第二章门电路
一、内容提要
本章系统地讲述了数字电路的基本逻辑单元——门电路。
由于门电路中的二极管和三极管经常工作在开关状态，所以首先介绍了它们在开关状态下的工作特性。然后，重点讨论了目前广泛使用的TTL门电路和CMOS门电路。对于每一种门电路，除了讲解它们的工作原理和逻辑功能以外，还着重介绍了它们作为电子器件的电气特性，特别是输入特性和输出特性，以便为实际使用这些器件打下必要的基础。
二、重点难点
虽然这一章讨论的只是门电路的外特性，但无论集成电路内部电路多么复杂，只要它们和这一章所讲的门电路具有相同的输入、输出电路结构，则这里对输入、输出特性的分析对它们也同样适用。因此，这一章是全书对电路进行分析的基础。
本章的重点内容包括以下三个方面:
1、半导体二极管和三极管(包括双极型和MOS型)开关状态下的等效电路和外特性;
2、TTL电路的外特性及其应用;
3、CMOS电路的外特性及应用。
为了正确理解和运用这些外特性，需要了解TTL电路和CMOS电路的输入电路和输出电路结构及它们的工作原理。内部的电路结构不是重点内容。鉴于CMOS电路在数字集成电路中所占的比重已远远超过了TTL电路，建议在讲授时适当加大CMOS电路的比重，并相应压缩TTL电路的内容。
TTL电路的外特性是本章的一个难点，同时也是一个重点。尤其是输入端采用多发射极三极管结构时，对输入特性的全面分析比较复杂。从实用的角度出发，只要弄清输入为高/低电平时输入电流的实际方向和数值的近似计算就可以了。
三、习题精解
知识点:三极管饱和、截止的分析判断。
例2．1 电路如图2.1所示。求使三极管截止的v imax ；保证三极管饱和的v imin ，已知三极管β＝30，V BE ＝0．7V ，V CES ＝0．3V 。
解 三极管的开关条件分别为：V BE ≤0，三极管截止，I B ≥I BS 三极管饱和导通。
当三极管截止时，其等效电路如图2.2（a ）所示。I B
＝0，则
01010
22
1≤-++=
R R R v V i BE
图2.1
图2.2 即
010*******≤-ΩΩ
+Ω+V k k k V
v i
解得 v i ≤2V 即 v imax ≤2V
当三极管饱和导通时，其等效电路如图2.2(b)所示。
2110
7.0R V R v I BE i B +-
-=
C
CES CC BS R V V I β-=
BS B I I ≥
C
CES
CC i R V V R V R v β-≥
+--21)107.0(7.0 解得 v i ≥3.62V 即 v imin =3.62 V
知识点：二极管构成逻辑门电路分析
例2．2 电路如图2．3所示，写出输出的表达式。
图2.3
解：对图2．3(a)，该电路由两级逻辑门构成，第一级是与门，输出逻辑关系为D=AB ；第二级是或门，输出逻辑关系为 L 1=AB+C
对图2．3 (b) 该电路是只有—个输入端的逻辑电路。当输入端A 为低电平时，T l 发射结导通，V B1＜2．1V ，D 、T 2截止，L 2输出高电平；当输入端A 为高电平时，T l 发射结不通， V cc 通过的集电结足以使D 、T 2导通，L 2输出低电平。由以上分析可得：
A L =2
知识点：TTL 与非门输入端属于逻辑0输入接法的分析
例2．3 为什么说TTL 与非门的输入端在以下4种接法都属于逻辑0输入：(1)输入端接地；(2)输入端接低于0．8V 的电源；(3)输入端接同类与非门的输出低电平
0．3V ；(4)输入端通过200Ω的电阻接地。
解： TTL 与非门的输入端接地、接低于0．8V 的电源、接同类与非门的输出低电压0．3V 时，输入电压均低于其关门电平V OFF (V OFF 约为1．3V)，因此门的输出电压均高于其输出高电平的最小值V OH(min)( V OH(min =2.4V)，都属于高电平，所以以上三种输入的接法均属于逻辑0输入。
当输入端通过200Ω的电阻接地时，分析见图解2．4。由电路分析得：
V V R R R V CC b i 2.0)7.05(4
2.02
.0)7.0(1≈-+=-+=
由此可见，输入电压低于关门电平，所以此种输入的接法也属于逻辑0输入。 图2.4
知识点：TTL 门电路选择及输入端接法常见错误分析 例2．4 改正图2.5中TTL 电路的错误。
图2.5
解 图2.5（a ）中，因为TTL 与非门不能“线与”，所以应改为OC 门。
图2.5（b ）中，由TTL 与非门的输入特性可知，当输入端接小电阻(R i ＜1．4k Ω时)，相当于输入端接低电平，故应将100Ω改为4．7k Ω或5．1k Ω。
图2.5（c ）中，因电路不满足所给的逻辑表达式，故应将接电源V CC 改为接地。 知识点：TTL 三态与非门与TTL 普通与非门的特性 例2．5 在图2．6中G 1为TTL 三态与非门，G 2为TTL 普通与非门，电压表内阻为100k Ω。试求下列4种情况下的电压表读数和G 2输出电压V 0值。
(1) B ＝0．3V ，开关K 打开； (2) B ＝0．3V ，开关K 闭合； (3) B=3．6V ，开关K 打开； (4) B ＝3．6V ，开关K 闭合。 图2.6
解 (1)当B ＝0．3V ，三态与非门处于工作状态，电压表读数为3.6V ；开关K 打开，G 2门输入端悬空相当于输入高电平，输出电压为V 0＝0．3V 。
(2)B ＝0．3V ，三态与非门处于工作状态，电压表读数为3．6V ；开关K 闭合，G 2门输入高电平，输出电压为V 0＝0．3V 。
(3)B ＝3．6V ，三态与非门处于高阻态，又知开关K 打开，可见电压表读数为0V ；G 2
门输入端悬空相当于输入高电平，输出电压V 0＝0．3V 。
(4)B ＝3．6V ，三态与非门处于高阻态，又知开关K 闭合，此时G 2门输入端的情况如例2．3中图解2．4所示。其输入电压为
V V i 1.4)7.05(100
4100
≈-+=
显然G 2门输入高电平，使得输出电压V 0＝0．3V ，而G 2门中T l 的集电结和T 2，T 3的发射结这三个串联的PN 结导通，使得V B1＝2．1V ，因而电压表读数为V B1-0．7V ＝1．4 V 。
知识点：MOS 管构成反相器分析
例2．6 一个饱和型有源负载反相器，如图2.7（a ）所示。
(1)若V T1=V T2=2V ，R ON2=R ON1=10:1，V DD ＝10V ，问输出的高、低电平各是多少?
(2)若V 2改成PMOS 管(V P ＝-2V)组成反相器，如图2.7（b ）所示，问输出高、低电平各为多少?
解 (1)V V V R R R V DD ON ON ON OL 11011
1
211≈⨯=⨯+=
V V V V T D D O H 8)210(2=-=-= 图2.7
(2)根据反相器的工作原理有
V V OL 0≈
V V V DD OH 10=≈
知识点：MOS 管构成逻辑门分析
例2．7 分析图2.8电路的逻辑功能，并写逻辑表达式。
解 当A ＝0时V 2、V 4截止，V l 、V 3、V 5导通，所以v 0＝V OH ≈V DD ，F ＝l ，当A ＝1时，V 2、V 4导通，V l 、V 3、V 5截止，所以v 0＝V OL ≈0V ，因此该电路是一个反相器。逻辑表达式为：F ＝A 。
图2.8 知识点：逻辑门输出波形分析
例2．8 图2．9(a)所示电路中，分别输入图2．9(b)所示A 、B 、C 、D 波形，试对应画出各输出端波形。
解：首先要确定各逻辑门的逻辑功能，然后根据输入波形变化情况，分段画出各输出端波形。
写出各门电路输出端逻辑表达式为
,
1,21==Y A Y
,
,43D B Y ABC Y +==
D A D A Y CD AB Y +=+=65,
各门电路输出波形见图2．9(c)所示。
图2.9
知识点:逻辑门输入输出特性分析
例2.9 电路如图2.10(a)、(b)、(c)、(d)所示，试找出电路中的错误，并说明为什么。
图2.10
解 ：图(a)：电路中多余输入端接“1”是错误的，或门有一个输入为1，输出即为1。 图(b)：电路中多余输入端接“0”电平是错误的，与门输入有一个为0，输出即为0。。 图(c)：电路中两个与门输出端并接是错误的，会烧坏器件。因为当两个与非门的输出电平不相等时，两个门的输出级形成了低阻通道，使得电流过大，从而烧坏器件。
图(d)：电路中两OC 门输出端虽能并接，但它们没有外接电阻至电源，电路不会有任何输出电压，所以是错误的。
知识点: 增强型NMOS 管构成电路分析
例2.10 用增强型NMOS 管构成的电路如图2.11(a)所示。试写出F 的逻辑式；并用NMOS 管画出更加简化而逻辑功能不变的电路。
解： 解题时首先要分清哪些管子是负载管，哪些管子是开关管，只有在一个负载管的源极与开关管的漏极连接节点上才能输出倒相的逻辑函数。该题电路图中只有T 1是负载管，其余的都是开关管。在开关管中再看哪些是串接的，哪些是并接的。对于相互串接的开关管，它们栅极上所加的变量互为与逻辑；对于相互并接的开关管，它们栅极上所加的变量互为或逻辑。根据以上分析原则，可得函数 ()()D C B A AD AC B A F ++=++= 所得简化电路如图2.11(b)所示。
（a ）增强型NMOS 管构成的电路图 (b)简化后的NMOS 管构成的电路图
图2.11 电路图
四、自我测试题（共100分）
1、TTL 门电路如图，说明各电路的输出状态。 （每空3分）
2、CMOS 门电路如图所示，说明各电路的输出状态。 （每空3分）
3．TTL 三态门电路及符号如图,当输入变量A 、B 及E 的状态为已知时，说明输出Y 的状态。（每空3分）
A B
E
Y
E
4．请写出图中F1、F2和F3的逻辑表达式。（10分）
5．请画出实现如下函数的逻辑图。假设输入变量的原码和反码均可得到。并注意利用每个函数F的随意条件。（10分）
（a）用两个或非门实现：F1=⎺A⎺B⎺C+A⎺BD+⎺A⎺BC⎺D（∑d=ABC+A⎺B⎺D）
（b）用三个与非门实现：F2=（A+D）（⎺A+B）（⎺A+⎺C）
（c）用四个与非门实现：F3=⎺BD+⎺BC+ABCD（∑d=⎺ABD+A⎺B⎺C⎺D）
6．写出图中各电路输出F的逻辑表达式。（10分）
7．分别写出图中所示电路当X=0和X=1时输出F1和F2的表达式。（10分）
（a）（b）
8．分别写出图中各电路输出F1—F4的表达式，说明功能。（10分）
9．若已知上面题5各电路输入波形如图所示，试对应画出输出F1、F2的波形。（10分）
10．TTL反相器噪声容限示意图见图所示。请估算出输入分别为高电位和低电位时的噪声容限U NH和U NL的值。（10分）
自我测试题答案
1、TTL 门电路如图，说明各电路的输出状态。
2、CMOS 门电路如图所示，说明各电路的输出状态。
3、TTL 三态门电路及符号如图,当输入变量A 、B 及E 的状态为已知时，说明输出Y 的状态。
1
Vcc V IH
Y1=
Y2=
V IH
10Y3=
V IL
10K
Y4=
1
Vcc V IH V IL Vcc
Y2=
V IH
V IH
10K
Y1=
1
V IL Y4=Y3=V IH
10K 01
A B
E
Y
E
1：A=0、B=1、E=0时，Y= 2：A=1、B=1、E=1时，Y= 高阻态
1
F1=A F2=AB F3=A+B
5、解：
本题应将各个表达式化为对应的逻辑函数形式，然后用对应的门电路来实现。
（a）中应将F1化成或非形式，方法是：先求反函数F1的最简与或式，再反一次，再加两道反，其中一道反保留，一道反用摩根定理。
（b）、（c）中应将F2、F3化成与非形式，方法是：先求F2的最简与或表达式，再加两道反，其中一道反保留，一道反用摩根定理。
6、解：
F1=A+B F2=A B
F3=AB=0⊕AB F4=ABC D =ABC+D
F 1= A （X=0）、F 1=B （X=1）； F 2= AB （X=0）、F 2= AC （X=1） 8、解：
9、解：
10、解：
U NH =U OH(min) -U IH(min)=2.4-2=0.4V U NL =U OL(max) -U IL(max)=0.8-0.4=0.4V
课后习题答案 [题2-1]解：
图p2-1(a)：V v I 7.0-<时，二极管D 导通，否则D 截止。输出信号1O v 波形如图D2-1(a)所示。
图p2-1 (b)：V v I 7.0>时，二极管D 导通，否则D 截止。输出信号2O v 波形如图D2-1(b)
图p2-1 (c)：V v I 7.3-<时，二极管D 导通，否则D 截止。输出信号3O v 波形如图D2-1(c)所示。
图p2-1 (d)：V v I 7.3>时，二极管D 2导通，V v I 7.2-<时，D 1导通，V v V I 7.37.2<<-时， D 1、D 2截止。输出信号4O v 波形如图D2-1(d)所示。
图D2-1
[题2-2]解：
图p2-1(a)：设三极管导通，mA i B 14.080
7
.012=-=
,
(a)
(b)
(c)
(d)
mA i C 2.414.030=⨯=而mA I CS 8.75
.13
.012=-=
, 所以三极管处于导通状态，V v O 7.55.12.412=⨯-= 图p2-1(b)：因为0
.012=-=
, mA i C 4.828.030=⨯=，而mA I CS
8.75
.13.012=-=,
所以三极管处于饱和状态，V v v CES O 3.0== [题2-3]解：
当TN G S I V v v <=时，TN U 为N 沟道增强型MOS 管的开启电压，此时处于截止状态，此时漏极D 和源极S 之间未形成有效的N 型导电通道， 0=D i ，这个状态为截止状态, D 、S 之间就如同一个断开的开关。
当V V v v TN G S I 2=≥=时，此时处于导通状态。
导通状态时，D 、S 之间形成N 型导电沟道，当GS V 一定时，D 、S 间可近似等效为线性电阻，这个电阻称为导通电阻ON R ，在D 、S 极之间就如同一个导通电阻为ON R 的闭合开关。 截止状态时，漏极D 和源极S 之间未形成有效的N 型导电通道， 0=D i ，这个状态为截止状态, D 、S 之间就如同一个断开的开关。 [题2-4]解：
C B A Y ABC Y ++==21,
输出波形如图D2-2所示。 B
A
C 1Y
2
Y
图D2-2
[题2-5]解：
(1)C 点电压为0.3V ，Y 点电压为1V (2) C 点电压为9.3V ，Y 点电压为10V (3) C 点电压为3.72V ，Y 点电压为4.42V (4) C 点电压为0.3V ，Y 点电压为1V
(5) C 点电压为2.325V ，Y 点电压为3.025V [题2-6]解：
当V v V v V v O O I 10,10,021=== 当V v V v V v O O I 0,48.05
.0105
.010,1021==+⨯
==
当输入电压从低电平0V 变到高电平10V 时，CMOS 反相器输出电压变化幅度为10V ，而NMOS 反相器变化幅度为9.52V ，CMOS 反相器的变化幅度大于NMOS 管反相器变化幅度。 [题2-7]解：
当电路为CMOS 电路
11=Y ,A Y =2,13=Y ,14=Y ,A Y =5,06=Y ,A Y =7,A Y =8,A Y =9,A Y =10,A Y =11,A Y =12
当电路为TTL 电路
11=Y ,A Y =2,A Y =3,14=Y ,A Y =5,06=Y ,07=Y ,A Y =8,A Y =9,A Y =10,
A Y =11,A Y =12
[题2-8]解：
只有TTL 电路OC 门、TTL 电路三态门、漏极开路的CMOS 门、CMOS 电路三态门输出端可以并联使用
[题2-9]解：
CMOS 电路图如图D2-3所示。
图D2-3
[题2-10]解：
(a)、(b)、(d)不能正常工作。
CD AB Y ⋅=3,EN B EN Y +⋅=5
[题2-11]解：
波形图如图D2-4
所示
F
A B 1Y 1
2Y 3Y 14
Y 1
5Y 6
Y
图D2-4
[题2-12]解：
⎩
⎨⎧==+=10,1EN EN B A AB Y 高阻，
⎩⎨⎧==+=10
,2C C B A Y 开）未知，（双向传输门断
[题2-13]解：
只有图(a)、图(c)接法正确。
A Y =1,
B A Y +=3,B A Y +='3
[题2-14]解： (1)0V (2)1.4V (3)1.4V
(4)设TTL 输入管基极电阻为Ωk 8.2，V 15.01.01
.08.27
.05=⋅+-
(5)1.4V
[题2-15]解：
(1)G1的拉电流＝A μ350 灌电流＝mA 62.15=⨯ (2)143
.06.156<--<
R
Ω<<Ωk R k 52.022.0
(3)不能，因为驱动电流不够。 [题2-16]解：
IH
OH OH CC C IL
OL OL CC mkI nI V V R I m I V V +-<
<--(min)(max)
所以
05
.0233.034
.256.13124.05⨯⨯+⨯-<<⨯--C R
Ω<<Ωk R k C 167.2638.0
[题2-17]解：
C A EN C EN Y +=1,B A EN Y +=2
[题2-18]解：
TTL 门电路输入级由多发射极三极管等电路构成，三极管是电流控制元件，允许输入端悬空，
此时相当于在输入端加了一个无限大的电阻。
CMOS 门电路具有很高的输入阻抗，很容易因感应静电而被击穿，所以不允许输入端悬空。 [题2-19]解：
各电路为TTL 电路：图(a)、(b)、(c)均有错误，改正电路如图D2-5(a)、(b)、(c)。
各电路为CMOS 电路：图(a)、(b)、(c)均有错误，改正电路如图D2-5(a ’)、(b ’
)、(c ’)。
图D2-5
[题2-20]解：
C B C A B Y +=1 C A B Y +=2
)(3B A CB Y ⊕=
输出波形图如图D2-6所示。
图D2-6
(c)
(a ’)
B
A Y ⋅=1(b ’)
Y =2(c’)
(a)
B
A Y ⋅=1(b)
CD
AB Y +=
2
AB
A
B C
1Y 2Y 3Y
《数字电子技术基础》课程学习指导资料 编写贾绍芝 适用专业：电气工程及其自动化 适用层次：专升本（业余） 四川大学网络教育学院 二零零三年十一月
《数字电子技术基础》课程学习指导资料 编写：贾绍芝 审稿（签字）： 审批（主管教学负责人签字）： 本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《电子技术基础—数字部分第四版》（康华光主编，高等教育出版社，2000年）以及课程学习光盘，并结合远程网络业余教育的教学特点和教学规律进行编写，适用于电气工程及其自动化专科升本科学生。 第一部分课程的学习目的及总体要求 一、课程的学习目的 通过本课程的学习，使学生掌握数字电子技术的基础理论，掌握各类元件的特点及应用，培养学生应用数字电路元件和常用集成器件设计组合电路和时序逻辑电路的能力，同时掌握振荡器和模/数及数/模转换器的应用知识。 二、本课程的总体要求 1.基本要求： 学生应在具备电工原理的基础知识和模拟电路基本概念的前提下，掌握模拟电路与数字电路的区别；掌握数制的概念和转换方法；掌握组合逻辑电路的基本特点与设计方法及典型组合电路的工作原理与分析方法；掌握时序逻辑电路的基本特点与设计方法及典型时序电路的工作原理与分析方法；掌握常用数字电路的的特点与使用方法并完成课程设计的有关内容与要求。 2.技能要求： 1)元器件的识别； 2)电子线路的焊接； 3)电路的调试与故障的分析和排除； 4)原理图的设计与绘制。 3.素质要求：
培养良好的分析问题和解决问题的能力，能综合运用所学内容独立完成课程设计，善于归纳总结，具有创新意识。 第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析 第一章数字逻辑基础 1.本章学习要求 1)应熟悉的内容 数字电子技术的发展与应用；数字系统的基本概念；一些常用术语或定义二值数字逻辑、逻辑电平、脉冲波形和数字波形等。建立逻辑问题的描述的概念。 2)应掌握的内容 理解“基数”、“权”的概念；各种代码的特点。初步建立逻辑变量与逻辑函数和与、或、非三种基本逻辑运算的概念。 3)应熟练掌握的内容 各种代码和各种数制之间的转换。 2. 本章重点难点分析 重点：各种代码与各种数制之间的转换。 难点：数与码的概念；逻辑问题的描述。 3. 本章典型例题： 例1：选择题 1）三位二进制数码可以表示的状态是（）。 A. 2 B. 4 C. 6 D. 8 答案：D 2）十进制数25转换为二进制数为（）。 A. 110001 B. 10111 C. 10011 D. 11001答案：D 3) BCD代码为（100011000100）表示的数为(594)10，则该BCD代码为（）。 A. 8421BCD码 B.余3 BCD码 C. 5421BCD码 D. 2421BCD码答案：C
第二章门电路 一、内容提要 本章系统地讲述了数字电路的基本逻辑单元——门电路。 由于门电路中的二极管和三极管经常工作在开关状态，所以首先介绍了它们在开关状态下的工作特性。然后，重点讨论了目前广泛使用的TTL门电路和CMOS门电路。对于每一种门电路，除了讲解它们的工作原理和逻辑功能以外，还着重介绍了它们作为电子器件的电气特性，特别是输入特性和输出特性，以便为实际使用这些器件打下必要的基础。 二、重点难点 虽然这一章讨论的只是门电路的外特性，但无论集成电路内部电路多么复杂，只要它们和这一章所讲的门电路具有相同的输入、输出电路结构，则这里对输入、输出特性的分析对它们也同样适用。因此，这一章是全书对电路进行分析的基础。 本章的重点内容包括以下三个方面: 1、半导体二极管和三极管(包括双极型和MOS型)开关状态下的等效电路和外特性; 2、TTL电路的外特性及其应用; 3、CMOS电路的外特性及应用。 为了正确理解和运用这些外特性，需要了解TTL电路和CMOS电路的输入电路和输出电路结构及它们的工作原理。内部的电路结构不是重点内容。鉴于CMOS电路在数字集成电路中所占的比重已远远超过了TTL电路，建议在讲授时适当加大CMOS电路的比重，并相应压缩TTL电路的内容。 TTL电路的外特性是本章的一个难点，同时也是一个重点。尤其是输入端采用多发射极三极管结构时，对输入特性的全面分析比较复杂。从实用的角度出发，只要弄清输入为高/低电平时输入电流的实际方向和数值的近似计算就可以了。
三、习题精解 知识点:三极管饱和、截止的分析判断。 例2．1 电路如图2.1所示。求使三极管截止的v imax ；保证三极管饱和的v imin ，已知三极管β＝30，V BE ＝0．7V ，V CES ＝0．3V 。 解 三极管的开关条件分别为：V BE ≤0，三极管截止，I B ≥I BS 三极管饱和导通。 当三极管截止时，其等效电路如图2.2（a ）所示。I B ＝0，则 01010 22 1≤-++= R R R v V i BE 图2.1 图2.2 即 010*******≤-ΩΩ +Ω+V k k k V v i 解得 v i ≤2V 即 v imax ≤2V 当三极管饱和导通时，其等效电路如图2.2(b)所示。 2110 7.0R V R v I BE i B +- -= C CES CC BS R V V I β-= BS B I I ≥ C CES CC i R V V R V R v β-≥ +--21)107.0(7.0 解得 v i ≥3.62V 即 v imin =3.62 V 知识点：二极管构成逻辑门电路分析 例2．2 电路如图2．3所示，写出输出的表达式。
第2章逻辑代数基础 一、学习目的 逻辑代数是分析和研究数字逻辑电路的基本工具。通过本章的学习要掌握逻辑代数的各种表示 二、内容概要 本章在介绍基本逻辑运算和常用的导出运算后， 三、学习指导 本章重点： 本章难点： 方法提示 2、1概述 理解逻辑值
理解逻辑体制的含义。 逻辑代数又称为布尔代数。它是由英国数学家乔治·布尔于19世纪中叶首先提出并用于描述客观事物逻辑关系的数学方法，后来将其应用于继电器开关电路的分析和设计上，从而形成了二值开关代数。之后便更为广泛地被用于数字逻辑电路和数字系统中，成为逻辑电路分析和设计的有力工具，这就是现在的逻辑代数。 逻辑代数与普通代数相似之处在于它们都是用字母表示变量，用代数式描述客观事物间的关系。但不同的是，逻辑代数是描述客观事物间的逻辑关系，逻辑函数表达式中的逻辑变量的取值和逻辑函数值都只有两个值，即0和1。这两个值不具有数量大小的意义，仅表示客观事物的两种相反的状态，如开关的闭合与断开；晶体管的饱和导通与截止；电位的高与低；真与假等。因此，逻辑代数有其自身独立的规律和运算法则，而不同于普通代数。 数字电路在早期又称为开关电路，因为它主要是由一系列开关元件组成，具有相反的二状态特征，所以特别适于用逻辑代数来进行分析和研究，这就是逻辑代数广泛应用于数字电路的原因。本章主要介绍逻辑代数的基本运算、基本定律和基本运算规则，然后介绍逻辑函数的表示方法及逻辑函数的代数化简法和卡诺图化简法。 2、2 逻辑函数及其表示方法 掌握逻辑代数的常用运算。 理解并初步掌握逻辑函数的的建立和化简方 掌握真值表、 一、基本逻辑函数及运算 基本的逻辑关系有与逻辑、或逻辑和非逻辑三种。与之对应的逻辑运算为与运算(逻辑乘)、或运算(逻
数字电路实验指导书 计算机系用 计算机系硬件实验室
实验一逻辑门电路的研究 一、实验目的： 1．分析“门”的逻辑功能。 2．分析“门”的控制功能。 3．熟悉门电路的逻辑交换及其功能的测试方法。 二、实验使用仪器和器件： 1．数字逻辑电路学习机一台。 2．万用表一块。 三、实验内容和步骤： 1．TTL集成门逻辑功能的测试： ⑴“与非门”逻辑功能的测试： 在学习机上插入74LS10芯片，任选一个三输入端“与非门”按表1完成逻辑功能的测试（输入“1”态可悬空或接5V，“0”态接地）。 表1 ⑵用“与或非”门实现Z=AB+C的逻辑功能： 在学习机上插入74LS54芯片，做Z=AB+C逻辑功能的测试，完成表2的功能测试并记录。
表2 注意：测试前应将与或非门不用的与门组做适当处理。 2．“门”控制功能的测试： ⑴“与非”门控制功能的测试： 按图1接线，设A 为信号输入端，输入单脉冲，B 为控制端接控制逻辑电平“0”或“1”。输出端Z 接发光二极管（LED ）进行状态显示，高电平时亮。按表3进行测试，总结“封门”“开门”的规律。 图1 “与非门”控制功能测试电路 表3 ⑵用“与非门”组成下列电路，并测试它们的功能
“或”门：Z=A+B “与”门：Z=AB “或非”门：Z=A+B “与或”门：Z=AB+CD 要求：画出电路图和测试记录表格，并完成逻辑功能的测试，总结控制功能的规律。 四、预习要求： 要求认真阅读实验指导书并完成要求自拟的实验电路和测试记录表格，本实验属于一般验证性实验，学生应对所有测试表的结果可预先填好，实验时只做验证，且可做到胸中有数，防止盲目性，增加自觉性。 五、实验报告要求： 总结“与非”、“与”、“或”、“或非”门的控制功能。 六、思考题： 1．为什么TTL与非门的输入端悬空则相当于输入逻辑“1”电平，CMOS与非门能否这样处理？ 2．与或非门不用的与门组如何处理？
复习指导/知识点总要求 三种不同层次的学习要求： •掌握：能熟练运用知识、方法來解决较复朵问题。 •理解：能运用知识和方法來解决简单问题。 •了解：能准确记忆并复述知识。 第一章 1、［掌握］公式法化简和表达式转换。（牢记常用公式） 2、［掌握］图形法化简。（卡诺图，约束项的处理） 3、［掌握］各种逻辑函数的表示方法及其转换。（表达式、真值表、卡诺图、逻辑电路图、波形图） 4、［掌握］各种逻辑门的符号。 5、［了解］正、负逻辑的概念；［掌握］最小项、基本和常用逻辑运算、五种最简表达式的概念。 6、［理解］逻辑等式屮的反演规则。 第二章 1、［掌握JCMOS和TTL门电路输入端在悬空、接大电阻、小电阻的情况下，分别如何处理（输入负载特性）。 2、［理解］临界饱和电流的计算，［理解］TTL三极管在电路屮工作状态的判断方法（通过分析计算），［了解］其在数字电路中的一般工作状态。 3、［理解］OC门、OD门的特点及使用方法。 4、［了解］灌屯流、拉电流、输入端短路屯流、噪声容限、扇出系统等常见概念。 第三章 1、［理解］ROM的容量与输入引脚个数（地址线、数据线）的关系。 2、［掌握］组合电路的分析方法。（包括基木门电路构成、MSI构成的电路） 3、［掌握］组合电路的设计方法。（包括基本门电路构成、MSI构成的电路。可以使用降维法） 4、［理解］编码器、加法器（包括半加器和全加器）、比较器、分配器、选择器、抢答器、多联开关、多数表决器等常见器件的功能、分类及其逻辑表达式。 5、［掌握］数码管显示数码的原理（七段码），共阴共阳的概念。
6、［掌握］选择器和译码器的用法。能熟练使用选择器和译码器等MSI进行组合电路设计。（74LS153、74LS15K 74LS138、74LS139） 7、［了解］竞争冒险的产生原因，［掌握］竞争冒险的判断方法，［掌握］通过增加兀余项消除竞争冒险的方法。 8、［掌握］译码器的级联扩展方法。 第四章 1、［掌握］不同类型触发器的功能，特性方程，符号。［理解］它们的相互转换方法。 2、［掌握］JK、D型触发器的驱动表。 3、［掌握］边沿触发器（JK、D）的波形图（时序图）画法。 4、［掌握］触发器逻辑功能表示方法Z间的转换。 5、［了解］基本概念，女口：现态，次态等。 第五章 1、［了解］时序电路的分类 2、［理解］三种不同类型（环形、扭环形、最大长度）移位寄存器型计数器的特点（有效状态循环，各自的计数长度）。 3、［了解］计数器的功能及分类。［理解］等价状态的概念与判断。 4、［了解］寄存器的功能 5、［掌握］同步时序电路的分析方法（JK触发器或D触发器）。（求驱动方程、输出方程、状态方程、状态图、状态表、波形图、能否自启动等等。） 6、［掌握］同步时序电路的设计方法（用JK触发器或D触发器）。可使用激励表法（驱动表法）。 7、［理解］异步吋序电路的分析方法。 8、［理解］界步时序电路的设计方法。 9、［掌握］用集成计数器构成任意进制（N进制）计数器的方法（包括清零法、置数法，以及级联构成更大计数长度的计数器的方法）。（74161、74163、74164） 10、［理解］修改自启动的方法。 11、［了解］顺序脉冲发生器、PLD、RAM的相关知识。 12、［理解］序列信号发生器的分析与设计方法。 第八早
深圳大学实验报告实验课程名称：数字逻辑与数字系统实验项目名称：门电路逻辑功能及测试学院：计算机与软件学院 报告人：陈文强学号：班级：6班 同组人：陈亚伟 指导教师：俞航老师 实验时间：2013-10-12 实验报告提交时间：2013-10-13
一、实验目的与要求 熟悉门电路逻辑功能，并掌握常用的逻辑电路功能测试方法。 熟悉RXS-1B数字电路实验箱。 二、方法、步骤 1.实验仪器及材料 1)RXS-1B数字电路实验箱 2)万用表 3)器件 74LS00四2输入与非门1片 74LS86四2输入异或门1片 2.预习要求 1)阅读数字电子技术实验指南，懂得数字电子技术实验要求和实验方法。 2)复习门电路工作原理及相应逻辑表达式。 3)熟悉所用集成电路的外引线排列图，了解各引出脚的功能。 4)学习RXB-1B数字电路实验箱使用方法。 3.说明 用以实现基本逻辑关系的电子电路通称为门电路。常用的门电路在逻辑功能上有非门、与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等几种。 非逻辑关系：Y=A 与逻辑关系：Y=A B + 或逻辑关系：Y=A B 与非逻辑关系：Y=A B + 或非逻辑关系：Y=A B + 与或非逻辑关系：Y=A B C D ⊕ 异或逻辑关系：Y=A B 三、实验过程及内容 任务一：异或门逻辑功能测试 集成电路74LS86是一片四2输入异或门电路，逻辑关系式为1Y=1A⊕1B，2Y=2A⊕2B，3Y=3A⊕3B，4Y=4A⊕4B，其外引线排列图如图1.3.1所示。它
的1、2、4、5、9、10、12、13号引脚为输入端1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B，3、6、8、11号引脚为输出端1Y、2Y、3Y、4Y，7号引脚为地，14号引脚为电源+5V。 （1）将一片四2输入异或门芯片74LS86插入RXB-1B数字电路实验箱的任意14引脚的IC空插座中。 （2）按图1.3.2接线测试其逻辑功能。芯片74LS86的输入端1、2、4、5号引脚分别接至数字电路实验箱的任意4个电平开关的插孔，输出端3、6、8分别接至数字电路实验箱的电平显示器的任意3个发光二极管的插孔。14号引脚+5V 接至数字电路实验箱的+5V电源的“+5V”插孔，7号引脚接至数字电路实验箱的+5V电源的“⊥”插孔。 （3）将电平开关按表1.3.1设置，观察输出端A、B、Y所连接的电平显示器的发光二极管的状态，测量输出端Y的电压值。发光二极管亮表示输出为高电平（H），发光二极管不亮表示输出为低电平（L）。把实验结果填入表1.3.1中。 图1.3.1四2输入异或门74LS86外引线排列图 图1.3.2异或门逻辑功能测试连接图
计算机组成原理实验指导书 （数字电路）
实验一逻辑门电路的逻辑功能及测试------------------------------3 实验二译码器及应用--------------------------------------------6
实验一逻辑门电路的逻辑功能及测试 一．实验目的 1. 熟悉门电路的逻辑功能、逻辑表达式、逻辑符号、等效逻辑图。 2. 掌握数字电路逻辑仿真软件DSCH使用方法。 二、实验仪器及材料 1. 台式计算机（笔记本计算机） 2. DSCH软件 三．预习要求和思考题： 1．预习要求： 1）复习门电路工作原理及相应逻辑表达式。 2）常用TTL门电路和CMOS门电路的功能、特点。 3）三态门的功能特点。 4）用DSCH软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2．思考题 用与非门实现其他逻辑功能的方法步骤是什么？ 四．实验原理 门电路是最基本的逻辑元件，它能实现最基本的逻辑功能，即其输入与输出之间存在一定的逻辑关系。 1、图1-1 为DSCH软件基本元件图，测试中使用的元器件，均来自该 元件库。 2、图1—2分别为基本门电路各逻辑功能的测试方法。 DSCH 仿真电路如图所示
3、图1－3是为了理解TTL 逻辑门电路多余端的处理方法。 4、图1－4为三态门逻辑功能测试。 5、图1－5为利用与非门控制输出 五.实验内容及步骤 选择实验用的仿真基本电路，按自己设计的实验接线图接好连线 1.门电路的功能测试。 将与门、或门、与非门和或非门分别按图1-2连线：输入端Ａ、Ｂ接逻辑开关，输入端Ｙ接发光二极管，改变输入状态的高低电平，观察二极管的亮灭，并将输出状态填入表1-1中： 图 1.5
数字电路实验指导书 h 第一章单元实验 实验一逻辑门电路的研究 一、实验目的： 1．分析“门”的逻辑功能。 2．分析“门”的控制功能。 3．熟悉门电路的逻辑交换及其功能的测试方法。 二、实验使用仪器和器件： 1．数字逻辑电路学习机一台。 2．万用表一块。 三、实验内容和步骤： 1．TTL集成门逻辑功能的测试： ⑴“与非门”逻辑功能的测试： 在学习机上插入74LS10芯片，任选一个三输入端“与非门”按表1完成逻辑功能的测试（输入“1”态可悬空或接5V，“0”态接地）。 表1
⑴用“与或非”门实现Z=AB+C的逻辑功能： 在学习机上插入74LS54芯片，做Z=AB+C逻辑功能的测试，完成表2的功能测试并记录。 h h h 表2 注意：测试前应将与或非门不用的与门组做适当处理。2．“门”控制功能的测试：⑴“与非”门控制功能的测试： 按图1接线，设A 为信号输入端，输入单脉冲，B 为控制端接控制逻辑电平“0”或“1”。输出端Z 接发光二极管（LED ）进行状态显示，高电平时亮。按表3进行测试，总结“封门”“开门”的规律。 图1 “与非门”控制功能测试电路 表3 h
⑴用“与非门”组成下列电路，并测试它们的功能 “或”门：Z=A+B “与”门：Z=AB “或非”门：Z=A+B “与或”门：Z=AB+CD 要求：画出电路图和测试记录表格，并完成逻辑功能的测试，总结控制功能的规律。 四、预习要求： 要求认真阅读实验指导书并完成要求自拟的实验电路和测试记录表格，本实验属于一般验证性实验，学生应对所有测试表的结果可预先填好，实验时只做验证，且可做到胸中有数，防止盲目性，增加自觉性。 五、实验报告要求： 总结“与非”、“与”、“或”、“或非”门的控制功能。 六、思考题： 1．为什么TTL与非门的输入端悬空则相当于输入逻辑“1”电平，CMOS与非门能否这样处理？ 2．与或非门不用的与门组如何处理？ h h
实验一：门电路实验 一、实验目的： 熟悉、掌握门电路的逻辑功能 二、实验仪器和设备： １、TPE-D6型数字电路学习机２、数字万用表 三、实验原理及主要知识点 1．与非门_____ AB F =（有0出1，全1出0） 2．与或非门___ __________CD AB F +=（画真值表自行总结） 3．或门B A F +=（有1出1，全0出0） 四、实验步骤 实验前的准备：在学习机上未接任何器件的情况下（指实验用插座部分），先合上交流电源，检查５V 电源是否正常，再合直流电源测V CC 处电压是否正常，测两排插口中间V CC 插口处电压是否正常，全正常后断开全部电源。 随后选择好实验用集成片，查清集成片的引腿及功能，然后根据实验图接线，特别注意V CC 及地的接线不能接错，待老师检查后方可接通电源进行实验，以后所有实验依此办理。 （一） 测与非门的逻辑功能 １、选双４输入正与非门74LS20集成芯片一只；选择一个组件插座（片子先不要插入）按图接好线。 ２、输入端接电平开关输出插口，输出端接发光二极管显示插口。 ３、拨动电平开关，按表中情况分别测出输出端电平。 （二）、测与异或门的逻辑功能 １、选两路四输入与或非门电路74LS55集成芯片一只；选择一个组件插座（片子先不要插入）按图接线。 ４ 双4输入正与非门74LS20
2、 （三）根据摩根定理或门的逻辑函数表达式B A Z +=，可以写成B A Z ∙=，因此可以用三个与非门构成或门。 （1） 将由三个与非门构成的或门测试电路画在下面空白处。 （2） 当输入端（A 、B ）为下列情况时，分别测输出端（Z ）的电位，将结果填入表中。 五、实验思考题及实验报告要求 整理实验数据，并对数据进行分析，根据实验观察到的现象，回答下列问题。 1与非门在什么情况下输出高电平？什么情况下输出低电平？TTL 与非门不用的输入端应如何处理？ 2与或非门在什么情况下输出高电平？什么情况下输出低电平？TTL 与或非门不用的与门应如何处理？ 实验二 组合逻辑电路实验 一、实验目的 （一） 掌握组合逻辑电路的分析方法 （二） 验证半加器的逻辑功能 （三） 了解二进制数的运算规律 二、实验仪器及设备 (一) TPE-D6型数字电路学习机 (二)数字万用表 三、实验原理及主要知识点 组合逻辑电路的分析是根据所给的逻辑电路，写出其输入与输出之间的逻辑关系（逻辑函数表达式或 4个二输入异或门74LS86
“数字电子电路”实验指导书 参考书 1．《电路仿真软件Tina Pro导读》，谷良编，中央广播电视大学出版社 2．《数字电子电路》，路而红主编，中央广播电视大学出版社 实验一基本逻辑门的使用 一、实验目的 1．掌握与门、与非门、或门、或非门、非门等常用逻辑门的逻辑功能。 2．掌握Tina软件工具的器件调用，构造逻辑图，掌握数字电路逻辑功能的测试方法。 二、预习要求 1．预习《数字电子电路》第1章逻辑代数基础，掌握基本逻辑运算的符号、逻辑功能及其描述方法。 2．预习《电路仿真软件Tina Pro导读》第一章和第二章的数字电路分析部分，学习元件调用、绘制电路图以及数字电路的测试方法等内容。 3．预习实验内容和步骤，分析理论结果，标出对应的逻辑输出，以便与实验结果相比较。三、实验内容和步骤 1．测试与门逻辑功能 启动Tina软件，可以看到Tina的元件栏，元件栏下有许多常用的元件库，如基本库、开关库、仪表库、发生源库、半导体库、制造商库、门库、触发器库、AD/DA-555库、逻辑IC库、RF库、模拟控制库和特殊库等，如图1-1所示。 图1-1 Tina元件栏 鼠标单击元件栏中的门库，在库中所列的元器件清单中单击两输入与门，如图1-1所示，拖到工作区的合适位置，单击鼠标左键完成与门U1的选择。单击元件栏中的开关库，在库中所列的元器件清单中选择高低开关SW1、SW2。单击元件栏中的仪表库，在库中所列的元器件清单中选择逻辑指示器L1，如图1-2所示。 连接上述元件，构成与门逻辑功能的测试电路，如图1-2所示。 在工具栏中选择交互式模式，如图1-1所示，在模式开关右侧的下拉菜单中选择数字模式，模式开关的绿灯处提示信息为DIG。单击交互式模式开关，电路则处在数字电路的仿真状态，改变开关位置，可以看到输入信号的改变，观察输出端的指示灯，可以看到输出信号的变化。测试完成后，再次单击交互式模式开关，电路仿真结束。 改变开关位置的方法：将鼠标移到开关处，鼠标显示方式改为上箭头↑方式，此时，单击鼠标左键，可以看到开关位置的变化。如图1-2所示，输入端的红色标识表示高电平，当改变开关，输入端变为兰色标识，则为低电平。输出端逻辑指示红灯亮表示高电平，灯不亮则为低电平。 设SW1为输入A，SW2为输入B，L1为输出Y，将测试结果填入真值表1-1，并给出输出表达式。 图1-2 与门测试电路表1-1 与门真值表 输入输出 A B Y 0 0 0 1 1 0 1 1 门库库中元件 交互式模式开关
实验一 门电路逻辑功能及测试 一．实验目的 1．熟悉门电路逻辑功能 2．熟悉数字电路学习机使用方法 二．实验仪器及材料 １．DVCC-D2JH 通用数字电路实验箱 2．器件 74LS00 二输入端四与非门 1片 74LS08 二输入端四与门 1片 74LS86 二输入端四异或门 1片 74LS32 二输入端四或门 1片 2、按附录中引脚图接线，分别验证或门74LS32、与门74LS08、异或门74LS86的逻辑功能 3、信号对门的控制作用 利用与非门控制输出．
用一片74LS00按图接线， Ｓ接任一电平开关，用发光二极管观察 Ｓ对输出脉冲的控制作用． 四．实验报告 1．按各步聚要求填表。 ２．回答问题： （１）怎样判断门电路逻辑功能是否正常？ （２）与非门一端输入接连续脉冲，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？ 实验二组合逻辑电路(半加器、全加器及逻辑运算) 一、实验目的 1、掌握组合逻辑电路的功能测试 2、验证半加器和全加器的逻辑功能 二、实验器件 74LS00 二输入端四与非门1片 74LS86 二输入端四异或门1片 74LS32 二输入端四或门1片 74LS08 二输入端四与门1片 三、实验内容 １、测试用异或门(74LS86)和与非门组成的半加器的逻辑功能。 根据半加器的逻辑表达式可知，半加器Y是A、B的异或， 而进位Z是A、B相与。故半加器可用一个 集成异或门和二个与非门组成如右图 （1）在学习机上用异或门和与门接成以上电路。 A、B接电平开关Y、Z接电平显示。 （2）按下表要求改变A、B状态，填表
２、测试全加器的逻辑功能。 （1）按右图接线，A 、B 、C 接电平开关， SO 、C 接发光二极管 （2）按下表要求改变A 、B 、C 状态，填表 四、实验报告 （１）按要求填表 （２）分析如何使用适当的门电路实现半加器与全加器的功能 实验三 译码器、数据选择器和总线驱动器
实验一门电路逻辑功能及测试 一、实验目的 熟悉逻辑电路的逻辑功能及外特性。 二、实验仪器及材料 1.双踪示波器 2.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 二输入端四异或门1片 74LS04 六反相器1片 三、预习要求 1．复习门电路工作原理及相应逻辑表达式。 2．熟悉所用集成电路的引线位置及各引线用途。 四、实验内容 实验前按使用说明先检查电源是否正常。然后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V CC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，插入设计板，按图1.1接线、输入端接S1~S4（电平开关输出插口）。输出端接电平显示发光二极管L0~L11任意一个。 （2）将电平开关按表1.1置位，分别测输出电压及逻辑状态。
2．异或门逻辑功能测试 （1）选二输入异或门电路74LS86。按图1.2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1.2置位，将结果填入表中。
3．逻辑电路的逻辑关系 （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1.3、表 1.4中。 （2）写出上面两个电路逻辑表达式。 4．利用与非门控制输出。
用一片74LS00按图1.6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1.5 Y= B A += B A ∙
《数字逻辑设计及应用》课程学习指导资料 本课程学习指导资料根据该课程教学大纲的要求，参照现行采用教材《数字电子技术基础》（阎石编著，高等教育出版社出版社，2009年），并结合远程网络业余教育的教学特点和教学规律进行编写，适用于工科类电子信息类学生学习。 第一部分课程学习目的及总体要求 一、课程的学习目的 《数字逻辑设计及应用》课程是理工科计算机应用、信息工程、电子工程、网络工程专业学生的一门电路基础课程。课程的基本任务是使学生掌握一定的逻辑设计方法以及应用。在对二进制以及逻辑代数的学习的基础之上，逐步掌握组合逻辑和时序逻辑的设计思想以及常用中规模逻辑器件的应用，继而培养学生分析问题、解决问题以及一定的动手的能力，为进一步的专业课学习以及日后的工作和研究打下必要的基础。 二、课程的总体要求 《数字逻辑设计及应用》课程是电路方面重要的专业基础课程之一。要求学生通过该课程的学习，掌握如下的知识。进制转换以及编码；逻辑代数的基本原理和公式以及逻辑函数的表示和构建方法；数字门电路的基本工作原理；组合逻辑电路的分析和设计方法；触发器的基本工作原理；时序逻辑的分析和设计方法。通过该门课程的学习，学生可以掌握逻辑设计的基本思想并能完成一定小型逻辑系统的设计工作。 第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析 第一章数制与编码 本章节是描述进制与码制的基本概念以及相互转换的基础知识。该部分内容是进行逻辑设计以及应用学习的基础。众所周知，数字系统下运算、存储以及传输都是以二进制进行编码的，而在很多应用场合为了方便书写和阅读也常将二进制书写为十进制、八进制和十六进制，所以该章节首先要求大家掌握的就是以上四种进制的定义以及相互转换，这部分为本章的第一部分；然后大家需要掌握二进制的运算规则。二进制的运算分为无符号的二进制运算和有符号的二进制运算两种形式。对于前者其加与减遵循着逢二进一和借一当二的原则；而对于后者则需要在原码、补码和反码的讨论前提下，通过补码运算来实现。以上为本章的第二部分；而从非二进制系统到二进制系统，就必须经过编码的过程，本章的第三部分，即要求大家掌握几种常见的二进制编码形势，包括BCD码、格雷码、ASCII码等； 1、本章学习要求 （1）应熟悉的内容 a)熟悉数字量和模拟量的定义以及区分； b)熟悉数字系统的基本应用； c)熟悉进位计数制的基本定义； d)熟悉二、十、八以及十六进制的基本定义； e)熟悉原码、补码、反码三种编码形式的构建方法；
数字电路设计实训实验指导书 编写人：XXX 审核人：XXX XX大学工学院 电子信息通信学科
目录 一、基础实验部分 实验一门电路逻辑功能及测试 (1) 实验二组合逻辑电路（半加器、全加器及逻辑运算） (5) 实验三R-S,D,JK触发器 (9) 实验四三态输出触发器，锁存器 (12) 实验五集成计数器及寄存器 (15) 实验六译码器和数据选择器 (18) 实验七555时基电路 (21) 二、选做实验部分 实验八时序电路测试机研究 (26) 实验九时序电路应用 (29) 实验十四路优先判决电路 (31) 三、创新系列（数字集成电路设计）实验部分 实验十一全加器的模块化程序设计与测试 (33) 实验十二串行进位加法器的模块化程序设计与测试 (35) 实验十三N选1选择器的模块化程序设计与测试 (36)
实验一门电路逻辑功能及测试 一、实验目的 1. 熟悉门电路逻辑功能 2. 熟悉数字电路学习机及示波器使用方法 二、实验仪器及材料 1. 双踪示波器 2. 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 二输入端四异或门1片 74LS04 六反相器1片 三、预习要求 1. 复习门电路工作原理及相应逻辑表达式。 2. 熟悉所用集成电路的引线位置及引线用途。 3. 了解双踪示波器的使用方法。 实验前按学习机使用说明先检查学习机电源是否正 常，然后选择实验用的集成电路，按自己设计的实验 电路图接好连线，特别注意Vcc及接地线不能接错。 线接好后经实验指导教师检查无误方可通电实验。实 验中改动接线需先断开电源，接好线后再通电实验。 1. 测试门电路逻辑功能图1.1 （1）选用四输入与非门74LS20一只，插入面包板，按图1.1接线，输入端接S1~S4（电平开关输出端口），输出端接电平显示发光二极管（D1~D8任意一个）。 （2）将电平开关按表1.1置位，分别测输出电压及逻辑状态。 表1.1
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
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。
数字电路课程学习指导书 郑州大学现代远程教育《数字电路》课程学习指导书许金梅编? 课程内容与基本要求课程采用教材为《数字逻辑与数字系统》，主要学习六个章节：数字逻辑基础、逻辑门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、脉冲波形的产生与整形。内容包括：半导体二极管、三极管的开关特性，逻辑代数的公式、定理、逻辑函数的的公式、图形化简法，CMOS和TTL 集成门电路，组合逻辑电路的分析与设计，常用中规模集成电路的功能与应用，触发器的逻辑功能及触发器逻辑功能的描述方法，时序电路的分析和设计方法。计数器、寄存器的功能、分类、常用中规模集成计数器的功能、应用，多谐振荡器，施密特触发器，单稳态触发器的功能与应用。数字电路是计算机科
学技术专业的重要的专业基础课，是电子数字计算机基础理论的一个重要组成部分，它为“ 计算机组成原理”，“计算机组织”，“计算机体系结构”及“微型计算机原理及接口” 等的后续课程提供必要的逻辑设计基础。通过课程学习，掌握数字电路的工作原理和分析方法；掌握常见的中、小规模集成电路的功能、外部特性、主要参数及典型应用，为研究通用或专用数字系统、超大规模集成系统打下必要基础。? 课程学习进度与指导章节课程内容学时分配学习指导以课件学习为主重点理解逻辑代数的公式、定第一章数字逻辑基础4学时理、逻辑函数的的公式、图形化简法。公式、定理、规则的正确应用，逻辑函数化简的准确性。以课件学习为主第二章逻辑门电路2学时重点理解CMOS和TTL集成门电路，外部特性，即逻辑功能和第 2 页共34 页电气特性。以课件学习为主第三章* 组合逻辑电路10学时重点理解组合逻
辑电路的分析与设计，常用中规模集成电路的功能与应用。以课件学习为主第四章触发器2学时重点理解触发器的逻辑功能及触发器逻辑功能的描述方法。触发器的触发方式以课件学习为主重点理解时序电路的分析和设第五章* 时序逻辑电路12学时计方法。计数器、寄存器的功能、分类、常用中规模集成计数器的功能、应用。以课件学习为主脉冲波形的产生与整形重点理解555定时器的电路结2学时构及其功能。多谐振荡器，施密特触发器，单稳态触发器的功能与应用第一章数字逻辑基础本章共分四节。第一节计数体制，第二节常用编码，第三节二极管和三极管的开关特性，第四节逻辑代数基础一、章节学习目标与要求第八章1、理解十进制、二进制、十六进制分别是以基数R为10、2、16的计数体制。理解码制概念，了解循环码，ASCII码的表现形式。理解半导体二极管、三极管的开关运用特
数字逻辑电路实验指导书 2013年6月
前言 数字逻辑电路是计算机科学与技术及相关专业的一门专业基础课，是一门重点课程。在计算机硬件的各个领域中均会用到数字逻辑的有关知识。本实验课程的主要目的是使学生通过实验手段掌握各种集成电路及其设计，同时训练学生一定的实验动手能力，也使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练。 本实验指导书的内容主要包括门电路逻辑功能及测试、组合逻辑电路的分析与设计、译码器、选择器、触发器、计数器、时序逻辑电路的分析与设计等的综合实验。实验的重点是通过实验认识并验证各种集成芯片工作原理及其相关注意事项；实验的难点也在于用所学知识设计综合性实验。 数字逻辑电路实验作为计算机各专业数字逻辑课程的一个重要环节。在这一环接中，数字逻辑侧重讨论各种集成芯片，学会设计简单的电路。因此，它的先修课程是计算机基础、离散数学、大学物理、模拟电子线路等。 本实验指导书以素质教育为目标，力求使学生通过实验加深对基础知识的理解，同时强化实际的动手能力，切实做到理论与实际应用相结合。本书中所涉及的实验都是以启东市东疆计算机有限公司生产的DJ-SD型数字逻辑实验箱为模板进行讲解，由于编者水平有限，书中难免存在纰漏之处，恳请各位同仁赐教。
实验须知 数字逻辑电路实验课程是一门专业基础课，具有很强的实践性，是数字逻辑电路教学中必不可少的环节。使学生通过实验手段掌握各种集成电路及其设计，同时训练学生一定的实验动手能力，也使学生系统科学地受到分析问题和解决问题的训练，为后续专业课的学习打下坚实的基础。在实验的过程中需要注意一下两点问题： 一、实验要求： 1．做好课前的预习准备工作。 为了能够保证实验的顺利进行，且提高实验效率，实验前必须做好充分的预习，仔细阅读将要做的实验内容，复习相关理论知识，明确实验目的和要求，熟悉实验要用到的芯片功能及各引脚的作用，熟悉实验原理、实验步骤和实验注意事项，对思考题、实验的结果和可能出现的问题进行分析和预估，并将相应的预习结果记录下来，以备使用。 2．按时进入实验室进行实验，并在实验开始之前，认真检查实验仪器，领取实验要用的芯片，如有问题及时向老师反应，未经许可，不得擅自更换实验设备。 3．实验过程中，认真按照实验步骤和老师的要求完成，并记录数据，实事求是。 4．接线和拆线时要轻拿轻放，不能死拉硬拽；连接芯片时要注意接地和接电源的引脚位置，防止反接时芯片过热烧毁，接通电源之前再次检查电路连接是否正确，尽量减少导线和芯片等耗材的损坏。 5．实验过程中，要保持实验室的干净和整洁，不准将零食带入实验室，不准吸烟，不可大声喧哗、随意谈笑。 6．实验结束，要将所用的实验仪器、试验箱、导线整理好，将芯片放回原处。 二、安全用电： 安全用电是实验中始终需要注意的重要问题，在实验的过程中，为了防止触电事故的发生，确保人身和设备安全，必须做到以下几点： 1．注意要先连线再通电，先断电再拆线，严禁带电接线、改线、拆线，接通电源之前须通知同组同学，以防触电事故。 2．严禁在实验过程中触及带电部位，一旦遇到触电事故，应立即切断电源。 3．实验过程中，要随时注意设备仪器的工作情况，如果发现有超流量、过热、异味、冒烟等现象，应立即切断电源。 三、实验报告书写要求： 书写实验报告是实验课的主要环节之一，通过实验报告的书写，可以系统的梳理和分析实验课中所获得的知识，以及实验中的不足之处，同时提高了学生的总结能力。实验报告主要包括以下内容： 1）实验目的； 2）实验仪器；