實驗二第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本次課的教學內容本次課的教學內容v組合邏輯電路組合邏輯電路v數(shù)據(jù)選擇電路的設計數(shù)據(jù)選擇電路的設計2022-3-3數(shù)電實驗常見故障的分析和排除數(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計不當產這里所說的常見故障不包括因設計不當產生的邏輯功能錯誤生的邏輯功能錯誤(因設計不當產生的邏因設計不當產生的邏輯功能錯誤應修改設計方案輯功能錯誤應修改設計方案)。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(包括信號線、傳輸線、測包括信號線、傳輸線、測試線、焊點、連接點試線、焊點、連接點)斷路產生的故障。斷路產生的故障。這類故障產生的現(xiàn)象比較明顯，一般顯現(xiàn)出相這類故障產生的現(xiàn)象比較明顯，一般顯現(xiàn)出相關點無規(guī)律的電平，例如：芯片電源連接端無關點無規(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。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檢查這類故障的方法是用“0”、“1”判斷法判斷法，如設線路通為如設線路通為“1”，斷為，斷為“0”。操作時可用萬。操作時可用萬用表、邏輯筆或者示波器用表、邏輯筆或者示波器(配合測試信號配合測試信號)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。，不難發(fā)現(xiàn)故障點。 2022-3-32、短路故障、短路故障短路故障是指連線或連線點短路造成電路出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。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。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)。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用表的歐姆檔測電阻值后用

4、萬用表的歐姆檔測電阻值，若發(fā)現(xiàn)電路，若發(fā)現(xiàn)電路中無直接電氣連接的兩節(jié)點之間電阻值為零中無直接電氣連接的兩節(jié)點之間電阻值為零（或極?。?，可判為短路。（或極?。膳袨槎搪?。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。這類故障的特點或是：這類故障的特點或是：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低；集成電路電源端的電壓過低；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。通過用手觸摸，或是測量電源管腳的直流電壓，或是通過

5、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。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。需要進行仔細查找才能找到。2022-3-3當懷疑芯片壞了時，對于當懷疑芯片壞了時，對于SSI或功能簡單的或功能簡單的MSI，可以，可以通過測試它的邏輯功能，迅速做出判斷

6、。檢查時，一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般需要將被查對象從電路中分離出來從電路中分離出來，即將其輸入、，即將其輸入、輸出同其他電路斷開，再根據(jù)其邏輯功能進行檢查。輸出同其他電路斷開，再根據(jù)其邏輯功能進行檢查。l例如，檢查一個多輸入例如，檢查一個多輸入“與非與非”門，當其輸入全門，當其輸入全“1” 時，輸出應為時，輸出應為“0”；如果有一個輸入端為；如果有一個輸入端為“0”，則輸，則輸出為出為“1”。通過檢查如果不符合上述情況，就說明該。通過檢查如果不符合上述情況，就說明該門已經損壞。門已經損壞。l又例如，在檢查又例如，在檢查8選選1數(shù)據(jù)選擇器時數(shù)據(jù)選擇器時(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。對于復雜的相同，即可做出判斷。對于復雜的MSI或或LSI，可，可以用專用的集成電路測試儀來進行測試。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誤芯片缺口朝左，電源和地線連接確保無誤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 可對電路進行簡化（舉例，計數(shù)器可對電路進行簡化（舉例，計數(shù)器LDLD端）端）v根據(jù)電路原理進行調測根據(jù)電路原理進行調測 先用先用單脈沖單脈沖調測，便于觀察電路的工作狀態(tài)，分調測，便于觀察電路的工作狀態(tài)，分析簡單。析簡單。 再用再用連續(xù)脈沖連續(xù)脈沖調測；調測；檢查電路的一般順序檢查電路的一般順序2022-3-3調測過程中應注意的問題調測過程中應注意的問題 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、后級之間的影響（可通要考慮電路前、后級之間的影響（可通過斷開電路再測試）。過斷開電路再測試）。2022-3-3 3、

9、 要注意電平是否滿足要求，不可只關心波要注意電平是否滿足要求，不可只關心波 形形狀。（示波器用形形狀。（示波器用DC耦合耦合） 4 、 排除儀表對被測電路的影響排除儀表對被測電路的影響2022-3-3用與非門設計一數(shù)字鎖邏輯電路，該用與非門設計一數(shù)字鎖邏輯電路，該鎖有鎖有3個按鈕個按鈕A、B、C，當，當A、B、C同同時按下，或時按下，或A、B同時按下，或只有同時按下，或只有A或或B按下時開鎖，如果不符合上述條件應按下時開鎖，如果不符合上述條件應發(fā)出報警。發(fā)出報警。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式，轉化成、根據(jù)真值表寫出邏輯表達式，轉化成與非

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，標注器件型號、畫出電路原理圖，標注器件型號、管腳號。管腳號。2022-3-3在實驗箱上搭電路：在實驗箱上搭電路： 1 1、 將穩(wěn)壓電源單路將穩(wěn)壓電源單路12V12V電壓連接到實驗箱電壓連接到實驗箱（12V12V正端連接實驗箱正端連接實驗箱+12V+12V接線柱，接線柱，12V12V負端連接負端連接實驗箱實驗箱GNDGND接線柱），合上實驗箱的電源開關，接線柱），合上實驗箱的

11、電源開關，實驗箱正電源的三個指示燈亮。再關閉實驗箱的實驗箱正電源的三個指示燈亮。再關閉實驗箱的電源開關。電源開關。 2 2、在實驗箱上兩個、在實驗箱上兩個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，管腳與插口一一對齊，缺口朝左，管腳與插口一一對齊，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腳號，連線勿插錯。、管腳與管腳之間注意核對腳號，連線勿插錯。4 4、輸入、輸入A A、B B、C C分別接實驗箱分別接實驗箱K1K1K8K8中的任意中的任意3 3

12、個。個。5 5、輸出、輸出F F接實驗箱邏輯電平顯示中的任意接實驗箱邏輯電平顯示中的任意1 1個個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、電路檢查無誤后合上實驗箱的電源開關，通、電路檢查無誤后合上實驗箱的電源開關，通電作靜態(tài)測試：電作靜態(tài)測試：按照真值表的順序依次按動連接按照真值表的順序依次按動連接A A、B B、C C的開的開關（為電路提供關（為電路提供000000111111的輸入信號）的輸入信號）同時觀察連接輸出同時觀察連接輸出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）。其邏輯功能應與真值表完全一光二極管滅）。其邏輯功能應與真值表完全一致。致。2022-3-3 有一個組合邏輯電路如圖有一個組合邏輯電路如圖4-174-17所示，所示，試用試用示波器來判斷是否存在邏輯險象、險象的類型及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；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；換用修改邏輯設計的方法以消換用修改邏輯設計的方法以消除出現(xiàn)的險象，并通過除出現(xiàn)的險象，并通過Multisim 11Multisim 11仿真軟件仿真軟件驗證驗證之。之。 邏輯險象（冒險）邏

14、輯險象（冒險）：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：邏輯冒險：輸入信號所經路徑不同而引起的冒險輸入信號所經路徑不同而引起的冒險功能冒險：功能冒險：多個輸入信號同時變化的瞬間，由于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變化的快慢不同而引起的冒險2022-3-33 3、卡諾圖中增加一個綠線所圈的、卡諾圖中增加一個綠線所圈的“搭接塊搭接塊” ” （即（即邏輯表達式中的多余項），可消除邏輯險象，于邏輯表達式中的多余項），可消除邏輯險象，于是是判斷邏輯冒險：判斷邏輯冒險：1 1、當邏輯函數(shù)中出現(xiàn)下列結果時將出現(xiàn)邏輯險象：、當

15、邏輯函數(shù)中出現(xiàn)下列結果時將出現(xiàn)邏輯險象： 0 01 10 0型險象型險象1 10 01 1型險象型險象 2 2、由卡諾圖可見原邏輯表達式、由卡諾圖可見原邏輯表達式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?？ㄖZ圈包圍，即可斷定存在邏輯冒險。2022-3-3判斷功能冒險：判斷功能冒險：v在卡諾圖中：在卡諾圖中：有兩個或兩個以上變量變化；有兩個或兩個以上變量變化；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所圈的卡諾若不變的輸入組成的乘

16、積項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，若，則存在功能冒險，若取值相同，則無功能冒險。取值相同，則無功能冒險。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，圈乘積項為圈乘積項為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。，則存在功能冒險。 F=AB+BC。A和和B不可能同時不可能同時變化，如果變化，如果B先變化，先變化，011變成過渡態(tài)變成過渡態(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。這種由過渡態(tài)引起的冒險是由于電路的型冒險。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。功能所致，因此稱為功能冒險。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，圈乘積項為，圈乘積項為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。，也存在功能冒險。2022-3-3消除消除邏輯險象：邏輯險象：v增加多余項，可消除增加多余項，可消除邏輯冒險邏輯冒險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邏輯冒險和功能冒險和功能冒險v加取樣脈沖，加

18、取樣脈沖，可避免可避免邏輯冒險和功能邏輯冒險和功能冒險冒險2022-3-32022-3-3加濾波電容加濾波電容C C：2022-3-3增加多余項消除冒險：增加多余項消除冒險：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實實現(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、需進行降維處理。都需進行降維處理。輸入輸入輸出輸出ABCDF000010001000100001100100101011011000111010001100101010010110110011101111101111102 2、根據(jù)、根據(jù)F F的邏輯表達式列出的邏輯表達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行降維處理并進行降維處理輸入輸入輸出輸出ABCDF00001000100010000110010010101101100011101000110010101001011011001110111110111110采用采用7415174151芯片實現(xiàn)電路芯片實現(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對電路圖進行管腳標號：對電路圖進行管腳標號：2022-3-3采用采用74151芯片實現(xiàn)電路芯片實現(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