，實驗箱正電源的三個指示燈亮。再關(guān)閉實驗箱的電源開關(guān)。

2、在實驗箱上兩個14腳集成電路插座上插上7400和7420，缺口朝左，管腳與插口一一對齊，勿遺漏或折彎管腳。根據(jù)電路圖，接上全部連接線：4/29/20243、管腳與管腳之間注意核對腳號，連線勿插錯。4、輸入A、B、C分別接實驗箱K1～K8中的任意3個。5、輸出F接實驗箱邏輯電平顯示中的任意1個集成電路左上管腳連接VCC，右下管腳連接GND6、電路檢查無誤后合上實驗箱的電源開關(guān)，通電作靜態(tài)測試：按照真值表的順序依次按動連接A、B、C的開關(guān)（為電路提供000～111的輸入信號）同時觀察連接輸出F的發(fā)光二極管的亮、滅情況（F高電平，發(fā)光二極管亮。F低電平，發(fā)光二極管滅）。其邏輯功能應(yīng)與真值表完全一致。4/29/2024P626

有一個組合邏輯電路如圖4-17所示，①試用示波器來判斷是否存在邏輯險象、險象的類型及出現(xiàn)的條件；②在輸出端加接濾波電容，觀察毛刺的變化情況；③換用修改邏輯設(shè)計的方法以消除出現(xiàn)的險象，并通過Multisim11仿真軟件驗證之。邏輯險象（冒險）：數(shù)字電路中出現(xiàn)了違背真值表所規(guī)定的邏輯電平邏輯冒險：輸入信號所經(jīng)路徑不同而引起的冒險功能冒險：多個輸入信號同時變化的瞬間，由于變化的快慢不同而引起的冒險4/29/20243、卡諾圖中增加一個綠線所圈的“搭接塊”（即邏輯表達式中的多余項），可消除邏輯險象，于是判斷邏輯冒險：1、當邏輯函數(shù)中出現(xiàn)下列結(jié)果時將出現(xiàn)邏輯險象：

0－1－0型險象1－0－1型險象

2、由卡諾圖可見原邏輯表達式F=AB+BC（黑色所圈）出現(xiàn)了“相切”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。4/29/2024判斷功能冒險：在卡諾圖中：有兩個或兩個以上變量變化；變化前后函數(shù)值相同；若不變的輸入組成的乘積項所圈的卡諾圈中有“1”也有“0”，則存在功能冒險，若取值相同，則無功能冒險。4/29/2024例1、ABC從011變?yōu)?01，C是不變的變量，函數(shù)值為1，圈乘積項為C的卡諾圈（紅色），圈中有“1”也有“0”，則存在功能冒險。F=AB+BC。A和B不可能同時變化，如果B先變化，011變成過渡態(tài)001再變成101，則F函數(shù)值為1-0-1。0型冒險。這種由過渡態(tài)引起的冒險是由于電路的功能所致，因此稱為功能冒險。例2、

ABC從100變?yōu)?11，A是不變的變量，函數(shù)值為1，圈乘積項為A的卡諾圈（黑色），圈中有“1”也有“0”，也存在功能冒險。4/29/2024消除邏輯險象：增加多余項，可消除邏輯冒險輸出端加濾波電容，可消除邏輯冒險和功能冒險加取樣脈沖，可避免邏輯冒險和功能冒險4/29/20244/29/2024加濾波電容C：4/29/2024增加多余項消除冒險：4/29/20244/29/2024用數(shù)據(jù)選擇器74LS153或者74LS151實現(xiàn)函數(shù)P6954/29/20241、根據(jù)題意可得：①

需使用數(shù)據(jù)選擇器74151或74153。②輸入為4位，輸出為一位選用74151或74153芯片，都需進行降維處理。輸入輸出ABCDF000010001000100001100100101011011000111010001100101010010110110011101111101111102、根據(jù)F的邏輯表達式列出真值表如右表4/29/20243、根據(jù)真值表畫出卡諾圖并進行降維處理輸入輸出ABCDF00001000100010000110010010101101100011101000110010101001011011001110111110111110采用74151芯片實現(xiàn)電路(方法一)可得74151的數(shù)據(jù)輸入端為：4/29/2024畫出電路圖：4/29/2024對電路圖進行管腳標號：4/29/2024采用74151芯片實現(xiàn)電路(方法二)輸入輸出ABCDF00001000100010000110010010101101100011101000110010101001011011001110111110111110可得74151的數(shù)據(jù)輸入端為：4/29/2024畫出電路圖：4/29/2024對電路圖進行管腳標號：4/29/2024電路裝配：

在實驗箱16腳集成電路插座上插上74151，14腳集成電路插座上插上7404，缺口朝左，管腳與插口一一對齊，勿遺漏或折彎管腳。4/29/20241、可作靜態(tài)測試：輸入（A、B、C、D）接實驗箱的K1~K8任4個插孔，輸出F送邏輯電平顯示任1個