数字逻辑实验指导.docx
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数字逻辑实验指导
《数字逻辑》
实验指导
福建工程学院
电子技术实验室实验守则
一、实验课前：
每个学生必须认真预习实验指导书和与本实验有关的教材内容，写出实验预习报告。
明确实验目的和实验原理，了解实验内容与步骤，掌握仪器、仪表的使用方法，作好实验准备工作。
二、上实验课：
学生必须认真听讲，接好线路后，需经指导教师复查批准，才准接通电源。
三、实验时，每个学生都应严肃认真，勤于动手、独立思考、细心操作，注意观察、如实作好记录。
教师根据每个学生的实验技能，动手能力评定平时成绩。
四、实验过程中，如发现仪器设备有冒烟、焦味、异响、漏电等异
常现象，应立即切断电源，保持现场，请指导教师检查处理。
五、实验完成后，需请指导教师检查预习报告和实验数据以及所使
用的仪器设备，经教师检查签字后方可离开实验室。
六、学生因请假而需要补做实验者，应本人申请，经指导教师同意，
并安排好时间补做。
七、每个学生必须爱护实验室的仪器设备，使用前，若发现故障及
时请指导教师检查。
与本实验无关的仪器设备不准动用，凡不听教师讲解，进行错误操作以致损坏设备者，按赔偿条例酌情处理。
八、实验室是教学场所，应保持整洁，安静，不得喧哗打闹，不准
吸烟，不准随地吐痰，不准乱抛纸屑，不准在实验室内吃东西，不准在仪器设备上或桌面上涂写，穿拖鞋者一律不准进入实验室。
九、对违反上述规则又不听劝阻者，教师有权令其退出实验室
实验一TTL与非门参数及功能测试
一、实验目的
1.了解TTL与非门电路的主要参数。
2.掌握TTL与非门电路的主要参数和传输特性的测试方。
3.熟悉TTL门电路的逻辑功能的测试方法。
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、74LS00芯片
三、实验原理
本实验采用四二输入“与非门”74LS00，其引脚排列如右图所示，它共有四组独立的“与非”门，每组有两个输入端，一个输出端。
四与非门74LS00的主要参数有：
1.扇出系数ＮO：
电路正常工作时能带动的同类门的数目称为扇出系数ＮO。
2.输出高电平ＶOH：
一般ＶOH≥2.4V.
3.输出低电平ＶOL：
一般ＶOL≤0.4V.
4.高电平输入电流ＩIH：
指当一个输入端接高电平，而其它输入端接地时从电源流过高电平输入端的电流。
5.低电平输入电流ＩIL（或输入短路电流ＩRD）：
指当一个输入端接地，而其它输入端悬空时低电平输入端流向地的电流。
6.电压传输特性曲线和关门电平ＶOFF：
下图所表示的Ｖi～ＶO关系曲线称为电压传输特性曲线。
使输出电压刚刚达到低电平时的最低输入电压称为开门电平ＶON。
使输出电压刚刚达到规定高电平时的最高输入电压称为关门电平ＶOFF。
7.噪声容限：
电路能够保持正确的逻辑关系所允许的最大抗干扰电压值，称为噪声电压容限。
输入低电平时的噪声容限为ＶOFF-ＶIL，输入高电平时的噪声容限为ＶIH-ＶON。
通常TTL门电路的ＶIH取其最小值2.0V，ＶIL取其最大值0.8V。
8.平均传输延迟时间tpd：
它是与非门的输出波形相对于输入波形的时间延迟，是衡量开关电路速度的重要指标。
一般情况下，低速组件的tpd约为40～60ns，中速组件的约为15～40ns，高速组件的为8～15ns，超高速组件的tpd小于8ns。
一个与非门的平均传输延迟时间可以通过下式近似计算：
tpd=Ｔ/6，Ｔ为用三个门电路组成振荡器的周期。
四、实验内容及步骤
1.逻辑功能测试
将74LS00的输入端A、B分别按表一接入不同电平（即0态接地，1态接电源）及输入端均悬空，用万用表测输出端F的电压，填入表一的F（电压值）一栏。
测量中如果输出端F的电压值≥2.4V，记作“1”；若电压值≤0.4，记作“0”。
填写入表一F（逻辑值）一栏。
表一逻辑功能测试结果
A
0
0
1
1
悬空
B
0
1
0
1
悬空
F（电压值）
F（逻辑值）
由上表可见，74LS00输入端悬空相当于态。
2.TTL与非门参数的测试
（1）输出高电平ＶOH的测试
TTL与非门的输出高电平ＶOH的测试电路如下图所示，把与非门两输入端中的一个或两者全部接地，用万用表测出输出端电压为ＶOH。
测量值ＶOH＝。
输出电压ＶOH测试电路输出电压ＶOL测试电路
（2）输出低电平ＶOL
测试TTL与非门的输出低电平ＶOL的电路如上图所示，输入端全部悬空，测出输入端电压即为ＶOL。
测量值ＶOL＝。
*（3）低电平输入电流ＩIL和高电平输入电流ＩIH
按下图连接电路，则从电流表上读出的电流就是与非门的低电平输入电流ＩIL和高电平输入电流ＩIH。
ＩIL=，ＩIH=。
ＩIL测试电路ＩIH测试电路
实验二 TTL门电路的逻辑变换
一、实验目的
1、熟悉用标准与非门实现逻辑变换的方法
2、掌握门电路逻辑功能测试方法
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、74LS00芯片
三、实验原理
由于在实际工作中大量使用与非门，因此对于某种逻辑关系常常用其与非－与非表达式表示，从而用与非门来实现该逻辑关系。
为得到与非－与非表达式，可在与或表达式的基础上，应用摩根定律，用两次求反的方法，得到与非－与非表达式。
如用与非门实现F=AB+CD的逻辑图，
，由此表达式很容易画出用与非门实现的逻辑图。
四、实验内容
1、用与非门组成下列逻辑关系并测试逻辑功能：
与、或、非、异或
2、用与非门实现
，并测试其逻辑功能。
五、预习要求
1、完成实验预习报告，画出所有实验电路的逻辑图。
2、自行确定测试方法，画好所有实验记录表格。
实验三 组合逻辑电路分析
一、实验目的
1、掌握组合逻辑电路的分析方法与原理
2、掌握逻辑电路的调试方法
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、数字集成芯片：
74LS00
三、实验内容
按下图连线，测试其逻辑功能，完成真值表。
四、预习要求
1、分析实验电路的逻辑功能。
2、自行拟定实验步骤，确定测试方法。
4、画好所有实验记录表格。
实验四 组合逻辑电路设计
（1）
表决电路
一、实验目的
1、掌握利用门电路进行组合逻辑电路的设计方法与原理
2、掌握逻辑电路的调试方法
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、数字集成芯片：
74LS00、74LS10等
三、实验原理
组合逻辑电路又称组合电路，组合电路的输出只决定于当时的外部输入情况，与电路过去状态无关。
因此，组合电路的特点是无“记忆性”，任何时候电路的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，与信号作用前电路的状态无关。
在组成上组合电路的特点是由各种门电路连接而成，而且连接中没有反馈线存在。
所以各种功能的门电路就是简单的组合逻辑电路。
组合逻辑电路的设计一般包括以下几个步骤：
1）弄清设计要求
2）用真值表表示设计要求
3）由真值表写出逻辑函数式
4）化简逻辑函数
5）用逻辑电路实现简化后的逻辑函数
四、实验内容
设计一个三人投票表决电路。
要求多数赞成则提案通过，无弃权票。
利用基本逻辑门电路芯片进行设计。
五、预习要求
1、设计实验电路的逻辑图，画出所用芯片引脚排列图。
2、自行拟定实验步骤，确定测试方法，画好所有实验记录表格。
实验五 组合逻辑电路设计
（2）
火警报警电路
一、实验目的
1、掌握组合逻辑电路的设计方法与原理
2、掌握逻辑电路的调试方法
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、数字集成芯片：
74LS00、74LS47、74LS32、数码管等
三、实验内容
设计一4路火警报警电路，电路的4个输入端信号分别来自4个不同地方的火警探测器。
若其中任一个发生火灾时，火警探测器发出一个信号给报警电路，报警电路能显示发生火灾地点的编号（1－4），同时发出报警声。
无火灾时报警电路不显示。
四、预习要求
1、设计实验电路的逻辑图.
2、画出所用芯片引脚排列图。
3、自行拟定实验步骤，确定测试方法.
4、画好所有实验记录表格。
实验六 组合逻辑电路设计（3）
设备故障指示电路
一、实验目的
1、掌握组合逻辑电路的设计方法与原理
2、掌握逻辑电路的调试方法
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、数字集成芯片：
74LS20、74LS138等
三、实验内容
设计一故障指示电路，用红、黄灯显示三台设备的故障。
要求实现：
1）只有一台设备故障时，黄灯亮；
2）有两台设备故障时，红灯亮；
3）三台设备同时有故障时，两灯均亮。
四、预习要求
1、设计实验电路的逻辑图.
2、画出所用芯片引脚排列图。
3、自行拟定实验步骤，确定测试方法.
4、画好所有实验记录表格。
实验七 时序逻辑电路分析
一、实验目的
1、掌握集成JK触发器逻辑功能及特点。
2、掌握简单时序逻辑电路的波形分析。
二、实验内容
按下图接线，分析在CP脉冲作用下，Q0、Q1端的波形，画出四个CP脉冲作用下，Q0、Q1的波形，完成表一，并接至数码管观察。
CP由实验箱的单脉冲输出接线插座提供，Q0、Q1的初始值均为0。
Q0nQ1n
Q0n+1Q1n+1
00
01
10
11
表一
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、万用表 一台
3、集成JK触发器74LS76
四、预习要求
1、熟悉JK触发器集成芯片功能和引脚排列。
2、拟定实验方法和实验步骤，列出实验表格。
3、完成相应的理论分析，即表一、表二及Q0、Q1的波形图。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出测试功能表。
2、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
实验所需的上升沿时钟或下降沿时钟可以由实验箱的单脉冲输出接线插座提供。
实验八 时序逻辑电路设计
（1）
循环彩灯线路设计
一、实验目的
1、掌握MSI功能块的设计方法和寄存器的应用
2、掌握时序电路的分析、设计方法
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、数字集成芯片：
74LS194等
三、实验原理
移位寄存器是电子计算机、通讯设备和其他数字系统中广泛使用的基本逻辑器件之一。
它是一种由触发器链型连接的同步时序网络，每个触发器的输出连到下一级触发器的控制输入端，在时钟脉冲作用下，存贮在移位寄存器中的信息逐位左移或右移。
利用移位寄存器可以构成移位型计数器，移位型计数器最常的有环形计数器与扭环计数器两种，环形计数器不需要译码硬件，便可将计数器的状态识别出来，扭环计数器的译码逻辑也比二进制码计数器简单。
四、实验内容
设计一循环彩灯控制线路，在通过逻辑电平开关设置初始状态后，能实现8路LED彩灯循环亮灯。
五、预习要求
1、设计实验电路的逻辑图.
2、画出所用芯片引脚排列图。
3、自行拟定实验步骤，确定测试方法.
4、画好所有实验记录表格。
实验九 时序逻辑电路设计
（2）
集成计数器应用
一、实验目的
（1）学习用集成触发器构成计数器的方法。
（2）掌握中规模集成计数器的使用方法及功能测试方法。
（3）运用集成计数器构成N进制计数器。
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、集成计数器芯片
三、实验原理
计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，还常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其它特定的逻辑功能。
计数器种类很多。
按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器。
根据计数制的不同，分为二进制计数器，十进制计数器和任意进制计数器。
根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。
四、实验内容
1、利用两片74LS90设计一个24进制计数器。
2、利用两片74LS160设计一个24进制计数器。
五、实验预习要求
1、复习有关计数器部分内容
2、绘出各实验内容的详细线路图
3、拟出各实验内容所需的测试记录表格
4、查手册，给出并熟悉实验所用各集成块的引脚排列图
实验十计数、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、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、数字集成芯片：
74LS90、74LS47、数码管等
三、实验内容
用74LS90构成8421BCD码十进制计数器，并通过显示译码器将其显示在数码管上。
四、实验预习要求
1、复习有关计数器、译码器部分内容
2、绘出各实验内容的详细线路图
3、拟出各实验内容所需的测试记录表格
4、查手册，给出并熟悉实验所用各集成块的引脚排列图
实验十一 交通灯控制电路设计
一、实验目的
A路
1、掌握时序逻辑电路的设计方法与原理
2、进一步熟悉数字逻辑电路图，掌握多
个芯片电路的连接、调试方法。
B路
3、熟悉集成芯片的综合使用。
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、数字集成芯片：
74LS90、74LS160、门电路等
三、实验内容
设计一十字路口交通灯控制线路，要求：
1、分别控制A、B两路，每路分别有红、绿、黄三种信号灯。
2、B路绿灯亮（记为B绿亮，以下同）时A路红灯亮，A红亮4秒，B绿亮2秒。
3、B绿亮完B黄亮，B黄亮2秒，此时A红仍然亮，B绿灭。
4、B黄灭后B红亮，同时A绿亮。
5、A、B路信号灯亮的过程一样。
6、秒脉冲由信号发生器提供。
四、预习要求
1、设计实验电路的逻辑图，画出逻辑图草图。
2、自行拟定实验步骤，确定测试方法，画好所有实验记录表格。
实验十二 竞赛抢答器设计
一、实验目的
1、掌握时序逻辑电路的设计方法与原理
2、进一步熟悉数字逻辑电路图，掌握多个芯片电路的连接、调试方法。
3、熟悉集成芯片的综合使用。
二、实验器材
1、数字逻辑实验箱
2、万用表
3、数字集成芯片
三、实验内容
设计一抢答器，可供4组队员参赛，每组1个按键。
设置一个主持人控制“复位”按键，当主持人按下“复位”键时，抢答开始。
开始抢答后，第一按下抢答按键的抢答者抢答有效，其他人再按抢答键均无效。
每一次抢答成功后，竞赛处于问答状态。
设定抢答有效时间为10秒钟，抢答有效时间内无人按抢答键，抢答状态自动停止。
只有当主持人再次按复位键后，竞赛重新进入抢答状态。
秒脉冲由信号发生器提供
四、预习要求
1、设计实验电路的逻辑图，画出逻辑图草图。
2、自行拟定实验步骤，确定测试方法，画好所有实验记录表格。
附录：
部分数字集成电路元件引脚图（供参考）
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