硬件编程–电路与二进制运算

  电路是计算机实现的基础。目前，不管什么语言编写的程序都是通过计算机自己翻译成机器语言，由电路执行。

实验目的

• 了解基本门电路
• 理解布尔代数、逻辑符号与电路之间关系
• 用门电路，实现简单的计算和存储功能

实验/学习工具

在线电路设计和仿真工具 Circuit。

AutoDesk Circuits https://circuits.io/

！该工具是中学生电路入门工具，功能有限！但直观，易用

与门案例：

实验步骤

操作入门

1. https://circuits.io/ 登陆并注册账号
2. 点 “+New” 选择 “Circuitscribe” 电路图就创建了。
3. 创出上图与门案例：
   • “+ Modeles” 添加元器件
   • Rotate 符号旋转器件
   • “Conductive Pen” 用于画导线
4. 仿真
   • 按 “Start Simulation” ，电池会自动接上
   • 点击开关
5. 画真值表验证与门功能

In A	IN B	Out
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

• 上表中：1 表示与门器件引脚对应小 LED 亮，0 表示不亮

电路连接（导线交叉问题）

1. 电源线（现实中是红色），用它连接电源的“+” 和 器件的 “VCC”。 有 “VCC” 引脚的器件必须接电源
2. 地线（现实中是蓝色），用它连接电源的“-” 和 器件的 “END”。 有 “END” 引脚的器件必须接地线
3. 由于模拟软件中，导线相交意味着联通，因此可能导致器件不正常。
4. 一种方法是利用电阻引脚之间的空间（如下图），实现导线交叉，但要注意：
   • 电阻有属性，电阻值取100偶（最小值）
   • 电阻不能串联在电源线、地线上
   • 近可能少用电阻，实现导线交叉

任务 1：建立一个简单电路

（1）建立非门功能(O = A’)验证电路：

由于软件没有提供 “NOT GATE”， 你可以通过三极管和电阻自己搭建，如下图：

• 电阻选 1K 或 10K 欧姆？
• 用一个开关控制输入，LED 表示输出？

注：用截图工具截图，务必存 png 格式

（2）填写表格：

INPUT(toggle switch)	OUTPUT(led)
ON(1)	?(?)
OFF(0)	Red(1)

（3）选做题：

• 如何用 XOR 门作非门。
• 串联、并联三极管，结果是什么门？

任务 2：验证电路等价

（1）分别建立电路 A（B+C）和 AB+AC 在一个界面上。

用 A，B，C 用三个开关控制输入，用两个 LED 表示输出。

注：用截图工具截图，务必存 png 格式

（2）并枚举所有可能输入，用真值表记录结果。

A	B	C	O1	O2
0	0	0	？	？
0	0	1	？	？

任务 3：理解存储电路

（1）按课件 S-R latch 搭建电路：

注： 与非门 = 一个与门的输出连接非门的输入

（2）顺序按Set，Reset，并填写以下表格

~Set	~Reset	Q（X）	~Q（Y）
1	1	0	1
0	1
1	1
1	0
1	1

任务 4：设计全加电路

（1） 画出一位的全加电路 （2） 画出二位的全加电路

注：用截图工具截图，务必存 png 格式

任务要求

请以个人实践为背景，编写实验报告

评价标准（实验报告）

• 5分：四个任务，电路搭建正确，结果正确
• 4分：四个任务，基本正确
• 3分：少于四个任务
• 0分：盗图