数字逻辑电路分析与设计.docx
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数字逻辑电路分析与设计
《数字逻辑电路分析与设计》
实
验
指
导
编著：
朱承志
湘潭职业技术学院信息工程系电子教研室
实验一基本逻辑功能测试
一、实验目的
1、了解电平、电压、逻辑值之间的关系；
2、门的定义；
3、真值表、逻辑函数表达式的初步转换；
4、初步阅读器件资料。
二、实验仪器与实验器件
1、数字实验箱一个；
2、数字万用表一块；
3、实验器件
74LS08一块74LS32一块
74LS04一块
三、实验任务
1、与门逻辑功能测试
图一74LS08内部逻辑电路图二74LS08功能表
图三74LS08DIP封装图
图四与门逻辑测试电路
（1）按照图四所示与门逻辑电路接好实验电路；
（2）按表一所示分别设置J1，J2，并按要求填写表一
输入量
输出量
J1
J2
LED1（亮/灭）
V4（电压值）
0V
0V
灭
0、1
0V
+5V
灭
0、1
+5V
0V
灭
0、1
+5V
+5V
亮
3、5
表一实测结果
注：
V4为直流电压值。
（3）设定表一中的J1用A表示，J2用B表示，1代表+5V，0代表0V；LED1用Y0表示，1代表灯亮，0代表灯灭；V4用Y1表示，1代表高电平，0代表低电平；请填写表二；
INPUT
OUTPUT
A
B
Y0
Y1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
表二与门逻辑真值表
（4）分析表二的结果，回答以下问题：
（a）Y0在什么情况下（A、B为何值）才为1？
Y1呢？
Y0=AB（逻辑函数表达式）是什么意思？
（b）Y1与Y0有什么关系？
（c）表二与图二中的功能表有何异同？
（d）完成以下等式：
Y=0·B=?
Y=1·B=?
Y=B·B*=?
2、或门逻辑功能测试
图五74LS32内部逻辑电路图六74LS32双列直插外观
图七逻辑功能表图八或门逻辑测试电路
（1）按照图八所示或门逻辑电路接好实验电路；
（2）按表一所示分别设置J1，J2，并按要求填写表一
输入量
输出量
J1
J2
LED1（亮/灭）
V4（电压值）
0V
0V
灭
0
0V
+5V
亮
5
+5V
0V
亮
5
+5V
+5V
亮
5
表三实测结果
注：
V4为直流电压值。
（3）设定表一中的J1用A表示，J2用B表示，1代表+5V，0代表0V；LED1用Y0表示，1代表灯亮，0代表灯灭；V4用Y1表示，1代表高电平，0代表低电平；请填写表四；
INPUTS
OUTPUTS
A
B
Y0
Y1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
表四或门逻辑真值表
（5）分析表四的结果，回答以下问题：
（a）Y0在什么情况下（A、B为何值）才为1？
Y1呢？
Y0=A+B（逻辑函数表达式）是什么意思？
（b）Y1与Y0有什么关系？
（c）图八中，用4、5、6脚分别替换1、2、3脚，重复以上
（1）、
（2）、（3）、（4）步骤，结果有不同吗？
为什么？
（d）Y=1+A=?
Y=0+A=?
Y=A+A*=?
3、简单组合逻辑电路功能测试
已知有一种逻辑门叫做非门（74LS04），其逻辑图及逻辑功能图九、图十所示：
图九非门图十功能表图十一引脚图
即输出是对输入的取反，如输入为1（0），则输出为0
（1）；Y=A*。
图十二简单组合逻辑测试电路
注：
此图中和数字标号不代表器件的引脚号，只是仿真中的连线标号，即代表这根连接线。
以后不经特别申明，引线标号都按此处理。
（1）按照图十二接好测试电路；
（2）设表五中A代表J1，B代表J2，输入高平用1表示，输入低电平用0表示；Y代表LED1，C代表LED2，灯亮用1表示，灯灭用0表示；根据实验与观察结果完成表五的填写；
INPUTS
OUTPUTS
A
B
Y
C
0
0
灭
灭
0
1
灭
灭
1
0
灭
灭
1
1
灭
亮
表五逻辑真值表
（3）根据逻辑真值表，分别写出Ｙ与Ａ、Ｂ（Ｙ＝Ｆ（Ａ,Ｂ）），Ｃ与Ａ、Ｂ（Ｙ＝Ｆ（Ａ,Ｂ））的逻辑函数表达式。
（4）推测该逻辑电路实现了什么样的逻辑功能。
四、实验报告要求
1、列出实验任务及实验步骤；
2、详细、完整、清晰记录实验过程中输入、输出、测试原始数据、图表等；
3、进行实验总结；
4、开出你认为没有理解、掌握的内容；
5、及时上交实验报告。
实验二集成逻辑门功能测试
一、实验目的
1、与非门的逻辑功能；
2、TTL门构成其它复合门电路的分析方法；
3、熟悉复合门的逻辑功能。
二、实验仪器及器件
1、数字实验箱一个
2、数字万用表一个
3、实验器件
74LS00一片74LS02一片
74LS08一片74LS04一片
三、实验任务
1、按照图一接好电路，并测试其逻辑功能。
图一待测逻辑电路
（1）画逻辑真值表；
（2）写出逻辑函数表达式。
2、
74LS00由四个两输入的与非门构成，74LS00引脚位置如图二所示，完成以下任务：
图二74LS00引脚图
（1）按图三接好电路，并测试其逻辑功能，画出逻辑真值表及逻辑函数表达式。
图三
（2）比较图一逻辑电路与图二电路中逻辑功能有什么异同？
为什么？
（3）按表一所示设置输入值，根据观测到的实验情况完成表一。
INPUTS
OUTPUT
VA
VB
VY
0
0
0
悬空
悬空
0
悬空
1
1
悬空
1
1
悬空
悬空
表一
（5）TTL电路输入端引脚悬空，相当于输入什么电平？
3、按照图四所示接好电路，完成以下任务
图四
（1）图四所示电路与图二、图三所示电路有何区别？
（2）根据实验观测，完成表二的填写。
INPUTS
OUTPUT
S
R
Q
Q’
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
表二
注：
Q表示R或S未发生变化前Q输出端的值，称为现态；而Q’表示R或S发生变化后Q输出端的值，称为次态。
4、按图四所示接好电路，对于不同的输入组合测量输出电平值，并列出电路的真值表，分析电路功能，写出其逻辑函数表达式。
图四
（1）根据图四所示逻辑电路，分别写出M，N，E，F，G，Y的逻辑函数表达式；
（2）根据实验数据填写表三：
INPUTS
OUTPUT
VA
VB
VY
表三电压测量表
（3）对表三中的各个物理量进行逻辑定义，并把表三转换成真值表如表四所示：
INPUTS
OUTPUT
A
B
Y
表四
（4）把真值表转换为Y=F（A，B）的逻辑函数表达式。
5、请考虑如何把一个与非门（或非门）接成一个非门，请画出电路图，并验证。
图三非门功能表
6、设计一个三人表决器，三个人表决一件事情，结果按“少数服从多数”的原则决定，试建立该逻辑函数。
（1）列出表决器的真值表；
（2）写出最简逻辑函数表达式；
（3）画出逻辑电路图。
四、实验报告要求
1、列出实验任务及实验步骤；
2、详细、完整、清晰记录实验过程中输入、输出、测试原始数据、图表等；
3、进行实验总结；
4、开出你认为没有理解、掌握的内容；
5、及时上交实验报告。
实验三组合逻辑电路功能测试功与应用
（一）
一、实验目的
1、熟悉译码器、编码器等的逻辑功能；
2、掌握译码器、编码器等的使用方法。
二、实验仪器及器件
1、数字实验箱一个
2、数字万用表一块
3、实验器件
74LS04一片74LS08一片
74LS138一片74LS248一片
74LS85一片74LS183一片
74LS151一片
三、实验任务
1、按照图一所示接好测试电路，完成以下任务。
图一
注：
方框只是代表元件封闭外廓，方框内为内部电路，方框外为引脚及外部电路。
（1）根据实验观察现象，完成表一的填写；
INPUTS
OUTPUTS
B
A
Y0
Y1
Y2
Y3
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
表一
（2）分别写出Y0，Y1，Y2，Y3与A，B的逻辑函数表达式；
（3）结合以上测试，推测一个这个电路实现了什么逻辑功能？
在生活中能够做什么用呢？
（4）
2、
如图二中所示，接好译码器测试电路，参考74LS138芯片的说明资料，完成以下任务。
图二
（1）随机一组输入数据，观测发光二极管的点亮情况，亮的二极管对应输出端为低电平；
（2）改变输入A、B、C的代码值，根据观察的实验现象做好数据记录，并画出真值表；
（3）根据真值表，写出Y0~Y7的逻辑函数表达式；
（4）如果译码器输入端悬空，相当于输入什么值？
3、请在图三提供的74LS138电气资料中找到74LS138芯片以下参数：
（1）输入端的最大输入电流：
0.1
（2）输出端最大输出电流（拉电流）：
（3）输出病最大输入电流（灌电流）：
NOM正常
图三
4、参考图四74LS248七段译码器的引脚图、电气图、功能表请完成以下任务:
（1）自主搭接测试电路，并测试74LS248的功能，画出真值表；
（2）
根据真值表，分别写出a,b,c,d,e,f,g与A，B，C，D的逻辑函数表达式。
CMOS供电量1.78VTTL供电量5V
图四
注：
（LT）*：
数码管测试信号，低电平有效；（BI）*/（RBO）*：
灭零信号输入/灭零信号输出，低电平有效，用于级联；（RBI）*：
上位灭零信号输入，低电平有效，用于级联。
5、根据图五所示的数码管封装图与结构原理图，
（1）请设计一个测试方法用以判别数码管公共端是共阴极还是共阳极？
（2）请尝试用74LS248驱动数码管显示数码，画出驱动电路连接图。
图五
图六
6、请用74LS138及必要的逻辑门实现全加器逻辑，图七所示为全加器的功能表。
图七
（1）列出全加器的逻辑函数表达式；
（2）列出74LS138的逻辑函数表达式；
（3）结合74LS138的逻辑函数表达式，改写全加器的逻辑函数表达式，使两者统一；
（4）根据新的逻辑函数表达式画出逻辑电路。
四、实验报告要求
1、列出实验任务及实验步骤；
2、详细、完整、清晰记录实验过程中输入、输出、测试原始数据、图表等；
3、进行实验总结；
4、开出你认为没有理解、掌握的内容；
5、及时上交实验报告。
实验四组合逻辑电路功能测试功与应用
（二）
一、实验目的
3、熟悉比较器、加法器等的逻辑功能；
4、掌握比较器、加法器等的使用方法。
二、实验仪器及器件
4、数字实验箱一个
5、数字万用表一块
6、实验器件
74LS138一片74LS85一片74LS183一片74LS151一片
三、实验任务
1、请参考图一74LS85四位比较器引脚图、功能表，尝试设计出其功能测试电路，并进行测试。
（1）画出测试电路图；
（2）进行功能测试，并画出真值表；
（3）如图二所示用两片74LS85级联形成一个新逻辑电路，请测试其逻辑功能。
图一
图二
2、请参考74LS183的引脚图、功能图、逻辑电路图、输入输出逻辑电路，完成以下任务。
（1）设计74LS183的测试电路图，并在实验箱上实现，验证芯片功能，画出真值表；
（2）已知两位加法器的真值表如表二所示，请用74LS183构成一个两位加法器。
图三
3、请参考图四74LS151的引脚图、功能表，完成以下任务
（1）通过测试，推测74LS151的逻辑功能是什么？
（2）根据74LS151的逻辑功能，试举一例，设想其在生活中的应用。
图四
4、请尝试用74LS151、74LS138和必要的逻辑门组成一个逻辑电路，实现如图五所示8通道数据传输系统功能，该系统电路可将任一输入通道的输入数据从任一输出通道输出。
提示：
系统由两个子电路组成：
输入通道选择和输出通道选择，74LS151组成输入通道选择电路，74LS138与少量逻辑门组成输出通道选择电路。
电路设计流程参考：
1、分别画出描述输入通道选择及输出通道选择的实际工作过程图，在进行逻辑定义的基础上，根据逻辑定义，把实际工作过程图转换为逻辑电路真值表图；
2、分别根据真值表写出输入通道选择与输出通道选择的逻辑函数表达式；
3、写出74LS151、74LS138的逻辑函数表达式；
4、对照要实现的逻辑函数表达式与已有的芯片逻辑函数表达式，添加必要的逻辑，使已有逻辑函数表达式转换成要实现的逻辑函数表达式的形式；
5、画出逻辑电路并进行验证。
四、实验报告要求
1、列出实验任务及实验步骤；
2、详细、完整、清晰记录实验过程中输入、输出、测试原始数据、图表等；
3、进行实验总结；
4、开出你认为没有理解、掌握的内容；
5、及时上交实验报告。
实验五触发器逻辑电路功能测试
一、实验目的
1、熟悉常用触发器的逻辑功能、图形、符号；
2、熟悉常用触发器的外形和管脚排列。
二、实验仪器及器件
1、数字实验箱一个
2、数字万用表一块
3、实验器件
74LS74一片74LS35一片
三、实验任务
1、
测试74LS74的逻辑功能，并写出其特性表、特性方程、状态转换表及状态转换图。
2、测试74LS112的逻辑功能，并写出其特性表、特性方程、状态转换表及状态转换图。
2、请考虑如何用JK触发器构建D触发器，用D触发器构建JK触发器（分析）。
添加串联计数器分析
四、实验报告要求
1、列出实验任务及实验步骤；
2、详细、完整、清晰记录实验过程中输入、输出、测试原始数据、图表等；
3、进行实验总结；
4、开出你认为没有理解、掌握的内容；
5、及时上交实验报告。
实验五常用集成时序电路功能测试
一、实验目的
1、掌握中规模集成计数器、移位寄存器的逻辑功能及测试方法；
2、了解计数器、移位寄存器的主要应用。
二、实验仪器及器件
1、实验箱
2、示波器
3、万用表
4、实验器件
74LS161二片74LS192二片
74LS194二片
三、实验任务
1、
测试74LS161逻辑功能
（1）
按图接好测试电路；
（2）J1，J2接高电平，J3重复从高电平翻转为低电平，从低电平翻转为高电平，观察LED1，2，3，4，5的变化与J3翻转次数的关系；
（3）ENP或ENT接低电平，J3进行电平翻转，观察LED1，2，3，4，5是否发生变化；
（4）参考74LS161时序图，实现数据的装载、输出清零功能；
（5）列出74LS161的状态转换表，并分析其功能；
2、用二片74LS161芯片构成一个八位二进制计数器，画出逻辑电路图，并在实验中实现
3、测试74LS192逻辑功能
（1）参考74LS192的引脚图、时序图，请设计逻辑功能测试电路，在实验箱上实现此电路，完成逻辑功能测试；
（2）列出74LS192的状态转换表、状态转换图，说明其逻辑功能。
4、请用二片74LS192构成一个可逆六十进制的计数器，画出逻辑电路图，并进行测试
5、
测试74LS194逻辑功能
（1）
参考74LS194的引脚图、时序图、功能表，请设计逻辑功能测试电路，在实验箱上实现此电路，完成逻辑功能测试；
（2）列出74LS194的状态转换表、状态转换图，说明其逻辑功能。
6、请用二片74LS194构成一个八位双向移位寄存器，画出电路图，并测试。
四、实验报告要求
1、列出实验任务及实验步骤；
2、详细、完整、清晰记录实验过程中输入、输出、测试原始数据、图表等；
3、进行实验总结；
4、开出你认为没有理解、掌握的内容；
5、及时上交实验报告。
实验六脉冲产生电路及其应用
一、实验目的
1、掌握脉冲产生电路的构成原理和特性；
2、熟悉脉冲产生电路的典型应用。
二、实验仪器及器件
1、数字实验箱一个
2、万用表一块
3、示波器一台
4、器件
CD4098一块电阻100KΩ一只，220KΩ一只
电解电容0.1uF二只
三、实验任务
1、
集成单稳态触发器—CD4098
2、
集成单稳触发器组成脉冲延时电路
RX1=100KΩ，RX2=220KΩ，CX1=CX2=0.1uF输入脉冲频率分别为1KHz，10KHz
（1）如图所示，接好电路；
（2）输入脉冲分别为1KHz，10KHz时，测量MONO1，MONO2的输出波形，并绘制出输入波形图，MONO1，MONO2的输出波形图；
（3）计算延时时间长度。
四、实验报告要求
1、列出实验任务及实验步骤；
2、详细、完整、清晰记录实验过程中输入、输出、测试原始数据、图表等；
3、进行实验总结；
4、开出你认为没有理解、掌握的内容；
5、及时上交实验报告。
实验七组合逻辑电路功能设计（SSI）
一、实验目的
二、实验仪器及器件
三、实验任务
四、实验报告要求
1、列出实验任务及实验步骤；
2、详细、完整、清晰记录实验过程中输入、输出、测试原始数据、图表等；
3、进行实验总结；
4、开出你认为没有理解、掌握的内容；
5、及时上交实验报告。
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