数字实验一门电路逻辑功能与测试.doc

实验一 门电路逻辑功能及测试

一、实验目的：

1. 熟悉常用集成门电路的逻辑功能及测试方法。
2. 熟悉各种门电路的管脚排列，进一步熟悉仿真软件和数字试验箱的使用。
3．学习利用与非门组成其它逻辑门电路并验证其逻辑功能。

二、实验仪器及设备

1.数字电路实验箱
2.万用表
3.集成芯片：
74LS00 2输入端四与非门 2片
74LS86 2输入端四异或门 1片

三、实验原理

1. 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 -Transistor Logic ）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。

2. 集成逻辑门有许多种，如：与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等等。但其中与非门用途最广，74LS00是“TTL系列”中的与非门，是四-2输入与非门电路，即在一块集成电路内含有四个独立的与非门。每个与非门有2个输入端。

3. 利用与非门可以组成其它许多逻辑门。要实现其它逻辑门的功能，只要将该门的逻辑函数表达式化成与非-与非表达式，然后用多个与非门连接起来就可以达到目的。例如，要实现或门Y=A+B，根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式可以写成：Y=，可用三个与非门连接实现。

四、实验室操作实验内容：

1．测试与非门的逻辑功能：
(1). 首先将集成电路芯片74LS00插在实验箱上，取一根导线将芯片的14管脚和试验箱上的5V直流电压输出端相连，再取一导线将芯片的7管脚与试验箱上的地端相连。然后从此芯片中任选一个与非门，将它的两个输入端A、B分别与实验箱逻辑电平输出插孔连接，每个插孔下方都对应一个拨动开关，用于控制此孔输出电平为“1”或“0”。输出端Q和试验箱上任一个发光二极管相连。测试电路如图4.1所示。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

图4.1 与非门逻辑功能测试

(2). 当输入端、的输入电平分别为表4.1中情况时，用万用表分别测出输出端对地的电压值，万用表的连接方法如图4.1所示：其中红表笔接输出端Q，黑表笔接实验箱的地端。测量电压的同时观察发光二极管的状态，发光二极管亮时，表示Q端逻辑状态为“1”，发光二极管灭时，表示Q端逻辑状态为“0”。将测试结果填入表4.1中。

表4.1：
输入端
输出端Q

电压(V)
逻辑状态
0
0

0
1

1
0

1
1

2.测试四2输入异或门74LS86的逻辑功能
(1). 首先将集成电路芯片74LS86插在实验箱上，取一根导线将此芯片的14管脚和试验箱上的5V直流电压输出端相连，再取一导线将此芯片的7管脚与试验箱上的地端相连。然后从此芯片中任选一个异或门，进行逻辑功能的测量，测量电路连接方法同上一步与非门的测量。异或门逻辑功能测量电路如图4.2所示。

图4.2 异或门的逻辑功能测试

(2). 测量步骤同上一步与非门的测量。按照表4.2改变输入端电平，将测量结果填入表4.2中。
表4.2
输入端
输出端Q

电压(V)
逻辑状态
0
0

0
1

1
0

1
1

3．用与非门组成其它功能门电路：
(1). 用与非门组成与门
1）与门的逻辑函数表达式可以写成：。按此表达式可知两个与非门即可组成与门。逻辑电路图如图4.3所示。
2）在74LS00中任意选两个与非门按图4.3连接电路，输入端A、B接逻辑电平开关，输出端Q接发光二极管，拨动逻辑开关，观察发光二极管的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表4.3中。

图4.3 与门电路连接图

表4.3 与门测量结果
输入端
输出端Q

逻辑状态（实测）
逻辑状态（理论）
0
0

0
1

1
0

1
1

(2). 用与非门组成或门：
1). 根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式，可以写成：，因此，可以用三个与非门组成或门。
2). 画出实验电路图，自拟实验步骤，并在实验箱上连好实验电路，利用逻辑电平开关给出输入端的高低电平，利用发光二极管亮或灭确定输出端Q的逻辑状态。将检测电路的输入和输出结果，填入表4.4中。

表4.4：或门测量结果
输入端
输出端Q

逻辑状态（实测）
逻辑状态（理论）
0
0

0
1

1
0

1
1

(3)．用与非门组成异或门：
1). 异或门的逻辑函数表达式，可以写成：
。由此可知用5个与非门即可组成异或门。

2）在实验箱上用2片74LS00按照以上表达式组成如图4.4所示电路。其中、两个输入端分别接入逻辑电平开关；输出端Q接到实验箱任意一个发光二极管对应的接线孔，用以观察输出电平的高低。

图4.4 与非门组成异或门

3). 按以下表4.5要求，分别扳动输入端A、B的两个拨动开关，设置电路输入端的4种逻辑状态，观察并记录指示灯的发光情况，将测量结果填入表4.4中。

表4.5：异或门测量结果
输入端
输出端Q

逻辑状态（实测）
逻辑状态（理论）
0
0

0
1

1
0

1
1

五、实验报告要求：
1.画出实验室操作实验中全部实验电路图，整理各表格数据，并对实验结果进行分析。能写出电路中各级与非门的输出逻辑表达式。
2. 整理并填写仿真实验各数据。
3. 比较实验室数据和仿真数据，总结两种实验方法的优缺点。