實(shí)驗(yàn)名稱：數(shù)據(jù)選擇器及應(yīng)用；組合邏輯電路的動(dòng)態(tài)測(cè)試

設(shè)計(jì)方式：原理圖

難度：????

適用教材：郭宇鋒《電工電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（第2版）》

題目位置：P220 四-1、2、6

寄語(yǔ)：示波器，啟動(dòng)！

本次實(shí)驗(yàn)我們將使用示波器配合進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。

以下是實(shí)驗(yàn)報(bào)告正文：

數(shù)據(jù)選擇器及應(yīng)用

一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

????1. 掌握數(shù)據(jù)選擇器的工作原理與邏輯功能。

????2. 掌握數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)組合邏輯電路的方法。

二、 主要儀器設(shè)備及軟件

????硬件：DGDZ-5 型電工電子實(shí)驗(yàn)箱、電腦

????軟件：ISE 14.7

三、 實(shí)驗(yàn)原理（或設(shè)計(jì)過(guò)程）

????1.數(shù)據(jù)選擇器(MUX)

????2.用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)組合邏輯電路的步驟

????????(1)降維(可選)；代數(shù)法或卡諾圖法；(2)比較；(3)畫(huà)邏輯圖。

四、 實(shí)驗(yàn)電路圖

五、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

????1.測(cè)試數(shù)據(jù)選擇器 M8_1E 的邏輯功能。

????????測(cè)試電路如【圖 四-1】，下表為數(shù)據(jù)選擇器 M8_1E 的功能表：

????????在 ISE 14.7 中進(jìn)行仿真，可得到如下波形圖：

????????根據(jù)【表 五-1】，在實(shí)驗(yàn)箱上設(shè)計(jì)實(shí)物測(cè)試電路。其中輸入端 A0、A1、A2 分別接時(shí)鐘邏輯電平 8k、4k、2k，并分別接入示波器 CH1~CH3 通道；數(shù)據(jù)端 D0~D7 使用序列 10010001；輸出端 O 接入示波器 CH4 通道。其管腳約束、實(shí)物電路圖和示波器輸出圖如下：

????2.用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì) 1 位全加器，寫(xiě)出設(shè)計(jì)過(guò)程，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

????????(1)設(shè)計(jì)過(guò)程：1 位全加器有三個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端。設(shè) A 為被加數(shù)、B 為加數(shù)、Ci-1 為低位對(duì)本位的進(jìn)位，這三個(gè)是輸入變量；輸出為本位 S和本位向高位的進(jìn)位 Ci。下表為 1 位全加器的真值表：

????????分別畫(huà)出 S 和 Ci的卡諾圖，并對(duì)其降維：

????????可分別求出輸入端表達(dá)式：

????????該電路有兩個(gè)輸出，可用兩個(gè) M4_1E 實(shí)現(xiàn)，如【圖 四-2】所示，設(shè)輸 入端為 A、B、Ci_1；輸出端為 S 和 Ci。

????????(2)仿真及實(shí)驗(yàn)：在 ISE 14.7 中對(duì)該電路進(jìn)行仿真，結(jié)果如下圖：

????????在實(shí)驗(yàn)箱上設(shè)計(jì)實(shí)物測(cè)試電路。其中輸入端 A、B、Ci_1 分別接時(shí)鐘邏 輯電平 2k、4k、8k，并分別接入示波器 CH1~CH3 通道；將 S 和 Ci 分別接 入示波器 CH4 通道。其管腳約束、實(shí)物電路圖、示波器波形圖如下：

????3.試用數(shù)據(jù)選擇器 M8_1E 實(shí)現(xiàn)函數(shù)。

????????(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：由函數(shù)表達(dá)式可知該函數(shù)有四個(gè)輸入，分別設(shè)為 A, B, C, D；以及一個(gè)輸出 F。可繪制其卡諾圖并降維，如下圖所示：

????????得到 M8_1E 的數(shù)據(jù)輸入端表達(dá)式為：

????????由此可繪出電路圖如【圖 四-3】所示。

????????(2)仿真及實(shí)驗(yàn)：在 ISE 14.7 中對(duì)電路進(jìn)行仿真，結(jié)果如下：

????????在實(shí)驗(yàn)箱上設(shè)計(jì)實(shí)物測(cè)試電路。其中輸入端 A、B、D 分別接時(shí)鐘邏輯 電平 2k、4k、8k，并分別接入示波器 CH1~CH3 通道；將 F 接入示波器 CH4 通道。其管腳約束、實(shí)物電路圖、示波器波形圖如下：

六、 結(jié)果分析

????1. 對(duì)于五-1 的分析：

????????根據(jù)【圖 五-1 仿真波形】所示，當(dāng)使能端 EN 為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)選擇 器被禁用，輸出為低電平；EN 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)選擇器會(huì)根據(jù)地址端 A0~A2，選擇出數(shù)據(jù)端 D0~D7 對(duì)應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行輸出。測(cè)試完成。

????2. 對(duì)于五-2 的分析：

????????對(duì)比【圖 五-6 仿真結(jié)果】、示波器波形【圖 五-9】和【圖 五-10】，發(fā) 現(xiàn)它們具有一致性，且都與真值表相符，說(shuō)明該設(shè)計(jì)通過(guò)了靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài) 測(cè)試。完成了用數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)造一位全加器的要求。

????3. 對(duì)于五-3 的分析：

????????對(duì)比【圖 五-12 仿真結(jié)果】和題設(shè)邏輯函數(shù)的真值表，發(fā)現(xiàn)能夠一一對(duì) 應(yīng)，通過(guò)靜態(tài)測(cè)試；觀察示波器波形【圖 五-15】，發(fā)現(xiàn)波形穩(wěn)定且與仿真結(jié) 果相符，通過(guò)動(dòng)態(tài)測(cè)試。成功實(shí)現(xiàn)了題設(shè)邏輯函數(shù)。

七、 實(shí)驗(yàn)小結(jié)

????????本次實(shí)驗(yàn)使用了示波器作為動(dòng)態(tài)測(cè)試的工具，使用前要注意把各通道的 探頭設(shè)置成 1X，不然波形會(huì)很大；還要根據(jù)波形的頻率設(shè)置示波器的觸發(fā)， 一般選頻率最低的信號(hào)作為觸發(fā)源。

????????今后的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該多留意示波器進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試的操作。

正文完。

????????愿同學(xué)們實(shí)驗(yàn)順利，美美下班！