计算机辅助电路设计实验.docx

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计算机辅助电路设计实验

计算机辅助电路设计实验

实验一集成门电路功能的测试

一、实验目的

1．熟悉集成门电路的工作原理和主要参数。

2．熟悉集成门电路的外型引脚排列及应用事项。

3．验证和掌握门电路的逻辑功能。

二、实验仪器

1．数字电路实验仪一台

2．示波器一台

3．信号发生器一台

4．万用表一块

三、理论准备

TTL门电路的工作原理

1．TTL门电路

（1）TTL门电路主要有非门、与非门、或门、异或门等。

为了正确使用门电路，必须了解它们的逻辑功能及其测试方法。

（2）TTL集成电路除了标准形式外，而有其它四种结构形式：

高速TTL（74H系列），低功耗TTL（74L系列）、高速肖特基TTL（74S系列）以及低功耗肖特基TTL（74LS系列）。

2．TTL集成电路使用注意事项

1）通常TTL电路要求电源电压VCC=5V±0.25V。

2）TTL电路输出端不允许与电源短路，但可以通过提升电阻连到电源级，以提高输出高电平。

3）TTL电路不使用的输入端，通常有两种处理方法，一是与其它使用的输入端并联；二是把不用的输入端按其逻辑功能特点接至相应的逻辑电平上，不宜悬空。

4）TTL电路对输入信号边沿的要求。

通常要求其上升沿或下降沿小于50ns/v～100ns/v。

当外加输入信号边沿变化很慢时，必须加整形电路（如施密特触发器）。

3．图1-1是几种集成门电路外型及引脚排列。

二输入四或门

二输入四与非门

（a）74LS00（b）74LS32

（c）74LS02（d）74LS86（e）74LS20

四输入二与非门

二输入四异或门

二输入四或非门

图1-1

四、预习要求

1．了解数字实验仪的使用方法。

2．根据实验內容，画出逻辑电路图、写出逻辑表达式、列出真值表。

五、实验内容

１．测与非门的逻辑功能

将74LS20（四输入端二与非门）按图1-2接线，检查无误后接通实验仪电源，然后按表1-1中给出的输入端不同情况，测输出端的逻辑状态填入表中。

表1-1

输入端

输出电压V0（V）

输出逻辑

０　０　０　０

０　０　０　１

０　０　１　１

０　１　１　１

１　０　０　０

１　０　１　１

１　１　１　１

图1-2

２．测或门的逻辑功能

将74LS32（二输入端四或门）按图1-3接线，检查无误后接通实验仪电源，按表1-2中给出的输入端不同情况，测输出端的逻辑状态填入表中。

表1-2

输入端

输出电压V0（V）

输出逻辑

　０　０

　０　１

　１　０

　１　１

图1-3

３．测或非门的逻辑功能

将74LS02（二输入端四或非门）按图1-4接线，检查无误后接通实验仪电源，按表1-3中给出的输入端不同情况，测输出端的逻辑状态填入表中。

表1-3

输入端

输出电压V0（V）

输出逻辑

　０　０

　０　１

　１　０

　１　１

图1-4

４．测异或门的逻辑功能

将74LS86（二输入端四异或门）按图1-5接线，检查无误后接通实验箱电源，然后按表1-4中给出的输入端不同情况，测输出端的逻辑状态填入表中。

表1-4

输入端

输出电压V0（V）

输出逻辑

　０　０

　０　１

　１　１

　１　１

图1-5

5．测非门的逻辑功能

将74LS04（六输入端非门）按图1-6接线，检查无误后接通实验仪电源，然后按表1-5中给出的输入端不同情况，测输出端的逻辑状态填入表中。

表1-5

输入端

输出电压V0（V）

输出逻辑

０　

１

6．仿真实验

采用PROTUES软件平台，在计算机上仿真验证以上五种器件的功能它的逻辑功能。

实验二半加器和全加器

一、实验目的

1．掌握半加器的工作原理及电路组成。

2．掌握全加器的工作原理及电路组成。

3．学习及掌握组合逻辑电路的设计、调试方法。

二、实验原理

计算机最基本的任务之一是进行算术运算，在机器中四则运算——加、减、乘、除都是分解成加法运算进行的，因此加法器便成为计算机中最基本的运算单元。

1．半加器

两个二进制数相加，叫做半加，实现半加操作的电路，称为半加器。

表2-1是半加器的真值表，图2-1为半加器的符号，A表示加数；B表示被加数；S表示半加和；C表示向高位的进位。

表2-1

AB

S

C

00

0

0

01

1

0

10

1

0

11

0

1

图2-1

从二进制数加法的角度看，真值表中只考了两个加数本身，没有考虑低位来的进位，这就是半加器一词的由来。

由真值表可得半加器逻辑表达式

Ai

Bi

Ci-1

Si

Ci

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

表2-2

2．全加器

全加器能进行加数、被加数和低位来的

进位信号相加，并根据求和的结果给出

该位的进位信号。

图2-2

图2-2是全加器的符合，如果用Ai、Bi表示A、B两个数的第i位，Ci-1表示为相邻低位来的进位数，Si表示为本位和数（称为全加和），Ci表示为向相邻高位的进位数，则根据全加运算规则可列出全加器的真值表如表2-2。

利用图形法可以很容易地求出Si、Ci的简化函数表达式。

三、实验内容与步骤

1．用异或门74LS86及与非门74LS00设计一个半加器，并在数字逻辑电路实验仪上验证所设计的半加器电路是否正确。

2．用异或门74LS86及与非门74LS00设计一个全加器，并在数字逻辑电路实验仪上验证所设计的全加器电路是否正确。

四、实验设备

数字逻辑电路实验仪一台

万用表一块

五、预习要求

1．查出74LS86、74LS00的引脚图。

2．推导由与非门构成半加器、全加器的逻辑表达式。

3．按实验内容要求设计半加器、全加器的实验线路图。

六、报告要求

1．画出正确的实验线路图。

2．列出实验数据表格。

实验三触发器

一、实验目的

1．掌握触发器的性质。

2．掌握触发器逻辑功能、触发方式。

3．掌握触发器电路的测试方法，简单时序电路的设计、调试方法。

二、实验设备

1．数字学习机一台

2．双踪示波器一台

3．万用表一块

4．74LS00、74LS74、74LS76片各一片

三、理论准备

触发器具有两个稳定状态，用以表示逻辑状态“1”和“0”，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，它是一个具有记忆功能的二进制信息存贮器件，是构成多种电路的最基本逻辑单元。

图1.3-1为由两个与非门的交驻耦合构成的基本RS触发器，它是无时种控制低电平直接触发的触发器。

基本RS触发器具有“0”、置“1”和“保持”三种功能。

通常称

为置“1”端，因为

=0时触发器被置“1”；

为置“0”端，因为

=0时触发器被置为“0”，

1．基本RS触发器

图3-1

当

=

=1状态时触发器为“保持”。

基本RS触发器也可以用两个“或非门”组成，此时为高电平触发有效。

2．JK触发器

在输入信号为双端输入的情况下，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74LS76双JK触发器，是下降沿触发的边沿触发器。

引脚功能及逻辑符号如图3-2所示，JK触发器的状态方程为

图3-2

J和K是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若J、K有两个或两个以上J和K为数据输入端时，组成“与”的关系。

Q与

为两个互补输出端。

通常把Q=0，

=1的状态定为触发器“0”状态；而把Q=1、

=0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

Qn+1=Dn

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器的边沿触发器。

D触发器的状态只取决于时种到来前D端的状态。

D触发器应用很广，可供作数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生等。

有很多种型号可供各种用途需要而选用。

图3-3为74LS74双D触发器的引脚排列图和逻辑符号。

图3-3

四、预习要求

1．从手册中查出74LS00、74LS74、74LS76（或74LS112）集成芯片的引脚图。

熟悉引脚的功能。

2．复习有关触发器部分的内容。

3．拟出各触发器功能测试表格。

五、实验内容

1．测试基本RS触发器的逻辑功能

按图3-1，用74LS00芯片上的两个与非门组成基本RS触发器，将测试结果记录于表3-1中。

2．测试双JK触发器74LS76的逻辑功能

（1）异步置位及复位功能的测试

按图3-2，用74LS76芯片的一个JK触发器，将J、K、CP端开始（或任意状态）改变

D和

D的状态。

观察输出Q和

的

表3-1

0

0

0

1

1

0

1

1

的状态，记录于表3-2中。

（2）逻辑功能的测试

用数字学习机上的单次脉冲信号作为JK触发器的CP脉冲源，当将触发器的初始状态置1或置0时，将测试结果记录于表3-3中。

表3-2

D

D

1

0→1

1→0

1→0

1

0→1

0

0

表3-3

J

K

CP

Qn+1

Qn=1

Qn=0

0

0

0→1

0

0

1→0

0

1

0→1

0

1

1→0

1

0

0→1

1

0

1→0

1

1

0→1

1

1

1→0

3．测试双D触发器74LS74的逻辑功能

（1）异步置位及复位功能的测试

按图3-3，用74LS74芯片的一个触发器，改变

D和

D的状态，观察输出Q和

的状态；自拟表格记录。

（2）逻辑功能的测试

用单次脉冲作为D触发器的CP脉冲源，测试D触发器的功能，自拟表格记录。

4．仿真实验

用74LS74双D触发器芯片，进行D触发器的功能测试及触发方式测试的仿真实验。

自拟表格记录。

六、报告要求

1．事理实验数据记录，分析结果；

2．总结

D、

D及S、R各输入端的作用。

3．叙述各触发器之间的转换方法。

4．分析实验中的现象，操作中遇到的问题及解决办法。

实验四计数、译码及显示电路

一、实验目的

1．熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。

2．掌握计数、译码、显示电路的工作原理及其应用。

二、实验仪器

1．数字逻辑学习机1台

2．双踪示波器1台

3．万用表1块

三、理论准备

1．74LS90计数器是一种中规模二一五进制计数器，管脚引线如图6-1，功能表如表6-1所示。

表4-17490功能表

复位输入

输出

R1R2S1S2

QDQCQBQA

HHL×

HH×L

××HH

XL×L

L×L×

L××L

×LL×

LLLL

LLLL

HLLH

计数

计数

计数