电路实验教材.docx

1、电路实验教材实验八 门电路逻辑功能及测试实验目的1熟悉门电路逻辑功能。2了解数字电路实验模块及示波器的使用方法。实验仪器及材料1 双踪示波器 2 集成芯片74LS00 二输入端四与非门 2片74LS20 四输入端双与非门 1片74LS86 二输入端四异或门 1片74LS04 六反相器 1片实验内容选择实验用的集成电路，按自己设计的实验接线图接好连线，特别注意Vcc及地线不能接错。线接好后经实验指导教师检查无误方可通电实验。实验中改动接线须先断开电源，接好线后再通电实验。1测试门电路逻辑功能（1）选用双四输入与非门74LS20一只，按图8.1接线、输入端接S1S4电平开关，输出插口），出端接电平

2、显示发光二极管（D1D8任意一个）图8.1（2）将电平开关按表8.1置位，分别测输出电压及逻辑状态。表8.1输入输出1234Y电压（V）HHHHLHHHLLHHLLLHLLLL2 异或门逻辑功能测试图8.2（1）选二输入四异或门电路74LS86，按图8.2接线，输入端1、2、4、5接电平开关，输出端A、B、Y接电平显示发光二极管。（2）将电平开关按表8.2置位，将结果填入表中。表8.2输入输出ABYY电压（V）L LH LH HH HH HL HL LL LL LH LH HL H3逻辑电路的逻辑关系（1） 用74LS00按图8.3，8.4接线，将输入输出逻辑关系分别填入表8.3和表8.4中。

3、图8.3表8.3输入输出ABYLLHHLHLH图8.4表8.4输入输出ABYZLLHHLHLH（2）写出上面两个电路逻辑表达式。4逻辑门传输延迟时间的测量。用六反相器（非门）按图8.5接线，输入200KHz连续脉冲，用双踪示波器测输入，输出相位差，计算每个门的平均传输延迟时间的tpd值。图8.55利用与非门控制输出。用一片74LS00按图8.6接线，S接任一电平开关，用示波器观察S对输出脉冲的控制作用。6用与非门组成其它门电路并测试验证。（1）组成或非门。用一片二输入端四与非门组成或非门画出电路图，测试并填表8.5图1.6表8.5输入输出ABY00011011图8.6表8.6ABY000110

4、11（2）组成异或门（a）将异或门表达式转化为与非门表达式。（b）画出逻辑电路图。（c）测试并填表8.6。实验报告1 按各步骤要求填表并画逻辑图。【思考题】（1）怎样判断门电路逻辑功能是否正常？（2）与非门一个输入接连续脉冲，其余端什么状态时允许脉冲通过？什么状态时禁止脉冲通过？（3）异或门又称可控反相门，为什么？实验九 译码器实验【实验目的】1掌握3-8线译码器逻辑功能和使用方法。2掌握3-8线译码器的扩展。【实验设备与器材】1数字万用表、双踪示波器。274LS138 3-8 线译码器2片； 74LS20 四输入端二与非门1片【实验原理】译码的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别，并转换成

5、控制信号，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。译码器在数字系统中有广泛的应用，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。下图表示二进制译码器的一般原理图：图9-1 二进制译码器的一般原理图它具有n个输入端， 2n个输出端和一个使能输入端。在使能输入端为有效电平时，对应每一组输入代码，只有其中一个输出端为有效电平，其余输出端则为非有效电平。每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器，若利用使能端中的一个输入端输入数据信息，器件就成为一个数据分配器（又称为多路数据分配器）。13

6、-8 线译码器74LS138它有三个地址输入端A、B、C，它们共有8种状态的组合，即可译出8个输出信号Y0Y7。另外它还有三个使能输入端E1、E2、E3。它的引脚排列见图9-2，功能表见表9-1。图9-2 74LS138 的引脚排列图表9-1 74LS138 的功能表【实验内容】174LS138译码器逻辑功能测试在主实验箱上正确插好DIP扩展板和辅助扩展板，在DIP扩展板上找一个16PIN的插座插上芯片74LS138，芯片第8脚接地（GND），16脚接电源（VCC）。将辅助扩展板的VCC插孔，GND 插孔分别与直流电源部分的+5V插孔，GND 插孔相连。将74LS138的使能输入端和地址输入端

7、分别接到辅助扩展板的逻辑电平输出，将74LS138输出端Y0Y7 分别接到辅助扩展板逻辑电平显示的8个发光二极管上，检查连线正确无误后按下直流电源开关K101和K102。逐次拨动对应的拨位开关，根据发光二极管的显示变化，测试74LS138的逻辑功能。274LS151译码器逻辑功能测试测试方法与74LS138 类似，只是输入与输出脚的个数不同，功能引脚不同。3两片74LS138组合成4线-16线译码器图9-5 两片74LS138组合成4 线-16 线译码器按图9-5 连接实验电路，由于实验箱上仅提供8个逻辑电平显示灯，该步实验一共有16个输出端，因此要灵活选用。例如先把低8位输出接逻辑电平显示输

8、入，D3接“0”，控制D2，D1，D0的输入情况，可看出低8位的不同显示情况。然后把高8位输出接逻辑电平显示输入，D3 接“1”，控制D2，D1，D0的输入情况，可看高8位的不同显示情况。4个输入端接逻辑电平输出。逐项测试电路的逻辑功能，自拟真值表，记录实验结果。【实验报告】1画出实验线路，把观察到的波形画在坐标上，并标上相应的地址码。2对实验结果进行分析、讨论。【思考题】1.译码器的应用。2.译码器的功能扩展。实验十 数据选择器实验【实验目的】1. 掌握数据选择器的逻辑功能和使用方法。【实验设备与器材】1数字万用表、双踪示波器。274LS151 八选1数据选择器 1片；74LS20 四输入端

9、二与非门 1片【实验原理】数据选择是指选择多个通道数据中的一路，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：图10-1 4选1 数据选择器示意图1.数据选择器74LS15174LS151 是一种典型的集成电路数据选择器，它有3个地址输入端C、B、A，可选择I0I78个数据源，具有两个互补输出端即同相输出端Z和反相输出端Z 。其引脚图和功能表分别如下：表10-1 74LS151 的功能表图10-2 74LS151的引脚图表 【实验内容】174LS153 数据选择器逻辑功能测试在主实验箱上正确插好DIP 扩展板和辅

10、助扩展板，在DIP扩展板上找一个16PIN 的插座插上芯片74LS153，芯片第8脚接地（GND），16脚接电源（VCC）。将辅助扩展板的VCC插孔，GND插孔分别与直流电源部分的+5V插孔，GND插孔相连。将74LS153的使能输入端和地址输入端分别接到辅助扩展板的逻辑电平输出，将74LS153输出端Z接到辅助扩展板逻辑电平显示的发光二极管上，检查连线正确无误后按下直流电源开关K101和K102。逐次拨动对应的拨位开关，根据发光二极管的显示变化，测试74LS151的逻辑功能。2.用试用双4选1的数据选择器74LS153设计电路使其实现函数：并测试电路的正确性。3.将双4选1的数据选择器74L

11、S153扩展成8选1数据选择器并连接电路验证其正确性。.【实验报告】1画出实验图，并填表。2对实验结果进行分析、讨论。【思考题】1.用数据选择器设计任意组合逻辑电路。2.数据选择器的扩展。实验十一 组合逻辑电路的综合设计【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。【实验设备与器材】1仪器数字万用表、示波器。2器件74LS00 二输入端四与非门 1片74LS02 二输入端四或非门 1片74LS04 六与非门 1片74LS10 三输入端三与非门 2片74LS20 四输入端二与非门 1片74LS151 四选1 数据选择器 1片【实验原理】1组合电路是最常用的逻辑电路

12、，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Z= AB = 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。4组合逻辑电路的设计举

13、例用“与非门”设计一个表决电路。当四个输入端中有三个或四个“1”时，输出端才为“1”。设计步骤：根据题意，列出真值表如表11-1 所示，再填入卡诺图表11-1 中。表11-1 表决电路的真值表表11-2 表决电路的卡诺图然后，由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式：Z = ABC + BCD + CDA + ABD最后，画出用“与非门”构成的逻辑电路如图11-1 所示：图11-1 表决电路原理图输入端接至逻辑开关（拨位开关）输出插口，输出端接逻辑电平显示端口，自拟真值表，逐次改变输入变量，验证逻辑功能。【实验内容】1按照实验原理，利用主电路板上的资源，结合DIP扩展板和辅助扩展板完成组

14、合逻辑电路的设计中的一个例子。2设计一个四人无弃权表决电路(多数赞成则提议通过)，要求用2 输入四与非门来实现（如果资源不够可以使用74LS04或74LS20）。3设计一位全加器，要求用与、或、非门实现。4设计一个保险箱用的4位数字代码锁，该锁有规定的地址代码A、B、C、D 四个输入端和一个开箱钥匙孔信号E的输入端，锁的代码由实验者自编。当用钥匙开箱时，如果输入代码正确，保险箱被打开；如果输入代码错误，电路将发出警报。要求用最少的与非门实现。5设计用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。要求用数据选择器来实现。【实验报告】1将实验结果填入自

15、制的表格中，验证设计是否正确。2总结组合逻辑电路的分析与设计方法。【思考题】1.电路设计中的注意事项。2.在设计中如何使电路设计最简。实验十二 触发器（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。【实验设备与器材】1仪器双踪示波器、数字万用表。2器件74LS00 二输入四与非门 1片74LS02 二输入端或非门 1片74LS04 六反相器 1片74LS10 三输入端三与非门1 片74LS74（或CC4013） 双D触发器 1片74LS112 (或CC4027) 双J-K触发器 1片【实验原理】触发器是能够

16、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12-1 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S 为置“1”端，因为S =0时触发器被置“1”； R 为置“0”端，因为R =0 时触发器被置“0”。当S = R =1 时状态保持

17、，当S = R =0 时为不定状态，应当避免这种状态。基本RS 触发器也可以用两个“或非门”组成，此时为高电平有效。（a）逻辑图 （b) 逻辑符号图12-1 二与非门组成的基本RS 触发器基本RS 触发器的逻辑符号见图14-1(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。2JK 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14-2所示；JK 触发器的状态方程为：Qn +1 =JQ n +KQn图12-2 JK 触发器的引脚逻辑图其中，J和K

18、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。Q 和Q 为两个互补输出端。通常把Q =0、Q =1 的状态定为触发器“0”状态；而把Q =1，Q =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。CC4027 是CMOS 双JK 触发器，其功能与74LS112 相同，但采用上升沿触发，R、S 端为高电平有效。3T 触发器在JK触发器的状态方程中，令J=K=T 则变换为：这就是T触发器的特性方程。由上式有：当T=1时，当T=0 时，即当T=1时，为翻转状态；当T=0时，为保持状态。4D 触发器在输入信号为单端的情况下，D触发器

19、用起来更为方便，其状态方程为： = D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。如双D（74LS74，CC4013），四D（74LS175，CC4042），六D（74LS174，CC14174），八D（74LS374）等。图12-3 为双D（74LS74）的引脚排列图。图12-3 D触发器的引脚排列图5触发器之间的相互转换在集成触发器的产品中，每一种触发器都有自己固定的逻辑功能。但是可以利用转换的方法获得具有其它

20、功能的触发器。例如将JK触发器的J、K两端接在一起，并认它为T端，就得到所需的T触发器。JK 触发器也可以转换成为D触发器，如图12-4 所示。图12-4 JK触发器转换成为D 触发器【实验内容】1测试基本RS触发器的逻辑功能利用DIP扩展板和辅助扩展板，寻找到适合的芯片完成本实验。按图12-1，用两个与非门组成基本RS触发器，输入端S、R接逻辑电平输出插孔（拨位开关输出端），输出端Q 和Q 接逻辑电平显示单元输入插孔（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。将两个与非门换成两个或非门，要求同上，测试它的逻辑功能并画出真值表将实验结果填入表内。2测试JK触发器74L

21、S112的逻辑功能1) 测试JK触发器的复位、置位功能利用DIP扩展板和辅助扩展板，寻找到适合的芯片完成本实验。取一个JK触发器，其CD 、SD 、J、K 端接逻辑电平输出插孔，CP接单次脉冲源，输出端Q和Q接逻辑电平显示单元输入插孔。要求改变CD、SD（J、K和CP处于任意状态），并在CD 0（ SD 1）或CD 0（ SD 1）期间任意改变J、K和CP的状态，观察和的状态，自拟表格并记录之。2) 测试JK触发器的逻辑功能不断改变J、K 和CP 的状态，观察Q 和Q 的状态变化，观察触发器状态更新是否发生在CP的下降沿，记录之。3) 将JK触发器的J、K端连在一起，构成T触发器在CP端输入1

22、Hz连续脉冲，观察Q 端的变化，用双踪示波器观察CP、Q 和Q 的波形，注意相位关系，描绘出来。4) JK 触发器转换成D触发器按图12-4连线，方法与步骤同上，测试D触发器的逻辑功能并画出真值表将实验结果填入表内。3RS 基本触发器的应用举例图12-5 去抖动电路图上图是由基本RS触发器构成的去抖动电路开关，它是利用基本RS 触发器的记忆作用来消除开关振动带来的影响的。参考有关资料分析其工作原理，在实验板上搭建电路来验证该去抖动电路的功能，4、测试双D触发器74LS74 的逻辑功能1) 测试D触发器的复位、置位功能测试方法与步骤同JK 触发器（见JK 触发器的复位、置位功能测试部分），只是它们的功能引脚不同，相关的管脚分布参见附录，自拟表格记录。2) 测试D触发器的逻辑功能按上表要求进行测试，并观察触发器状态是否发生在CP 脉冲的上升沿（即由0 变1），记录之。五、实验要求1、填各触发器功能测试表格。