【上海大学数字逻辑实验报告】四、组合电路(三)

一、 实验目的

  1. 掌握多路选择器74LS151的原理。
  2. 掌握译码器74LS138的原理。
  3. 学会在Quartus II上使用多路选择74LS151设计电路。
  4. 学会在Quartus II上使用译码器74LS138设计电路。

二、 实验原理

  1. 多路选择器又称数据选择器或多路开关,它是一种多路输入单路输出的组合逻辑电路,其逻辑功能是从多个输入中选出一个,并把它的信息传送到输出。输出对输入的选择受选择控制变量的控制。对于一个有2n个输入和一个输出的多路选择器,在n个选择控制信号作用下,把其中一个信号传送到输出端。本次实验使用的八选一选择器74151的逻辑符号如下图所示:

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  1. 译码器是一种多输出组合逻辑部件,它能将n个输入变量变换成2n个输出函数,并且每个输出对应于n个输入变量的一个最小项。因此,二进制译码器具有n个输入端,2n个输出端和一个(或多个)使能输入端。本次实验使用的3线-8线译码器74138的逻辑电路图和逻辑符号如下图所示:

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  1. 74138的真值表:

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  1. 74151的真值表:
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三、实验内容

实验任务一:用多路选择器实现逻辑函数:

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(1) 实验步骤
  1. 用Quartus II设计出如下电路:

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  1. 编译通过后进行波形仿真,验证电路逻辑功能:

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  1. 仿真通过后,参照原理图定义引脚:

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  1. 生成编程并将文件下载到FPGA。
  2. 将开关连接对应的输入引脚,输出引脚连接到发光二极管:

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  1. 用开关和发光二极管测试FPGA的功能。
  2. 记录测试结果。
(2) 实验现象

无论A0A1A2怎么输入,电路总是能根据逻辑函数输出对应的结果。

(3) 数据记录、分析与处理

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(4) 实验结论

通过使用Quartus II设计工具,我们成功地用74LS151设计并测试了一个能够实现逻辑函数的电路。实验结果表明,电路在各种输入条件下都表现出良好的性能,符合预期行为。

实验任务二:用译码器实现逻辑函数:

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(1) 实验步骤
  1. 用Quartus II设计出如下电路:

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  1. 编译通过后进行波形仿真,验证电路逻辑功能:

【上海大学数字逻辑实验报告】四、组合电路(三)_第11张图片

  1. 仿真通过后,参照原理图定义引脚:

【上海大学数字逻辑实验报告】四、组合电路(三)_第12张图片

  1. 生成编程并将文件下载到FPGA。
  2. 将开关连接对应的输入引脚,输出引脚连接到发光二极管:

【上海大学数字逻辑实验报告】四、组合电路(三)_第13张图片

  1. 用开关和发光二极管测试FPGA的功能。
  2. 记录测试结果。
(2) 实验现象

无论ABCD怎么输入,电路总是能根据逻辑函数输出对应的结果。

(3) 数据记录、分析与处理

【上海大学数字逻辑实验报告】四、组合电路(三)_第14张图片

(4) 实验结论

通过使用Quartus II设计工具,我们成功地用74LS138设计并测试了一个能够实现逻辑函数的电路。实验结果表明,电路在各种输入条件下都表现出良好的性能,符合预期行为。

四、建议和体会

  1. 在实验前,要理解并掌握用最小项表达逻辑函数的方法。
  2. 在设计电路时,注意接地。
  3. 将文件下载到FPGA后,接线时注意最低位和最高位不要接反。
  4. 不要一味用真值表的结果和波形模拟的结果进行对比,因为最高位最低位的顺序不同可能导致波形模拟的结果正好相反。
  5. 本实验有助于加深对多路选择器和译码器原理的理解,同时也提供了一个实际的编程和模拟测试经验。为后续进行更复杂的电路设计打下基础。

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