数字逻辑实验报告教材.docx
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数字逻辑实验报告教材
实验一TTL门电路的逻辑功能测试
一、实验目的
1、掌握TTL器件的使用规则。
2、掌握TTL集成与非门的逻辑功能。
3、掌握TTL集成与非门的测试方法。
二、实验原理
TTL集成电路的输入端和输出端均为三极管结构，所以称作三极管、三极管逻辑电路（Transistor-TransistorLogic）简称TTL电路。
54系列的TTL电路和74系列的TTL电路具有完全相同的电路结构和电气性能参数。
所不同的是54系列比74系列的工作温度范围更宽，电源允许的范围也更大。
74系列的工作环境温度规定为0—700C，电源电压工作范围为5V±5%V，而54系列工作环境温度规定为-55—±1250C，电源电压工作范围为5V±10%V。
54H与74H,54S与74S以及54LS与74LS系列的区别也仅在于工作环境温度与电源电压工作范围不同，就像54系列和74系列的区别那样。
在不同系列的TTL器件中，只要器件型号的后几位数码一样，则它们的逻辑功能、外形尺寸、引脚排列就完全相同。
TTL集成电路由于工作速度高、输出幅度较大、种类多、不易损坏而使用较广，特别对我们进行实验论证，选用TTL电路比较合适。
因此，本实训教材大多采用74LS（或74）系列TTL集成电路，它的电源电压工作范围为5V±5%V，逻辑高电平为“1”时≥2.4V，低电平为“0”时≤0.4V。
它们的逻辑表达式分别为：
图1.2.1分别是本次实验所用基本逻辑门电路的逻辑符号图。
图TTL基本逻辑门电路
与门的逻辑功能为“有0则0，全1则1”；或门的逻辑功能为“有1则1，全0则0”；非门的逻辑功能为输出与输入相反；与非门的逻辑功能为“有0则1，全1则0”；或非门的逻辑功能为“有1则0，全0则1”；异或门的逻辑功能为“不同则1，相同则0”。
三、实验设备与器件
1、仪器
数字逻辑实验箱
2、器件
74LS00二输入端四与非门
四、实验内容及实验步骤（包括数据记录）
1、测试74LS00（四2输入端与非门）逻辑功能
将74LS00正确接入DIP插座，注意识别1脚位置（集成块正面放置且缺口向左，则左下角为1脚），输入端接逻辑电平输出插口，输出端接逻辑电平显示，拨动逻辑电平开关，根据LED发光二极管亮与灭，检测非门的逻辑功能，结果填入下表中。
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
3、利用与非门组成其他逻辑门电路
⑴组成非门电路
将74LS00中任意一个与非门组成如下图所示的与门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。
非门电路连接图
非门真值表
A
Y
0
1
1
0
⑵组成与门电路
将74LS00中任意两个与非门组成如下图所示的与门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。
与门电路连接图
与门真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
⑶组成或门电路
将74LS00中任选三个与非门组成如下图所示的或门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。
或门电路连接图
或门真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
⑷组成异或门电路
将74LS00中的与非门按照下图所示的电路连线，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。
异或门电路连接图
异或门真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
5、实验数据处理与分析
1、测试74LS00（四2输入端与非门）逻辑功能，电路图如图：
故可列真值表
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
与实验记录数据相符，则实验正确。
2、利用与非门组成其他逻辑门电路
⑴组成非门电路，如图
故可列真值表
A
Y
0
1
1
0
与实验记录数据相符，则实验正确。
⑵组成与门电路，如图
故可列真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
与实验记录数据相符，则实验正确。
⑶组成或门电路,电路图如图
故可列真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
与实验记录数据相符，则实验正确。
⑷组成异或门电路,电路图如图：
故可列真值表
A
B
Y
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
与实验记录数据相符，则实验正确。
实验二数据选择器及其应用
一、实验目的
1、掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能和使用方法。
2、学习用数据选择器构成组合逻辑电路的方法。
二、实验原理
数据选择是指经过选择，把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道上去。
实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。
它的功能相当于一个多个输入的单刀多掷开关，其示意图如下：
数据选择器74LS151
74LS151是典型的集成电路数据选择器，它有3个地址输入端CBA，可选择D0~D7，这8个数据源，具有两个互补输出端，同相输出端Y和反相输出端W。
其引脚图如下图所示。
74LS151的引脚图表图
三、实验设备与器件
1、仪器
数字逻辑实验箱
2、器件
74LS1518选1数据选择器
四、实验内容及实验步骤（包括数据记录及分析）
1、测试八选一数据选择器逻辑功能测试
在数字逻辑电路实验箱IC插座模块中找一个16PIN的插座插上芯片74LS151并在16PIN插座的第8脚接上实验箱的地（GND），第16脚接上电源（Vcc）。
将74LS151的控制输入端和数据输入端D0~D7接逻辑电平输出，将输出端Y接到逻辑电平显示的发光二极管上，逐次拨动对应的开关，根据发光二极管显示的变化，测试74LS151的逻辑功能。
输入
输出
C
B
A
1
0
0
0
0
0
D0
0
0
0
1
D1
0
0
1
0
D2
0
0
1
1
D3
0
1
0
0
D4
0
1
0
1
D5
0
1
1
0
D6
0
1
1
1
D7
2、用八选一数据选择器设计3个开关控制一个电灯的逻辑电路，要求改变任何一个开关的状态都能控制电灯由亮变灭或者由灭变亮。
⑴写成设计过程
⑵画出接线图
⑶验证逻辑功能
解：
（1）用“0”表示灯灭，“1”表示灯亮。
ABC输入端输入3个开关的状态。
则可列真值表
输入
输出
C
B
A
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
故可知74LS151的数据输入
D0=D3=D5=D6=0
D1=D2=D4=D7=1
（2）接线图如图：
按电路图接线即可。
（3）根据电路图接线，测试电路得到的结果与设计的一致。
3、用八选一数据选择器设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。
每组信号灯均由红、黄、绿三盏灯组成。
正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且只允许有一盏灯点亮。
当出现其他五种点亮状态时，电路发生故障，这是要求发出故障信号，提醒维护人员前去维修。
⑴写成设计过程
⑵画出接线图
⑶验证逻辑功能
解：
（1）用“1”表示正常工作状态，用“0”表示故障状态。
ABC输入端输入交通信号灯的状态。
则可列真值表
输入
输出
C
B
A
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
故可知74LS151的数据输入
D0=D3=D5=D6=D7=0
D1=D2=D4=1
（2）接线图如图：
按电路图接线即可。
（3）根据电路图接线，测试电路得到的结果与设计的一致。
实验三组合逻辑电路的分析与设计
一、实验目的
1、掌握组合逻辑电路的分析与设计方法。
2、加深对基本门电路使用的理解。
二、实验原理
1、组合电路是最常用的逻辑电路，可以用一些常用的门电路来组合完成具有其他功能的门电路。
例如，根据与门的逻辑表达式
得知，可以用两个非门和一个或非门组合成一个与门，还可以组合成更复杂的逻辑关系。
2、分析组合逻辑电路的一般步骤是：
（1）由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；
（2）化简和变换各逻辑表达式；
（3）列出真值表；
（4）根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定其功能。
3、设计组合逻辑电路的一般步骤与上面相反，是：
（1）根据任务的要求，列出真值表；
（2）用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式；
（3）根据表达式，画出逻辑电路图，用标准器件构成电路；
（4）最后，用实验来验证设计的正确性。
三、实验设备与器件
1、仪器
数字逻辑实验箱
2、器件
74LS00二输入端四与非门
四、实验内容及实验步骤（包括数据记录及分析）
1、分析电路的逻辑功能，写出输出表达式，列真值表，并通过实验加以验证，说明电路功能。
解：
可列真值表
A
B
C
Y1
Y2
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
经卡洛图可化简为：
2、在举重比赛中，有3名裁判，其中1名为主裁判。
当有两名以上裁判（其中必须有1名主裁判）认为运动员举杠铃合格，就按动电钮，可发出成绩有效的信号。
请用与非门设计该组合逻辑电路。
其中A为主裁判、B、C为副裁判。
⑴写成设计过程
⑵画出接线图。
⑶验证逻辑功能。
解：
（1）运动员合格用“1”表示，不合格用“0”表示。
可列真值表
A
B
C
Y
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
经卡洛图可化简：
（2）电路图：
按电路图接线即可。
（3）根据电路图接线，测试电路得到的结果与设计的一致。
3、用8选一数据选择器设计一个密码锁，锁上有三个按键A、B、C，当两个或两个以上的按键同时按下时，且A键必须按下，锁能被打开。
用逻辑电平显示灯亮来替代锁，当符合上述条件时，将使逻辑电平显示灯亮，否则灯灭。
⑴写成设计过程
⑵画出接线图
⑶验证逻辑功能
解：
（1）用“1”表示锁被打开，用“0”表示锁没被打开。
可列真值表
A
B
C
Y
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
故可知74LS151的数据输入
D0=D1=D2=D4=D6=0
D3=D5=D7=1
（2）电路图：
按电路图接线即可。
（3）根据电路图接线，测试电路得到的结果与设计的一致。
实验四触发器R-S、J-K、T、D
一、实验目的
1、掌握基本RS、JK、T和D触发器的逻辑功能。
2、掌握集成触发器的功能和使用方法。
3、熟悉触发器之间相互转换的方法。
二、实验原理
触发器是能够存储1位二进制码的逻辑电路，它有两个互补输出端，其输出状态不仅与输入有关，而且还与原先的输出状态有关。
触发器有两个稳定状态，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储器件，是构成各种时序电路的最基本逻辑单元。
1、基本RS触发器
图4-1为由两个与非门交叉耦合构成的基本RS触发器，它是无时钟控制低电平直接触发的触发器。
基本RS触发器具有置“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“0”。
当
=
=1时状态保持，当
=
=0时为不定状态，应当避免这种状态。
基本RS触发器的逻辑符号见图4-1（b），二输入端的边框外侧都画有小圆圈，这是因为置1与置0都是低电平有效。
2、JK触发器
在输入信号为双端的情况下，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74LS112双JK触发器，是下降边沿触发的边沿触发器。
引脚逻辑图如图4-2所示：
图4-2JK触发器的引脚逻辑图
JK触发器的状态方程为：
其中，J和K是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若J、K有两个或两个以上输入端时，组成“与”的关系。
和
为两个互补输出端。
通常把
=0、
=1的状态定为触发器“0”状态；而把
=1，
=0定为“1”状态。
JK触发器常被用作缓冲存储器，移位寄存器和计数器。
3、D触发器
在输入信号为单端的情况下，D触发器用起来更为方便，其状态方程为：
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的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态，D触发器的应用很广，可用作数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生等。
有很多型号可供各种用途的需要而选用。
图4-3为双D（74LS74）的引脚排列图。
图4-3D触发器的引脚排列图
三、实验设备与器件
1、仪器
数字逻辑实验箱
2、器件
74LS00二输入四与非门
74LS74双D触发器
74LS112双J—K触发器
四、实验内容及实验步骤（包括数据记录及分析）
1、测试基本RS触发器的逻辑功能
按图4-1，用两个与非门组成基本RS触发器，输入端
、
接逻辑电平输出插孔（拨位开关输出端），输出端
和
接逻辑电平显示输入插孔（发光二极管输入端），测试它的逻辑功能并画出真值表将实验结果填入表内。
2.验证D触发器逻辑功能
将74LS74的
、
、D连接到逻辑开关，CP端接单次脉冲，Q端和Q端分别接逻辑电平显示端口，接通是电源，按照表中的要求，改变
、
、D和CP的状态。
在CP从0到1跳变时，观察输出端Qn+1的状态，将测试结果填入下表。
3.验证JK触发器逻辑功能
将74LS112的
、
、J和K连接到逻辑开关，Q和Q端分别接逻辑电平显示端口，CP接单次脉冲，接通电源，按照表中的要求，改变
、
、J、K和CP的状态。
在CP从1到0跳变时，观察输出端Qn+1的状态，并将测试结果填入表。
实验五集成计数器
一、实验目的
1、学会用触发器构成计数器。
2、熟悉集成计数器。
3、掌握集成计数器的基本功能。
二、实验原理
计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。
例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。
计数器的种类很多。
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，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预置数等等。
1、用D触发器构成异步二进制加法/减法计数器
图5-12位二进制异步加法器
如上图5-1所示，是由2个上升沿触发的D触发器组成的2位二进制异步加法器。
图中各个触发器的反相输出端与该触发器的D输入端相连。
将上图加以少许改变后，即将低位触发器的Q端与高一位的CP端相连，就得到2位二进制异步减法器，如下所示：
图5-22位二进制异步减法器
2、异步集成计数器74LS90
74LS90为中规模TTL集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。
其引脚排列图和功能表如下所示：
图5-374LS90的引脚排列图
表5-174LS90的功能表
三、实验设备与器件
1、仪器
数字逻辑实验箱。
2、器件
74LS74双上升沿D触发器
74LS90异步集成计数器
四、实验内容及实验步骤（包括数据记录及分析）
以下实验均在数字逻辑电路实验箱IC插座模块上进行，具体的芯片插法与前述实验相同，区别在于芯片的功能引脚不同，芯片之间的连接方法不同。
1、用D触发器构成2位二进制异步加法、减法计数器。
CP
Q1
Q0
0
0
0
1
0
1
2
1
0
3
1
1
①按图5-1利用一片74LS74接成二位二进制加法计数器，输出端接逻辑电平显示端口，由时钟端逐个输入单次脉冲，观察并记录Q1和Q0的输出状态，验证二进制计数功能。
CP
Q1
Q0
0
0
0
1
1
1
2
1
0
3
0
1
②按图5-2利用一片74LS74接成二位二进制减法计数器，输出端接逻辑电平显示端口，由时钟端逐个输入单次脉冲，观察并记录Q1和Q0的输出状态，验证二进制计数功能。
2.按下图（a）用74LS90接成二进制计数器，由CP1逐个输入单次脉冲，观察输出状态并记录，验证其二进制计数功能。
CP
QA
0
0
1
1
CP
QD
QC
QB
0
0
0
0
1
0
0
1
2
0
1
0
3
0
1
1
4
1
0
0
3.按图（b）接成五进制计数器，由CP2逐个输入单次脉冲，观察输出状态并记录，验证其五进制计数功能。
4.按图（c）接成8421码十进制计数器，由CP1输入单次脉冲，观察并记录输出状态，验证其十进制计数功能。
CP
QD
QC
QB
QA
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
5.按图（d）接成对称二－五混合十进制计数器，由CP2输入单次脉冲，观察并记录输出状态，验证其计数功能。
CP
QA
QB
QC
QD
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
2
0
1
0
0
3
0
1
1
0
4
1
0
0
0
5
0
0
0
1
6
0
0
1
1
7
0
1
0
1
8
0
1
1
1
9
1
0
0
1
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