1、2023-1-28数据选择和组合逻辑电路数据选择和组合逻辑电路2023-1-28本次课的教学内容本次课的教学内容v组合逻辑电路组合逻辑电路v数据选择电路的设计数据选择电路的设计2023-1-28数电实验常见故障的分析和排除数电实验常见故障的分析和排除 这里所说的常见故障不包括因设计不当产这里所说的常见故障不包括因设计不当产生的逻辑功能错误生的逻辑功能错误(因设计不当产生的逻因设计不当产生的逻辑功能错误应修改设计方案辑功能错误应修改设计方案)。一般数字电路常见故障有：一般数字电路常见故障有：l断路故障断路故障l短路故障短路故障l集成电路芯片故障。集成电路芯片故障。2023-1-281、断路故障、
2、断路故障断路故障是指连线断路故障是指连线(包括信号线、传输线、测包括信号线、传输线、测试线、焊点、连接点试线、焊点、连接点)断路产生的故障。断路产生的故障。这类故障产生的现象比较明显，一般显现出相这类故障产生的现象比较明显，一般显现出相关点无规律的电平，例如：芯片电源连接端无关点无规律的电平，例如：芯片电源连接端无电压；信号输入端无脉冲电压等等。电压；信号输入端无脉冲电压等等。检查这类故障的方法是用检查这类故障的方法是用“0”、“1”判断法判断法，如设线路通为如设线路通为“1”，断为，断为“0”。操作时可用万。操作时可用万用表、逻辑笔或者示波器用表、逻辑笔或者示波器(配合测试信号配合测试信号)
3、从源从源头沿一定路径逐段查寻头沿一定路径逐段查寻，不难发现故障点。，不难发现故障点。2023-1-282、短路故障、短路故障短路故障是指连线或连线点短路造成电路出短路故障是指连线或连线点短路造成电路出现异常的现象。现异常的现象。例如：电源正端和地短路会造成电源电压为例如：电源正端和地短路会造成电源电压为零；局部逻辑线混连，会出现逻辑混乱错误。零；局部逻辑线混连，会出现逻辑混乱错误。有的短路故障比较隐蔽，需要耐心仔细分析有的短路故障比较隐蔽，需要耐心仔细分析和耐心寻找才能发现。和耐心寻找才能发现。最常用查找短路故障的方法是：将最常用查找短路故障的方法是：将电路断电电路断电后用万用表的欧姆档测电阻
4、值后用万用表的欧姆档测电阻值，若发现电路，若发现电路中无直接电气连接的两节点之间电阻值为零中无直接电气连接的两节点之间电阻值为零（或极小），可判为短路。（或极小），可判为短路。2023-1-283、集成电路芯片故障、集成电路芯片故障集成电路芯片故障是指集成电路芯片的功能不正常。集成电路芯片故障是指集成电路芯片的功能不正常。这类故障的特点或是：这类故障的特点或是：l集成电路烫手；集成电路烫手；l集成电路电源端的电压过低；集成电路电源端的电压过低；l芯片的输入端有规定的逻辑电平而输出没有正确的芯片的输入端有规定的逻辑电平而输出没有正确的逻辑电平。逻辑电平。通过用手触摸，或是测量电源管脚的直流电压，
5、或是通过用手触摸，或是测量电源管脚的直流电压，或是输入逻辑信号进行测试就可发现故障点或可疑点。之输入逻辑信号进行测试就可发现故障点或可疑点。之后，更换可疑集成电路芯片，再测电路进行判断。后，更换可疑集成电路芯片，再测电路进行判断。由于芯片的管脚折断或折弯而未能插入实验板引起的由于芯片的管脚折断或折弯而未能插入实验板引起的故障往往体现在芯片的逻辑功能不能实现，这种故障故障往往体现在芯片的逻辑功能不能实现，这种故障需要进行仔细查找才能找到。需要进行仔细查找才能找到。2023-1-28当怀疑芯片坏了时，对于当怀疑芯片坏了时，对于SSI或功能简单的或功能简单的MSI，可以，可以通过测试它的逻辑功能，迅
6、速做出判断。检查时，一通过测试它的逻辑功能，迅速做出判断。检查时，一般需要将被查对象般需要将被查对象从电路中分离出来从电路中分离出来，即将其输入、，即将其输入、输出同其他电路断开，再根据其逻辑功能进行检查。输出同其他电路断开，再根据其逻辑功能进行检查。l例如，检查一个多输入例如，检查一个多输入“与非与非”门，当其输入全门，当其输入全“1”时，输出应为时，输出应为“0”；如果有一个输入端为；如果有一个输入端为“0”，则输，则输出为出为“1”。通过检查如果不符合上述情况，就说明该。通过检查如果不符合上述情况，就说明该门已经损坏。门已经损坏。l又例如，在检查又例如，在检查8选选1数据选择器时数据选择
7、器时(使能端确已接好使能端确已接好)，使地址输入分别为使地址输入分别为000111，看输出是否分别与，看输出是否分别与D0D7相同，即可做出判断。对于复杂的相同，即可做出判断。对于复杂的MSI或或LSI，可，可以用专用的集成电路测试仪来进行测试。以用专用的集成电路测试仪来进行测试。集成电路芯片故障集成电路芯片故障2023-1-28v芯片缺口朝左，电源和地线连接确保无误芯片缺口朝左，电源和地线连接确保无误v检查电源检查电源 整体电路电源（电压值、纹波）整体电路电源（电压值、纹波）集成芯片电源（集成芯片电源（地地和电源正都必须检查）和电源正都必须检查）v检查使能端、控制端检查使能端、控制端 使用的
8、使能端和控制端不能悬空使用的使能端和控制端不能悬空 可对电路进行简化（举例，计数器可对电路进行简化（举例，计数器LDLD端）端）v根据电路原理进行调测根据电路原理进行调测 先用先用单脉冲单脉冲调测，便于观察电路的工作状态，分调测，便于观察电路的工作状态，分析简单。析简单。再用再用连续脉冲连续脉冲调测；调测；检查电路的一般顺序检查电路的一般顺序2023-1-28调测过程中应注意的问题调测过程中应注意的问题 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 要考虑电路前、后级之间的影响（可通要考虑电路前、后级之间的影响（可通过断开电路再测试）。过断开电路再测试）。2023-1-2
9、8 3、要注意电平是否满足要求，不可只关心波要注意电平是否满足要求，不可只关心波 形形状。（示波器用形形状。（示波器用DC耦合耦合）4、排除仪表对被测电路的影响排除仪表对被测电路的影响2023-1-28用与非门设计一数字锁逻辑电路，该用与非门设计一数字锁逻辑电路，该锁有锁有3个按钮个按钮A、B、C，当，当A、B、C同同时按下，或时按下，或A、B同时按下，或只有同时按下，或只有A或或B按下时开锁，如果不符合上述条件应按下时开锁，如果不符合上述条件应发出报警。发出报警。解：解：1 1、根据题意列出真值表、根据题意列出真值表2 2、根据真值表写出逻辑表达式，转化成、根据真值表写出逻辑表达式，转化成与
10、非式。与非式。2023-1-28输入输入输出输出ABCFJG0000000101010100110110010101011101011110JGABCABCABCACBCACBCAC BC2023-1-283 3、画出电路原理图，标注器件型号、画出电路原理图，标注器件型号、管脚号。管脚号。2023-1-28在实验箱上搭电路：在实验箱上搭电路：1 1、将稳压电源单路将稳压电源单路12V12V电压连接到实验箱电压连接到实验箱（12V12V正端连接实验箱正端连接实验箱+12V+12V接线柱，接线柱，12V12V负端连接负端连接实验箱实验箱GNDGND接线柱），合上实验箱的电源开关，接线柱），合上实验
11、箱的电源开关，实验箱正电源的三个指示灯亮。再关闭实验箱的实验箱正电源的三个指示灯亮。再关闭实验箱的电源开关。电源开关。2 2、在实验箱上两个、在实验箱上两个1414脚集成电路插座上插脚集成电路插座上插上上74007400和和74207420，缺口朝左，管脚与插口一一对齐，缺口朝左，管脚与插口一一对齐，勿遗漏或折弯管脚。勿遗漏或折弯管脚。根据电路图，接上全部连接线：根据电路图，接上全部连接线：2023-1-283 3、管脚与管脚之间注意核对脚号，连线勿插错。、管脚与管脚之间注意核对脚号，连线勿插错。4 4、输入、输入A A、B B、C C分别接实验箱分别接实验箱K1K1K8K8中的任意中的任意3
12、 3个。个。5 5、输出、输出F F接实验箱逻辑电平显示中的任意接实验箱逻辑电平显示中的任意1 1个个集成电路左上管脚连接集成电路左上管脚连接VCCVCC，右下管脚连接，右下管脚连接GNDGND6 6、电路检查无误后合上实验箱的电源开关，通、电路检查无误后合上实验箱的电源开关，通电作静态测试：电作静态测试：按照真值表的顺序依次按动连接按照真值表的顺序依次按动连接A A、B B、C C的开的开关（为电路提供关（为电路提供000000111111的输入信号）的输入信号）同时观察连接输出同时观察连接输出F F的发光二极管的亮、灭情的发光二极管的亮、灭情况（况（F F高电平，发光二极管亮。高电平，发光
13、二极管亮。F F低电平，发低电平，发光二极管灭）。其逻辑功能应与真值表完全一光二极管灭）。其逻辑功能应与真值表完全一致。致。2023-1-28 有一个组合逻辑电路如图有一个组合逻辑电路如图4-174-17所示，所示，试用试用示波器来判断是否存在逻辑险象、险象的类型及示波器来判断是否存在逻辑险象、险象的类型及出现的条件；出现的条件；在输出端加接滤波电容，观察毛在输出端加接滤波电容，观察毛刺的变化情况；刺的变化情况；换用修改逻辑设计的方法以消换用修改逻辑设计的方法以消除出现的险象，并通过除出现的险象，并通过MultisimMultisim 11 11仿真软件仿真软件验证验证之。之。逻辑险象（冒险）
14、逻辑险象（冒险）：数字电路中出现了违背真值：数字电路中出现了违背真值表所规定的逻辑电平表所规定的逻辑电平逻辑冒险：逻辑冒险：输入信号所经路径不同而引起的冒险输入信号所经路径不同而引起的冒险功能冒险：功能冒险：多个输入信号同时变化的瞬间，由于多个输入信号同时变化的瞬间，由于变化的快慢不同而引起的冒险变化的快慢不同而引起的冒险2023-1-283 3、卡诺图中增加一个绿线所圈的、卡诺图中增加一个绿线所圈的“搭接块搭接块”（即（即逻辑表达式中的多余项），可消除逻辑险象，于逻辑表达式中的多余项），可消除逻辑险象，于是是判断逻辑冒险：判断逻辑冒险：1 1、当逻辑函数中出现下列结果时将出现逻辑险象：、当逻
15、辑函数中出现下列结果时将出现逻辑险象：0 01 10 0型险象型险象1 10 01 1型险象型险象 2 2、由卡诺图可见原逻辑表达式、由卡诺图可见原逻辑表达式F=AB+BCF=AB+BC（黑色所圈）出现了（黑色所圈）出现了“相切相切”的卡诺圈（红线处），相切部分未被另外的卡诺圈（红线处），相切部分未被另外卡诺圈包围，即可断定存在逻辑冒险。卡诺圈包围，即可断定存在逻辑冒险。2023-1-28判断功能冒险：判断功能冒险：v在卡诺图中：在卡诺图中：有两个或两个以上变量变化；有两个或两个以上变量变化；变化前后函数值相同；变化前后函数值相同；若不变的输入组成的乘积项所圈的卡诺若不变的输入组成的乘积项所圈
16、的卡诺圈中有圈中有 “1”1”也有也有“0”0”，则存在功能冒险，若，则存在功能冒险，若取值相同，则无功能冒险。取值相同，则无功能冒险。2023-1-28例例1 1、ABCABC从从011011变为变为101101，C C是不变的变量，函数值为是不变的变量，函数值为1 1，圈乘积项为圈乘积项为C C的卡诺圈（红色），圈中有的卡诺圈（红色），圈中有“1”1”也有也有“0”0”，则存在功能冒险。，则存在功能冒险。F=AB+BC。A和和B不可能同时不可能同时变化，如果变化，如果B先变化，先变化，011变成过渡态变成过渡态001再变成再变成101，则，则F函数函数值为值为1-0-1。0型冒险。这种由过
17、渡态引起的冒险是由于电路的型冒险。这种由过渡态引起的冒险是由于电路的功能所致，因此称为功能冒险。功能所致，因此称为功能冒险。例例2 2、ABCABC从从100100变为变为111111，A A是不变的变量，函数值为是不变的变量，函数值为1 1，圈乘积项为，圈乘积项为A A的卡诺圈（黑色）的卡诺圈（黑色），圈中有，圈中有“1”1”也也有有“0”0”，也存在功能冒险。，也存在功能冒险。2023-1-28消除消除逻辑险象：逻辑险象：v增加多余项，可消除增加多余项，可消除逻辑冒险逻辑冒险v输出端加滤波电容，输出端加滤波电容，可消除可消除逻辑冒险逻辑冒险和功能冒险和功能冒险v加取样脉冲，加取样脉冲，可避
18、免可避免逻辑冒险和功能逻辑冒险和功能冒险冒险2023-1-282023-1-28加滤波电容加滤波电容C C：2023-1-28增加多余项消除冒险：增加多余项消除冒险：FAB ACABACBC2023-1-282023-1-28用数据选择器用数据选择器74LS153或者或者74LS151实实现函数现函数0458121314,Fm m m m mmm2023-1-281 1、根据题意可得：、根据题意可得：需使用数据选择器需使用数据选择器7415174151或或7415374153。输入输入为为4 4位，输出为一位位，输出为一位选用选用7415174151或或7415374153芯片，芯片，都需进行
19、降维处理。都需进行降维处理。输入输入输出输出ABCDF000010001000100001100100101011011000111010001100101010010110110011101111101111102 2、根据、根据F F的逻辑表达式列出的逻辑表达式列出真值表如右表真值表如右表2023-1-283 3、根据真值表画出卡诺图、根据真值表画出卡诺图并进行降维处理并进行降维处理输入输入输出输出ABCDF00001000100010000110010010101101100011101000110010101001011011001110111110111110采用采用74151741
20、51芯片实现电路芯片实现电路(方法一方法一)可得可得7415174151的数据输入端为：的数据输入端为：2023-1-28画出电路图：画出电路图：2023-1-28对电路图进行管脚标号：对电路图进行管脚标号：2023-1-28采用采用74151芯片实现电路芯片实现电路(方法二方法二)输入输入输出输出ABCDF00001000100010000110010010101101100011101000110010101001011011001110111110111110 可得可得7415174151的数据输入端为：的数据输入端为：2023-1-28画出电路图：画出电路图：2023-1-28对电路图
21、进行管脚标号：对电路图进行管脚标号：2023-1-28电路装配：电路装配：在实验箱在实验箱1616脚集成电路插座上插脚集成电路插座上插上上7415174151，1414脚集成电路插座上插上脚集成电路插座上插上74047404，缺口朝左，管脚与插口一一对，缺口朝左，管脚与插口一一对齐，勿遗漏或折弯管脚。齐，勿遗漏或折弯管脚。2023-1-281 1、可作静态测试：、可作静态测试：输入（输入（A A、B B、C C、D D）接实验箱的）接实验箱的K1K8K1K8任任4 4个插个插孔，输出孔，输出F F送逻辑电平显示任送逻辑电平显示任1 1个插孔（个插孔（F F高电平，高电平，发光二极管亮发光二极管
22、亮。F F低电平，发光二极管灭）。根据低电平，发光二极管灭）。根据真值表，顺序按动输入开关（真值表，顺序按动输入开关（00000011111111），检查、），检查、核对输出是否与真值表一致。核对输出是否与真值表一致。电路调测：电路调测：2 2、可作动态测试：、可作动态测试：用用7416174161的四位输出的四位输出Q3Q3Q0Q0，为，为MUXMUX提供地址信提供地址信号（号（7416174161的的CPCP频率为频率为10kHz10kHz左右）。用双踪示波左右）。用双踪示波器同时观测器同时观测CPCP和输出信号和输出信号F F，核对其时间关系。序，核对其时间关系。序列码值为：列码值为：F=1000110010001010F=1000110010001010
