数字逻辑与数字系统实验报告.docx

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数字逻辑与数字系统实验报告

xxxx计算机科学与技术学院

计算机数字逻辑设计

实验报告书

实验名Proteus下基本元件熟悉与使用

班级____xxx________________________

姓名____xxx________________________

指导教师xx

日期2017年11月

一、实验目的

1、掌握Proteus软件安装与使用，熟悉Proteus下选择元器件、绘制仿真电路并进行仿真、观察和数据记录

2、掌握TTL与非门的构成。

二、实验所用器件和仪表

1、NPN三极管

2、逻辑调试端子

3、电阻

三、实验内容

1、Proteus的基本使用

2、利用二/三极管搭建TTL与非门，测量并记录其工作

四、电路原理图

五、实验过程及数据处理

输入

输出

引脚A

引脚B

引脚C

引脚F

0

0

0

1

0

0

1

0

1

0

0

0

1

1

1

0

根据电路图连接电路

根据真值表中各项预定义数值利用电路求出输出值

六实验数据分析与小结

根据试验中得出来的数据可以发现，该实验中链接的电路实现的是一个或非门电路，通过几个简单的三极管就实现了一个或非门电路的构建

七实验心得体会

通过一个简单的或非门电路的链接，充分了解了Proteus下基本元件的使用，使电路更加清晰，形象的展现在我们面前

xxxx计算机科学与技术学院

计算机数字逻辑设计

实验报告书

实验名基本门电路与分立元件使用

班级_______xxx_____________________

姓名_______xxx_____________________

指导教师xx

日期17/11

1实验目的

1、掌握TTL与非门、与或门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。

2、熟悉TTL、CMOS集成电路的外型、管脚和使用方法。

2实验用器件和仪表

1、二输入四与非门74LS001片

2、二输入四或非门74LS021片

3、二输入四异或门74LS861片

4、CMOS六非门4502

5、LOGICSTATE和LOGICPROBE

3实验内容

1、观察测量TTL与非门、与或门和异或门的输入和输出之间的逻辑关系

2、观察测量CMOS三态非门的逻辑关系和工作特性

4电路原理图

图2.1测试74LS00逻辑关系接线图表2.174LS00真值表

图2.2测试74LS02逻辑关系接线图表2.274LS02真值表

图2.3测试74LS86逻辑关系接线图表2.374LS86真值表

注意：

这些器件是DIP14封装，实际不存在单一门的芯片。

以74LS00为例，其真实芯片结构如图2.4。

因此，完整的芯片使用如图2.5，从芯片名称上可以看到4个与非门属于同一个U1芯片。

图2.474LS00芯片内部结构图2.574LS00芯片仿真

4、三态门测试

对4502芯片的三态使能端OE，低电平芯片正常工作，六个非门有效；高电平时芯片输出高阻。

输入

输出

OE

INH

A

Y

0

0

101010

010101

0

111000

000111

1

101010

000000

1

111000

000000

1

0

101010

?

?

?

?

?

?

0

111000

?

?

?

?

?

?

1

101010

?

?

?

?

?

?

1

111000

?

?

?

?

?

?

图2.6测试4502逻辑关系接线图表2.44502真值表

5、利用与非门组成或非门电路

或非门的逻辑函数表达式Z=

，根据De.Morgan定理，可以写成Z=

·

=

，因此，可以用四个与非门构成或非门。

1将或非门及其逻辑功能验证的实验原理图画在表2.5中，按原理图联线，检查无误后接通电源。

2当输入端A、B为表2.5的情况时，分别测出输出端Y的电压或用LED发光管监视其逻辑状态，并将结果记录表中，测试完毕后断开电源。

表2.5用与非门组成或非门电路实验数据

逻辑功能测试实验原理图

输入

输出Y

A

B

电压

逻辑值

0

0

H

1

1

0

L

0

0

1

L

0

1

1

L

0

5实验过程及数据记录

1、与非门逻辑关系接线图如下，观察输出结果并记录

输入

输出

引脚1

引脚2

引脚3

L

L

1

L

H

1

H

L

1

H

H

0

2、测试74LS02逻辑关系接线图及测试结果

输入

输出

引脚3

引脚2

引脚1

L

L

1

L

H

0

H

L

0

H

H

0

3、测试74LS86逻辑关系接线图及测试结果

输入

输出

引脚1

引脚2

引脚3

L

L

0

L

H

1

H

L

1

H

H

0

6实验数据分析与小结

根据分析，得出输出函数的逻辑表达式，根据逻辑表达式，得出具体的逻辑图，根据逻辑表达式不难发现，其实逻辑门电路之间通过一定的链接调整是可以互相转换的，无论什么样的逻辑门通过一定的变化，总能用其他逻辑门表示出来

7实验心得体会

不管式基本cmos门还是TTL逻辑门电路，其输入输出端是固定的，所能够实现的逻辑也是固定的，当分别接入不同的电平时会实现不同的逻辑功能，在实验过程中，只要牢牢把握住这些关键点，就能在面对问题的时候实现对基本逻辑门电路的使用

xxxx计算机科学与技术学院

计算机数字逻辑设计

实验报告书

实验名组合逻辑电路与数据选择器实验

班级____xxx________________________

姓名____xxx________________________

指导教师xx

日期17/11

一、实验目的

1.熟悉集成数据选择器的逻辑功能及测试方法。

2.学会用集成数据选择器进行逻辑设计。

二、实验所用器件和仪表

1、8选1数据选择器74HC2511片

三、实验内容

1、观察并记录数据选择器工作的真值表

2、观察测量数据选择器输入和输出之间的逻辑关系

四、实验原理、接线图

1、基本组合逻辑电路的搭建与测量

用2片74LS00组成图3.1所示逻辑电路。

为便于接线和检查，在图中要注明芯片编号及各引脚对应的编号。

图3.1组合逻辑电路

（2）先按图3.1写出Y1、Y2的逻辑表达式并化简。

经过化简得到

Y1=A+B

Y2=（-A）B+（-B）C

（3）图中A、B、C接逻辑开关，Y1，Y2接发光管或逻辑终端电平显示。

（4）改变A、B、C输入的状态，观测并填表写出Y1，Y2的输出状态。

表3.1组合电路记录

输入

输出

A

B

C

Y1

Y2

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

1

0

0

（5）将

（2）中的运算结果与（4）中的实验结果进行比较。

2、数据选择器的使用

芯片原理说明：

74HC251为三态8选1数据选择器，Proteus的芯片原型为MM74HC251。

其引脚图如图3.2所示。

A、B、C为3个地址输入端，D0～D7为8个数据输入端，S（STROBE）为三态使能端OE，Y、W（Y）为两个互补输出的输出端（或称正反相输出端）。

逻辑关系接线图如图3.3。

图3.2MM74HC251引脚排列图

图3.3测试74HC251逻辑关系接线图

观察并记录74HC251的功能真值表3.2。

表3.274LS00真值表

输入

输出

STROBE

C

B

A

Y

W

H

0

0

0

？

？

×

×

×

L

0

0

0

1

0

L

0

0

1

0

1

L

0

1

0

1

0

L

0

1

1

0

1

L

1

0

0

0

1

L

1

0

1

1

0

L

1

1

0

0

1

L

1

1

1

1

0

五实验过程及数据处理

1、基本组合逻辑电路的搭建与测量

用2片74LS00组成图3.1所示逻辑电路。

为便于接线和检查，在图中要注明芯片编号及各引脚对应的编号。

图3.1组合逻辑电路

（2）先按图3.1写出Y1、Y2的逻辑表达式并化简。

经过化简得到

Y1=A+B

Y2=（-A）B+（-B）C

（3）图中A、B、C接逻辑开关，Y1，Y2接发光管或逻辑终端电平显示。

（4）改变A、B、C输入的状态，观测并填表写出Y1，Y2的输出状态。

表3.1组合电路记录

输入

输出

A

B

C

Y1

Y2

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

1

0

0

（5）将

（2）中的运算结果与（4）中的实验结果进行比较。

2、数据选择器的使用

芯片原理说明：

74HC251为三态8选1数据选择器，Proteus的芯片原型为MM74HC251。

其引脚图如图3.2所示。

A、B、C为3个地址输入端，D0～D7为8个数据输入端，S（STROBE）为三态使能端OE，Y、W（Y）为两个互补输出的输出端（或称正反相输出端）。

逻辑关系接线图如图3.3。

图3.2MM74HC251引脚排列图

图3.3测试74HC251逻辑关系接线图

观察并记录74HC251的功能真值表3.2。

表3.274LS00真值表

输入

输出

STROBE

C

B

A

Y

W

H

0

0

0

？

？

×

×

×

L

0

0

0

1

0

L

0

0

1

0

1

L

0

1

0

1

0

L

0

1

1

0

1

L

1

0

0

0

1

L

1

0

1

1

0

L

1

1

0

0

1

L

1

1

1

1

0

3、利用两个74HC251芯片（或74HC151芯片）和其他辅助元件，设计搭建16路选1的电路。

六实验数据分析与小结

第一个实验逻辑电路需要七个与非门才能够实现，而且，在利用公司是化简表达式可以用实验结果来验证表达式的正确性；第二个实验OE时使能端，通过实验结果来分析，输出与D之间的关系；第三个实验可以通过2个8选1芯片来实现，4个输入，3个接在相应的地址端，另外一个接在控制端用来选择哪个芯片开始工作，最后将两个结果接到与非门，节省一个门电路的使用。

七实验心得体会

通过实验可以发现，往往很多复杂的电路并不是最简电路，通过列出表达式化简，可以省去很多门电路的使用，通过后面两个实验不难发现，其实电路也是一个非常神奇的东西，经过若干种不同的组合，可以实现许许多多神奇的功能

xxxx计算机科学与技术学院

计算机数字逻辑设计

实验报告书

实验名编码/译码器及简单应用

班级_____xxx_______________________

姓名_____xxx_______________________

指导教师xx

日期17/11

一、实验目的

1、熟悉集成编码器的逻辑功能及测试方法。

2、熟悉集成译码器的逻辑功能及测试方法。

3、学会用显示译码器进行逻辑设计。

二、实验所用器件和仪表

1、3-8译码器74LS1381片

2、七段显示译码器74LS481片

3、优先编码器74HC1481片

4、单色七段数码管7SEG-COM-CATHODE

5、多路拨码开关DIPSW、独立电阻网络RES16DIPIS

6、逻辑调试元件

三、实验内容

1、观察测量译码器工作的真值表，总结其输入和输出之间的逻辑关系

2、设计实现七段显示译码器与数码管配合工作

3、观察记录优先编码器的工作结果，分析优先编码器的工作原理

四、电路原理图

1、74LS138译码器的工作测量。

芯片工作原理：

（1）当选通端E1为高电平，另两个选通端E2和E3为低电平时，芯片使能。

将地址端（C、B、A）的二进制编码在Y0至Y7对应的输出端以低电平译出。

比如：

CBA=110时，则Y6输出低电平信号。

（2）利用E1、E2和E3可方便的级联扩展成16线译码器、32线译码器。

（3）若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。

逻辑关系接线图如图4.1。

图4.1测试74LS138逻辑关系接线图

观测并记录74LS138的输出状态。

表4.174LS138真值表

2、数码管与字形译码器7448

电路接线如图4.2，记录观察结果到表4.2。

总结出现字形乱码的原因。

图4.2数码管接线

表4.2数码管观察结果

3、优先编码器74HC148的作用

电路接线如图4.3，记录观察结果到表4.3。

总结有优先编码器的作用。

图4.3编码器接线

表4.3编码器工作

五实验过程及数据记录

2、数码管与字形译码器7448

表4.2数码管观察结果

表4.3编码器工作

六实验数据分析与小结

根据编码器的特点可以得出，各个编码其使用规则有所不同，了解了其具体的逻辑规律以后，动手连接电路，使整个编译器得以正常工作

七实验心得体会

通过实验发现，编译器在具体实现中，往往具体功能实现通过使能控制端主题控制，在工作状态时，根据不同的输入，则可以有不同的输出函数，也当然就实现了编码功能。

xxxx计算机科学与技术学院

计算机数字逻辑设计

实验报告书

实验名触发器实验

班级_____xxx_______________________

姓名_____xxx_______________________

指导教师xx

日期17/11

一、实验目的

1、掌握RS触发器、D触发器、JK触发器的工作原理。

2、学会正确使用RS触发器、D触发器、JK触发器。

二、实验所用器件和设备

1、2输入与非门74004片

2、基本RS触发器74LS2791片

3、双D触发器74LS741片（双D型正边沿维持－阻塞型触发器74LS74）

4、双JK触发器74LS731片

5、集成八D触发器74LS2731片（扩展认知寄存器实验）

6、缩存器74LS3731片（扩展认知缩存器实验）

三、实验内容

1、用7400构成一个RS触发器，R、S端接逻辑开关输出，Q、Q端接逻辑状态指示灯，改变R、S的电平，观察现象并记录Q、Q的值。

2、用7400构成一个同步RS触发器，R、S端接逻辑开关输出，Q、Q端接逻辑状态指示灯，改变R、S的电平，观察现象并记录Q、Q的值。

3、制定对集成RS触发器74LS279的测试方案，并进行测试。

（教辅P93）

4、双D触发器74LS74中一个触发器功能测试。

（教辅P97）

（1）将CLR（复位）、RP（置位）引脚接实验板上逻辑开关输出，Q、Q引脚接逻辑状态显示灯，改变CLR、RP的电平，观察现象并记录Q、Q的值。

（2）在步骤

（1）的基础上，置CLR、RP引脚为高电平，D（数据）引脚接逻辑开关输出，CK（时钟）引脚接单次脉冲。

在D为高电平和低电平的情况，分别按单次脉冲按钮，观察现象并记录Q、Q的值。

（3）在步骤

（1）的基础上，将D引脚接1kHz脉冲源，CK引脚端接10kHz脉冲源，用示波器同时观察D端和CK端的波形，并记录；同时观察D端、Q端的波形并记录分析原因。

5、制定对双JK触发器74LS73一个JK触发器的测试方案，并进行测试。

（教辅P95）

四、实验接线图、测试步骤及测试结果。

1、7400搭建触发器的接线图、测试步骤、测试结果。

图5.1是RS触发器实验接线图，图中K1、K2是逻辑开关输出，LED0、LED1是逻辑状态指示灯。

RS触发器的测试步骤及结果如下：

图5.1RS触发器测试接线图

时序电路的值与测试顺序有关，应引起注意。

根据测试结果，得出RS触发器的真值表如下：

表5.1RS触发器真值表

输入

输出

—R

—S

—Q

Q

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

注意：

a、由于—R=—S=1触发器输出爆出，因此若初始状态—R=—S=1，仿真启动时会报错。

b、根据触发器的定义，—Q和Q应互补，因此—R=0，—S=0是非法状态。

2、7400搭建同步触发器的接线图、测试步骤、测试结果。

图5.2是同步RS触发器实验接线图，根据测试结果，得出RS触发器的真值表如表5.2。

图5.2同步RS触发器测试接线图

表5.2同步RS触发器真值表

输入

输出

—R

—S

—Q

Q

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

3、利用74LS279芯片搭建基本RS触发器的接线图、测试步骤、测试结果。

图5.3是RS触发器实验接线图，根据测试结果，得出RS触发器的真值表如表5.3。

图5.3基本RS触发器测试接线图

表5.3RS触发器真值表

输入

输出

—R

—S

—Q

Q

0

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

4、D触发器74LS74的使用

图5.474LS74D触发器的接线图。

测试步骤及结果如下：

（1）R=0，S=1，测得—Q=0，Q=1。

（2）R=1，S=1，测得—Q=1，Q=1。

（3）R=1，S=0，测得—Q=1，Q=0。

（4）R=1，S=1，测得—Q=1，Q=0。

（5）R=0，S=0，测得—Q=1，Q=0。

（6）R=1，S=1，D=1，CLK变化，测得—Q=0，Q=1。

（7）R=1，S=1，D=0，CLK变化，测得—Q=1，Q=0。

（8）根据上述测试，得出D触发器的功能表如下：

输入

输出

R（PR）S（CLR）CLKD

Q—Q

LHXX

0

HLXX

1

LLXX

HH↑H

1

HH↑L

0

HHLX

表7.2D触发器74LS74真值表

（9）R=1，S=1，D接—Q，CLK接1Hz，观测Q端波形。

图5.5D触发器的应用接线

图5.6观察D触发器应用-CK端与Q端波形图

（10）在示波器上同时观测Q、CLK的波形，观测Q的波形只在CK的上升沿才发生变化。

5、双JK触发器74LS73中一个触发器的功能测试方案

（1）74LS73功能测试接线图如下：

图5.7JK触发器应用

（2）R=0，测得—Q=1，Q=0。

（3）R=1，J=0，K=0，按单脉冲模拟CLK，测得—Q=1，Q=0。

（4）R=1，J=1，K=0，按单脉冲模拟CLK，测得—Q=0，Q=1。

（5）R=1，J=0，K=0，按单脉冲模拟CLK，测得—Q=0，Q=1。

（6）R=1，J=0，K=1，按单脉冲模拟CLK，测得—Q=1，Q=0。

（7）R=1，J=0，K=0，按单脉冲模拟CLK，测得—Q=1，Q=0。

（8）R=1，J=1，K=1，按CLK，测得—Q=1，Q=0；再按CLK，测得—Q=0，Q=1。

（9）R=1，J=1，K=1，CLK接1Hz脉冲源，如图5.8所示，观察示波器显示出波形。

图5.8JK触发器应用

图5.974LS73J=1K=1的波形图

（10）根据以上的测试，得出74LS73真值表如下：

输入

输出

清零时钟JK

Q—Q

LXXX

01

H↓LL

01

H↓HL

10

H↓LH

10

H↓HH

01

H↓XX

01

表7.3JK触发器74LS73真值表

五实验结果

表5.1RS触发器真值表

输入

输出

—R

—S

—Q

Q

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

表5.2同步RS触发器真值表

输入

输出

—R

—S

—Q

Q

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

表5.3RS触发器真值表

输入

输出

—R

—S

—Q

Q

0

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

（10）根据以上的测试，得出74LS73真值表如下：

输入

输出

清零时钟JK

Q—Q

LXXX

01

H↓LL

01

H↓HL

10

H↓LH

10

H↓HH

01

H↓XX

01

表7.3JK触发器74LS73真值表

六实验数据分析与小结

从实验结果不难看出，触发器在工作过程中触发条件在不同的触发器之间还是有所区别的，并且同步触发器和非同步触发器也同样是有区别的，JK触发器下降沿改变，集成D触发器上升沿改变，同步D触发器CP高电平改变。

七实验心得体会

在实验过程中发现，触发器工作时，不仅仅是简单的01变换。

实际上和时间轴的变化还是有很大联系的，这就提醒了我在思考问题的时候，不仅仅要考虑到既定的逻辑关系，还应该考虑时序的联系。

xxxx计算机科学与技术学院

计算机数字逻辑设计

实验报告书

实验名简单时序电路

班级_____xxx_______________________

姓名_____xxx_______________________

指导教师xx

日期17/11

一、实验目的

1、掌握常用时序电路分析，设计及测试方法。

2、掌握计数器74LS161的功能。

3、掌握计数器的级联方法。

4、熟悉任意模计数器的构成方法。

二、实验仪器及材料

74LS112（74LS73）双J-K触发器2片

74LS175四D触发器1片

74LS10三输入端三与非门1片

74LS00二输入端四与非门1片

4位计数器74LS1612片

三、实验内容及步骤

1.异步二进制计数器

（1）按图6.1接线。

将J=K=1。

图6.1JK触发器实验二进制计数