数字电子技术基础实验指导书-计算机科学与信息工程学院.pdf

数字电子技术基础 实验指导书（苟加志编）计算机科学与信息工程学院刖后一、实验要求数字电子技术基础是一门理论性和实践性很强的课程。学生在学好基本理论 的基础上，还必须经过各实践性环节的严格训练，才有可能牢固掌握本课程的基 本内容。实验是数字电子技术课程中最重要的实践性环节之一，对培养学生理沦 联系实际的学风、严谨求实的科学态度、分析问题和解决问题的能力以及创新思 维都起着很重要的作用。为了充分发挥学生的主观能动性，促使其独立思考，独立完成实验并有所创 新，对学生的电子技术实验提出如下要求。1.对实验预习的要求为了提高实验的主动性，减少盲目性，认真做好实验预习非常重要。首先要 明确实验目的和要求，掌握实验的有关原理，查阅相关资料，制定具体实验步骤,设计记录实验数据的表格，估计输出波形的特性。对于设计性实验或综合性实验 更需要设计好符合要求的电路，然后写好预习报告。2.对实验操作的要求（1）自觉遵守实验室一切规章制度。（2）开始实验前应首先检查所要用的仪器设备是否完好无损损坏或不全，应及时报告指导教师处理。（3）实验中必须严格遵守操作规程，正确使用各种仪器，仔细记录波形。出现故障要根据基本原理分析可能的故障原因，排除故障，确有困难再请实验指 导老师帮助解决。不得随意取用其他未经许可或不是本次实验所用的仪器设备。（4）实验中仪器设备如有损坏，应立即报告指导教师听候处理。（5）实验结束前请指导老师检查实验记录和仪器设备误，征得指导老师同 意后，再拆解实验装置。并将实验器材整理清洁后，方可离开实验室。（6）实验后，应在规定的时间内将实验结果进行整理，并写好实验报告交 指导教师审阅。缺实验或实验报告考，应向指导教师书面说明原因，以便处理，否则会影响学习成绩。3.对实验报告的要求实验报告内容应该尽量做到简明扼要。撰写实验报告首先要求做到字迹端 正、图表清晰，并对实验数据进行必要的分析计算，得出相应的实验结论。（1）认真整理和处理实验数据，并列出表格或用坐标纸画出曲线。（2）对实验结果进行理论分析，找出产生误差的原因，提出减少实验误差 的措施。（3）详细记录组装、调试和测试过程中发生的故障和问题，进行故障分析 和说明故障排除的过程及方法。（4）认真的、实事求是地写出对本次实验的心得体会和意见，以及改进实 验的建议等。实验报告一般分两个阶段写。第一阶段，在实验前一周完成。按实验指导书 的“预习要求”撰写实验报告的预习部分。第二阶段，在实验结束后完成，撰写 实验报告的总结部分。第二阶段完成后，将两部分内容有机整合，就得出一份完 整的实验报告。二、实验安全电子技术实验安全包括人身安全和仪器设备安全。实验者必须具备一定实验 安全规则，才能避免发生人身伤害事故，防止损坏实验仪器设备。1.人生安全在电子技术实验中，为保障实验者的人身安全，实验者必须遵守以下安全规 则；(1)实验前应搞清楚电源开关、熔断器、插座的位置，了解其正确操作方 法，并检查其是否安全可靠。(2)检查仪器设备的电源线、实验电路中有强电通过的连接线等有无良好 的绝缘外套，其芯线不得裸露。(3)实验过程中一定要养成实验前先接实验电路后接通电源，实验完毕后 先切断电源后拆实验电路的操作习惯。(4)实验时万一发生触电事故或其他异常现象，不要惊慌失措，应立即切 断电源。电源开关较远时，可使用绝缘器具将电源切断，使触电者立即脱离电源,并保护现场，指导教师检查事故原因。2.仪器设备安全为防止在实验时损坏仪器设备与实验装置，实验时应遵守以下安全规则：(1)在使用仪器设备前，应先了解其性能和操作方法，按操作程序正确使 用。切不可不懂装懂，盲目操作。(2)要树立爱护公物的良好习惯，实验中不得随意扳动、旋转仪器面板上 的旋钮和开关，需要使用时也不要用力过猛地板动或旋转。不得乱动与本次实验 无关的仪器和设备。(3)实验时注意力要集中，随时观察仪器及实验电路的工作情况。如发现 异常现象，应立即切断电源，待查明原因并排除故障后，方可重新通电。(4)仪器设备使用完毕后，应关掉电源开关，同时将面板上各旋钮、开关 置于合适的位置。验证性实验报告格式实验名称J_院系和班级J 实验人姓名J 学号实 验地点J 组 号J 同 组成员J实验类型;_指导教师J 实验日期：年 月 日一、实验目的:二、实验仪器：（本次实验所需要的仪器及型号）三、实验原理：学生尽量用自己的语言，简明扼要地写出本次实验所依据的定理和主要公 式.其中应包括必须满足的实验条件。要画出实验电路原理图，不必画出实物图。电路原理图中注意应包含元件值，电压的正方向等等。四、实验内容和步骤：（表格、数据记录、数据计算、有关波形记录等）五、误差分析:六、实验结论：（本次实验结论分析、误差原因、收获及体会、建议等,还要回答每次实验提出的问题）设计性或综合性实验报告格式实验名称2_院系和班级j 实验人姓名j 学号j实验地点组号j 同组成员：实验类型j_指导教师实验日期：年 月 日一、已知条件二、主要技术指标三、实验仪器设备（名称、型号和数量）四、电路原理如果所设计的电路由儿个单元电路组成，则阐述电路原理时，最好先用总体 框图说明，然后结合框图逐一介绍各单元电路的工作原理。五、电路的设计与调试1.选择电路形式2.电路设计（对所选电路中的各元件值进行定量计算或工程估算）3.电路的安装调试六、整机联调与测试（当单元电路调试正确后，进行整机联调）1.主要技术指标测量报告中要说明各项技术指标的测量方法，画出测试原理图，记录并整理实验 数据，正确选取有效数字的位数。根据实验数据，进行必要的计算，列出表格，在方格纸上绘制出光滑的波形或曲线。2.故障分析及说明说明在单元电路和整机调试中出现的主要故障及解决办法，若有波形失真，要分析波形失真的原因。3.绘制出整机电路图，并标明调试后的各元件参数。七、误差分析用理论计算值代替真值,求得测量结果的相对误差，并分析误差产生的原因。八、实验分析与研究九、实验总结实验电路的设计方案，元器件参数及测试方法等都不可能尽善尽美，实验结 束后，感到某些方面如果作适当修改，可进一步改善电路性能，或降低成本，或 实验方案的修正，内容的增删，步骤地改进等，都可写出改进意见。同学们每完成一项实验都有不少收获体会，既有成功的经验，也有失败的教 训，应及时总结，不断提高。目录实验一 熟悉实验仪器及集成逻辑门功能测试-1实验二TTL与非门参数及特性测试-4实验三三态门及其应用-8实验四0C门及其应用-10实验五 组合逻辑电路分析-12实验六用SSI设计组合逻辑电路-17实验七 译码器及其应用-19实验八半加器、全加器及其应用-23实验九数据选择器及其应用-27实验十集成触发器-30实验十一简单时序电路的设计与测试-34实验十二移位寄存器及其应用-38实验十三计数器及其应用-41实验十四脉冲信号产生与整形-44实验十五555定时器及其应用-47附录常用测量仪器、设备-50实验一 熟悉实验仪器及集成逻辑门功能测试一、实验目的1.熟悉数字逻辑电路实验箱及数字万用表的使用方法。2.熟悉74LS00、74LS20、74LS28、74LS86等逻辑门的逻辑功能及测试方 法。二、预习要求1.学习数字逻辑电路实验箱及数字万用表的规范化操作步骤。2.复习与非门、或非门、异或门等基本逻辑门的逻辑功能。三、实验仪器与器件1.数字逻辑电路实验箱 SAC-DS4 一台2.数字万用表 DT9505 一块3.集成电路 74LS00、74LS20、74LS28、74LS86 各一只四、实验原理在数字系统中，除应用与、或、非三种基本逻辑运算之外，还广泛应用与、或、非的不同组合，最常见的复合逻辑运算有与非、或非、与或非、异或和同或 等。1.与非门引脚排列分别如图1-1和1-2所示。二4输入与非门 功能:Y:通而四2输入理门 功能:丫=而图1474LS00引脚排列图2.或非门引脚排列如图1-3所示。3.异或门引脚排列如图1-4所示。图1-2 74LS20引脚排列图Vcc Y4 B4 A4 Y3 出 A3I I I 1 I 1 I14 13 12 11 10 9 874LS281 2 3 4 5 6 7Vc c 4B 4A 4Y 3B 3A 3Y _I.1I I I I14 13 12 11 10 3 8)74LS86Yi Al Bl Y2 A2 Bz 地 四湍入唯门 功能:丫=而图1-3 74LS28引脚排列图五、实验内容及步骤1A IB 1Y 2A 2B 2Y 地 四2输入异或门 功能:Y=A壬B图1-4 74LS86引脚排列图1.测试二输入四与非门74LS00其中一个与非门的输入和输出之间的逻辑 关系，并按表1-1测试其功能。表1-1输入输 出yAB电压(V)逻辑状态000110112.测试二输入四或非门74LS28其中一个或非门的输入和输出之间的逻辑 关系，并按表1-2测试其功能。表1-2输入输 出丫AB电压(V)逻辑状态000110113.测试二输入四异或门74LS86其中一个异或门的输入和输出之间的逻辑 关系，并按表1-3测试其功能。表1-3输入输 出yAB电压(V)逻辑状态000110114.测试二四输入与非门74LS20其中一个与非门的输入和输出之间的逻辑 关系，并按表1-4测试其功能。表1-4输入输 出YABCD电压(V)逻辑状态000000010011011111115.利用与非门组成其它门电路并测试其逻辑功能。(1)组成与门电路根据与门的逻辑表达式y=7蒜=4 X 8得知，可以用两个与非门组成与门。并按表1-5测试其功能。(2)组成或门电路根据摩根定理，或门的逻辑函数表达式丫=/+8可写成丫=本谆，因此一 次用三个与非门可以构成或门。并按表1一6测试其功能。表1-5 表1-6精入输出ABY00011110输入输出ABY00011110六、实验报告要求1.整理测试所得数据，总结TTL基本逻辑门的逻辑功能。2.与非门和或非门有多余输入端应如何处理。实验二TTL与非门参数及特性测试一、实验目的1.了解TTL与非门的儿个主要参数及测试方法。2.根据测试结果会判断器件的性能好坏。二、预习要求1.阅读TTL与非门主要参数的含义。2.熟悉TTL电路的使用规则。3.熟悉数字逻辑电路实验箱及数字万用表的使用方法。三、实验设备与器件1.数字逻辑电路实验箱 SAC-DS4 一台2.数字万用表 DT9505 一块3.集成电路74LS20一只4.可调电位器IkQ和200。各一只四、实验原理TTL与非门的主要参数有：1.输出高电平：%H输出高电平%H是指一个（或几个）输入端是低电平时的输出电平。%H典 型值约为3.5V,产品规范值h22.4V,标准高电平%h=2.4V。2.输入短路电流：/is当一输入端接地而其余输入端悬空时，流过这个输入端的电流称为输入短路 电流小，如图2-1所示。产品规范值/isW1.6mA。+Ucc图2-1输入短路电流As3.输出低电平：%L输出低电平%L是指输入全为高电平时的输出电平。产品规范值%lW0.4 V,标准低电平Ksl=0.4Vo输出低电平%l的测试应在满负载情况下进行。4.扇出系数：No扇出系数即带负载的个数。如%L不超过标准地电平-SL时，允许灌入的最 大负载电流为/l，则扇出数NO=/lis。对典型电路No28。5.开门电平:Fon在额定负载下（如N=8）使输出电平达到标准低电平Psl的输入电平，称为 开门电平，产品规范规定%n2V。6.关门电平：Foff使输出电平上升到标准高电平的输入电平。关门电平的典型值为IV。一般 Foff0.8 Vo7.空载功耗与非门的空载功耗是当与非门空载时，电源总电流/cc与电源电压七c的乘 积。当输出为低电平时的功耗，称为空载导通功耗Pon.当输出为高电平时的功耗,称为空栽截止功耗尸off。与非门的平均功耗P则表示与非门空载导通功耗Pon 和空载截止功耗Poff的平均值，即p_ Pon+Poff _Wc c+hVc c _(A+A)Zc 1 (2-1)222其中，为电源导通电流，/2为电源截止电流。平均功率P用于估计集成电路的 发热、热损耗及选用电源的主要依据。8.高电平输入电流：/出高电平输入电流又称为输入漏电流或输入交叉漏电流。它是指某一输入端接 高电平，而其他输入端接地时的输入电流。一般/ih2.4V)按图2-4接线，电压表指示值即为h。将其记入表2-2。+5V?1474LS20图2-5测八s电路(4)测输入短路电流：/is(Wl.6mA)按图2-5接线，电流表指示值即为小。将其记入表2-2o(5)测输出低电平：入(W0.4V)按图2-6接线，测试时应保证毫安表指示值为12.8mA,电压表指示值即为%l。将其记入表2-2。(6)测扇出系数：No(No28)按图2-6测试，测试时应保证电压表指示值为0.4V,此时毫安表指示值即为 乙值，贝iJNo=/lis(式中加为输入短路电流)。将其记入表2-2。+5V141KQ+5V1474LS20674LS20图2-6测匕此和电路+5VII1474LS20图45(b)空载截止功耗测试图(a)空载导通功耗测试图图2-8测平均功耗电路ff(7)测高电平输入电流：Im(50u A)按图2-7接线，微安表指示值即为/田。将其记入表2-2。(8)测平均功率：P(40mW)图2-8(a)是空载导通功耗测试图；图2-8(b)是空载截止功耗测试图。按图2-8分别测出八、A，然后按式(2-1)计算出平均功耗P。将其记入表2-2。表2-2%N匕DFF%LII/iHh计算NoP六、实验报告要求1.画出TTL与非门的电压传输特性曲线，标出H、%L、%N、%FF等参 数。2.整理并分析实测的各参数值，并与器件规范值作比较。实验三 三态门及其应用一、实验目的1.熟悉三态门功能及其测试方法。2.根据测试结果会判断器件的性能好坏。3.熟悉三态门的简单应用。二、预习要求1.复习三态门工作原理。2.熟悉74LS125功能及管脚排列。三、实验设备与器件1.数字逻辑电路实验箱 SAC-DS4 一台2.数字万用表 DT9505 一块3.集成电路74LS00和74LS125各一只四、实验原理TTL三态输出门是一种特殊的门电路，它与普通的TTL门电路结构不同，它的输出端除了通常的高电平、低电平两种状态外（这两种状态均为低阻状态）,还有第三种输出状态高阻状态，处于高阻状态时，电路与负载之间相当于开 路。三态输出门按逻辑功能及控制方式来分有各种不同类型，本实验所用三态门 的型号是74LS125三态输出四总线缓冲器。它有一个控制端（又称禁止端或使 能端）C,C=0为正常工作状态，实现丫=”的逻辑功能；。=1为禁止状态，输出 y呈现高阻状态。这种在控制端加低电平时电路才能正常工作的工作方式称低电 平使能。三态电路主要用途之一是实现总线传输，即用一个传输通道（称总线），以 选通方式传送多路信息。如图3-1所示，电路中把若干个三态TTL电路输出端 直接连接在一起构成三态门总线，使用时，要求只有需要传输信息的三态控制端 处于使能态（C=0）,其余各门皆处于禁止状态（C=l）。由于三态门输出电路 结构与普通TTL电路相同，显然，若同时有两个或两个以上三态门的控制端处 于使能态，将出现与普通TTL电路“线与”运用时同样的问题，因而是绝对不 允许的。,74LS125图3-1 74LS125原理框图图3-2 74LS125逻辑功能测试图五、实验内容与步骤1.三态门74LS125的逻辑功能测试。连线见图3-2。按表3-1给定的条件用开关改变控制端C和输入端A的状态，用万用表或 指示灯测出F的状态并记入表3-1中。表3-1输入输出厂CA电压(V)逻辑状态000110112.74LS125三态门的输出负载为74LS00其中一个与非门输入端。该74LS00 同一与非门的另一输入端接低电平，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。3.74LS125三态门的输出负载为74LS00其中一个与非门输入端。该74LS00 同一与非门的另一个端接高电平，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。4.用74LS125两个三态门输出构成一条总线。使两个三态门的控制端一个 为低电平，另一个为高电平。一个三态门的输入接1MHz信号，另一个三态门的 输入接500kHz信号。用示波器观察三态门的输出。六、实验报告要求1.画出实验的实验电路图。2.分析每个实验的实验现象。3.分析实验二和实验三中三态门输出电压不同的原因。实验四OC门及其应用一、实验目的1.熟悉0C门的功能及其应用。2.掌握0C门负载电阻选择方法。二、预习要求I.阅读OC门的工作原理。2.根据任务要求计算&的允许取值范围三、实验设备与器件1.数字逻辑电路实验箱 SAC-DS42.双踪示波器 YB4320F3.数字万用表 DT95054.集成电路74LS03和74LS04各一只5.可调电位器1KQ和电阻200Q各1个台台块 一二四、实验原理0C门即集电极开路门，其输出瑞可以并联使用，实现“线与”逻辑功能,0C门还可以用作电平转换，高压显示驱动，总线缓冲驱动等，使用时注意必须 外接负载电阻，并正确选择阻值。由于0C门受负载电阻的限制，工作速度慢，驱动容性负载能力较差，所以仅用于对速度要求不高的系统中，随着器件的发展,现应用减少。五、实验内容与步骤1.集电极开路与非门逻辑功能测试用74LS03进行实验，其引脚图见附录。（1）按图4-1接线。格电平显示-1-OF表4-1输入输出FAB电压（V）逻辑状态00011011图4-1（2）按表4-1要求，用开关设/、8输入状态，借助指示灯和万用表观测输 出端F的相应状态并填入表4-1中。2.集电极开路与非门负载电阻出的确定（1）将74LS03中的两个集电极开路与非门线与驱动一个TTL与非门，取 EC=5N,%h=3.6V,%l=0.3V（以下同），计算凡的允许取值范围。根据计算结 果，选中间值接入电路，测试并记录电路的逻辑功能。（2）按图4-2接线，将74LS03的四个0C门线与使用，驱动四个TTL与 非门，其中两个与非门各有一个输入端接入电路，另两个与非门两个输入端均接 入电路。电路接好后，调电位计。先使电路输出高电平（%h=3.6V）,测出此时 的尺值为Hlma x，再调电位计使电路输出低电平（%l=0.3V）,测及此时&.值 为火LMIN。则用实验方法确定a=（ElMAx+RlMIN）/2。请与理论计算值加以比较。200 4-1-o+5V楼电平显示连轮昧冲B丁单昧冲AJ-381074LS04正弦波c J-I1 2 0o F示波黔图4-2四个OC门线与驱动四个TTL门 图4-3驱动TTL与非门3.OC门的应用（1）利用集电极开路与非门实现异或运算，画出原理逻辑图。并据此接线,测试数据，记录结果。（2）如图4-3用74LS03中的三个集电极开路与非门线与驱动一个TTL与 非门。令各0C门的一个输入端为控制端，另一个输入端为信号端。其中A（3 脚）加单脉冲；夕（6脚）接连续脉冲；C（9脚）加峰值为0.5V的正弦信号。先 使三个0C门的控制端全为0,然后使其中的一个轮流为1,其余为0,借助示波 器观察并记录每种情况下的输出尸波形。六、实验报告要求1.将各步骤实验结果填入表格内或画出波形图。2.0C门使用时为何必须额外接电阻和电源？3.独立操作，交出完整的实验报告。实验五组合逻辑电路分析一、实验目的1.掌握组合逻辑电路的分析方法。2.验证半加器、全加器、半减器、全减器、奇偶校验器、原码/反码转换器 逻辑功能。二、预习要求1.复习组合逻辑电路的分析方法。2.学习半加器、全加器、半减器、全减器、奇偶校验器、原码/反码转换器 原理及功能。三、实验设备与器件1.数字逻辑电路实验箱SAC-DS42.双踪示波器YB4320F3.数字万用表DT95054.集成电路74LS00三只和74LS86 一只台台块二一四、实验原理所谓组合逻辑电路的分析，就是根据给定的逻辑电路图，求出电路的逻辑功 能。1.分析的主要步骤如下：(1)(2)(3)(4)由逻辑图写表达式 化简表达式；列真值表；描述逻辑功能。五、实验内容及步骤1.分析半加器的逻辑功能（1）用两片74LS00（引脚见附录）按图5-1接线。74LS00芯片14脚接+5V,7脚接地。A B 楼电平开美、-O C核电平显示。s镂电平显示图5-1半加器（2）写出该电路的逻辑表达式，列真值表（3）按表5-1的要求改变/、3输入，观测相应的S、。值并填入表5-1中。（4）比较表5-1与理论分析列出的真值表，验证半加器的逻辑功能。表5-1输 入输 出ABSC000110112.分析全加器的逻辑功能（1）用三片74LS00按图5-2接好线。74LS00芯片14脚接+5V,7脚接地。Cn-lo强电平显示 sn图5-2全加器（2）分析该线路，写出豆、&的逻辑表达式，列出其真值表。（3）表5-2利用开关改变41、当、&一1的输入状态，借助指示灯或万用表 观测Sn、Cn的值填入表5-2中。（4）表2-2的值与理论分析列出的真值表加以比较，验证全加器的逻辑功 能。表5-2输 入输出4BnCn.1SnCn0000010100111001011101113.分析半减器的逻辑功能（1）用两片74LS00按图5-3接好线。74LS00芯片14脚接+5V,7脚接地。A 6楼电平开关9图5.3半减器（2）分析该线路，写出。的逻辑表达式，列出真值表。（3）按表5-3改变开关4、3状态，观测。、C的值并填入表5-3中。（4）将表5-3与理论分析列出的真值表进行比较，验证半减器的逻辑功能。表5-3输 入输 出ABDC000110114.分析全减器的逻辑功能（1）用一片74LS86和两片74LS00按图5-4接线。各片的14脚接+5V,7 脚接地。核电平开关Bn o-Cn-lo-An o-核电平显示图5-4全减器（2）分析该线路，写出。八a的逻辑表达式，列出真值表。（3）按表2-4改变4n、Bn、G-1的开关状态，借助万用表或指示灯观测输 出。n、Cn的状态并填入表5-4中。（4）对比表5-4和理论分析列出的真值表，验证全减器的逻辑功能。表5-4前 入输 出AnBncn.iDnCn0000010100111001011101115.分析四位奇偶校验器的逻辑功能(1)用 74LS86 按图 5-5 接好线。74LS86芯片14脚接+5V,7脚接地。核电平开关108Q核电平显示346图5-5四位奇偶校验器（2）分析该线路，写出逻辑表达式，列出真值表。（3）按表5-5改变/、B、C、。开关状态，借助指示灯或万用表观测输出 尸状态，填入表5-5中。（4）对比表5-5与理论分析列出的真值表，验证奇偶校验器的逻辑功能。表5-56.分析四原码/反码转换器的逻辑功能输 入输出ABCDQ0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111图5-6四原码/反码转换器(1)用74LS86按图5-6接好线。74LS86芯片14脚接+5V,7脚接地。(2)分析该线路，写出逻辑表达式，列出真值表。(3)按表5-6利用开关改变加、氏、&、K】、Ko的输入状态，借助指示灯 或万用表观测03、。2、Q、。的状态，填入表5-6中。(4)对比分析理论值与实测值，验证该线路的功能。表5-6输入输出M=0M=1(K?小Ko030221QoQ。22iQo00000001001101111111六、实验报告要求1.将各组合逻辑电路的观测结果认真填入表格中。2.分析各组合逻辑电路的逻辑功能。3.学会用与非门设计半加器、全加器、半减器、全减器。4.独立操作，交出完整的实验报告。实验六用SSI设计组合逻辑电路一、实验目的1.了解TTL门电路的基个用法。2.掌握用小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法二、预习要求1.复习数字逻辑实验箱和双踪示波器的使用方法。2.根据设计任务要求在预习报告中写出设计过程，画出设计电路图。三、实验设备与器件1.数字逻辑电路实验箱 SAC-DS4 一台2.双踪示波器 YB4320F 一台3.数字万用表 DT9505 一块4.集成电路74LS00二只、74LS20和74LS86各一只四、实验原理1.组合逻辑电路设计一般包含以下几个步骤：（1）弄清设计要求一般逻辑问题叙述有这样儿种可能情况，一是用逻辑画数式直接表示，二是 将设计要求用文字说明。在后一种情况下，题中常常不是直接将一切情况完全讲 清，而是仅说明一些重要条件。这就要求设计者去领会，理解一切可能的情况，从而推出那些未明确规定的条件是属于一般意义呢，还是无关最小项。（2）用真值表表示设汁要求对问题进行分析之后，可根据设计要求列出真值表。列真值表时必须注意一 切可能的情况。此外，设计问题有时需要几个数输出量.而对应于一切可能的输 入条件，各输出变量必有一定给定值，对此真值表应全面子以表达。（3）根据真值表写出逻辑表达式（4）简化逻辑函数（5）用标推器件（门电路、MSL组合电路）或PLD可编程器件实现简化 后的逻辑函数2.将逻辑函数变量作为电路的输入，逻辑函数厂作为输出，自输入到输出 用相应的逻辑门逐一将各逻辑关系表示出来，如此构成的电路能反映逻辑函数所 表达的关系。不过以上的（3）、（4）两步，有时也可并为一步，即直接由真值表 画出卡诺图，井进行化简得到逻辑函数。为了使电路结构简单和使用器件较少，往往要求逻辑表达式尽可能简化。由于实际使用时要考虑到电路的工作速度和稳 定可靠等因素，在较复杂的电路中，还要求逻辑清晰易懂。所以最简的设计不一 定是最佳的。但一般来说，在保证速度、稳定可靠与逻辑清晰的条件下尽量使用 最少的器件，以降低成本，是逻辑设计者的任务。3.设计举例设计三变量表决器，其中/具有否决权。第一步：列出真值表。设4、B、。分别代表参加表决的逻辑变量，尸为表决结果。对于变量我们 作如下规定：A、B、C为“1”表示赞成，为“0”表示反对。F=1表示通过，F=0表示被否决。真值表如表6-1所示。表6-1AB0000010110101111CF0010001000110111第二步：函数化简。我们选用与非门来实现。画出卡诺图，其化简过程如图6-1(a)所示，逻辑电路如图6-2(b)所示。F=AB+AC=AB AC(6-1)图6-1化简过程及逻辑图五、实验内容与步骤1.用TTL与非门设计一个4人控制表决器。4人表决的结果用指示灯显示，多数赞成则指示灯亮，反之，则灯不亮。本设计要求用两输入端与非门实现。2.设计一个偶数电路，要求输入信号/、B、C中有偶数个“1”时输出F 才为“1”。3.设计一个8421码和余3码的代码转换电路，用与非门实现。六、实验报告要求1.电路设计的过程和结果2.实验步骤和方法。3.实验体会及设计分析。实验七译码器及其应用一、实验目的1.熟悉显示译码器的功能及数码显示。2.掌握译码器的工作原理及测试方法。3.掌握用译码器设计组合逻辑电路的方法。二、预习要求1.熟悉74LLS138、74LS47的功能特点及管脚排列。2.根据实验任务要求设计电路。3.画出实验电路图。三、实验设备与器件1.2.3.4.7.数字逻辑电路实验箱双踪示波器 数字万用表 集成电路74LS00、共阳数码管一只SAC-DS4YB4320FDT950574LS20、74LS47、一台_台一块74LS138 各一只四、实验原理1.数字显示电路是数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由显示译 码器、驱动器和显示器等部分组成，如图5-7-1所示。也三计数秣一份码相 一 胆动器显示器图7-1数字显示电路的组成方框图(1)数字显示器件数字显示器件是用来显示数字、文字或者符号的器件，常见的有辉光数码管、荧光数码管、液晶显示器、LED数码管、场致发光数字板、等离子体显示板等 等。这里我们主要讨论LED数码管。LED数码管又称为半导体数码管，它是由 多个LED按分段式封装制成的。LED数码管有两种形式：共阴型和共阳型。(a)外形图(b)共阴型(c)共阳型图7-2七段显示LED数码管LED数码管通常采用图7-3所示的七段字形显示方式来表示09十个数字。图7-3七段数码管字形显示方式（2）七段显示译码器七段显示器译码器把输入的BCD码，翻译成驱动七段LED数码管各对应段 所需的电平。74LS47是一种共阳七段显示译码器。a b c d e f gRBI74LS47BIZRD C B A LT力3 A2 A Aq图7-4 74LS47的逻辑符号译码输入端：D、C、B、A,为84218c。码；七段代码输出端：a、b、c、d、e、/、g，某段输出为低电平时该段点亮，用以驱动低电平有效的七段显示 数码管；试灯输入端LT：它是低电平有效，当LT=O,数码管的七段全亮，与 输入的译码信号无关；灭灯输入端BI：当BI/RBO作为输入使用，且BI=O时，数码管七段全灭，与译码器信号输入无关；动态灭零输入端RBI：当LT=1,RBI=0,且译码输入全为“0”时，该位输出不显示，即“0字被熄灭，当译码输 人为非“0”时，则正常显示，本输入端用于消隐无效的“0”，如数据为“02”时，消隐状态时则单独显示一个数字“2”；动态灭零输出端RBO：BI/RBO作 为输出使用时，受控于LT和RBI,当LT=1,且RBI=0时，RBO=0,其它情 况则RBO=0,该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。2.二进制译码器74LS138图7-5 74LS138的逻辑图及功能表揄入恂出S.口，：七X兀 匕1 XtXXX111111110XXXX1 1 1 1 1 t 1 t1 0 0 0 1 1 I 1 1 1 I*0 0 11 0 1 1 1 1 t 10 10i 1 0 1 1 1 1 1I 1 11 1 1 0 t 1 1 11 01 0 011110 1111 01 0 1111110 11i 01 1 0111111011 1 11 1 11 1 1 1 1 t 1 0三个译码输入端（又称地址输乙端乙4、4、Ao,八个译码输出端力二为，名及三个控制端（又称使能端）Si、&、&。当$=1、82+83=0（即&=1,无 和 至均为0）时，译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封 锁在iWj电平。3.用译码器实现组合逻辑函数厂（/,B,C）F(A,B,C)=2/(iw。7)(7-1)=S mi=mS=l,z=0,1,2.7）（7-2）比较以上两式可知，把3线一8线译码器74LS138地址输入端a2、4、4）作为逻辑函数的输入变量（/、B、C）,译码器的每个输出端都与某一个最小 项依相对应，加上适当的门电路，就可以利用译码器实现组合逻辑函数。五、实验内容及步骤1.测试由74LS47及数码管组成的译码显示电路的逻辑功能。2.译码器逻辑功能测试（1）按图7-6接线。A0A1A2S3受S1 楼电平开关+5V?16152 143 131274LS138h4 105 96 78I核电平显示 虱Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7 三三二图7-6译码器逻辑功能测试根据表7-1,利用开关设置Si、S?、S3、及42、小、40的状态，借助指不灯 或万用表观测Q07的状态，记入表7-1中。表7一任意状态输入i谕 出S1S2S344/()Qo21。2。3。4。5。630(D111000001000011000101000111001001001011001101001113.用3-8译码器实现一位全加器。4.用3-8译码器实现三人表决器。5.用3-8译码器实现数据分配器。用74LS138其中一个控制端作为数据输入端，生、小、儿作为地址。当 4244=000111时，测试相应的K匕。输入信号由实验箱提供。（1）输入秒脉冲（Tl秒）信号，列表整理测试结果。（2）输入约2kHz连续脉冲，观察并记录也小儿的输入及输出波形。六、实验报告要求1.画出逻辑电路图。2.根据实验结果分析译码器的逻辑功能。3.总结用译码器设计组合电路的方法。实验八半加器、全加器及其应用一、实验目的1.掌握半加器与全加器的功能及测试方法。2.熟悉半加器与全加器的应用。二、预习要求1.熟悉74LLS283、74LS86的功能特点及管脚排列。2.熟悉半加器与全加器的工作原理。3.根据实验要求画出实验电路图。三、实验设备与器件4.集成电路 74LS00、74LS86、74LS283 各一只1.数字逻辑电路实验箱SAC-DS4台2.双踪示波器YB4320F台3.数字万用表DT9505一块四、实验原理1.半加器如果不考虑有来自低位进位，将两个二进制数相加，称为半加。实现半加运 算的电路叫做半加器。按照二进制加法运算可以列出如表8-1所示的半加器真值 表。表8-1半加器真值表ABSG+i0000011010101101图8-1半加器逻辑图其中4、8是两个加数，S是相加的和，C+1是向高位的进位，则半加器的 逻辑表达式为：S=AB+AB(8-1)CM=AB（8-2）其逻辑电路图如图8-2所示2.全加器两个多位二进制数相加时.除了最低位以外，每一位都应该考虑来自低位 的进位。将两个对应位的加数和来自低位的进位3个数相加，这种运算称为全 加，所用的电路称为全加器。即每一位全加器有3个输入端：Ai（被加数）、Bi（加数）、Cm（低位向本位的进位），2个输出端：Si（和）和Ci+i（向高位的进位）。根据二进制加法运算规则可列出全加器真值表，如表8-2所示。表8-2全加器真值表4用Ci.1SiCi+10000000110010100110110010101011100111111由此可得:Si=/C_+AjB_i+44C_+=(4A+40Gt+(AB+4 瓦)Gt=(4 4)Ct+4-与 G-i=4笈C I(8-3)I I l-LCi-i=44C-1+44C-i+44C-i+48cl=(AjB+44)Gt+44=(4 耳)G_1+4耳(8-4)图8-2用异或门构成全加器 图8-3用与或非门组成全加器用一位全加器可以组成多位加法器，实现方法有多种.其中一种可采用所谓 并行相加逐位进位串行方式。这种串行进位方式的逻辑电路,其优点是结构简单,缺点是运算速度低，因为最高值的加法运算，一定要等到所有低位的加法运算完 成之后才能进行。为了提高运算速度，提出在并行相加的同时，实现进位，这称 为“超前进位”，如74LS283集成电路就具有这种功能，如图8-4所示。利用这 种四位加法器数字模块可以实现更多位的加法运算，也可以实现减法运算及十进 制运算。图5-8-4 74LS283逻辑图巨叵叵叵叵0图5-8-5 74LS283引脚图。片 X$Ms C 回回可回可可理E五、实验内容与步骤1.用与非门、异或门器件组成一半加器。2.用与非门、异或门器件组成一全加器。3.74LS283四位全加器(1)按图8-6接线。用开关按表8-3设置输入44、囱&、Co的状态，借助指示灯观测输出 B居、。4的状态，并记入表8-3中。表8-3输入输 出444342B4 B3 B?BCo居&尸2 F1。40 0 0 1000110 10 00 0 11010 0 00 111110 0 110 0 0010 110 10 11110 00 1100110 10 10 011111111104.用74LS283四位全加器实现BCD码到余3码的转换，将每个BCD码加 0011,即可得到相应的余3码。故应按图8-7接线。+5V?16+5V T 5 163三三三 1234 1234 O AAAABBBBC 接电平开关5374LS28314126 92 415 111 137 8 10楼电平显示 4 12 3 4 c F F F F三一 12 3 4 B B B B 接电平开关74LS283 621511414 112 137 8 10镂电平显示 12 3 4 F F F F 三一图8-6 74LS283四位全加器图8-7实现BCD码到余3码的转换利用开关输入BCD码，借助指示灯观测输出的余3码，填入表8-4中。表8-4输入BCD码输出余3码当B2Bif