本科数电实验课程教案完整版(改)

1实验一基本门电路的逻辑功能测试一. 实验目的(1) 熟悉各种基本逻辑门电路的逻辑符号和逻辑功能。

(2) 掌握集成门电路器件的使用及逻辑功能测试方法。

(3) 熟悉数字电路实验台的结构、基本功能和使用方法。

二实验设备与器材实验所用设备与器材见表1.1。

三. 实验电路与说明集成逻辑门电路是最简单和最基本的数字集成元件。

任何复杂的组合电路和时序电路都可用逻辑门通过适当的组合连接而成。

基本逻辑运算有与、或、非运算，相应的基本逻辑门有与、或、非门。

目前已有门类齐全的集成门电路，如与非门、或非门、异或门等。

虽然大、中规模集成电路相继问世，但要组成某一个系统时，仍少不了各种门电路。

TTL集成电路由于工作速度快、输出幅度大、种类多、不易损坏等特点而使用较广。

如图6.1所示为TTL基本逻辑门电路的逻辑符号图。

CMOS集成电路功耗低，输出幅度大，扇出能力强，电源范围较宽，应用也很广泛。

四. 实验内容与步骤（1）芯片管脚的识别74LS00、74LS20、74LS86芯片管脚排列如图1.1所示，其电源和地一般在芯片的两端，对于14管脚的集成芯片，7脚为电源地，14脚为电源正，其余管脚为输入和输出。

2.（a）74LS00 与非门 (b) 74LS20与非门(c) 74LS86异或门图1.1 74LS00、74LS20、74LS86芯片管脚排列管脚识别方法是：将集成块正面（有字的一面）对准使用者，以左边凹口或小标志点“·”为起始脚，从下往上按逆时针方向向前数1、2、3、···、n脚。

使用时，查找IC手册即可知各管脚的功能。

（2）74LS00与非门逻辑功能的测试将74LS00集成芯片插入IC空插座中，管脚排列见图1.1（a），输入端接逻辑电平开关，输出端接LED发光二极管显示器，管脚14接+5V电源，管脚7接地，按表1.2输入要求测试,将实验结果填入表1.2输出列中。

表1.2 74LS00与非门逻辑功能的测试结果（3）74LS20与非门逻辑功能的测试3 按表1.3输入要求测试并将实验结果填入表1.3输出列中。

表1.3 74LS20与非门逻辑功能的测试结果（4）74LS86异或门逻辑功能的测试按表1.4要求测试将实验结果填入表1.4中。

表1.4 74LS86异或门逻辑功能的测试结果（5）分析、测试用与非门74LS00组成的半加器的逻辑功能①逻辑表达式：=+=⊕S AB AB A B=C AB②实验电路如图1.3所示，用逻辑功能正常的与非门组成半加器电路。

图1.3与非门组成的半加器电路图图1.4异或门、与非门组成的半加器电路4③实测半加器真值表半加器逻辑功能的测试结果填入表1.5中。

表1.5 半加器逻辑功能的测试结果（6）分析、测试用异或门74LS86和与非门74LS00组成的半加器逻辑功能实验电路如图1.4所示，实测真值表同表1.5。

五实验总结与分析1、完成实验内容,记录实验数据。

2、对实验结果进行分析,判断是否符合要求。

3、总结归纳本次实验用到的知识点。

4、按要求写出验证性实验报告。

六实验思考题l、与非门什么情况下输出高电平?什么情况下输出低电平?与非门不用的输入端应如何处理?2、如果与非门的一个输入端接连续时钟脉冲，那么：(1)其余输入端是什么状态时，允许脉冲通过?脉冲通过时，输出端波形与输入端波形有何差别?(2)其余输入端是什么状态时，不允许脉冲通过?这种情况下与非门输出是什么状态?3、心得体会与其他。

注意事项l、接拆线都要在断开电源(5V)的情况下进行。

2、TTL电路电源电压Vcc = +5V；检查电源是否为5V(不要超过+5V)。

5 实验二 MSI组合逻辑电路的设计与调试(设计性)一、实验目的1、了解编码器、译码器、数据选择器等中规模数字集成电路(MSI)的性能及使用方法；2、用集成译码器和数据选择器设计简单的逻辑函数产生器。

3、掌握组合逻辑电路的设计与测试方法。

二、实验设计要求与主要技术指标1、查出74LSl51、74LS04、74LS138及74LS283等外引线排列图和功能表.并记录.2、试用数据选择器74LSl51(或译码器74LSl38和与非门)设计一个监测信号灯工作状态的逻辑电路。

其条件是，信号灯由红(用R表示)、黄(用Y代表)和绿(用G表示)三种颜色灯组成，正常工作时，任何时刻只能是红、绿或黄当中的一种灯亮。

而当出现其它五种灯亮状态时，电路发生故障，要求逻辑电路发出故障信号。

设用数据开关的1、O分别表示R、Y、G灯的亮和灭状态，故障信号由试验器中的灯亮表示，试将设计的逻辑电路用实验验证，并列表记下实验结果。

3、用一片4位加法器74LS283组成一个代码转换电路，将BCD代码的8421码转成余3码。

4、根据实验内容及要求确实施方案，画出设计电路，连线测试。

三、实验设备与器材实验所用设备与器材见表2-1。

表2-1 实验设备与器材四、实验原理与说明6(1) 使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。

设计组合电路的一般步骤如图2-1所示。

图5-1 组合逻辑电路设计流程图图5-1 组合逻辑电路设计流程图图2.1 组合逻辑电路设计流程图根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。

然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式，并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。

根据简化后的逻辑表达式画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。

最后，用实验来验证设计的正确性。

表2-2 74LSl51的功能表 图2-2 74LSl51外引线排列图(3) 八选一数据选择器74LSl51八选一数据选择器74LSl51的外引线排列图和功能表分别如图5-2和表5-2所示。

由表5-2可以看出，当选通输入端ST = O 时，y 是A2、Al 、Ao 和输入数据D0～D7的与或函数，它的表达式见式(5-1) 。

式中mi 是A2、A1、A0构成的最小项，显然当Di=l 时，其对应的7最小项mi 在与或表达式中出现。

当Di=O 时，对应的最小项就不出现。

利用这一点，可以实现组合逻辑函数。

7i i i Y m D ==∑ 式 (2-1)将数据选择器数据输入D ０～D7作为函数的输入变量，地址选择输入信号A2、A1、A0作为控制信号，控制各最小项在输出逻辑函数中是否出现，选通输入端ST 始终保持低电平，(4) 3线一8线译码器3线一8线译码器74LSl38的外引线排列图和逻辑功能表分别如图2-3和表2-3所示。

由表5-3和图5-3可以看出，该译码器有三个选通端：STA 、B ST 和C ST ，只有当STA=1，B ST = 0、C ST = O 同时满足时，才允许译码，否则就禁止译码。

设置多个选通端，使得该译码器能被灵活地组成各种电路。

五、实验电路设计与测试按组合逻辑电路设计顺序写出完整的实验步骤,包括设计真值表,表达式,电路图,测试结果,A 信号灯监测电路设计与测试１、根据信号灯监测电路要求,列出真值表如表2-4所示, ２、根据真值表2-4写出表达式如式(2-2)所示Y=A `B`C`+A`BC+AB`C+ABC`+ABC……………………………….式(2-2)Y 56Y8 用74LS151设计电路,根据74LS151逻辑功能表,可以将式(2-2)转换成式(2-3)所示.Y=m0D0+m3D3+m5D5+m6D6+m7D7令D0=D3=D5=D6=D7=1; D1=D2=D4=0, …………………….. …………式(2-3)用74LS138设计电路,根据74LS138逻辑功能,可以将式(2-2)转换成式(2-4)所示.Y=Y0+Y3+Y5+Y6+Y7=(Y0`Y3`Y5`Y6`Y7`)`,…………………….. 式(2-4)3、由式(2-3)可画出74LS151设计信号灯监测电路图如图2-4所示,由式(2-4)可画出74LS138设计信号灯监测电路图如图2-5所示.4、根据图2-4连线测式,结果记入表2-5中.根据图2-5连线测式,结果记入表2-6中.B 代码转换电路设计１、根据代码转换电路要求,列出真值表如表2-7所示,２、根据真值表2-7写出表达式如式(2-5)所示Y4Y3Y2Y1=A4A3A2A1+0011……………………………….. 式(2-5)3、由式(2-5)可画出电路如图2-6所示,4、根据图2-6连线测式,结果记入表2-8中.六、实验分析与总结-将测试结果与设计要求比较判断是否符合要求将测试值表2-5和2-6与真值表2-4比较,结果是相同的,说明分别用数据选择器74LS151和译码器74LS138设计信号灯监测电路符合要求,实验成功将测试值表2-8与真值表2-7比较,结果是相同的,说明用全加器74LS283设计代码转换电路符合要求,实验成功六、思考题①使用中、小规模集成门电路设计组合逻辑电路的一般方法是什么？②在进行组合逻辑电路设计时，什么是最佳设计方案？9实验三集成触发器功能测试 (验证性)一、实验目的1、熟悉JK和D触发器两种类型集成触发器的功能及使用方法。

2、熟悉触发器的功能测试。

3、学会运用触发器设计简单的实用电路.二、实验任务及要求1、测试JK触发器（74LS112）的逻辑功能并记录.2、测试D触发器（74LS74）的逻辑功能并记录.3、用74LS112或74LS74加上与非门74LS00设计一个简单的2到4人的抡答器, 画出电路图写出设计依据、抡答过程及抡答结果三、实验原理与电路说明JK触发器74LSll2的引脚排列及符号如图6-1所示。

电源V CC为+5V。

图3-1 JK触发器74LSll2的引脚排列及符号双D触发器74LS74的引脚排列及符号如图6-2所示。

电源V CC为+5V。

图3-2 74LS74的引脚排列及符号四、实验设备与器材实验所用设备与器材见表3-1。

10五、实验内容与步骤1、JK 触发器（74LS112）的功能测试JK 触发器74LSll2的引脚排列及符号如图3-1所示。

① 将JK 触发器74LS112的d S 和d R 端按照表3-2要求改变，观察Q 与 Q 的状态。

结果记录于表3-2中。

表6-2 74LS112的Q 与的状态② 按表3-3要求，测试记录触发器的逻辑功能。

结果记录于表3-3中 (表中CP 由单脉冲源供给)。

表3-3 JK 触发器的逻辑功能112、D 触发器74LS74的功能测试双D 触发器74LS74的引脚排列及符号如图6-2所示。

按表3-4要求测试并记录D 触发器74LS74的逻辑功能结果记入表3-4中。

表3-4 74LS74的逻辑功能3、简单的2-4人抡答器设计写出设计依据、抡答过程及抡答结果并画出电路.用逻辑电平开关及逻辑电平显示器代替主持人控制开关和选手抡答开关及抡答显示,写出抡答原理及抡答过程,连线测试,并判断是否符合要求. 五、实验结果分析与总结2、对实验结果进行分析,判断是否符合要求。