数字电路实验指导书

数字电路实验指导书

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数字逻辑电路

实验指导书

南京师范大学计算机系

2017．10

4 数字逻辑电路实验

Digital Logic Circuits Experiments

一、实验目的要求：

数字逻辑电路实验是计算机科学与技术专业的基础实验，与数字逻辑电路理论课程同步开设（不单独设课），是理论教学的深化和补充，同时又具有较强的实践性，其目的是通过若干实验项目的学习，使学生掌握数字电子技术实验的基本方法和实验技能，培养独立分析问题和解决问题的能力。

二、实验主要内容：

教学内容分为基础型、综合型，设计型和研究型，教学计划分为多个层次，学生根据其专业特点和自己的能力选择实验，1～2人一组。但每个学生必须选做基础型实验，综合型实验， 基础型实验的目的主要是培养学生正确使用常用电子仪器，掌握数字电路的基本测试方法。按实验课题要求，掌握设计和装接电路，科学地设计实验方法，合理地安排实验步骤的能力。掌握运用理论知识及实践经验排除故障的能力。 综合型实验的目的就是培养学生初步掌握利用EDA软件的能力，并以可编程器件应用为目的，培养学生对新技术的应用能力。初步具有撰写规范技术文件能力。 设计型实验的目的就是培养学生综合运用已经学过的电子技术基础课程和EDA软件进行电路仿真实验的能力，并设计出一些简单的综合型系统， 同时在条件许可的情况下，可开设部分研究型实验，其目的是利用先进的EDA软件进行电路仿真，结合具体的题目，采用软、硬件结合

的方式，进行复杂的数字电子系统设计。 数字逻辑电路实验

实验1 门电路逻辑功能测试

实验预习

1 仔细阅读实验指导书，了解实验内容和步骤。

2 复习门电路的工作原理及相应逻辑表达式。

3 熟悉所用集成电路的引线位置及各引线用途。

4 熟悉TTL门电路逻辑功能的测试。

5 了解数字逻辑综合实验装置的有关功能和使用方法。

实验目的

1 熟悉数字逻辑实验装置的有关功能和使用方法。

2 熟悉双踪示波器的有关功能和使用方法。

3 掌握门电路的逻辑功能，熟悉其外形和外引线排列。

4 学习门电路的测试方法。

实验仪器

1 综合实验装置 一套

2 数字万用表 一块

3 双踪示波器 一台

4 器件

74LS00 二输入端四与非门 2片

74LS20 四输入端双与非门 1片

74LS86 两输入端四异或门 1片

74LS04 六反相器 1片

实验原理说明

数字电路主要研究电路的输出与输入之间的逻辑关系，这种逻辑关系是由门电路的组合来实现的。门电路是数字电路的基本单元电路。门电路的输出有三种类型：图腾柱输出（一般TTL门电路）、集电极开路（OC门）输出和三态（3S）输出。它们的类型、逻辑式、逻辑符号与参考型号见表1-0。门电路的输入与输出量均为1和0两种逻辑状态。我们在实验中可以用乒乓开关的两种位置表示输入1和0两种状态，当输入端为高电平时，相应的输入端处于1位置，当输入端为低电平时，相应的输入端处于0位置。我们也可以用发光二极管的两种状态表示输出1和0两种状态，当输出端为高电平时，相应的发光二极管亮，当输出端为低电平时，相应的发光二极管不亮。我们还可以用数字万用表直接测量输出端的电压值，当电压值为3.6V左右时为高电平，表示1状态；当电压值为0.3V以下时为低电平，表示0状态。在实验中，我们可以通过测试门电路输入与输出的逻辑关系，分析和验证门电路的逻辑功能。我们实验中的集成电路芯片主要以TTL集成电路为主。表1-0 门电路的逻辑功能

类型 逻辑式 逻辑符号 参考型号

与门 Y=A·B &ABY 7408 7409(OC)

7411 7415(OC)

7421

或门 Y=A+B ABY1≥

7432

缓冲器 无放大作用

Y=A AY1 4050

有放大作用 AY 4017(OC)

非门（反相器） 无放大作用

Y=A AY1 7404

7405（OC）

有放大作用 AY 7406（OC）

与非门 Y=BA &ABY 7400 7403(OC)

7410 7412(OC)

7420 7422(OC)

或非门 Y=BA ABY1≥

7402

7427（OC）

与或非门 Y=2BB121AA &1A1BY2A2B1&≥

7451

异或门 Y=A⊕B

=AB+AB ABY=1 7486

OC门 以与非门为例

Y=BA &ABY 7403（OC）

三态门

（3S门） EN=1时，Y=A

EN=0时，Y=高阻态 AENY74126

7 EN=1时，Y=A

EN=0时，Y=高阻态 AENY74125

传输门 C=1，TG通

C=0，TG断

CCViVo

TTL门电路是集成逻辑电路的一种，是晶体管——晶体管逻辑门电路的简称。它具有参数稳定，工作可靠，开关速度高等优点。实验中的集成电路芯片主要以TTL集成电路为主。

1 基本门电路有与门、或门和非门。

与门的逻辑功能是：有0出0，全1出1。其逻辑表达式为Y=AB。常见的与门有：74LS08（四2输入与门）、74LS09（四2输入与门——OC门）、74LS11（三3输入与门）、74LS15（三3输入与门——OC门）、74LS21（双4输入与门）。

或门的逻辑功能是：有1出1，全0出0。其逻辑表达式为Y=A+B。常见的或门有：74LS32（四2输入或门）。

非门的逻辑功能是：入1出0，入0出1。其逻辑表达式为Y=A。

常见的非门有：74LS04（六反相器）、74LS05（六反相器——OC门）。

2 与非门是由与门和非门有机组合而成的，它的逻辑功能是有0出1，全1出0。其逻辑表达式为Y=AB。常见的与非门有：74LS00（四2输入与非门）、74LS03（四2输入与非门——OC门）、74LS10（三3输入与非门）、74LS12（三3输入与非门——OC门）、74LS20（双4输入与非门）、74LS22（双4输入与非门——OC门）、74LS30（8输入与非门）。

或非门是由或门和非门有机组合而成的，它的逻辑功能是有1出0，全0出1。其逻辑表达式为Y=BA。常见的或非门有：74LS02（四2输入或非门）、74LS27（三3输入或非门）。

3 异或门的逻辑功能是：两输入端相异得1，相同得0。其逻辑表达式是Y=AB+AB=A⊕B。

常见的异或门有：74LS86（四2输入异或门）。

同或门的逻辑功能是：两输入端相同得1，相异得0。其逻辑表达式是：Y=AB+AB=A⊙B。

4 可以用一种逻辑门构成另一种逻辑门，例如，用与非门构成与门、或门等。如图1-1所示。

图1-1 用与非门构成或门逻辑图 &AY&B&BA1213451131098

8 5 门电路可以作为控制门。以图1-2所示的2输入与非门为例，用任一端A作为输入端，而另一端B为控制端。若B=1，则门打开，可以进行信息的传递，即Y=A；若B=0，门关闭，信息不能通过，Y=1。

（a）逻辑图 （b）波形图

图1-2 控制门

实验内容及步骤

选择实验用的集成电路，将被测器件插入搭试板上的14芯插座中，并按下锁紧开关。用导线将器件的14引脚与搭试板上的+5V电源相连，器件的第7引脚与搭试板上的GND相连，然后选择公共板上开关作为输入信号，发光二极管作为输出信号，按自己设计的实验接线图接好连线。特别注意VCC及GND不能接错。实验中改动接线须先断开电源，接好线后再通电实验。

1 与非门和异或门逻辑功能的测试。

(1) 74LS20双4输入与非门逻辑功能测试

(2) 74LS86四2输入异或门逻辑功能测试

2 根据电路图写出逻辑关系表达式。

(1)用74LS00按图1-3，1-4接线，将输入输出逻辑关系分别填入表1-1、表1-2中。

(2)写出下面图1-3，1-4两个电路逻辑表达式。

表1-1

图1-3 表1-2

输入 输出

A B Y

0 0

0 1

1 0

1 1

输入 输出

A B Y Z

0 0

0 1

1 0

1 1 &9108&121311Z6&45&123Y&A123BAAY=B=11B=00Y=11B&AY1&A23&B456&9108&121311&123Y

9 图1-4

3 利用与非门控制输出。

用一片74LS00按图1-5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。

图1-5

4 用与非门组成其它门电路并测试验证。

(1) 组成或非门

a. 用一片2输入端四与非门组成或非门

Y=BA=BA=BA

b. 画出电路图

c. 测试并填表1-3

表1-3

输入 输出

A B Y

0 0

0 1

1 0

1 1

(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1-4

表1-4

A B

Y

0 0

0 1

1 0

1 1

5 逻辑门传输延迟时间的测量。

用六反相器（非门）按图1-6接线，输入200KHz连续脉冲，用双踪示波器测量输入、输出相位差，计算每个门的平均传输延迟时间的pdt 值。

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