实验名称：数据选择器及应用；组合逻辑电路的动态测试

设计方式：原理图

难度：⚡⚡⚡⚡

适用教材：郭宇锋《电工电子基础实验（第2版）》

题目位置：P220 四-1、2、6

寄语：示波器，启动！

本次实验我们将使用示波器配合进行动态测试。

以下是实验报告正文：

数据选择器及应用

一、 实验目的

    1. 掌握数据选择器的工作原理与逻辑功能。

    2. 掌握数据选择器设计组合逻辑电路的方法。

二、 主要仪器设备及软件

    硬件：DGDZ-5 型电工电子实验箱、电脑

    软件：ISE 14.7

三、 实验原理（或设计过程）

    1.数据选择器(MUX)

    2.用数据选择器设计组合逻辑电路的步骤

        (1)降维(可选)；代数法或卡诺图法；(2)比较；(3)画逻辑图。

四、 实验电路图

五、 实验内容和实验结果

    1.测试数据选择器 M8_1E 的逻辑功能。

        测试电路如【图 四-1】，下表为数据选择器 M8_1E 的功能表：

        在 ISE 14.7 中进行仿真，可得到如下波形图：

        根据【表 五-1】，在实验箱上设计实物测试电路。其中输入端 A0、A1、A2 分别接时钟逻辑电平 8k、4k、2k，并分别接入示波器 CH1~CH3 通道；数据端 D0~D7 使用序列 10010001；输出端 O 接入示波器 CH4 通道。其管脚约束、实物电路图和示波器输出图如下：

    2.用数据选择器设计 1 位全加器，写出设计过程，并用实验验证。

        (1)设计过程：1 位全加器有三个输入端，两个输出端。设 A 为被加数、B 为加数、Ci-1 为低位对本位的进位，这三个是输入变量；输出为本位 S和本位向高位的进位 Ci。下表为 1 位全加器的真值表：

        分别画出 S 和 Ci的卡诺图，并对其降维：

        可分别求出输入端表达式：

        该电路有两个输出，可用两个 M4_1E 实现，如【图 四-2】所示，设输 入端为 A、B、Ci_1；输出端为 S 和 Ci。

        (2)仿真及实验：在 ISE 14.7 中对该电路进行仿真，结果如下图：

        在实验箱上设计实物测试电路。其中输入端 A、B、Ci_1 分别接时钟逻 辑电平 2k、4k、8k，并分别接入示波器 CH1~CH3 通道；将 S 和 Ci 分别接 入示波器 CH4 通道。其管脚约束、实物电路图、示波器波形图如下：

    3.试用数据选择器 M8_1E 实现函数。

        (1)实验设计：由函数表达式可知该函数有四个输入，分别设为 A, B, C, D；以及一个输出 F。可绘制其卡诺图并降维，如下图所示：

        得到 M8_1E 的数据输入端表达式为：

        由此可绘出电路图如【图 四-3】所示。

        (2)仿真及实验：在 ISE 14.7 中对电路进行仿真，结果如下：

        在实验箱上设计实物测试电路。其中输入端 A、B、D 分别接时钟逻辑 电平 2k、4k、8k，并分别接入示波器 CH1~CH3 通道；将 F 接入示波器 CH4 通道。其管脚约束、实物电路图、示波器波形图如下：

六、 结果分析

    1. 对于五-1 的分析：

        根据【图 五-1 仿真波形】所示，当使能端 EN 为低电平时，数据选择 器被禁用，输出为低电平；EN 为高电平时，数据选择器会根据地址端 A0~A2，选择出数据端 D0~D7 对应的信号进行输出。测试完成。

    2. 对于五-2 的分析：

        对比【图 五-6 仿真结果】、示波器波形【图 五-9】和【图 五-10】，发 现它们具有一致性，且都与真值表相符，说明该设计通过了静态测试和动态 测试。完成了用数据选择器构造一位全加器的要求。

    3. 对于五-3 的分析：

        对比【图 五-12 仿真结果】和题设逻辑函数的真值表，发现能够一一对 应，通过静态测试；观察示波器波形【图 五-15】，发现波形稳定且与仿真结 果相符，通过动态测试。成功实现了题设逻辑函数。

七、 实验小结

        本次实验使用了示波器作为动态测试的工具，使用前要注意把各通道的 探头设置成 1X，不然波形会很大；还要根据波形的频率设置示波器的触发， 一般选频率最低的信号作为触发源。

        今后的实验中应该多留意示波器进行动态测试的操作。

正文完。

        愿同学们实验顺利，美美下班！