电子实验指导书初稿6.docx
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电子实验指导书初稿6
第5章数字电子技术实验
5.1基本逻辑门逻辑实验
一、实验目的
1．掌握TTL与非门、或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。
2．熟悉TTL中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。
二、实验器件
1．二输入四与非门74LS001片
2．二输入四或非门74LS28或74LS021片。
3．二输入四异或门74LS861片。
三、实验原理
门电路实际就是一种条件开关，由于门电路的输出与输入之间存在着一定的逻辑关系，所以又称为逻辑门电路。
逻辑门电路是最简单、最基本的数字集成元件，任何复杂的组合逻辑电路和时序逻辑电路都可以由门电路通过适当的组合连接而成。
最基本的逻辑门是“与”门、“或”门、和“非”门，也可以将其组合成复合逻辑门电路，如“与非”门、“或非”门、“与或非”门、“异或”门、“同或”门等。
1.“与非”门
“与非”门的逻辑功能是：
当输入端有一个或几个是低电平UIL时，输出为高电平UOH;当输入端全为高电平UIH时，输入为低电平UOL。
其逻辑表达式是
，
2．“或非”门
或非门的逻辑功能是：
只有输入端有一个高电平UIH时，输出端为低电平。
其逻辑表达式是
。
3．“异或”门
异或门的逻辑功能是：
当输入端两个输入电平不同时，输出端为高电平UOH。
其逻辑表达式是
。
四、实验内容
1．测试二输入四与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。
2．测试二输入四或非门74LS28或74LS02一个或非门的输入和输出之间的逻辑关系。
3．测试二输入四异或门74LS86一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。
五、实验提示
1．将被测器件插入实验台上的14芯插座中。
2．将器件引脚7与实验台的“地（GND）”连接，将器件的引脚14与实验台的+5v连接。
3．用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入。
拨动开关，则改变器件的输入电平。
4．将被测器件的输出引脚与实验台上的电平指示灯连接。
指示灯亮表示输出电平为1，指示灯灭表示输出电平为0。
六、实验接线图及实验结果
74LS00中包含4个二与非门，74LS28中包含4个二输入或非门，74LS86中包含4个异或门。
下面各画出测试第一个逻辑门逻辑关系的接线图，按图接线,并将测试结果填入相应表中。
测试其他逻辑门时的接线图与之类似。
测试时各器件的引脚7接地，引脚14接+5V。
图中的K1、K2是电平开关输出，LEDₒ是电平指示灯。
1.测试74LS00逻辑关系接线图如图5-1所示，真值表如表5-1所示。
图5-1
表5-174LS00真值表
输入
输出
引脚1
引脚2
引脚3
L
L
L
H
H
L
H
H
2.测试74LS28逻辑关系接线图如图5-2所示，真值表如表5-2所示。
表5-274LS28真值表
输入
输出
引脚2
引脚3
引脚1
L
L
L
H
H
L
H
H
3.测试74LS86逻辑关系接线图如图5-3所示，真值表如表5-3所示。
图5-2图5-3
表5-374LS86真值表
输入
输出
引脚1
引脚2
引脚3
L
L
L
H
H
L
H
H
六、实验报告要求
1.画出三个实验的接线图。
2.用真值表表示出实验结果。
5.2TTL、HC和HCT器件的电压传输特性
一、实验目的
1．掌握TTL、HCT和HC器件的传输特性。
二、实验所用器件和仪表
1.六反相器74LS041片。
2.六反相器74HC041片。
3.六反相器74HCT041片。
4.数字万用表。
三、实验原理
1.TTL系列器件的特点
下图为用折线近似的TTL反相器的传输特性曲线。
由图可见，传输特性由4条线段AB、BC、CD和DE所组成。
AB段：
此时输入电压vI很低，T1的发射结为正向偏置。
在稳态情况下，T1饱和致使T2和T3截止，同时T4导通。
输出vo=3.6V为高电平。
当vI增加直至B点，T1的发射结仍维持正向偏置并处于饱和状态。
但vB2=vc1增大导致T2的发射结正向偏置。
当T1仍维持在饱和状态时，vB2的值可表示为vB2=vI+VCES为求得B点所对应的vI,可以考虑vB2刚好使T2的发射结正向偏置并开始导电。
此时vB2应等于T2、发射结的正向电压VF≈0.6V。
但iE2≈0在忽略vRe2的情况下，于是由上式得：
BC段：
当vI的值大于B点的值时，由T1的集电极供给T2的基极电流，但T1仍保持为饱和状态，这就需要使T1的发射结和集电结均为正向偏置。
在BC段内，T2对v1增量作线性放大，其电压增益可表示为:
电压增量上通过T4的电压跟随作用而引至输出端形成输出电压的增量
且在一定范围内，有
所以传输特性BC段的斜率为
必须注意到在BC段内，Re2上所产生的电压降还不足以使T3的发射结正向偏置，T3仍维持截止状态。
CD段：
当电压上升到1.4V左右时，vB1约为2.1V，这时T2和T5将同时导通，T4截止，输出电位急剧地下降为低电平，这就是称为转折区的CD段工作情况。
转折区中点对应的输入电压称为阈值电压或门槛电压，用VTH表示。
DE段：
此后v1继续升高时，v0不再变化，进入特性曲线的DE段，DE段称为特性曲线的饱和区。
2.HC和HCT系列器件的特点
为了能方便地实现直接驱动，又产生了74HCT系列高速CMOS电路。
通过改进工艺和设计，使74HCT系列的VIHmin）值降至2V。
详细地说，74HCT系列VIL（max）为0.8V，74HC系列VIHmin）为3.5V，VIL（max）为1V。
四、实验说明
与非门的输出电压U0与输入电压Ui的关系U0=F（Ui）叫做电压传输特性，也称电压转移特性。
它可以用—条曲线表示，叫做电压传输特性曲线。
从传输特性曲线可以求出非门的下列有用参数：
●输出高电平（UOH）；
●输出低电平（UOL）；
●输入高屯平（UIH）；
●输入低电平（UIL）；
●门槛电压（UT）。
五、实验内容
1.测试TTL器件74LS04一个非门的传输特性。
2.测试HC器件74HC04一个非门的传输特性。
3.测试HCT器件74HCT04一个非门的传输特性。
六、实验提示
1．注意被测器件的引脚7和引脚14分别接地和+5V。
2．将实验台上4.7kΩ电位器的一端接地，另一端接+5V。
电位器的中端作为被测非门的输入电压。
旋转电位器改变非门的输入电压值。
3．按步长0.2V调整非门输入电压。
首先用万用表监视非门输入电压，调好输入电压后，用万用表测量非门的输出电压，并记录下来。
七、实验接线图及实验结果
1．由于74LS04、74HC04、和74HC04的逻辑功能相同，因此三个实验的接线图是一样的，如图5-4所示。
三种器件的输入端连在一起，调好一次输入可测三个输出，可减少实验时间。
2．将输出无负载时74LS04、74HC04、74HCT04电压传输特性测试数据填入表5-4中。
图5-4
表5-474LS04、74HC04、74HCT04电压传输特性测试数据
输入Ui/V
输出U0/V
74LS04
74HC04
74HCT04
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
3.在图5-5中用三种不同颜色的笔画出输出无负载时，74LS04、74HC04和74HCT04的负载曲线。
图5-574LS04/74HC04/74HCT04电压传输曲线
七、实验报告要求
1、用表格的形式记录74LS04、74HC04、74HCT04电压传输特性。
2、画出74LS04、74HC04和74HCT04的电压传输特性曲线。
3、特性曲线，说明各自的特点
5.3三态门实验
一、实验目的
1.掌握三态门逻辑功能和使用方法。
2.掌握用三态门构成总线的特点和方法。
3.初步学会用示波器测量简单的数字波形。
二、实验器件和仪表
1.四2输入正与非门74LS001片。
2.三态门输出的四总线缓冲门74LS1251片。
3.万用表。
4.示波器。
三、实验原理
TTL三态输出门是一种特殊的门电路，它与普通的TTL门电路结构不同，它的输出端除了通常的高电平、低电平两种状态外（这两种状态均为低电阻），还有第三种输出状态——高阻态。
处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路。
三态输出门按逻辑功能及控制方式来分有各种不同类型，本实验所用三态门的型号是三态输出四总线缓冲器74LS125。
图5-6是三态输出四总线缓冲器的逻辑符号，它有一个控制端（又称禁止端或使能端）
，
为正常工作状态，实现Y=A的逻辑功能；
为禁止状态，输出Y呈现高阻态。
这种在控制端加低电平时，电路才能正常工作的工作方式称为低电平使能。
功能表如表5-5所示。
图5-6
表5-5
输入
输出
A
Y
0
0
1
0
1
1
0
1
高阻态
三态电路主要用途之一就是实现总线传输，即用一个传输通道（称总线），以选通方式传送多路信息。
电路中把若干个三态TTL电路输出端直接连接在一起构成三态门总线。
使用时，要求只有需要传输信息的三态控制端处于使能态（
）其余各门皆处于禁止状态（
）。
由于三态门输出电路结构与普通TTL电路相同，显然，若同时有两个或两个以上三态门的控制端处于使能态，将出现与普通TTL门“线与”运用时同样的问题，因而是绝对不允许的。
四、实验内容
1.74LS125三态门的输出负载为74LS00的一个与非门输入端。
74LS00的同一个与非门的另一个输入端接低电平，测试74LS125三态门输出、高电平输出、低电平输出的电压值。
同时，测试74LS125三态输出时74LS00输出值。
2.74LS125三态门的输出负载为74LS00一个与非门输入端。
74LS00同一个与非门的另一个输入端接高电平，测试74LS125三态门输出、高电平输出、低电平输出的电压值。
同时测试74LS125三态输出时74LS00输出值。
3.用74LS125两个三态门输出构成一条总线。
使两个控制端一个为低电平，另一个为高电平。
一个三态门的输入端接100kHz信号，另一个三态门的输入端接500kHz信号。
用示波器观察三态门的输出。
五、实验提示
1.三态门74LS125的控制端C为低电平有效。
2.用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入。
拨动开关，改变器件输入电平。
六、实验接线图及实验结果
1.实验内容1和2
图5-7是实验内容1和2的接线图，图中K1、K2和K3是电平开关输出，电压表指示电压测量点。
拨动电平开关K3、K2、K1，则改变74LS00一个与非门输入端、74LS125三态门控制端、三态门输入端的电平。
（1）当74LS00引脚2为低电平时，测试74LS125引脚3和74LS00引脚3，将测试结果填入下面：
K3=0，K2=0，K1=1时，三态门输出高电平电压值为：
_；
K3=0，K2=0，K1=0时，三态门输出低电平电压值为：
____；
K3=0，K2=1，K1=0或1时，三态门三态输出电压值为：
；
74LS00引脚3输出电压值为：
。
图5-7实验接线图
（2）当74LS00引脚2为高电平时，测试74LS125引脚3和74LS00引脚3，将测试结果填入下面：
K3=1，K2=0，K1=1时，三态门输出高电平电压值为：
_；74LS00引脚3输出电压值为：
。
K3=1，K2=0，K1=0时，三态门输出低电平电压值为：
____；74LS00引脚3输出电压值为：
。
K3=1，K2=1，K1=0或1时，三态门三态输出电压值为：
；74LS00引脚3输出：
。
2.实验内容3
三态门构成总线接线图，如图5-8所示。
图5-8三态门构成总线
六、实验报告要求
1、画出实验的逻辑电路图。
2、写出每个实验的实验现象。
3、分析实验内容1、2中三态门输出电压不同的原因。
5.4数据选择器和译码器
一、实验目的
1.熟悉数据选择器的逻辑功能。
2.熟悉译码器的逻辑功能。
二、实验所用器件和仪表
1.双4选1数据选择器74LS153 1片
2.双2－4线译码器74LSl39 1片
3.六反相器74LS041片
三、实验原理
数据选择器又叫“多路开关”。
数据选择器在地址码（或叫选择控制）电位的控制下，从几个数据输出中选择一个并将其送到一个公共的输出端。
数据选择器的功能类似于一个多掷开关，如图5-9所示，图中有四路数据1C0~1C3，通过选择控制信号A1、A0（地址码）从四路数据中选出某一路数据送至输出端Q。
数据选择器为目前电路设计中应用十分广泛的的逻辑部件，它有2选1、4选1、8选1、16选1等类别。
译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。
它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。
译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，贮存器寻址和组合控制信号等。
不同的功能可选用不同种类的译码器。
图5-94选1数据选择器示意图
三、实验内容
1.测试74LS153中一个4选1数据选择器的逻辑功能。
4个数据输入引脚C0~C3分别接实验台上的AK1、AK2、AK3、AK4。
改变数据选择引脚A、B和使能引脚G的电平，产生8种不同的组合。
观测每种组合下数据选择器的输出端输出哪个输入端的信号。
2.测试74LS139中一个2—4译码器的逻辑功能。
4个译码输出引脚Y0—Y3接电平指示灯。
改变引脚G、B、A的电平，产生8种组合。
观测并记录指示灯的显示状态。
四、实验接线图及实验结果
1.74LSl53实验接线图（图5-10）和74LSl53真值表（表5-6）。
图5-10实验接线图
表5-674LS153
选通
选择输入
输出
G
BA
Y=
H
XX
L
LL
L
LH
L
HL
L
HH
2.74LSl39实验接线图（图5-11）和74LSl39真值表（表5-7）。
图5-9中，K1、K2、K3是电平开关输出，LED0、LEDI、LED2、LED3是电平指示灯。
图5-1174LS139实验接线图
表5-774LS139
输入端
输出端
允许
G
选择
BA
Y0Y1Y2Y3
H
L
L
L
L
XX
LL
LH
HL
HH
3.自行设计实验电路和步骤用一片74LS04和两片74LS139构成3-8线译码器并测试之。
五、实验报告要求
1.画出实验接线图。
2.根据实验结果写出74LS139的真值表。
3.根据实验结果写出74LS153的真值表。
4.分析74LS139与74LS153中引脚G的功能。
5.5全加器构成及测试
一、实验目的
1.了解全加器的实现方法。
2.掌握全加器的功能。
二、实验所用器件和仪表
1.4-2-3-2与或非门74S642片。
2.六反相器74LS041片。
三、实验原理
在数字系统中，经常需要进行算术运算操作，实现电路运算功能的电路是加法器。
加法器是一般组合逻辑电路，主要功能是实现二进制数的算术加法运算。
电子数字计算机中的四则运算都是分解成加法运算进行的，因此加法器变成了计算机中最基本的运算单元。
三、实验内容
1.用2片74LS64和1片74LS04组成图5-12所示逻辑电路接线图。
图5-12全加器
2.将A、B、Ci接电平开关输出，F、C0接电平指示灯。
3.拨动电平开关，产生A、B、Ci的8种组合，观测并记录F和C0的值。
4.全加器真值表，如表5-8所示。
表5-8
输入
输出
A
B
Ci
F
C0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
四、实验提示
对与或非门而言．如果一个与门中的一条或几条输入引脚不被使用，则需将它们接高电平；如果一个与门不被使用，则需将此与门的至少一条输入引脚接低电平。
五、实验报告要求
1.写出F与C0的逻辑表达式。
2.用真值表表达逻辑图5-12。
5.6组合逻辑中的冒险现象
一、实验目的
1.了解组合逻辑中的冒险现象。
2.简单组合逻辑电路的设计。
二、实验所用器件和仪表
1.六反相器74LS041片。
2.四2输入正与非门74LS001片。
3.示波器。
三、实验原理
1．竞争—冒险：
门电路两个输入信号同时向相反的逻辑电平跳变，即一个从1变为0，另一个从0变为1的现象叫做竞争。
只要存在竞争现象，输出就有可能出现违背稳态下逻辑关系的尖峰脉冲，这种现象叫做竞争—冒险。
2．检查竞争的方法：
在每次只有一个输入变量改变状态的简单情况下，可以通过逻辑函数式，判断组合逻辑电路中是否有竞争—冒险现象。
四、实验内容
利用提供的设备和器件自行设计实验电路和实验步骤，测试组合逻辑电路中的冒险现象。
（建议采用1MHz的信号输入。
）
五、实验报告要求
1.画出每个实验的逻辑图。
2.画出在与非门输出端观测到的波形。
3.分析波形图上冒险现象产生的原因。
5.7触发器
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、实验所用器件和仪表
1.四2输入正与非门74LS001片。
2.双D触发器74LS741片。
3.双JK触发器74LS731片。
4.示波器
三、实验原理
（1）基本RS触发器
基本RS触发器具有置“0”置“1”和“保持”三种功能，通常称
为置“1”端，因为
（
）时，触发器被置“1”；
为置“0”端，因为
（
1）时，触发器被置“0”。
当
时状态保持；
时，触发器状态不定，应避免此种情况发生。
（2）JK触发器
在输入信号为双端的情况下，JK触发器是功能完善、使用灵活和通用性较强的一种触发器。
本实验采用74LS73双JK触发器，它是下降边沿触发的边沿触发器。
JK触发器的状态方程为：
J和K是数据输入端，是触发器状态更新的依据，当J、K有两个或两个以上输入端时，组成“与”的关系。
与
为两个互补输出端。
通常把
、
的状态定为触发器的“0”状态；而把
、
的状态定为“1”状态。
（3）D触发器
在输入信号为单端的情况下，D触发器用起来最为方便，其状态方程为：
其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态。
D触发器的应用很广，可用作数字信号的寄存、移位寄存、分频和波形发生等。
有很多种型号可供各种用途的需要选用，如双D74LS74、四D74LS175、六D74LS174等。
四、实验内容
1.用74LS00构成一个RS触发器。
￣R、￣S端接电平开关输出，Q、￣Q接电平指示灯。
改变￣R、￣S的电平，观测并记录Q、￣Q的值。
2.双D触发器74LS74中一个触发器功能测试。
（1）将CLR（复位）、PR（置位）引脚接实验台电平开关输出，Q、￣Q引脚接电平指示灯。
改变CLR、PR的电平，观察并记录Q、￣Q的值。
（2）在
（1）的基础上，置CLR、PR引脚为高电平，D（数据）引脚接电平开关输出，CK（时钟）引脚接单脉冲，在D为高电平和低电平的情况，分别按单脉冲按钮。
观察Q、￣Q的值，记录下来。
（3）在
（1）的基础上，将D引脚接100KHz脉冲源，CK引脚接1MHz脉冲源。
用双踪示波器同时观测D端和CK端，记录波形。
同时观测D端、Q端，记录波形，分析原因。
3.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。
五、实验提示
74LS73引脚11是GND，引脚4是Vcc。
六、实验接线图及实验结果
1．实验内容1的接线图、测试步骤及结果
图5-13是RS触发器接线图。
图中，K1、K2是电平开关输出，LED0，LED1是电平指示灯。
按表5-9中输入值顺序对RS触发器进行测试，并将结果填入表中（时序电路的值与预测顺序有关，请注意）。
图5-13RS触发器接线图
表5-9RS触发器测试顺序及结果
输入
输出
Q
￣Q
0
1
1
1
1
0
1
1
0
0
2．实验内容2的接线图、测试步骤及结果
图5-14和图5-15是测试D触发器的接线图，K1、K2、K3是电平开关输出，LED0、LED1是电平指示灯，AK1是按单脉冲按钮AK1后产生的宽单脉冲，100kHz、1MHz是时钟脉冲源。
测试步骤及结果如下：
图5-1474LS74测试图1
图5-1574LS74测试图2
（1）CLR=0，PR=1，￣Q=，Q=。
（2）CLR=1，PR=1，￣Q=，Q=。
（3）CLR=1，PR=0，￣Q=，Q=。
（4）CLR=1，PR=1，￣Q=，Q=。
（5）CLR=0，PR=0，￣Q=，Q=。
（6）CLR=1，PR=1，D=1，CK接单脉冲，按单脉冲按钮，￣Q=，Q=。
（7）CLR=1，PR=1，D=0，CK接单脉冲，按单脉冲按钮，￣Q=，Q=。
（8）CLR=1，PR=1，D接1MHz脉冲，CK接10KHz脉冲，则D、Q端波形为：
（9）在示波器上同时观测Q、CK的波形，观测到Q的波形只在CK的上升沿才发生变化。
（10）根据上述测试，得出D触发器的功能表如表5-10所示。
输入
输出
PRCLRCLKD
Q￣Q
LHXX
HLXX
LLXX
HH↑H
HH↑L
HHLX
表5-10D触发器74LS74功能表
3.74LS73中一个触发器的功能测试方案
74LS73功能测试接线图如图5-16、图5-17所示。
K1、K2、K3是电平开关输出，LED0、LED1是电平指示灯，AK1是按单脉冲按钮AK1后产生的宽
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