推荐数字逻辑和数字系统实验 精品.docx

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推荐数字逻辑和数字系统实验精品

数字逻辑和数字系统实验

实验一基本逻辑门逻辑实验

一、实验目的

1．掌握TTL与非门、与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、实验所用器件和仪表

1.二输入四与非门74LS001片

2.二输入四或非门74LS281片

3.二输入四异或门74LS861片

三、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。

四、实验提示

1．将被测器件插入实验台上的14芯插座中。

2．将器件的引脚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。

五、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及测试结果。

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，LED0是电平指示灯。

1．测试74LS00逻辑关系接线图及测试结果

图4.1.1测试74LS00逻辑关系接线图表4.1.174LS00真值表

2．测试74LS28逻辑关系接线图及测试结果

图4.1.2测试74LS28逻辑关系接线图表4.1.274LS28真值表

3．测试74LS86逻辑关系接线图及测试结果

图4.1.3测试74LS86逻辑关系接线图表4.1.374LS68真值表

实验二TTL、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。

2．掌握万用表的使用方法。

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

4．万用表

三、实验说明

与非门的输出电压Vo与输入电压VI的关系Vo=f（VI）叫做电压传输特性，也称电压转移特性。

它可以用一条曲线表示，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（VOH）

●输出低电平（VOL）

●输入高电平（VIH）

●输入低电平（VIL）

●门槛电压（VT）

四、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。

五、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4.7K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。

六、实验接线图及实验结果

1．实验接线图

由于74LS04、74HC04和74HCT04的逻辑功能相同，因此三个实验的接线图是一样的。

下面以第一个逻辑门为例，画出实验接线图（电压表表示电压测试点）如下：

图4.2.1实验二接线图

2．输出无负载时74LS04、74HC04、74HCT04电压传输特性测试数据

表4.2.174LS04、74HC04和74HCT04电压传输特性测试数据

输入VI（V）

输出VO（V）

74LS04

74HC04

74HCT04

0.0

4.5

5.0

5.0

0.2

4.5

5.0

5.0

0.4

4.5

5.0

5.0

0.6

4.5

5.0

5.0

0.8

4.5

5.0

5.0

1.0

4.2

5.0

1.6

1.2

2.6

5.0

1.4

1.4

0.1

5.0

0.0

1.6

0.1

5.0

0.0

1.8

0.1

5.0

0.0

2.0

0.1

5.0

0.0

2.2

0.1

5.0

0.0

2.4

0.1

1.3

0.0

2.6

0.1

1.3

0.0

2.8

0.1

0.0

0.0

3.0

0.1

0.0

0.0

3.2

0.1

0.0

0.0

3.4

0.1

0.0

0.0

3.6

0.1

0.0

0.0

3.8

0.1

0.0

0.0

4.0

0.1

0.0

0.0

4.2

0.1

0.0

0.0

4.4

0.1

0.0

0.0

4.6

0.1

0.0

0.0

4.8

0.1

0.0

0.0

5.0

0.1

0.0

0.0

3．输出无负载时74LS04、74HC04和74HCT04电压传输特性曲线。

图4.2.274LS04电压传输性曲线图4.2.374HC04电压传输性曲线

图4.2.474HCT04电压传输特性曲线

4．比较三条电压传输特性曲线，说明各自的特点。

尽管只对三个芯片在输出无负载情况下进行了电压传输特性测试，但是从图4.2.2、图4.2.3和图4.2.4所示的三条电压传输特性曲线仍可以得出下列观点：

（1）74LS芯片的最大输入低电平VIL低于74HC芯片的最大输入低电平VIL，74LS芯片的最小输入高电平VIH低于74HC芯片的最小输出低电平VIH。

（2）74LS芯片的最大输入低电平VIL、最小输入高电平VIH与74HCT芯片的最大输入低电平VIL、最小输出高电平VIH相同。

（3）74LS芯片的最大输出低电平VIL高于74HC芯片和74HCT芯片的最大输出低电平VIL，74LS芯片的最小输出高电平VOH低于74HC芯片和74HCT芯片的最小输出高电平VOH。

（4）74HC芯片的最大输出低电平VOL、最小输出高电平VOH与74HCT芯片的最大输出低电平VOL、最小输出高电平VOH相同。

在暂时不考虑输出负载能力的情况下，从上述观点可以得出下面的推论：

（1）74HCT芯片和74HC芯片的输出能够作为74LS芯片的输入使用。

（2）74LS芯片的输出能够作为74HCT芯片的输入使用。

实际上，在考虑输出负载能力的情况下，上述的推论也是正确的。

应当指出，虽然在教科书中和各种器件资料中，74LS芯片的输出作为74HC芯片的输入使用时，推荐的方法是在74LS芯片的输出和+5V电源之间接一个几千欧的电阻，但是由于对74LS芯片而言，一个74HC输入只是一个很小的负载，74LS芯片的输出高电平一般在3.5V以上（本实验中为4.5V），因此在大多数的应用中，74LS芯片的输出也可以直接作为74HC芯片的输入。

实验三三态门实验

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、实验所用器件和仪表

1．四2输入正与非门74LS001片

2．三态输出的四总线缓冲门74LS1251片

3．万用表

4．示波器

三、实验内容

1．74LS125三态门的输出负载为74LS00一个与非门输入端。

74LS00同一个与非门的另一个输入端接低电平，测试74LS125三态门三态输出、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74LS125三态门三态输出、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。

一个三态门的输入接500KHz信号，另一个三态门的输入接50KHz信号。

用示波器观察三态门的输出。

四、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，则改变器件的输入电平。

五、实验接线图和实验结果

1．实验内容1和2接线图

图4.3.1是实验内容1和2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。

图4.3.1实验1和实验2接线图

2．当74LS00引脚2为低电平时，测试74LS125引脚3和74LS00引脚3，结果如下：

三态门输出高电平4.09V

三态门输出低电平0.12V

三态门三态输出0.38V

74LS00引脚3输出4.04V

3．当74LS00引脚2为高电平时，测试74LS125引脚3和74LS00引脚3，结果如下：

三态门输出高电平4.09V

三态门输出低电平0.12V

三态门三态输出1.50V

74LS00引脚3输出0.10V

4．用三态门构成总线接线图

图4.3.2三态门构成总线

用三态门74LS125构成总线时，只要将三态门输出并联即可，在任何时刻，构成总线的三态门中只允许一个控制端为低电平，其余控制端应为高电平。

图4.3.2中，K1、K2是电平开关输出。

当K1为高电平、K2为低电平时，OUTPUT输出50KHz；当K2为高电平、K1为低电平时，OUTPUT输出500KHz。

5．实验1和实验2中三态门三态输出电压之所以不同，是由于在三态输出作为74LS00输入的情况下，74LS00的这个输入端相当于悬空，这个输入端的电压应与此与非门的另一个输入端电压值有关。

因此在同一个与非门的一个输入接低电平时，与非门的另一个悬空输入端（三态门输出）受到低电压钳制，电压值为0.38V；在与非门的一个输入接高电平时，另一个悬空输入端（三态门输出）不受钳制，电压值为1.50V。

实验四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74LS1531片

2．双2─4线译码器74LS1391片

3．万用表

4．示波器

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500KHz、50KHz、5KHz、单脉冲源QD。

变化数据选择引脚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波形。

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

1．74LS153实验接线图和74LS153真值表

图4.4.174LS153实验接线图表4.4.174LS153真值表

图4.4.1中，K1、K2、K3是电平开关输出。

2．74LS139实验接线图和74LS139真值表

图4.4.274LS139实验接线图表4.4.274LS139真值表

图4.4.2中，K1、K2、K3是电平开关输出，LED0、LED1、LED2、LED3是电平指示灯。

3．74LS139和74LS153中，引脚G用于控制输出。

在74LS153中，当G为高电平时，禁止输出，输出为低电平；当G为低电平时，允许输出，由数据选择端B、A决定，C0、C1、C2、C3中的哪路数据送往数据输出端Y。

在74LS139中，当G为高电平时，禁止输出，所有输出Y0、Y1、Y2、Y3为高电平；当G为低电平时，允许输出，由数据选择端B、A决定，输出Y0、Y1、Y2、Y3中的哪路数据为低电平。

实验五全加器构成及测试

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、实验内容

1．用2片74LS64和1片74LS04组成下图所示逻辑电路。

图4.5.1全加器

2．将A、B、CI接电平开关输出，F、CO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CO的值。

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、实验接线图、真值表和逻辑表达式

1．实验接线图

图4.5.2是用2片4-3-2-2与或非门74S64和一片六反相器74LS04组成的全加器接线图。

图中K1、K2、K3是电平开关输出，LED0、LED1是电平指示灯。

图4.5.2全加器实验接线图

2．全加器真值表

表4.5.1全加器真值表

输入

输出

A

B

CI

F

CO

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

3．全加器逻辑表达式

实验六组合逻辑中的冒险现象

一、实验目的

了解组合逻辑中的冒险现象

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、实验内容

1．将74LS04中的三个反相器串接在一起（前级的输出作为下一级的输入）。

第1级反相器的输入接500KHz脉冲源。

将第1级反相器的输入和第3级反相器的输出分别作为74LS00中一个与非门的输入，用示波器观测与非门的输出。

2．将74LS04中的五个反相器串接在一起。

第1级反相器的输入接500KHz脉冲源。

将第1级反相器的输入和第5级反相器的输出分别作为74LS00中一个与非门的输入，用示波器观测与非门的输出。

四、实验接线图、波形图

1．实验1的接线图、波形图

图4.6.1实验1的接线图

图4.6.2实验1的波形图

3．实验2的接线图、波形图

图4.6.3实验2的接线图

图4.6.4实验2的波形图

3．分析波形图上冒险现象产生的原因。

假定第一级反相器的输入500KHz脉冲用A代表，那末OUTPUT=A·A。

如果仅考虑逻辑表达式，那末输出是固定的高电平，示波器上应显示出一个代表高电平的直线。

但是由于A是由A经过三级反相器（或者五级反相器）产生的，它的跳变时间比A的跳变时间有所延迟，产生了冒险现象，在与非门的输出引起出现向下的毛刺。

由于五级反相器的延迟时间大于三级反相器的延迟时间，因此实验2中波形的毛刺与实验1中波形的毛刺相比，既宽又长。

实验七触发器

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

三、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端接电平指示灯。

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50KHz脉冲源，CK引脚接500KHz脉冲源。

用双踪示波器同时观测D端和CP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。

四、实验提示

74LS73引脚11是GND，引脚4是Vcc。

五、实验接线图、测试步骤及测试结果

1．

实验1的接线图、测试步骤、测试结果

图4.7.1RS触发器测试接线图

（5）/R=0，/S=0，测得/Q=1，Q=1。

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：

输入

输出

/R

/S

/Q

Q

0

0

1

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

/Q0

Q0

表4.7.1RS触发器功能表

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．实验2的的接线图、测试步骤、测试结果

图4.7.274LS74测试图1图4.7.374LS74测试图2

图4.7.2和图4.7.3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，QD是按单脉冲按钮QD后产生的正单脉冲，500KHz、50KHz是时钟脉冲源。

测试步骤及结果如下：

（1）

CLR=0，PR=1，测得Q=1，Q=0。

（2）

CLR=1，PR=1，测得Q=1，Q=0。

（3）

CLR=1，PR=0，测得Q=0，Q=1。

（4）

CLR=1，PR=1，测得Q=0，Q=1。

（5）

CLR=0，PR=0，测得Q=1，Q=1。

（6）

CLR=1，PR=1，D=1，CK接单脉冲，按单脉冲按钮，测得Q=0，Q=1

（7）

CLR=1，PR=1，D=0，CK接单脉冲，按单脉冲按钮，测得Q=1，Q=0

（8）

CLR=1，PR=1，D接50KHz脉冲，CK接500KHz，测得D端、Q端波形如下：

图4.7.4D触发器D端、Q端波形图

（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触发器的功能表如下：

输入

输出

PRCLRCLKD

Q/Q

LHXX

HL

HLXX

LH

LLXX

HH

HHH

HL

HHL

LH

HHLX

Q0/Q0

表4.7.2D触发器74LS74功能表

3．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4.7.574LS73测试图1图4.7.674LS73测试图2

K2、K3、K4是电平开关输出，LED0、LED1是电平指示灯，QD是按单脉冲按钮QD后产生的宽单脉冲，500KHz是时钟脉冲源。

74LS73引脚4接+5V，引脚11接地。

（2）

CLR=0，测得Q=1，Q=0。

（3）

CLR=1，J=0，K=0，按单脉冲按钮QD，测得Q=1，Q=0。

（4）

CLR=1，J=1，L=0，按单脉冲按钮QD，测得Q=0，Q=1。

（5）

CLR=1，J=0，K=0，按单脉冲按钮QD，测得Q=0，Q=1。

（6）

CLR=1，J=0，K=1，按单脉冲按钮QD，测得Q=1，Q=0。

（7）

CLR=1，J=0，K=0，按单脉冲按钮QD，测得Q=1，Q=0。

（8）

CLR=1，J=1，K=1，按单脉冲按钮QD，测得Q=0，Q=1；再按单脉冲按钮QD，测得Q=1，Q=0。

（9）CLR=1，J=1，K=1，CK接500KHz，示波器显示出波形如下：

图4.7.774LS73J=1、K=1波形

（10）根据以上的测试，得出74LS73功能表如下：

表4.7.3JK触发器74LS73功能表

实验八简单时序电路

一、实验目的

掌握简单时序电路的分析、设计、测试方法。

二、实验所用器件和仪器

1．双JK触发器74LS732片

2．双D触发器74LS742片

3．四2输入与非门74LS001片

4．示波器1台

三、实验内容

1．双D触发器74LS74构成的二进制计数器（分频器）

（1）

按下图接线。

图4.8.1D触发器74构成的二进制计数器

（2）将Q0、Q1、Q2、Q3复位。

（3）由时钟输入单脉冲，测试并记录Q0、Q1、Q2、Q3的状态。

（4）由时钟输入连续脉冲，观测Q0、Q1、Q2、Q3的波形。

2．用2片74LS73构成一个二进制计数器，重做内容1的实验。

3．异步十进制计数器

（1）按图4.8.2构成一个十进制计数器。

（2）将Q0、Q1、Q2、Q3复位。

（3）由时钟端CLK输入单脉冲，测试并记录Q0、Q1、Q2、Q3的状态。

（4）由时钟端CLK输入连续脉冲，观测Q0、Q1、Q2、Q3的波形。

图4.8.2异步十进制计数器

4．自循环寄存器

（1）用双D触发器74LS74构成一个四位自循环寄存器。

方法是第一级的Q端接第二级的D端，依次类推，最后第四级的Q端接第一级的D端。

四个D触发器的CLK端连接在一起，然后接单脉冲时钟。

（2）将触发器Q0置1，Q1、Q2、Q3清0。

按单脉冲按钮，观察并记录Q0、Q1、Q2、Q3的值。

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。

五、实验接线及测试结果

1．实验1接线图及测试结果

（1）接线图

图4.8.374LS74构成二进制计数器接线图

图中，K1是电平开关输出，QD是按单脉冲按钮QD产生的单脉冲，LED0、LED1、LED2和LED3是电平指示灯。

（2）置K1为低电平，四个电平指示灯灭，表示Q3Q2Q1Q0为0000。

（3）置K1为高电平，按单脉冲按钮AK1，Q3Q2Q1Q0的值变化如下：

表4.8.174LS74构成的计数器状态转移表

Q3Q2Q1Q0

0000

000