数字逻辑与数字集成电路实验一.docx
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数字逻辑与数字集成电路实验一
实验一 基本逻辑门逻辑功能测试及应用
一、实验目的
1、掌握基本逻辑门的功能及验证方法。
2、学习TTL基本门电路的实际应用。
3、掌握逻辑门多余输入端的处理方法。
二、实验原理
数字电路中，最基本的逻辑门可归结为与门、或门和非门。
实际应用时，它们可以独立使用，但用的更多的是经过逻辑组合组成的复合门电路。
目前广泛使用的门电路有TTL门电路。
TTL门电路是数字集成电路中应用最广泛的，由于其输入端和输出端的结构形式都采用了半导体三极管，所以一般称它为晶体管-晶体管逻辑电路，或称为TTL电路。
这种电路的电源电压为+5V，高电平典型值为3.6V（≥2.4V合格）；低电平典型值为0.3V（≤0.45合格）。
常见的复合门有与非门、或非门、与或非门和异或门。
有时门电路的输入端多余无用，因为对TTL电路来说，悬空相当于“1”，所以对不同的逻辑门，其多余输入端处理方法不同。
1.TTL与门、与非门的多余输入端的处理
如图1.1为四输入端与非门，若只需用两个输入端A和B，那么另两个多余输入端的处理方法是：
并联 悬空 通过电阻接高电平
图1.1 TTL与门、与非门多余输入端的处理
并联、悬空或通过电阻接高电平使用，这是TTL型与门、与非门的特定要求，但要在使用中考虑到，并联使用时，增加了门的输入电容，对前级增加容性负载和增加输出电流，使该门的抗干扰能力下降；悬空使用，逻辑上可视为“1”，但该门的输入端输入阻抗高，易受外界干扰；相比之下，多余输入端通过串接限流电阻接高电平的方法较好。
2.
TTL或门、或非门的多余输入端的处理
如图1.2为四输入端或非门，若只需用两个输入端A和B，那么另两个多余输入端的处理方法是：
并联、接低电平或接地。
并联 接低电平或接地
图1.2 TTL或门、或非门多余输入端的处理
3.异或门的输入端处理
异或门是由基本逻辑门组合成的复合门电路。
如图1.3为二输入端异或门，一输入端为A，若另一输入端接低电平，则输出仍为A；若另一输入端接高电平，则输出为A，此时的异或门称为可控反相器。
图1.3 异或门的输入端处理
在门电路的应用中，常用到把它们“封锁”的概念。
如果把与非门的任一输入端接地，则该与非门被封锁；如果把或非门的任一输入端接高电平，则该或非门被封锁。
由于TTL电路具有比较高的速度，比较强的抗干扰能力和足够大的输出幅度，在加上带负载能力比较强，因此在工业控制中得到了最广泛的应用，但由于TTL电路的功耗较大，目前还不适合作大规模集成电路。
三、实验仪器与器材
1、THD-2型数字电路实验箱
2、器材：
74LS00 四-2输入与非门×2
74LS20 二-4输入与非门 ×1
74LS54 四-2-3-3-2输入与或非门 ×1
74LS86 四-2输入异或门×1
四、实验内容与步骤
1、TTL与非门的逻辑功能及应用
芯片的引脚号查法是面对芯片有字的正面，从缺口处的下方（左下角），逆时针从1数起。
芯片要能工作，必须接电源和地。
本实验所用与非门集成芯片为74LS00四-二输入与非门，其引脚排列如图1.4所示。
图1.4 74LS00引脚排列
（1）测试74LS00四-2输入与非门的逻辑功能
选中74LS00一个与非门，将其输入端A和B分别接至电平输出器插孔，由电平输出控制开关控制所需电平值，扳动开关给出四种组合输入。
将输出端接至发光二极管的输入插孔，并通过发光二极管的亮和灭来观察门的输出状态。
如图1.5所示，其逻辑函数式为：
，将观测结果填入表1.1中。
输入
输出
AB
Y
10
01
10
11
表1.1与非门逻辑功能测试表
图1.5 与非门逻辑功能测试图
（2）用74LS00实现或逻辑：
，写出转换过程逻辑函数式，画出标明引脚的逻辑电路图，测试其逻辑功能，将观测结果填入表1.2中。
表1.2或逻辑功能测试表
输入
输出
AB
Y
00
01
10
11
解：
（3）用74LS00实现表1.3所示的逻辑函数。
写出设计函数式，画出标明引脚的逻辑电路图，并验证之。
输入
输出
输入
输出
ABC
Y
ABC
Y
000
001
010
011
0
0
0
1
100
101
110
111
0
0
1
1
表1.3数据表
解：
2、TTL与或非门的逻辑功能及应用
（1）测试74LS54四-2-3-3-2输入与或非门的逻辑功能，74LS54引脚排列如图1.6所示。
图1.6 74LS54引脚排列
逻辑表达式为：
现要求测试的逻辑函数式为：
。
接线如图1.7所示，用开关改变输入变量A、B、C、D的状态，给出十六种组合输入，通过发光二极管观测输出端Y的状态，将观测结果填入表1.4中。
表1.4与或非逻辑功能测试表
输入
输出
输入
输出
ABCD
Y
ABCD
Y
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
图1.7与或非门逻辑功能测试图
3、TTL异或门的逻辑功能及应用
（1）测试74LS86四-2输入异或门的逻辑功能
74LS86引脚排列如图1.8所示。
图1.8 74LS86引脚排列
接线如图1.8所示，用开关改变输入变量A、B的状态，通过发光二极管观测输出端Y的状态，将观测结果填入表1.5中。
表1.5异或门逻辑功能测试表
输入
输出
AB
Y
00
01
10
11
图1.8 异或门逻辑功能测试图
4.设计一个三变量的多数表决电路。
执行的功能是：
少数服从多数，多数赞成时决议生效。
用与非门实现。
解：
（1）逻辑设计
在这个逻辑问题中，设A、B、C为输入变量，分别代表参加表决的逻辑变量，变量为1表示赞成，为0表示反对；设Y为输出变量，表示表决结果，为1表示通过，为0表示不通过。
列出真值表如表1.6。
表1.6三变量表决电路真值表
输入
输出
ABC
Y
000
001
010
011
100
101
110
111
0
0
0
1
0
1
1
1
图1.9 三人表决电路图
根据真值表1.6写出Y的与或表达式，即：
实验仅提供与非门，如实现上述逻辑，则必须化简为“与非”的形式，即：
（2）拟订实验线路并进行验证
画出接线图如图1.9。
输入端A、B、C分别接三个逻辑开关，输出端Y接逻辑电平指示灯。
将测试结果与真值表1.6对照验证。
五、实验报告要求
1.列写实验任务的设计过程，画出设计的电路图。
2.对所设计的电路进行实验测试，记录测试结果，将实验结果填入各相应表中，书写到实验记录中。
3.总结各门电路的逻辑功能和TTL门电路的多余输入端的处理方法。
4.通过本次实验总结TTL的特点及使用的收获和体会。
六、实验预习要求
1、详细阅读附录，了解数字集成电路的基本功能及使用方法。
2、复习教材中基本门电路的逻辑功能和结构原理。
3、了解在使用TTL时，与非门和与或非门多余输入端分别如何处理？
4、按实验内容要求设计逻辑电路，写出逻辑函数式。
注意事项：
对于与或非而言，如果一个与门中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。
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