1、數(shù)字邏輯實驗指導(dǎo)書計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)與學(xué)院二一五年目 錄實驗一 集成門電路邏輯功能測試及邏輯變換1實驗二 組合邏輯電路功能測試及應(yīng)用電路設(shè)計5實驗三 觸發(fā)器的應(yīng)用9實驗四 計數(shù)器及其設(shè)計12實驗一 集成門電路邏輯功能測試及邏輯變換【目的與要求】1、掌握TTL集成邏輯門電路的邏輯功能和測試方法。2、掌握TTL器件的使用規(guī)則以及實現(xiàn)邏輯變換的方法。3、學(xué)習(xí)查閱集成電路器件手冊，熟悉集成電路封裝與引腳。4、熟悉數(shù)字電路實驗裝置的結(jié)構(gòu)、基本功能和使用方法。【實驗儀器和器件】1、 數(shù)字電路實驗箱2、 實驗器件74LS00、74LS32、74LS86【實驗原理】74LS00為二輸入四與非門，即在一塊集成芯片

2、內(nèi)含有四個互相獨(dú)立的與非門，每個與非門有兩個輸入端。與非門的邏輯功能是：當(dāng)輸入端中有一個或一個以上是低電平時，輸出端為高電平；只有當(dāng)輸入端全部為高電平時，輸出端才是低電平。其邏輯表達(dá)式為：。74LS32為二輸入四或門，即在一塊集成芯片內(nèi)含有四個互相獨(dú)立的或門，每個或有兩個輸入端。或門的邏輯功能是：當(dāng)輸入端中有一個或一個以上是高電平時，輸出端為高電平；只有當(dāng)輸入端全部為低電平時，輸出端才是低電平。其邏輯表達(dá)式為：Y=A+B。74LS54是一個2-3-3-2輸入與或非門，其邏輯功能為：74LS86為二輸入四異或門，即在一塊集成芯片內(nèi)含有四個互相獨(dú)立的異或門，每個異或門有兩個輸入端。異或門的邏輯功能

3、是：當(dāng)兩個輸入為相同的電平時，輸出端為低電平；當(dāng)兩個輸入為不同的電平時，輸出端為高電平。其邏輯表達(dá)式為：。 【實驗內(nèi)容】1、集成邏輯門電路的功能測試（1）測試與非門74LS00的邏輯功能，給出測試電路及其真值表。74LS00真值表ABY（2）測試或門74LS54的邏輯功能，給出其真值表。由于實驗箱輸入端個數(shù)的限制，所以為了在現(xiàn)有實驗條件下測試其功能，對芯片與或非門74LS54做如下的連接并進(jìn)行測試，結(jié)果填入下表。 1 0 074LS54真值表ABCDY（3）測試或門74LS32的邏輯功能，給出其真值表。74LS32真值表ABY（4）測試異或門74LS86的邏輯功能，給出其真值表。74LS86真

4、值表ABY2、邏輯變換用74LS00器件組成下列電路，給出實現(xiàn)電路并測試其邏輯功能。（1） 與門F=AB（2） 或非門F=（3） 與或門F=AB+CD（4） 異或門 【實驗要求】記錄、整理實驗結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析。【思考題】1、什么叫正邏輯、負(fù)邏輯？什么叫混合邏輯？2、集成電路的邏輯功能可以用幾種方式來表示？【集成電路芯片簡介】數(shù)字電路實驗中所用到的集成芯片都是雙列直插式的，其引腳排列識別方法是：正對集成電路型號（如74LS00）或看標(biāo)記（左邊的缺口或小圓點(diǎn)標(biāo)記），從左下角開始按逆時針方向以1，2，3，依次排列到最后一腳（在左上角）。在標(biāo)準(zhǔn)形TTL集成電路中，電源端VCC一般排在左上端，接地

5、端GND一般排在右下端。如74LS00為14腳芯片，14腳為VCC，7腳為GND。若集成芯片引腳上的功能標(biāo)號為NC，則表示該引腳為空腳，與內(nèi)部電路不連接。【附錄】 集成電路型號、功能及引腳圖 74LS00 2輸入四與非門 74LS54 2-3-3-2輸入與或非門 74LS86 2輸入四異或門 74LS32 2輸入四或門16實驗二 組合邏輯電路功能測試及應(yīng)用電路設(shè)計【實驗?zāi)康摹?、熟悉常用組合邏輯電路的特點(diǎn)，掌握常用組合電路的功能和測試方法。2、掌握利用常用組合邏輯電路構(gòu)成組合電路的設(shè)計方法。3、熟悉數(shù)字電路實驗裝置的結(jié)構(gòu)、基本功能和使用方法。【實驗儀器和器件】1、數(shù)字電路實驗箱2、實驗器件74

6、LS138、74LS151、74LS00、74LS20、74LS54、74LS86等。【實驗原理】1、數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器又叫“多路開關(guān)”。數(shù)據(jù)選擇器在地址碼（或叫選擇控制）的控制下，從幾個數(shù)據(jù)輸入中選擇一個并將其送到一個公共的輸出端。數(shù)據(jù)選擇器的功能類似一個多擲開關(guān)，如圖2-1所示，圖中有八路數(shù)據(jù)輸入D0D7，通過選擇控制信號A2、A1、A0（地址碼）從八路數(shù)據(jù)中選中某一路數(shù)據(jù)送至輸出端Y。D0D1數(shù)據(jù)輸入輸出YA0 A1 A2地址碼D6D7圖2-1 八選一數(shù)據(jù)選擇器示意圖數(shù)據(jù)選擇器為目前邏輯設(shè)計中應(yīng)用十分廣泛的邏輯部件，它有2選1、4選1、8選1、16選1等類別。 2譯碼器譯碼器是一個多輸

7、入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，可用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示、數(shù)據(jù)分配、存儲器地址譯碼等，常用譯碼器有通用譯碼器和顯示譯碼器。變量譯碼器（又稱二進(jìn)制譯碼器），用以表示輸入變量的狀態(tài)，如2線4線、3線8線和4線16線譯碼器。若有n個輸入變量，則有2n個不同的組合狀態(tài)，就有2n 個輸出端供其使用。而每一個輸出所代表的函數(shù)對應(yīng)于n個輸入變量的最小項。【實驗內(nèi)容】 1、常用組合電路邏輯功能驗證（1） 測試3-8譯碼器74LS138的邏輯功能，給出真值表。74LS138真值表輸入G1101

8、1 1 111111 ×000000001 ×00000000A2××00001 11 1A1××00110011A0××01010101輸出（2） 測試數(shù)據(jù)選擇器74LS151的邏輯功能，給出真值表。74LS151真值表A2A1A0Y1×××0100000001001000110100010101100111 2、組合邏輯電路的設(shè)計（1）用74LS151設(shè)計一個三變量的多數(shù)表決電路，寫出設(shè)計過程并進(jìn)行硬件測試，給出測試電路。（2）用74LS138設(shè)計一個全加器電路，寫出設(shè)計過程并進(jìn)行

9、硬件測試，給出測試電路。【實驗要求】記錄、整理實驗結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析。【附錄】 集成電路型號、功能及引腳圖74LS20 4輸入雙與非門74LS138 3-8線譯碼器74LS151 8選1數(shù)據(jù)選擇器實驗三 觸發(fā)器的應(yīng)用【實驗?zāi)康摹?、掌握各類觸發(fā)器的邏輯功能、動作特點(diǎn)及使用方法。2、熟悉常用集成觸發(fā)器的功能及應(yīng)用。3、掌握觸發(fā)器功能轉(zhuǎn)換的方法。【實驗儀器和器件】1、數(shù)字電路實驗箱2、實驗器件74LS74、74LS76、74LS00、74LS20等【實驗原理】觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，用以表示邏輯狀態(tài)“1”和“0”，通常把 Q0、1的狀態(tài)定為觸發(fā)器“0”狀態(tài)；而把Q1，0定為“1”狀態(tài)。在一定的

10、輸入信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，它是一個具有記憶功能的二進(jìn)制信息存儲器件，是構(gòu)成各種時序電路的最基本邏輯單元。1基本RS觸發(fā)器圖3-1由兩個與非門交叉耦合構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，它具有置“0”、置“1”和“保持”三種功能。通常稱為置“1”端，因為0（1）時觸發(fā)器被置“1”；為置“0”端，因為0（1）時觸發(fā)器被置“0”，當(dāng)1時狀態(tài)保持；0時，觸發(fā)器為無效狀態(tài)，應(yīng)避免此種情況發(fā)生。圖3-1 基本RS觸發(fā)器2D觸發(fā)器在輸入信號為單端的情況下，D觸發(fā)器用起來最為方便，其狀態(tài)方程為Qn+1D，本實驗采用74LS74雙D觸發(fā)器，其輸出狀態(tài)的更新發(fā)生在CP脈沖的上升沿，故又稱為上升沿觸

11、發(fā)的邊沿觸發(fā)器，觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于時鐘到來前D端的狀態(tài)，D觸發(fā)器的應(yīng)用很廣，可用作數(shù)字信號的寄存、移位寄存、分頻和波形發(fā)生等。3JK觸發(fā)器在輸入信號為雙端的情況下，JK觸發(fā)器是功能完善、使用靈活和通用性較強(qiáng)的一種觸發(fā)器。本實驗采用74LS76雙JK觸發(fā)器，是下降邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：J和K是數(shù)據(jù)輸入端，是觸發(fā)器狀態(tài)更新的依據(jù)，Q與為兩個互補(bǔ)輸出端。JK觸發(fā)器常被用作緩沖存儲器，移位寄存器和計數(shù)器。【實驗內(nèi)容】1、 常用觸發(fā)器功能驗證（1） 測試雙D觸發(fā)器74LS74的邏輯功能，給出功能表。輸入輸出DCPQ01××10××1101

12、11（2） 測試雙JK觸發(fā)器74LS76的邏輯功能，給出功能表。輸入輸出CPJKQ01×××10×××11001101111011112、觸發(fā)器邏輯功能轉(zhuǎn)換(1)將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器，給出轉(zhuǎn)換表達(dá)式并進(jìn)行電路驗證，寫出功能表。(2) 將D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK觸發(fā)器，給出轉(zhuǎn)換表達(dá)式并進(jìn)行電路驗證，寫出功能表。【實驗要求】記錄、整理實驗結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析。 74LS74 正沿觸發(fā)雙D型觸發(fā)器 74LS76 負(fù)沿觸發(fā)雙J-K觸發(fā)器實驗四 計數(shù)器及其設(shè)計【實驗?zāi)康摹?、掌握常用時序邏輯部件的邏輯功能及使用方法。2、熟悉計數(shù)器的功能以及測

13、試方法。3、掌握任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法，運(yùn)用集成計數(shù)器構(gòu)成任意N進(jìn)制計數(shù)器。4、熟悉數(shù)碼管的基本功能和使用方法。【實驗儀器和器件】1、數(shù)字電路實驗箱2、實驗器件74LS163、74LS90、74LS00、74LS20等【實驗原理】計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件，它不僅可用來計脈沖數(shù)，還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其它特定的邏輯功能。計數(shù)器種類很多，按構(gòu)成計數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個時鐘脈沖源來分，有同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；根據(jù)計數(shù)進(jìn)制的不同，分為二進(jìn)制計數(shù)器，十進(jìn)制計數(shù)器和任意進(jìn)制計數(shù)器；根據(jù)計數(shù)的增減趨勢，又分為加法、減法和可逆計數(shù)器；還有可預(yù)置數(shù)和可編程序功能計

14、數(shù)器等等。目前，中規(guī)模集成計數(shù)器品種齊全，使用者只要借助于器件手冊提供的功能表和工作波形圖以及引腳的排列，就能正確地運(yùn)用這些器件。1集成異步計數(shù)器74LS90是二五十進(jìn)制異步計數(shù)器，具有清零和置九功能，其邏輯符號如圖4-1所示。圖4-1 74LS90邏輯符號圖圖中：R01、R02為清零端，S91、S92為置九端。R0=R01R02，S9=S91S92，當(dāng)R0=1、S9=0時計數(shù)器清零，輸出QDQCQBQA=0000；當(dāng)R0=0、S9=1時計數(shù)器置九，輸出QDQCQBQA=1001；當(dāng)R0=0、S9=0時，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)。整個計數(shù)器由兩部分組成，第一部分是一位二進(jìn)制計數(shù)器，CPA和QA是計數(shù)

15、器的時鐘輸入和計數(shù)輸出端；第二部分是一個五進(jìn)制計數(shù)器，CPB是計數(shù)器的時鐘輸入端，QD、QC、QB是計數(shù)輸出端。如將CPB與QA連接，計數(shù)脈沖由CPA輸入，即構(gòu)成8421碼異步十進(jìn)制計數(shù)器，其輸出碼序為QD、QC、QB、QA；如將CPA與QD連接，計數(shù)脈沖由CPB輸入，即構(gòu)成5421碼異步十進(jìn)制計數(shù)器，其輸出碼序為QA、QD、QC、QB。2集成同步計數(shù)器74LS163是同步四位二進(jìn)制計數(shù)器，具有清零和預(yù)置功能，其邏輯符號如圖4-2所示。圖4-2 74LS163邏輯符號圖圖中：為清零端，為置數(shù)端，ENT、ENP為計數(shù)控制端，QCC為進(jìn)位輸出，A、B、C、D為預(yù)置數(shù)的數(shù)據(jù)輸入端。=0時，在CP脈沖

16、上升沿作用下計數(shù)器清零，輸出QDQCQBQA=0000。=1，=0時，計數(shù)器處于置數(shù)狀態(tài)，在CP脈沖上升沿作用下進(jìn)行置數(shù)，輸出QDQCQBQA =DCBA。在=1，=1、ENT、ENP中有0時計數(shù)器狀態(tài)保持不變。當(dāng)、ENT、ENP均為1時，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)，計數(shù)器在CP脈沖上升沿作十六進(jìn)制計數(shù)。當(dāng)完成一個計數(shù)循環(huán)，其輸出由1111變?yōu)?000狀態(tài)時，QCC輸出一個進(jìn)位脈沖。【實驗內(nèi)容】1、計數(shù)器功能測試（1）測試計數(shù)器74LS163, 給出功能表。（2）測試計數(shù)器74LS90，給出功能表。2、N進(jìn)制計數(shù)器的設(shè)計(1) 試用74LS163構(gòu)成8進(jìn)制計數(shù)器，給出設(shè)計電路以及電路測試結(jié)果。(2)

17、試用74LS90構(gòu)成6進(jìn)制計數(shù)器，給出設(shè)計電路以及電路測試結(jié)果。【實驗要求】記錄、整理實驗結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析。【思考題】1比較同步計數(shù)器與異步計數(shù)器的優(yōu)缺點(diǎn)。274LS90處于計數(shù)狀態(tài)時，S91 、S92端和R01 、R02端各應(yīng)處于什么邏輯電平？【附錄】74LS163 可預(yù)置四位二進(jìn)制計數(shù)器 74LS163同步四位二進(jìn)制計數(shù)器功能表輸入輸出ENPENTCPDCBAQDQCQBQA0×××××××000010××abcdabcd1111××××計數(shù)保持保持110××××××11×0×××××74LS90 二-五-十進(jìn)制異步計數(shù)器異步計數(shù)器74LS90功能表輸 入輸 出功 能