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绪论数字逻辑电路是高等学校计算机科学技术专业中的一门主要的技术基础课程，它是为培养计算机科学技术专业人才的需要而设置的，它为计算机组成原理、微型机与其应用等后续课程打下牢固的硬件基础。
数字逻辑电路是一门理论性和实践性均较强的专业基础课，实验是数字逻辑电路课程中极其重要的实践环节。
通过数字逻辑电路实验可以使学生真正掌握本课程的基本知识和基本理论，加强对课本知识的理解，有利于培养各方面的能力；有利于实践技能的提高；有利于严谨的科学作风的形成。
一、常用电子仪器的使用1、示波器2、THD—4型数字电路实验箱3、万用表二、实验课的程序1．实验预习由于实验课的时间有限，因此，每次实验前要作好预习，写好预习报告。
预习的要求：a．理解实验原理，包括所用元器件的功能。
b．粗略了解实验具体过程。
c．根据实验要求，画好实验线路与数据表格。
2．实验操作每次测量后，应立即将数据记录下来，并由实验老师签字。
实验操作一般步骤：（1）在连接实验线路之前，必须保证“数字电路实验箱”所有电源关闭；（2）按所画的实验线路图连接实验线路，所用短路线必须事先用万用表检查，以减少故障点；（3）实验线路连接完成后，必须仔细检查实验线路，以保证实验线路连接无误；（4）实验线路连接正确后，接通电源，进行具体实验。
（5）如变动实验线路，必须从（1）重新进行。
故障检查方法与处理：（1）检查元器件的接入电源是否正确；（2）使实验线路处于静态，用万用表“直流电压挡”，从输入级向输出级逐级检查逻辑电平，确定故障点；（3）关闭“数字电路实验箱”电源，用万用表“欧姆挡”，检查实验线路连接是否正确，确定故障点；（4）关闭“数字电路实验箱”电源，按实验操作一般步骤（2）（3）（4）将故障排除。
3．实验报告写实验报告应有如下项目：（1）实验目的（2）实验内容（3）实验设备与元器件（4）实验元器件引脚图（5）实验步骤、实验线路与实验记录等（6）实验结果与故障处理分析、讨论和体会等（7）“思考题”要求同学在完成基本实验内容的前提下去做，并将实验内容、实验所用器件、线路、结果与分析等做副页附在实验报告最后，其副页由实验老师签字确认。
集电极开路、漏极开路、推挽、上拉电阻、弱上拉、三态门、准双向口集电极开路输出的结构如图1所示，右边的那个三极管集电极什么都不接，所以叫做集电极开路；左边的三极管为反相之用，使输入为“0”时，输出也为“0”。
对于图 1，当左端的输入为“0”时，前面的三极管截止，所以5v电源通过1k电阻加到右边的三极管上，右边的三极管导通；当左端的输入为“1”时，前面的三极管导通，而后面的三极管截止。
我们将图1简化成图2的样子，很明显可以看出，当开关闭合时，输出直接接地，所以输出电平为0。
而当开关断开时，则输出端悬空了，即高阻态。
这时电平状态未知，如果后面一个电阻负载到地，那么输出端的电平就被这个负载拉到低电平了，所以这个电路是不能输出高电平的。
图3中那个1k的电阻即是上拉电阻。
如果开关闭合，则有电流从1k电阻及开关上流过，但由于开关闭和时电阻为0（方便我们的讨论，实际情况中开关电阻不为0，另外对于三极管还存在饱和压降），所以在开关上的电压为0，即输出电平为0。
如果开关断开，则由于开关电阻为无穷大（同上，不考虑实际中的漏电流），所以流过的电流为0，因此在1k 电阻上的压降也为0，所以输出端的电压就是5v了，这样就能输出高电平了。
但是这个输出的内阻是比较大的——即1k，如果接一个电阻为r的负载，通过分压计算，就可以算得最后的输出电压为5*r/(r+1000)伏，所以，如果要达到一定的电压的话，r就不能太小。
如果r 真的太小，而导致输出电压不够的话，那我们只有通过减小那个1k的上拉电阻来增加驱动能力。
但是，上拉电阻又不能取得太小，因为当开关闭合时，将产生电流，由于开关能流过的电流是有限的，因此限制了上拉电阻的取值。
另外还需要考虑到，当输出低电平时，负载可能还会给提供一部分电流从开关流过，因此要综合这些电流考虑来选择合适的上拉电阻。
如果我们将一个读数据用的输入端接在输出端，这样就是一个IO口了，51的IO口就是这样的结构，其中P0口内部不带上拉，而其它三个口带内部上拉。
实验四 TTL 集电极开路门和三态输出门测试一、实验目的1、掌握TTL 集电极开路门（OC 门）的逻辑功能及应用。
2、了解集电极负载电阻L R 对集电极开路门的影响。
3、掌握TTL 三态输出门（3S 门）的逻辑功能及应用。
二、实验原理数字系统中有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能。
对于普通的TTL 电路，由于输出级采用了推拉式输出电路，无论输出是高电平还是低电平，输出阻抗都很低。
因此，通常不允许将它们的输出端并接在一起使用，而集电极开路门和三态输出门是两种特殊的TTL 门电路，它们允许把输出端直接并接在一起使用，也就是说，它们都具有“线与”的功能。
1、TTL 集电极开路门（OC 门）本实验所用OC 门型号为2输入四与非门74LS03，引脚排列见附录。
工作时，输出端必须通过一只外接电阻L R 和电源Ec 相连接，以保证输出电平符合电路要求。
OC 门的应用主要有下述三个方面：（1）电路的“线与”特性方便的完成某些特定的逻辑功能。
图4-1所示，将两个OC 门输出端直接并接在一起，则它们的输出：21212121B B A A B B A A F F F B A +=•=•=图4-1 OC 与非门“线与”电路 图4-2 OC 与非门负载电阻R L 的确定 即把两个（或两个以上）OC 与非门“线与”可完成“与或非”的逻辑功能。
（2）实现多路信息采集，使两路以上的信息共用一个传输通道（总线）。
（3）实现逻辑电平转换，以推动荧光数码管、继电器、MOS 器件等多种数字集成电路。
OC 门输出并联运用时负载电阻L R 的选择：如图4-2所示，电路由n 个OC 与非门“线与”驱动有m 个输入端的N 个TTL 与非门，为保证OC 门输出电平符合逻辑要求，负载电阻L R 阻值的选择范围为：iHOH OH C L mI nI V E R +-=max iL LM OL C L NI I V E R +-=min 式中：OH I ——OC 门输出管截止时（输出高电平V OH ）的漏电流（约为50uA ） LM I ——OC 门输出低电平V OL 时允许最大灌入负载电流（约为20mA ）iH I ——负载门高电平输入电流（<50uA ）iL I ——负载门低电平输入电流（<1.6mA ）c E ——L R 外接电源电压n —— OC 门个数N ——负载门个数M ——接入电路的负载门输入端总个数L R 值须小于m ax L R ，否则V OH 将下降，L R 值须大于min L R ，否则V OL 将上升，又L R 的大小会影响输出波形的边沿时间，在工作速度较高时，L R 应尽量选取接近min L R 。
实验三三态门实验三三态门一､实验目的1.熟悉计三态输出门的逻辑功能和使用方法。
2.掌握用三态门构成公共总线的特点和方法。
二､实验器材1.数字逻辑实验箱2.双踪示波器3.与非门74LS00(1片)､三态门74LS125(1片)三､预习要求1.复习三态门有关知识,了解其逻辑功能及管脚。
2.复习三态门实现总线传输的方法。
四､实验原理1.三态门(TS)三态门有三种输出状态:高电平输出､低电平输出和高阻输出状态。
常见的三态门有控制端高电平有效和低电平有效两种类型。
三态输出门除了有多输入三态与非门,还经常做成单输入､单输出的总线驱动器,并且输入与输出有同相和反相两种类型。
例如:74LS125就是单输入､单输出的控制端低电平有效的同相三态输出门。
即E=0时,Y=A;E=1时为高阻态。
三态门主要用途之一是实现总线传输,各三态门输出端可以并联使用一个传输通道,以选通的方式传送多路信息。
使用时注意输出端并接的三态门只能有一个处于工作状态(E=0)。
其余必须处于高阻状态(E=1)。
三态门驱动能力强,开关速度快,在中大规模集成电路中广泛采用三态门输出电路,作为计算机和外围电路的接口电路。
如图2-1为三态门逻辑符号。
AB图2-1三态门逻辑符号五､实验内容1.三态门逻辑功能测试:查出三态门74LS125的引脚图,验证各三态门逻辑功能。
按图2-1(A)在实验箱上连线,先接上电源和地线,然后用逻辑电平控制输入端A和使能端E,用L显示输出Y的状态,实验结果填入下表:表2-174LS125逻辑功能表:使能输入端E0011数据输入A0101输出Y2.用三态门74LS125构成公共总线:要求:用三个三态门构成一条公共总线,参考图21(B)。
使三个输入端状态分别为“0”､“1”､CP,观测公共总线输出状态。
(1)按上述要求画出公共总线的逻辑图。
(2)在实验箱上连线:A1､0(GND),A2､1(Vcc),A3､CP(1KHz或100KHz信号源输出),三个使能端E1??E3分别由三个逻辑开关控制其电平的高低。
器件集电极开路门与三态输出门的应用实验报告集电极开路门与三态输出门的应用实验报告一、实验目的掌握TTL集电极开路(OC)门和三态(3S)输出门的逻辑功能及应用。
二、实验器件试验箱、万用表三、实验内容及数据1. OC门的特性及其应用(1) 参考图1.4.2，用OC门74LS03验证 OC门的“线与”功能。
RL为1kΩ时，写出输出F的表达式，观测输出与输入信号的逻辑关系，将数据填入自制表格中。
电路接线：5V：14 A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 B 0 0 0 0 1 1 1 1 00 0 0 1 1 1 1 C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 01 0 1 F 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 GND：7 十六位逻辑电平输出：4、5、13、12十六位逻辑电平显示：电阻（1K）电阻（1K）：6（6与11相连）原理：两个与非门相连，逻辑公式为：逻辑公式：F=(AB)’(CD)’ (2) 参考图1.4.7, 验证OC门74LS03的特性,输入A、B接逻辑电平输出信号，输出端Y接直流电压表。
VL接+5V,电阻RL为4.7k, 观测输出与输入信号的逻辑关系，如果去掉RL, 观测输出信号的变化。
VL改接+15V，检测输出信号的高电平和低电平电压。
去掉RL ，信号灯亮度增加，逻辑关系不变。
VL改接+15V，高电平电压：3.05低电平电压：0.22VL改接+15V，高电平电压：9.60低电平电压：0.10电路接线：5V：14 GND：7 十六位逻辑电平输出：4、5 十六位逻辑电平显示：电阻（1K）电阻（1K）：6 原理：两个与非门相连，逻辑公式为：逻辑公式：Y=(AB)’ 逻辑关系表： A 0 0 1 1(3) 参考图1.4-8，用OC门74LS03驱动COMS电路与非门CD4011,VL接+5V，调节电位器Rw，观察上拉电阻的取值对输出端Y的电平的影响。
实验三集电极开路门与三态输出门的应用实验目的：1.测试74LS00门电路的逻辑功能。
2.测试与非门74LS00输出与输入关系的特性曲线。
实验器材：示波器、信号发生器、实验电路箱、万用表、74LS00芯片，导线若干。
实验内容：实验步骤：（1）测试74LS00与非门电路的逻辑功能。
1.设计如下图所示的电路图。
2.输入接入两个输入管脚，由电平指示灯的按键控制输入端的高低电平。
3.用万用表测试输入两端的电压，输出的电压。
并记录示数。
4.整理实验数据及其分析。
（2）用实验箱及其芯片测试74LS00输出与输入电压之间的关系。
1.按照如下所示的电路图连接好电路。
2.用万用表测出上面的端口与5V之间的电压以及输出电压，并记录数据。
3.整理数据并进行分析。
74LS00的输入与输出的关系特性5.用信号发生器调出三角波，将其加入到输入端。
6.调试输出波形，直至出现正确的波形。
实验结果显示：1.74LS00的逻辑功能测试结果如下表：A和B均为输入，C为输出。
//所测出的与非门输出电压有误，可能是电源没有接好造成。
由实验结果可以得到74LS00的逻辑功能表：2.74LS00输入电压与输出电压的关系特性曲线由上述的电路连接测试得到的相关数据：输入输出0 4.421.01 3.771.05 3.351.1 1.541.12 1.341.14 1.141.16 0.841.18 0.261.19 0.21.25 0.43由上面的数据整理得到的74LS00输入电压与输出电压的关系特性曲线。
//不要用转贴的数据由信号发生器和示波器连接好的电路图所测得的图形，由图所读到的：Uin1=1.28V Uout1=0.4VUin2=1.08V Uout2=1.24V由实验箱测试到的对应输入电压的输出电压：Uin1=1.25V Uout1=0.43V;Uout1=1.10V Uout2=1.22V数据近似相等，实验验证成功。
实验总结：1.用信号发生器和示波器测输入电压与输出电压的关系特性曲线的时候，当出现三角波的时候，我把信号加入到输入的端口之间的时候，连接电路出现了错误。
实验二组合逻辑电路一、实验目的了解组合电路的设计方法；尝试用与非门组成简单组合电路。
二、实验原理根据一定的逻辑功能设计出的逻辑电路，并不是唯一的，有繁有简。
由于生产和使用与非门集成电路较多，所以，把一般函数式变换成只用与非门就能实现的函数式具有重要意义。
这种函数式应包含逻辑乘及逻辑非运算，而且每个逻辑乘法之上必须有逻辑非运算（即与非-与非表达式。
）逻辑函数可以用真值表、逻辑表达式、卡诺图、逻辑图和波形图表示。
它们之间有一定的换算规律。
三、实验仪器与器件：1、数字实验箱一台；2、集成电路与非门74LS00一块。
四、实验内容（1）利用与非门组成与门电路；（2）利用与非门组成或门电路；（3）利用四个与非门组成异或门电路。
要求：（1）写出各个门电路的与非—与非表达式；74LS00逻辑图（2）画出逻辑电路，标出管脚；（3）自拟实验步骤，设计表格，测试电路的逻辑功能。
五、研究问题：如何把与非门作为非门使用？实验三集电极开路门和三态门一、实验目的掌握集电极开路门（OC门）和三态门（TSL门）的功能和应用。
二、实验设备与器件1、数字电路实验箱一台；2、OC门74LS22、TSL门74LS126各一块。
三、实验原理在数字系统中，有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能，但普通的TTL门电路不允许将它们的输出端直接并联使用。
而OC门和TSL 门是两种特殊的TTL门电路，它们允许将输出端并接在一起使用。
OC门与普通TTL与非门的区别仅是输出管的集电极是开路（悬空）的，使用时必须外接负载电阻Rc至电源。
三态门是在普通门电路的基础上，附加使能控制端和控制电路构成。
除了通常的高、低电平两种低阻输出状态外，还有第三种输出状态（禁止状态），此时电路与负载之间相当开路。
其主要作用是实现总线传输。
四、电路介绍集电极开路门（OC门）：采用74SL22，集电极开路四输入二与非门。
三态门（TSL门）：采用74LS126，三态输出四总线缓冲器。
oc门和三态门实验
TTL三态门和OC门（也可以称为集电极开路门或漏极开路门）都是集成电路门电路的输出类型，它们之间的主要区别在于输出电压的处理方式和用途。
TTL三态门：
TTL三态门是一种具有三个工作状态的门电路，即高电平、低电平和高阻态。
在高阻态时，输出晶体管是断开的，因此输出端对地和电源电压来说都是高阻抗的，即相当于输出端与输入端完全断开。
这种门电路通常用于多路复用和双向总线应用，以及需要避免线与（线路上的电位冲突）的应用。
OC门：
OC门是一种具有推挽输出的门电路，其输出晶体管在饱和时具有较低的电阻，使得输出电压可以接近电源电压。
与TTL三态门不同的是，OC门的输出端在饱和时是低阻抗的。
因此，OC门通常用于需要高电流输出的应用，如驱动LED、电机等。
此外，OC门还可以通过将多个门的输出并联起来，实现“线与”逻辑。
在这种配置下，当所有门的输出都为高电平时，输出为低电平；而当至少一个门的输出为低电平时，输出也为低电平。
这种特性在实现多路复用、解码器等功能时非常有用。
总结来说，TTL三态门和OC门的主要区别在于输出电路的处理方式和用途。
TTL三态门适用于需要高阻态的三态输出的应用，如多路复用和双向总线；而OC门适用于需要高电流输出的应用，如驱
动LED、电机等，并可以通过并联实现“线与”逻辑。
实验三 集电极开路门电路及三态门电路的研究一、实验目的1、熟悉集电极开路OC 门及三态TS 门的逻辑功能和使用方法2、掌握三态门构成总线的特点及方法3、掌握集电极负载电阻R L 对OC 门电路输出的影响二、实验原理集电极开路门和三态输出门电路是两种特殊TTL 门电路 （1） 集电极开路门 在数字系统中，有时需要将两个或两个以上集成逻辑门的输出端相连，从而实现输出相与（线与）的功能，这样在使用门电路组合各种逻辑电路时，可以很大程度地简化电路。
由于推拉式输出结构的TTL 门电路不允许将不同逻辑门的输出端直接并接使用，为使TTL 门电路实现“线与”功能，常把电路中的输出级改为集电极开路结构，简称OC （Open Collector ）结构。
本实验所用OC 门为四-2输入与非门74LS01，电路结构及引脚排列如图3.3.1所示。
从图3.3.1可见，集电极开路门电路与推拉式输出结构的TTL 门电路区别在于：当输出三极管T 3管截止时，OC 门的输出端Y 处于高阻状态，而推拉式输出结构TTL 门的输出为高电平。
所以，实际应用时，若希望T 3管截止时OC 门也能输出高电平，必须在输出端外接上拉电阻R L 到电源U CC 。
电阻RL 和电源UCC 的数值选择必须保证OC 门输出的高、低电平符合后级电路的逻辑要求，同时T 3的灌电流负载不能过大，以免造成OC 门受损。
假设将n 个OC 门的输出端并联“线与”，负载是m 个TTL 与非门的输入端，为了保证OC 门的输出电平符合逻辑要求，OC 门外接上拉电阻R L 的数值应介于R Lmax 和R Lmin 所规定的范围之内。
其中， 上拉电阻最大值：max'min L U U cc oH Rn m I I oH iH-=+ 上拉电阻最小值：R L 值不能选得过大，否则OC 门的输出高电平可能小于U Omin ;R L 值也不可太小，否则OC门输出低电平时的灌电流可能超过最大允许的负载电流I OLmax。
1.TTL或非门图4.4.6(a)表示TTL或非门的逻辑电路，图(b)是它的逻辑符号。
或非逻辑功能是对TTL与非门（图4.4.3）的结构改进而来，即用两个BJT管T2A和T2B代替T2。
若两输入端中有一个为高电平，则T2A和T2B均将截止，i B3=0，输出为高电平。
若A、B两输入端中有一个为高电平，则T2A或T2B将饱和，导致i B3＞0，i B3便使T3饱和，输出为低电平。
这就实现了或非功能。
即L=A+B=A·B。
这个式子表明，图4.4.6(a)就正逻辑而言是或非门。
图4.4.6 TTL或非门(a)电路图(b)逻辑符号2. 集电极开路门（OC门）所谓集电极开路是指TTL与非门电路的推拉式输出级中，删去电压跟随器，如图4.4.7(a)所示。
为了实现线与的逻辑功能，可将多个门电路输出管T3的集电极至电源V CC之间，加一公共的上拉电阻R P，如图4.4.7(a)所示。
为了简明起见，图中以两个集电极开路门并联为例。
图(c)为其逻辑符号，其中图标“”表示集电极开路之意。
图4.4.7集电极开路(OC)门(a)OC门的输出级(b)由构成的线与逻辑原理图(c)逻辑符号3.三态与非门（TSL门）三态与非门的输出除了具有一般与非门的两种状态，即输出电阻较小的高、低电平状态外，还具有高输出电阻的第三状态，称为高阻态，又称为禁止态。
一个简单的TSL门的电路如图4.4.8(a)所示，图(b)是它的逻辑符号。
其中CS为片选信号输入端，A、B为数据输入端。
图4.4.8三态与非门电路(a)电路图(b)逻辑符号当CS=1时，TSL门电路中的T5处于倒置放大状态，T6饱和，T7截止，即其集电极相当于开路。
此时输出与输入的逻辑关系与一般与非门相同。
这种状态成为TSL的工作状态。
但当CS=0时，T7导通，使T4的基极钳制于低电平。
同时由于低电平的信号送到T1的输入端，迫使T2和T3截止。
这样T3和T4均截止，门的输出端L出现开路，既不是低电平，又不是高电平，这就是第三工作状态。
实验二 组合逻辑电路
一、 实验目的
了解组合电路的设计方法；尝试用与非门组成简单组合电路。
二、 实验原理
根据一定的逻辑功能设计出的逻辑电路，并不是唯一的，有繁有简。
由于生产和使用与非门集成电路较多，所以，把一般函数式变换成只用与非门就能实现的函数式具有重要意义。
这种函数式应包含逻辑乘及逻辑非运算，而且每个逻辑乘法之上必须有逻辑非运算（即与非-与非表达式。
）
逻辑函数可以用真值表、逻辑表达式、卡诺图、逻辑图和波形图表示。
它们之间有一定的换算规律。
三、 实验仪器与器件：
1、 数字实验箱 一台；
2、集成电路与非门74LS00一块。
四、实验内容
（1）利用与非门组成与门电路； （2）利用与非门组成或门电路；（3）利用四个与非门组成异或门电路。
要求：（1）写出各个门电路的与非—与非表达式；
74LS00逻辑图
（2）画出逻辑电路，标出管脚；
（3）自拟实验步骤，设计表格，测试电路的逻辑功能。
五、研究问题：
如何把与非门作为非门使用？
实验三集电极开路门和三态门
一、实验目的
掌握集电极开路门（OC门）和三态门（TSL门）的功能和应用。
二、实验设备与器件
1、数字电路实验箱一台；
2、OC门74LS22、TSL门74LS126各一块。
三、实验原理
在数字系统中，有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能，但普通的TTL门电路不允许将它们的输出端直接并联使用。
而OC门和TSL 门是两种特殊的TTL门电路，它们允许将输出端并接在一起使用。
OC门与普通TTL与非门的区别仅是输出管的集电极是开路（悬空）的，使用时必须外接负载电阻Rc至电源。
三态门是在普通门电路的基础上，附加使能控制端和控制电路构成。
除了通常的高、低电平两种低阻输出状态外，还有第三种输出状态（禁止状态），此时电路与负载之间相当开路。
其主要作用是实现总线传输。
四、电路介绍
集电极开路门（OC门）：采用74SL22，集电极开路四输入二与非门。
三态门（TSL门）：采用74LS126，三态输出四总线缓冲器。
A为输入端，Y是输出端，G是工作方式控制端(也称禁止端或使能端)。
G=1时为正常工作状态，实现Y=A的逻辑功能；G=0时为禁止状态，输出端呈现高阻状态。
五、
实验内容与方法：
1、测量OC 门的逻辑功能。
（1）、按图1接线，输入端接逻辑电平，输出端接LED 。
检查无误后接上电源。
（2）、按表1改变四个输入状态，观察输出端电平显示，并用万用表测输出电压，填表1。
Y
A B C D
图1 测量74LS22 OC 门的逻辑功能
2、用OC 门实现电路的“线与”特性。
按图2接线。
输入端1A 、1B 、2A 、2B 接逻辑电平。
输出端接LED 。
负载门为74LS00。
按表2要求进行测试。
表1
图2 用OC 门实现电路的“线与”特性
3、测量三态门的逻辑功能：
按图3接线，1A 、1G 接逻辑电平，1Y 接电平显示。
按表3要求，给控制端和输入端送入高、低电平，将测得结果填入表3。
表3
图3 测量三态门74LS126的逻辑功能
六、研究问题：
写出图2逻辑电路的逻辑函数表达式。
