【上海大学数字逻辑实验报告】四、组合电路（三）

一、 实验目的

1. 掌握多路选择器74LS151的原理。
2. 掌握译码器74LS138的原理。
3. 学会在Quartus II上使用多路选择74LS151设计电路。
4. 学会在Quartus II上使用译码器74LS138设计电路。

二、 实验原理

1. 多路选择器又称数据选择器或多路开关，它是一种多路输入单路输出的组合逻辑电路，其逻辑功能是从多个输入中选出一个，并把它的信息传送到输出。输出对输入的选择受选择控制变量的控制。对于一个有2ⁿ个输入和一个输出的多路选择器，在n个选择控制信号作用下，把其中一个信号传送到输出端。本次实验使用的八选一选择器74151的逻辑符号如下图所示：

2. 译码器是一种多输出组合逻辑部件，它能将n个输入变量变换成2ⁿ个输出函数，并且每个输出对应于n个输入变量的一个最小项。因此，二进制译码器具有n个输入端，2ⁿ个输出端和一个(或多个)使能输入端。本次实验使用的3线-8线译码器74138的逻辑电路图和逻辑符号如下图所示：

3. 74138的真值表:

4. 74151的真值表:
   

三、实验内容

实验任务一：用多路选择器实现逻辑函数:

(1) 实验步骤

1. 用Quartus II设计出如下电路：

2. 编译通过后进行波形仿真，验证电路逻辑功能：

3. 仿真通过后，参照原理图定义引脚：

4. 生成编程并将文件下载到FPGA。
5. 将开关连接对应的输入引脚，输出引脚连接到发光二极管：

6. 用开关和发光二极管测试FPGA的功能。
7. 记录测试结果。

(2) 实验现象

无论A₀A₁A₂怎么输入，电路总是能根据逻辑函数输出对应的结果。

(3) 数据记录、分析与处理

(4) 实验结论

通过使用Quartus II设计工具，我们成功地用74LS151设计并测试了一个能够实现逻辑函数的电路。实验结果表明，电路在各种输入条件下都表现出良好的性能，符合预期行为。

实验任务二：用译码器实现逻辑函数：

(1) 实验步骤

1. 用Quartus II设计出如下电路：

2. 编译通过后进行波形仿真，验证电路逻辑功能：

3. 仿真通过后，参照原理图定义引脚：

4. 生成编程并将文件下载到FPGA。
5. 将开关连接对应的输入引脚，输出引脚连接到发光二极管：

6. 用开关和发光二极管测试FPGA的功能。
7. 记录测试结果。

(2) 实验现象

无论ABCD怎么输入，电路总是能根据逻辑函数输出对应的结果。

(3) 数据记录、分析与处理

(4) 实验结论

通过使用Quartus II设计工具，我们成功地用74LS138设计并测试了一个能够实现逻辑函数的电路。实验结果表明，电路在各种输入条件下都表现出良好的性能，符合预期行为。

四、建议和体会

1. 在实验前，要理解并掌握用最小项表达逻辑函数的方法。
2. 在设计电路时，注意接地。
3. 将文件下载到FPGA后，接线时注意最低位和最高位不要接反。
4. 不要一味用真值表的结果和波形模拟的结果进行对比，因为最高位最低位的顺序不同可能导致波形模拟的结果正好相反。
5. 本实验有助于加深对多路选择器和译码器原理的理解，同时也提供了一个实际的编程和模拟测试经验。为后续进行更复杂的电路设计打下基础。