数电仿真Multisim实验报告班级：学号：姓名：学院：实验一组合逻辑电路设计与分析一、实验目的1、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二、实验原理组合逻辑电路是一种重要的数字逻辑电路：特点是任何时候的输出仅仅取决于同一时刻的输入信号的取值组合。

根据电路确定功能，是分析组合逻辑电路的过程，其步骤如下：组合逻辑电路→推导→逻辑表达式→化简→最简表达式→列表→真值表→分析→确定电路功能。

根据要求求解电路，是设计组合逻辑电路的过程，其步骤如下：问题提出→分析→真值表→归纳→逻辑表达式→化简变换→逻辑图。

逻辑转换仪是Multisim中常用的数字逻辑电路分析和设计仪器。

三、仿真例题1、利用逻辑转换仪对已知逻辑电路进行分析电路图如下：图待分析逻辑电路分析结果如下：图逻辑分析仪输出结果2、根据要求利用逻辑转换仪进行逻辑电路设计问题：有一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外线三种类型的火灾探测器。

为了防止误报警，只有当其中的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控制信号，试设计报警控制信号的电路。

利用逻辑分析仪分析：图经分析得到的真值表和表达式则可以得到如下电路图：A B C141310912118图 最终得到的逻辑电路图四、思考题1、设计一个四人表决电路，即如果3人或3人以上同意，则通过；否则被否决。

用与非门实现。

解：用ABCD 分别表示四人的表决结果，1表示同意，0表示不同意。

则利用逻辑分析仪可以输入如下真值表，并得到如下表达式：L=ACD+ABD+ABC+BCD图 逻辑分析仪得到的真值表和表达式得到如下电路图：A B C1411131123210968754图 利用逻辑分析仪得到的与非门设计的表决电路2、利用逻辑转换仪对下图所示电路进行分析。

XLC1A BU1A74LS04DU1B 74LS04DU1C 74LS04DU2A 74LS00DU2B74LS00D2U3A74LS10DU3B74LS10D1436578910图 待分析的逻辑电路解：通过逻辑分析仪可以得到如下结果：图 逻辑分析仪输出结果=++得到逻辑表达式为：L AC BC ABC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、实验原理数字信号既可以表示数，也可以用来表示指令和信息。

编码器是指在选定的一系列二进制数码中，赋予每个二进制数码以某种特定的含义。

能完成编码功能的电路统称为编码器。

74LS148D 是常用的8-3线优先编码器，在8个输入线上可以同时出现几个有效输入信号，但只对其中优先权最高的一个有效输入信号进行编码。

其中7端优先权最高，0端优先权最低。

1E 端是选通输入端，低电平有效，只有当1E =0时，编码器正常工作，当1E =1时，所有的输出端均被封锁，EO 为选通输出端，GS 为优先标志端。

此编码器输入、输出都是低电平有效。

译码是编码的逆过程。

能够完成译码功能的电路叫做译码器。

74LS138属于3-8线译码器，该译码器输入高电平有效，输出低电平有效。

三、仿真例题1、8-3线优先编码器实验仿真按图接线，切换单刀双掷开关进行仿真实验，将结果填入表中。

图 8-3线优先编码器仿真电路实验真值表如下：表 8-3线优先编码器真值表2、3-8线译码器实验仿真按图接线，切换单刀双掷开关进行仿真实验，将结果填入表中。

X7图线译码器实验仿真实验真值表如下：四、思考题线优先编码的逻辑功能。

解：实验电路图如下图图用8-3线优先编码器74LS148D设计16-4线优先编码电路码的逻辑功能。

解：实验电路图如下图图用-8线译码器74LS138D设计4-16线译码电路实验真值表略。

实验三 竞争冒险电路仿真一、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、了解常用的消除竞争冒险的方法。

二、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，这种现象叫做竞争。

竞争的结果是使输出端可能出现错误信号，这种现象叫做冒险。

因此有竞争不一定有冒险，但是有冒险就一定存在竞争。

利用卡诺图可以判断组合逻辑电路是否可能存在竞争冒险现象，具体做法如下：根据逻辑函数表达式，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，则该店路存在竞争冒险的可能性。

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有以下4种：加取样脉冲；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。

三、仿真例题1、0型冒险电路仿真实验图是逻辑功能为1F A A =+=的逻辑电路图，图 0型冒险电路得到如下仿真结果：图 0型冒险电路输出波形上图中，下面的波形是输入方波波形，上面的波形是输出波形，从输出波形可以看出，原本应该始终为1的波形，现在出现了短时间的低电平，出现了冒险现象。

我认为，可以通过在输出端加封锁脉冲来消除冒险现象。

2、1型冒险电路仿真图是逻辑功能为0F A A =•=的逻辑电路图XSC1A BExt T rig++__+_V11kHz 5 VU1A74LS05DU2A74LS08D图 1型冒险电路图 1型冒险电路仿真结果由上图可知，根据逻辑表达式可以得到的输出波形应该始终为0，但是上图中的输出波形（上面的波形）出现了短暂的高电平，因此出现了冒险。

我认为消除冒险的方法同0型冒险电路。

3、多输入信号同时变化时产生的冒险电路图是逻辑功能为F AB AC =+的逻辑电路，已知B=C=1时，1F A A =+=，但是由于多输入信号的变化不同时，引起电路出现冒险现象。

V11MHz 5 VGNDVDD5VU2B 74LS09DU2C 74LS09DU3B 74LS32DXSC1U1A 74LS05D图 多输入信号同时变化产生的冒险电路图 多输入信号同时变化时产生的冒险电路根据逻辑表达式分析可知，在已知B=C=1时，1F A A =+=始终成立，但是由上图波形可知，图中出现了低电平，出现了冒险现象。

消除此冒险的方法可以是修改逻辑电路设计，增加冗余项。

可以将F AB AC =+修改为F AB A C BC =++，修改后的逻辑电路如下：V11MHz 5 VGNDVDD5VU2B 74LS09DU2C 74LS09DU3B 74LS32DXSC1U1A 74LS05DU2A74LS09DU3C74LS32D图 修改后的逻辑电路修改后，得到的输出波形：图修改后的电路输出波形通过波形可以看出，修改后就没有了冒险现象。

四、思考题如图所示电路是否存在竞争冒险现象，若存在，如何消除U1A74LS05DU2A74LS02DU2B74LS02DU3A74LS02DV11MHz 5 VVCC 5VXSC1A BExt T rig++__+_图思考题电路解：分析该电路可以知道，其逻辑功能为：F A B A C=+++，分析可知，当B=C=0时，F=0，但是通过仿真可得到如下波形：图思考题电路输出波形由该波形能够看出，该电路是存在冒险现象的。

类似例题3，可以通过加冗余项来消除冒险，具体做法如下：将原函数修改为F A B A C B C=+++++，做出如下电路图：U1A 74S05DU2A74S02DU2B74S02DU2C74S02DU2D74S02DU3A74S02DV11MHz 5 V 213456XSC1A B Ext Trig++__+_7图修改后的电路图通过仿真可以得到如下波形：图修改后电路的输出波形由波形可以看出，冒险想象已经消除。

实验四 触发器电路仿真一、实验目的1、掌握边沿触发器的逻辑功能2、逻辑不同边沿触发器逻辑功能之间的相互切换。

二、实验原理触发器是构成时序电路的基本逻辑元件，具有记忆、存储二进制信息的功能。

从逻辑功能上将触发器分为RS 、JK 、D 、T 、T ’等几种类型，对于逻辑功能的描述有真值表、波形图、特征方程等几种方法。

功能不同的触发器之间可以相互转换。

边沿触发器是指在CP 上升沿或下降沿到来时接受此刻的输入信号，进行状态转换，而其他时刻输入信号状态的变化对其没有影响的电路。

集成触发器通常具有异步置位、复位的功能，74LS74D 是在一片芯片上包含连两个完全独立边沿D 触发器的集成电路。

对它的分析可以分为以下三种情况：1、无论CP 、D 为何值，只要~1CLR=0,1PR=1,触发器置零；只要~1CLR=1,~1PR=0,触发器置1.2、当~1CLR=~1PR=0时为不允许状态。

3、当~1CLR=~1PR=1且CP 处于上升沿时，1n Q+=D 。

74LS112是在一片芯片上包含两个完全独立边沿JK 触发器的集成电路，对它的分析可以分为以下三种情况：1、无论CP 、J 、K 为何值，只要~1CLR=0，~1PR=1，触发器置零；只要~1CLR=1，~1PR=0，触发器置1.2、当~1CLR=~1PR=0时为不允许状态。

3、当~1CLR=~1PR=1且CP 处于下降沿时，1n n n Q JQ KQ +=+。

三、仿真例题1、D 触发器仿真电路如下：5 V图D触发器仿真实验图表D触发器实验真值表2、JK触发器仿真电路如下：图JK触发器仿真电路图利用开关改变输入端的状态，观察输出端的变化，将结果记录于表格中：表JK触发器仿真实验记录表四、思考题由于D触发器使用方便，JK触发器功能最完善，怎样将JK触发器和D触发器分别转换成T触发器。

解：1、将JK触发器转换成T触发器，电路如下：图JK触发器转换成T触发器2、将D触发器转换成T触发器5 V图D触发器转换成T触发器实验五计数器电路仿真实验一、实验目的1、了解计数器的日常应用和分类2、熟悉集成计数器逻辑功能和其各控制端作用3、掌握计数器使用方法二、实验原理统计输入脉冲个数的过程叫计数，能够完成计数工作的电路称作计数器。

计数器的基本功能是统计时钟脉冲的个数，也可以用于分频、定时、产生节拍脉冲等。

计数器的种类很多，根据计数脉冲引入方式的不同，将计数器分为同步计数器和异步计数器；根据计数过程中计数变化趋势，将计数器分为加法计数器、减法计数器、可逆计数器；根据计数器在哦个计数长度的不同，分为二进制计数器和非二进制计数器等。

二进制计数器是构成其他计数器的基础。

按照计数器中的计数值的编码方式，用n表示二进制代码，N表示状态位，满足N=2n的计数器称作二进制计数器。

74LS161D是常见的二进制同步加法计数器。

74LS191D是常见的二进制加/减同步计数器。

若一计数器的计数长度为10，则该计数器是十进制计数器，74LS162是常见的十进制加法计数器。