数字全加器操作说明书 本实验将分别采用 (1) 门电路 (2) 数据选择器 (3) 二进制译码器三种不同逻辑器件实现 1 位全加器的逻辑电路功能 具体的实验步骤及操作方法分述如下 1. 使用小规模集成电路 ( 门电路 ) 实现全加器 (1) 根据 1 位全加器的逻辑功能, 写出 1 位全加器的逻辑真值表, 如表 1 所示 输入 输出 表 1. 1 位全加器的逻辑真值表 A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 CI 0 1 0 1 0 1 0 1 S 0 1 1 0 1 0 0 1 CO 0 0 0 1 0 1 1 1 (2) 根据逻辑真值表, 写出本位和 S 以及向高位的进位 CO 的最小项之和 的逻辑表达式 ( 式 1) S ABCI ABCI ABCI ABCI CO ABCI ABCI ABCI ABCI 式 1 (3) 将最小项之和逻辑表达式化简为异或和与非逻辑表达式 ( 式 2) S A B CI CO ( A B) CI AB ( A B) CI AB 式 2 (4) 根据逻辑表达式 2, 用异或门 与非门分别实现 1 位全加器的逻辑电路功能 (5) 启动 Proteus 软件, 在对象选择器中单击按钮, 选择电子元件 (6) 在 Keywords 的搜索框中输入所需元件名称, 选择本实验所需元件 74LS86( 异或门 ) 74LS00( 与非门 ), 选取元件后, 摆好各元件的位置, 然后用鼠标单击欲连线的元件, 并调整线路的走线, 形成图 1 所示的门电路全加器
图 1 门电路实现全加器仿真图 (7) 放置输入源 单击工具栏中的按钮, 在图 1 的输入端放置 DCLOCK 型激励源 然后双击打开其编辑框, 如图 2 所示, 对其数值进行修改 本实验中, 输入 A 的周期设置为 4s, 输入 B 的周期设置为 2s, 输入 CI 的周期设置为 1s 图 2 激励源数值设置框 (8) 放置探针 由于需要分析 S 和 CO 输出信号的情况, 所以需放置两个探针在输出端 单击工具栏中的探针按钮, 在输出端放置电压探针 VOLTAGE 激励源发生器自带一个探针, 所以输入端不需要额外添加探针 为了分析方便起见, 右击探针打开编辑对话框, 可在编辑框中对探针名称进行修改编辑 (9) 单击工具箱中的图表仿真按钮进入图表模式, 在对象选择器出现的图表列表中选择数字分析图表 DIGITAL, 鼠标指向编辑窗口, 按下左键拖出一个方框, 松开左键确定方框大小, 将数字分析图表加载在原理编辑图中 (10) 添加探针到图表 选中图标, 单击右键, 选择 Add Traces, 在 Probe P1 的下拉菜单中选择 A, 点击 OK 然后重复上述步骤分别添加 B CI S 和 CO 如图 3 所示为添加完 A B CI 的结果示意
图 3 数字分析图表 (11) 设置仿真图表 运行时间由 X 轴的范围确定 先右击选中图标然后单击图标出现编辑图标对话框, 设置相应的开始时间和停止时间即可, 如图 4 所示 本实验中, 激励源的最大周期为 4s, 因此, 设置起始时间为 0s, 结束时间为 4s 图表的颜色参数可以通过菜单栏中下 Template 中的 Set Graph & Trace Colors 进行设置 图 4 图表设置框 (12) 进行仿真实验 选择图表, 按下空格键即可, 或单击右键, 选择 Simulate Graph 进行所涉及电路的仿真实验 仿真结果出来后, 选中图标, 点击右键, 可选择 Maximize 最大化图标窗口, 以方便观察实验数据 (13) 将仿真实验结果数据与真值表进行对比, 验证所设计电路的正确性 2. 使用中规模集成电路 ( 数据选择器 ) 实现全加器 (1) 根据四选一数据选择器的逻辑功能写出逻辑表达式 ( 式 3) Q ( A A ) D ( A A ) D ( A A ) D ( A A ) D 式 3 1 0 0 1 0 1 1 0 2 1 0 3 (2) 本位和 S 以及向高位进位 CO 的最小项之和的逻辑表达式 ( 式 4) S ABCI ABCI ABCI ABCI CO ABCI ABCI ABCI ABCI 式 4 (3) 取 1 位全加器三个变量中 A B 为地址变量 CI 为数据变量
(4) 根据四选一数据选择器的逻辑表达式确定本位和 S 的地址变量和数据变量 : A A; A B; 地址变量 : 1 0 数据变量 : D 0 CI; D 1 CI; D 2 CI; D 3 CI (5) 根据四选一数据选择器的逻辑表达式确定向高位的进位 CO 的地址变量和数据变量 : A A; A B; 地址变量 : 1 0 数据变量 : D 0 0; D 1 CI; D 2 CI; D 3 1 (6) 启动 Proteus 软件, 选择所需电子元件, 具体步骤如实验 1 所示 本实验所需元件为 74LS153( 双四选一数据选择器 ) 74LS04( 与非门 ), 选取电子元件后, 摆好各元件的位置, 然后用鼠标单击欲连线的元件, 调整线路的走线, 形成如图 5 所示由数据选择器构成的全加器仿真电路 图 5 数据选择器实现全加器仿真图 (7) 将管脚 10 1 15 设置为如图 6 所示的低电平 ( 强差 ), 同理将管脚 13 设置为高电平 ( 强高 ) 图 6 激励源设置框
(8) 放置输入源 在输入端放置激励源 输入端放置 DCLOCK 型激励源 双击打开其编辑框, 对其参数值进行修改 本实验中, 输入 A 的周期设置为 4s, 输入 B 的周期设置为 2s, 输入 CI 的周期设置为 1s (9) 放置探针 因为需要分析 S 和 CO 输出信号情况, 所以要放置两个探针在输出端 单击工具栏中的探针按钮, 在输出端放置电压探针 VOLTAGE 激励源发生器自带一个探针, 所以输入端不需要额外添加探针 为了分析方便起见, 右击探针打开编辑对话框, 可在编辑框中对探针名称进行编辑 (10) 单击工具箱中的图表仿真按钮进入图表模式, 在对象选择器出现的图表列表中选择数字分析图表 DIGITAL, 鼠标指向编辑窗口, 按下左键拖出一个方框, 松开左键确定方框大小, 将数字分析图表加载在原理编辑图中 (11) 添加探针到图表 选中图标, 单击右键, 选择 Add Traces, 在 Probe P1 的下拉菜单中选择 A, 点击 OK, 然后重复步骤分别添加 B CI S 和 CO, 如图 7 所示为添加完 A B CI 的结果 图 7 数字分析图表 (12) 设置仿真图表 运行时间由 X 轴的范围确定 先右击选中图标然后单击图标出现编辑图标对话框, 设置图 8 所示的开始时间和停止时间即可 本实验中, 激励源的最大周期为 4s, 因此, 设置起始时间为 0s, 结束时间为 4s 图表的颜色参数可以通过菜单栏下 Template 中的 Set Graph & Trace Colors 进行设置
图 8 图表设置框 (12) 进行仿真 选择图表, 按下空格键即可, 或单击右键, 选择 Simulate Graph 即可测试所设计的全加器仿真电路 仿真结果出来后, 选中图标, 点击右键, 可选择 Maximize 最大化图标窗口, 以方便观察实验数据 (13) 将仿真实验结果与真值表进行对比, 验证所设计电路的正确性 3. 使用中规模集成电路 ( 二进制译码器 ) 实现全加器 (1) 写出本位和 S 以及向高位进位 CO 的最小项之和的逻辑表达式 ( 式 4) S ABCI ABCI ABCI ABCI 式 4 CO ABCI ABCI ABCI ABCI (2) 确定本位和 S 的最小项如式 5 S( A, B, CI ) ( m, m, m, m ) 式 5 1 2 4 7 (3) 确定向高位进位 CO 的最小项如式 6 CO( A, B, CI ) ( m, m, m, m ) 式 6 3 5 6 7 (4) 启动 Proteus 软件, 选择所需电子元件, 具体步骤如实验 1 所示 本实验所需元件为 74LS138( 二进制译码器 ) 74LS20( 与非门 ), 选取电子元件后, 摆好各元件的位置, 然后用鼠标单击欲连线的元件, 调整线路的走线, 形成如图 9 所示的全加器电路 图 9 二进制译码器实现全加器仿真图 (5) 将表示 S 的最小项输出接入 74LS20 其中一个与非门的输入端 (6) 将表示 CO 的最小项输出接入 74LS20 另一个与非门的输入端 (7) 将 S 和 CO 的数据变量分别接入两个 74LS20 的输出端 (8) 将 74LS138 管脚 4 5 设置为低电平, 将管脚 6 设置为高电平 (9) 放置输入源 输入端放置 DCLOCK 型激励源 双击打开其编辑框, 对其参数值进行修改 本实验中, 输入 A 的周期设置为 4s, 输入 B 的周期设置为 2s, 输入 CI 的周期设置为 1s
(10) 放置探针 因为要分析 S 和 CO 输出信号情况, 所以需放置两个探针在输出端 单击工具栏中的探针按钮, 在输出端放置电压探针 VOLTAGE 激励源发生器自带一个探针, 所以输入端不需要额外添加探针 为了分析方便, 右击探针打开编辑对话框, 可在编辑框中对探针名称进行编辑 (11) 单击工具箱中的图表仿真按钮进入图表模式, 在对象选择器出现的图表列表中选择数字分析图表 DIGITAL, 鼠标指向编辑窗口, 按下左键拖出一个方框, 松开左键确定方框大小, 将数字分析图表加载在原理编辑图中 (12) 添加探针到图表 选中图标, 单击右键, 选择 Add Traces, 在 Probe P1 的下拉菜单中选择 A, 点击 OK 然后重复上述步骤图 10 为添加完 B CI S 和 CO 的结果 图 10 数字分析图表 (13) 设置仿真图表 运行时间由 X 轴的范围确定 先右击选中图标然后单击图标出现编辑图标对话框, 设置如图 11 所示的开始时间和停止时间即可 本实验中, 激励源的最大周期为 4s, 因此, 设置起始时间为 0s, 结束时间为 4s 图表的颜色参数可以通过菜单栏下 Template 中的 Set Graph & Trace Colours 进行设置 图 11 图表设置框 (14) 进行仿真 选择图表, 按下空格键, 或单击右键, 选择 Simulate Graph 即可对所设计仿真电路进行测试 仿真结果出来后, 选中图标, 点击右键, 可选择 Maximize 最大化图标窗口, 以方便观察实验数据
(15) 将仿真实验结果数据与真值表进行对比, 验证所设计电路的正确性