13级《数字逻辑》实验指导书.docx

资源描述

13级《数字逻辑》实验指导书.docx

《13级《数字逻辑》实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《13级《数字逻辑》实验指导书.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

13级《数字逻辑》实验指导书.docx

13级《数字逻辑》实验指导书

《数字逻辑》

实验指导书

计算机科学系硬件教研室

二○一三年九月

实验一基本逻辑门和逻辑电路

一、实验目的

1．掌握TTL与非门、或非门和异或门的输入与输出之间的逻辑关系；

2．掌握组合逻辑电路的基本分析方法；

3．熟悉TTL小规模数字集成电路的外型、引脚和使用方法；

4．初步掌握“TDS-4数字系统综合实验平台”和常规实验仪器的使用方法。

二、实验器件和设备

1．四2输入与非门74LS001片

2．四2输入或非门74LS281片

3．四2输入异或门74LS861片

4．三态输出的四总线缓冲器74LS1251片

5．TDS-4数字系统综合实验平台1台

6．万用表1个

三、实验内容

1．按图1.1测试与非门、或非门和异或门的输入和输出的逻辑关系；

图1.1基本逻辑门

2．测试并分析下图1.2逻辑电路的功能。

图1.2组合逻辑电路

四、实验提示

1．将被测器件插入实验台上的14芯插座中，器件的引脚7与实验台的“地（GND）”连接，引脚14与实验台的+5V连接；

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，则改变器件的输入电平；

3．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；

4．用万用表的电压档测量被测器件的输入引脚和输出引脚的电压值。

五、实验报告要求

1．分别用真值表和电压值表的形式表示实验内容1的结果；

2．用真值表的形式表示实验内容2的结果，写出电路的逻辑函数并分析其功能。

实验二译码器、编码器和数据选择器

一、实验目的

1．掌握译码器、编码器、数据选择器的逻辑功能和使用方法；

2．掌握TTL中规模集成电路的应用方法。

二、实验器件和设备

1．3-8线译码器74LSl381片

2．8-3线优先编码器74LS1481片

3．双4选1数据选择器74LSl531片

4．TDS-2数字电路实验系统1台

5．万用表或逻辑笔1个

三、实验内容

1．测试3-8线译码器74LSl38的逻辑功能。

使能输入端G1、G2A、G2B和编码输入端C0、C1、C2分别接电平开关，译码输出端Y0～Y7分别接LED指示灯。

改变输入G1、G2A、G2B和C2、C1、C0的电平，观察并记录输出Y0～Y7的状态；

2．测试8-3线优先编码器74LSl48的逻辑功能。

使能端EI和信号输入端I0～I7分别接电平开关，编码输出端C2～C0分别接LED指示灯。

改变EI和I0～I7的电平，观察并记录输出C2～C0的状态；

3．测试74LSl53中一个4选1数据选择器的逻辑功能。

使能端G、数据选择端S0S1和数据输入端D0～D3分别接电平开关，输出端Y接LED指示灯。

改变输入G、S0S1及D0～D3的电平，观察并记录输出Y的状态；

a）3-8线译码器b）8-3线优先编码器c）四选一数据选择器

图2.1译码器、编码器、数据选择器

4．SN74LS153芯片集成了2个四选一数据选择器，并且2个数据选择器共用相同的数据选择输入端B、A。

图2-2是SN74LS153的扩展应用，测试该电路，分析推导出电路的逻辑函数，并说明其工作原理。

四、实验报告要求

1．根据实验作出74LS138、74LS148和74LSl53的功能表；

2．分析74LS138输入端G1、G2A、G2B的功能，分析74LS153输入端G的功能；

3．写出三人多数表决器的设计过程，画出逻辑电路图，并以真值表的形式表示测试结果。

图2.174LS153的应用

实验三组合逻辑电路

一、实验目的

1．掌握组合逻辑分析和设计的方法；

2．掌握TTL中规模集成电路的应用方法。

二、实验器件和设备

1．双4选1数据选择器74LSl531片

2．四2输入与非门74LS001片

3．四2输入异或门74LS862片

4．TDS-2数字电路实验系统1台

5．万用表或逻辑笔1个

三、实验内容

1．SN74LS153芯片集成了2个四选一数据选择器，并且2个数据选择器共用相同的数据选择输入端B、A。

图3-1为运用SN74LS153进行设计的组合逻辑电路图，测试该电路，分析、推导出电路的逻辑函数，并说明电路的功能。

图3-1组合逻辑

2．按表3-1给出的8421码与循环码的对应表，设计一个实现8421码到循环码的转换电路，并测试验证该电路。

四、实验报告要求

1．给出实验内容1的测试结果以及结果分析、推导过程；

2．给出实验内容2完整的设计过程以及电路的测试结果。

实验四触发器

一、实验目的

1．掌握基本SR触发器、门控D触发器、D触发器和JK触发器的工作原理及使用方法。

二、实验器件和设备

1．四2输人正与非门74LS001片

2．六反相器74LS041片

3．双D触发器74LS741片

4．双J-K触发器74LS731片

5．TDS-2数字电路实验系统1台

5．万用表或逻辑笔1个

三、实验内容

1．测试由与非门74LS00构成的基本SR触发器的功能（图4-1a）。

输入

、

接电平开关，输出Q、

端接LED指示灯，改变

、

的电平，观测并记录Q、

的值；

2．测试由与非门74LS00和反相器74LS04构成的门控D触发器的功能（图4-1b）。

输入D、EN接电平开关，输出Q、

端接LED电平指示灯，改变D、EN的电平，观测并记录Q、

的值；

a）基本SR锁存器b）门控D锁存器

图4-1基本SR触发器和门控D触发器

3．测试双D触发器74LS74中一个D触发器的功能（图4-2a）。

将数据端D、复位端CLR、置位端PR分别接电平开关，时钟端CLK接单脉冲按钮，输出端Q、

接LED指示灯。

改变D、CLR、PR的电平后，再按单脉冲按钮，观察并记录Q、

的值。

4．测试双J-K触发器74LS73中一个J-K触发器的功能（图4-2b）。

将输入端J、K和复位端CLR分别接电平开关，时钟端CLK接单脉冲按钮，输出端Q、

接LED指示灯。

改变J、K、CLR的电平后，再按单脉冲按钮，观察并记录Q、

的值。

a）D触发器b）J-K触发器c）D触发器二分频电路

图4-2集成触发器

5．图4-2c为由D触发器（74LS74A）构成的二分频电路，使用手动脉冲测试该电路。

四、实验提示

1．74LS73引脚11是GND，引脚4是VCC。

2．D触发器74LS74是上升沿触发，JK触发器74LS73是下降沿触发；

3．在测试D触发器和J-K触发器时，注意CLK在按下之前和按下之后对输出Q/

的影响。

五、实验报告要求

1．根据实验内容1～4的结果作出各触发器的功能表；

2．根据实验内容5的实验结果画出电路的数字波形图，并分析电路的工作原理。

实验五计数器

一、实验目的

1．掌握异步计数器和同步计数器的工作原理；

2．掌握集成同步十进制计数器74LSl62的功能和使用方法。

二、实验器件和设备

1．双J-K触发器74LS732片

2．同步4位BCD计数器74LS1621片

3．四2输人正与门74LS081片

4．TDS-2数字电路实验系统1台

三、实验内容

1．图5-1为由J-K触发器构成的3位异步二进制计数器。

输出Q2、Q1、Q0分别接LED指示灯，使用单脉冲做为计数时钟，测试计数器的功能，观测计数状态，并记录。

图5-13位异步二进制计数器

2．图5-2为由J-K触发器构成的3位同步二进制计数器。

输出Q2、Q1、Q0分别接LED指示灯，使用单脉冲做为计数时钟，测试计数器的功能，观测计数状态，并记录。

图5-23位同步二进制计数器

图5-34位同步十进制计数器

3．图5-3为集成4位同步十进制计数器74LSl62的应用图例，RCO、QD、QC、QB、QA分别LED指示灯，使用单脉冲做为计数时钟，测试计数器的功能，观测计数状态，并记录。

四、实验报告要求

1．作出实验内容1和2的功能表，并画出在连续计数脉冲下Q2、Q1、Q0的波形图；

2．根据实验3的结果画出在连续计数脉冲下RCO、Q2、Q1、Q0的波形图。

实验六集成计数器的应用

一、实验目的

1．掌握计数器74LSl62的功能和级连方法；

2．掌握任意模计数器的构成方法。

二、实验说明

1．计数器器件是应用较广的器件之一。

它有很多型号，各自完成不同的功能，供不同的需要选用。

本实验选用十进制BCD同步计数器74LSl62作为实验用器件，其引脚图见附录A。

Clock是时钟输入端，上升沿触发计数触发器翻转。

使能端P和T均为高电平时允许计数，使能端T为低电平时禁止进位Carry产生。

同步预置端Load加低电平时，在下一个时钟的上升沿将计数器置为预置数据端的值。

清除端Clear为同步清除，低电平有效，在下一个时钟的上升沿将计数器复位为0。

在计数值等于9时，进位位Carry为高，脉宽是1个时钟周期，可用于级联。

2．实验前应充分了解74LSl62的特性，并按实验内容的要求设计出实验电路。

三、实验所用器件和设备

1．同步4位BCD计数器74LS1622片

2．二输入四与非门74LS001片

3．TDS-2数字电路实验系统1台

四、实验内容

1．用1片74LSl62和1片74LS00并采用复位法构成一个模7计数器。

输出QD、QC、QB、QA分别接LED指示灯，使用单脉冲做为计数时钟，观测计数状态，并记录。

2．用1片74LSl62和1片74LS00并采用置位法构成一个模7计数器。

输出QD、QC、QB、QA分别接LED指示灯，使用单脉冲做为计数时钟，观测计数状态，并记录。

3．用2片74LSl62和1片74LS00构成一个模60计数器。

2片74LSl62的QD、QC、QB、QA分别接两个数码管的D、B、C、A，使用单脉冲做为计数时钟，观测数码管数字的变化，并记录。

五、实验前要求

1．实验前应认真准备，仔细设计出实验方案，画出完整的实验电路图和实验接线图。

六、实验报告要求

1．画出复位法构成的模7计数器的电路图，写出单脉冲做计数脉冲时，QD、QC、QB、QA的状态转移表。

画出连续计数脉冲下QD、QC、QB、QA波形图。

2．画出置位法构成的模7计数器的电路图，写出单脉冲做计数脉冲时，QD、QC、QB、QA的状态转移表。

画出连续计数脉冲下QD、QC、QB、QA波形图。

3．画出模60计数器电路图。

实验七时序逻辑电路

一、实验目的

1．掌握时序逻辑电路的分析和设计方法。

二、实验所用器件和设备

1．双J-K触发器74LS732片

2．双D触发器74LS742片

3．四2输人正与非门74LS001片

4．TDS-2数字电路实验系统1台

三、实验内容

1．图7-1为由J-K触发器构成的同步计数器，请用实验的方法做出电路完整的状态转移表、状态转移图和波形图（Clock采用手动脉冲）。

图7-1同步计数器

2．用D触发器（74LS74）和与非门（74LS00）设计一个按循环码规律工作的计数器，其编码为：

000001011111101100000，并通过实验的方法验证设计的准确性。

四、实验提示

1．对于实验内容1，必要时可将J-K触发器的J和清零端CLR接到电平开关，以便能够手动迫使计数器进入某个特定的初始状态。

2．对于实验内容2，必要时可将D触发器的置位端PR和清零端CLR接到电平开关，以便能够手动迫使计数器进入某个特定的初始状态。

五、实验报告要求

1．对于实验内容1，应认真规划实验步骤，做好实验记录，并做出完整的状态转移表、状态转移图和波形图；

2．对于实验内容2，应包含完整的设计过程（编码方案、状态转移表、激励方程和电路图）、实验步骤和实验记录。

实验八GAL组合逻辑

一、实验目的

1．以GAL16V8为例，了解GAL的工作原理、特性和使用方法；

2．初步掌握使用ABEL-HDL语言编程实现较复杂的组合逻辑的功能。

二、实验所用器件和设备

1．GALl6V81片

2．GAL编程系统1套

3．TDS－2数字电路实验系统1台

三、实验内容

1．设计一个4-1数据选择器并测试其功能；

2．设计一个3-8译码器并测试其功能；

3．设计一个8-3编码器并测试其功能。

四、实验提示

1）首先按功能要求设计逻辑函数，然后用ABEL-HDL语言描述；

2）用ispExpert软件实现设计输入和编译综合，生成JEDEC类型的文件；

3）用编程器将JEDEC文件写入GALl6V8器件，然后进行测试并记录。

四、实验报告要求

1．写出实验的功能表（或逻辑函数）和ABEL语言程序；

2．给出器件测试的实验步骤和实验记录。

实验九GAL时序逻辑

一、实验目的

1．以GAL16V8为例，了解GAL的工作原理、特性和使用方法；

2．初步掌握使用ABEL-HDL语言编程实现较复杂的时序逻辑的功能。

二、实验所用器件和设备

1．GALl6V81片

2．GAL编程器系统1套

3．TDS－2数字电路实验系统1台

三、实验内容

1．设计一个4位格雷码计数器。

格雷码的编码规则规则，任何相邻的两个编码中只有1个二进制位状态不同，表2给出两组最常用的格雷码的编码值，本实验只要求实现一种格雷码方案，从上面两个方案中任选其一。

表2格雷码

十进制数

格雷码

（1）

格雷码

（2）

0000

0001

0100

0011

0110

0010

0110

1010

1110

1011

1010

0011

1000

0001

1100

1001

0100

1000

2．设计一个4位可逆BCD计数器。

四、实验提示

1）首先按功能要求设计逻辑函数，然后用ABEL-HDL语言描述；

2）用ispExpert软件实现设计输入和编译综合，生成JEDEC类型的文件；

3）用编程器将JEDEC文件写入GALl6V8器件，然后进行测试（用单脉冲）并记录。

五、实验报告要求

1．写出实验的功能表（或逻辑函数）和ABEL语言程序；

2．给出器件测试的实验步骤和实验记录。

实验十小型控制器

一、实验目的

1．掌握基于计数器的小型控制器的设计方法；

2．进一步掌握使用ABEL-HDL语言编程实现较复杂的逻辑电路的能力。

二、实验所用器件和设备

1．GALl6V81片

2．GAL编程器系统1套

3．TDS－2数字电路实验系统1台

三、实验内容

1．设计一个4位格雷码计数器。

表2格雷码

十进制数

格雷码

（1）

格雷码

（2）

0000

0001

0100

0011

0110

0010

0110

1010

1110

1011

1010

0011

1000

0001

1100

1001

0100

1000

2．设计一个4位可逆BCD计数器。

四、实验提示

1）首先按功能要求设计逻辑函数，然后用ABEL-HDL语言描述；

2）用ispExpert软件实现设计输入和编译综合，生成JEDEC类型的文件；

3）用编程器将JEDEC文件写入GALl6V8器件，然后进行测试（用单脉冲）并记录。

五、实验报告要求

1．写出实验的功能表（或逻辑函数）和ABEL语言程序；

2．给出器件测试的实验步骤和实验记录。

附录A常用实验器件引脚图

1、四2输入正与非门74LS00

GND

VCC

2、六反向器74LS04

GND

VCC

3、四2输入正或非门74LS28

GND

VCC

4、四2输入异或门74LS86

GND

VCC

5、双J-K触发器（带清除端）74LS73A

1CLK

1CLR

Vcc

2CLK

2CLR

GND

CLK

CLR

J-K触发器真值表

输入

输出

CLR

CLK

↓

翻

转

6、双D正边沿触发器（带预置和清除端）74LS74

1CLR

1CLK

1PR

GND

Vcc

2CLR

2CLK

2PR

CLK

CLR

D触发器真值表

输入

输出

CLR

CLK

↑

7、三态输出的四总线缓冲器74LS125

GND

VCC

Y=A

C为高时输出禁止

8、双2:

4线译码器/分配器74LS139

1Y0

1Y1

1Y2

1Y3

GND

VCC

2Y0

2Y1

2Y2

2Y3

真值表

输入

输出

允许

选择

Y0Y1Y2Y3

HHHH

LHHH

HLHH

HHLH

HHHL

9、GAL16V8

I/CLK

GND

VCC

I/O/Q

I/OE

10、双4:

1线数据选择器/多路开关74LS153

1D3

1D2

1D1

1D0

GND

VCC

2D3

2D2

2D1

2D0

真值表

选通

选择输入

数据输入

D0D1D2D3

输出

XXXX

LXXX

HXXX

XLXX

XHXX

XXLX

XXHX

XXXL

XXXH

11、同步十进制计数器74LS162

Clear

Clock

EnableP

GND

VCC

Carry

EnableT

Load

⑴Clock为计数时钟，上升沿计数。

⑵Clear为同步清除，低电平有效。

⑶Load为同步预置，低电平有效。

⑷D、C、B、A为数据预置端，D为最高位。

⑸QD、QC、QB、QA为计数输出，QD为最高位。

⑹Carry为进位输出，高电平有效，其宽度与QA相等。

⑺EnableT和EnableP为高时，允许计数，

EnableT为低时，禁止Carry输出。

展开阅读全文