资源描述
数字电路实验讲义
目录
1 数字电路实验箱简介
2 实验一 基本门电路和触发器的逻辑功能测试
3实验二常用集成组合逻辑电路（MSI）的功能测试及应用
4 实验三 常用中规模集成时序逻辑电路的功能及应用
5 实验四 组合逻辑电路的设计
6 实验五 时序逻辑电路的设计
7 实验六 综合设计实验
8 附录 功能常用芯片引脚图
数字电路实验箱简介
TPE系列数字电路实验箱是清华大学科教仪器厂的产品， 该实验箱提供了数字电路实验
所必需的基本条件。 如电源，集成电路接线板，逻辑电平产生电路，单脉冲产生电路和逻辑 电平测量显示电路，实验箱还为复杂实验提供了一些其他功能。
下面以JK触发器测试为例说明最典型的测试电路，图 1为74LS112双JK触发器的测 试电路。其中Sd、Rd、J、K为电平有效的较入信号，由实验箱的逻辑电平产生电路提供。
CP为边沿有效的触发信号，由单脉冲产生电路提供。Q和Q为电路的输出，接至逻辑电平 测量显示电路，改变不同输入的组合和触发条件， 记录对应的输出，即可测试该触发器的功
逻
辑
电
平
单脉冲
VCC 5V
J I 16
Sd
J Q—
74LS112
CP
k e—
Rd
8 8 GND
测 量 显 示
图1. JK触发器测试电路
实验一 基本门电路和触发器的逻辑功能测试
一、实验目的
1、掌握集成芯片管脚识别方法。
2、掌握门电路逻辑功能的测试方法。
3、掌握RS触发器、JK触发器的工作原理和功能测试方法。
二、实验设备与器件
1、数字电路实验箱
2、万用表
3、双列直插式组件
74LS00:四一2输入与非门
74LS86:四一2输入异或门
74LS112:双J-K触发器
三、实验原理与内容
1、测试与非门的逻辑功能
74LS00为四一2输入与非门，在一个双列直插 14引脚的芯片里封装了四个 2输入与非门， 引脚图见附录。14脚为电源端，工作时接5V,7脚为接地端，1A, 113和1Y组成一个与非门, 1Y =1A 1B。剩余三个与非门类似。 按图1—1连接实验电路。改变输信号，测量对应输出, 填入表1—1中，验证其逻辑功能。
VCC 5V
14
逻
辑
电
平
1A &
1B
3
1丫标
测 量 显 示
GND
图1—1 74LS00测试电路
表1—1 74LS00测试结果
1A
1B
1Y
0
0
0
1
1
0
2、测试基本RS触发器功能
两个与非门相接可构成基本 RS触发器，R、S为触发器的清。和置1输入端。输入低电平 有效。R、S同时为1时，清0置1都无效，维持原状。当 R、S同时为0时。Q和Q端都 输出1,并没有不确定输出，但不满足互补的关系。 当R, S同时由。变成1以后，Q端和Q 的输出满足互补条件，但 Q端可能有不确定的输出产生。基本 RS触发器的测试电路如图 1
—2所示。
测 量
显 示
图1 — 2 基本RS触发器测试电路
(1)按表1 — 2的顺序在R和S端输入信号，观察并记录 Q,Q端输出，并说明触发器执行
的是什么操作。
表1 —2基本RS触发器测试结果 表1—3基本RS触发器测试结果续
R
S
Q
Q
功能说明
0
1
1
1
1
0
1
1
R
S
Q
Q
功能说明
0
0
1
1
0
0
1
1
(2)重新连接电路将 R和S并联，按表1 — 3控制输入信号即控制 R和S同时由。变成1, 多次重复，观察 R和S为1时Q和Q端的状态，是否有不同的组合，以正确理解不定状态 的含义。
3、JK触发器功能测试
74LS112为双JK触发器，该器件为 16脚芯片，16脚为电源端，8脚为接地端，标号带 1
的信号端组成一个 JK触发器，剩余为另一个 JK触发器。 _
例如：1CP、1J、1K为第一个JK触发器的CP端J端和K端。相应输出为1Q和1Q , 1Rd
和1Sd分别是其直接清0和直接置1端，JK触发器的特性方程是 Qn41 = JQ n + KQn ,图 1 — 3是其测试电路，按表 1—4顺序测试其功能。
图1—3 74LS112测试电路
表1—4 74LS112测试结果
Sd
Rd
CP
J
K
Qn
Qn*
功能说明
0
1
X
X
X
X
1
o
X
X
X
X
1
1
J
0
0
0
1
1
J
0
0
1
1
1
J
0
1
0
1
1
J
0
1
1
1
1
J
1
0
0
1
1
J
1
0
1
1
1
J
1
1
0
1
1
J
1
1
1
逻
辑
电
平
单脉冲
VCC 5V
~1 I,
Sd
J Q^—
74LS112
CP
K Q^^"
Rd
f~|8
GND
测 量 显 示
4、自行安排测试电路。 测试74LS86四一2输入异或门的功能。74LS86的原理和引脚请参阅 附录。
四、实验报告要求
1、按照实验内容的要求记录其对应的结果，画出其逻辑图，写出其对应表达式。并且解释 实验结果。
2、简要说明测试过程的注意事项。
3、回答思考题。
五、思考题
1、如何判别你所测试的逻辑门电路的功能是否正确？
2、如果测试的逻辑门电路的功能不对，你如何查找原因？
实验二 常用集成组合逻辑电路 （MSI）的功能测试及应用
一、实验目的
1、掌握常用中规模集成组合逻辑电路的功能。
2、掌握常用中规模集成组合逻辑电路的测试方法。
3、掌握常用中规模集成组合逻辑电路的应用。
二、实验设备与器件
1、数字电路实验箱
2、万用表
3、双列直插式组件
74LS138三线一八线译码器一片
74LS151八选一数据选择器一片
74LS20二一 4输入与非门
三、实验原理及内容
1、译码器基本功能的测试
74LS138为三线八线二进制译码器。 C B、A为代码输入端，C是高位，G、Ga、Gb为使能
端，当G为高Ga、Gb为低时，使能有效。 C日A三位代码的每种组合有相应的 Y译码输
出。例如CBA为110时，Y6有效输出0。其余Y无效输出1.对应值为输出Y的逻辑式为： Yi =G1G2aG2b mi , m是变量C, B, A的最小项。按图2-1连接测试电路。并按表 2—1
测试其基本功能。
Y0。
逻
辑
电
平
Y1
Y2o
G1
Y4>
G2
Y5。
G3
Y6。
测
量
显
示
Y7。
图2—1 74LS138 测试电路
表2—1 74LS138功能测试表
使能端
选择端
丫0
丫
y
丫3
丫4
丫5
丫6
丫7
G
Ga
Gb
C
B
A
X
1
0
X
X
X
X
0
1
X
X
X
0
X
X
X
X
X
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
输入
输出
2、数据选择器的功能测试
74LS151为八选一数据选择器，C, B, A为通道信号，G为低有效的使能端，D0
—D为数据输入端，丫为输出端，Y是其互补输出，当 G为低时器件根据 C, B, A的值从D0
7
一D中选择一个送到 丫端输出。例如，CBA为011时，Y=D, Y的逻辑式为：丫=£ mi Di式 中日为CBA的最小项。表2—2是74LS151的功能表。自行安排实验电路和数据屏测试其 基本功能。
表2—2 74LS151的功能表
输
入
输
出
使能
G
C
选择
B
A
Y
Y
H
X
X
X
L
H
L
L
L
L
D0
D。
L
L
L
H
D
D1
L
L
H
L
D2
D2
L
L
H
H
Db
D3
L
H
L
L
D4
D4
L
H
L
H
D5
D5
L
H
H
L
D6
D6
L
H
H
H
D7
3、图2 —2是以74LS138为基础构成的组合电路， 连接电路并测试和记录其输入、 输出关系。
说明实现了何种逻辑功能。
图2 —2 74LS138 应用电路
4、图2 —3是以74LS151为基础构成的组合电路。 连接电路并测试和记录， 其输入输出关系。 并说明实现了何种功能。
四、实验报告要求
1、按实验步骤记录所要求的数据，完成各功能表，解释实验结果。
2、简要说明译码器和数据选择器的逻辑功能测试方法。
3、若发生故障，试给出原因分析。
4、回答思考题。
五、思考题
1、中规模集成芯片的使能端具有什么作用？举例说明。
2、什么是低电平有效？举例说明。
3、三线八线译码器能实现几个输入变量、几个输出变量的逻辑函数？
4、八选一数据选择器能实现几个输入变量、几个输出变量的逻辑函数?
实验三 常用中规模集成时序逻辑电路的功能及应用
一、实验目的
1、掌握常用中规模集成时序逻辑电路的测试方法。
2、掌握常用中规模集成计数器，寄存器的逻辑功能。
3、掌握常用中规模集成时序逻辑电路的应用及功能扩展。
二、实验设备与器件
1、数字电路实验箱。
2、万用表。
3、双列直插式组件
74LS194四位双向移位寄存器一片
74LS161同步四位二进制加法计数器一片
74LS90异步二一五一-k进制计数器一片
74LS00四一2输入与非门一片
三、实验原理和内容
1、二进制计数器功能测试
74LS161是四位二进制同步加法计数器，带有异步清零和同步预置及使能功能 Rd为异前清0 输入端，LD为同步预置输入端 Si, S2为使能端。D3—D）为预置输入数据端。 Q—Q为计数输 出，C为进位输出端。表 3-1为74LS161的功能表。
表3-1 74LS161的功能表
清零
RD
预置
LD
使能
时钟
CP
预置数据输入
输出
Q
S1
S2
Do
D
口
D
Q0 Q
Q
L
X
X
X
X
X
X
X
X
L
L
L
L
H
L
X
X
T
Do
D
口
D
Do
D
D2
Db
H
H
L
X
X
X
X
X
X
保
持
H
H
X
L
X
X
X
X
X
保
持
H
H
H
H
T
X
X
X
X
计 数
逻
辑
电
平
单脉冲
74LS161
cRd Q3
CLD Q2
51 Q1
52 Q0
CP
D3D2D1D0
测 量 显 示
图3—1 74LS161 基本测试电路
按图3—1连接测试电路，并按以下步骤进行测量。
(1) Rd=0,测量其输出Q3 Q2 Q1 Qo及C,说明其功能。
(2) Rd=1,LD=0,CPT ;测量输出，说明其功能。
(3) Rd=1,LD=1,EP=1,ET=O,CPT ;测量输出，说明其功能。
(4) Rd=1,LD=1,EP=0,ET=1,CP T ;测量输出，说明其功能。
⑸ Rd=1,LD=1,EP=1,ET=1,CP T ;测量输出，并画出状态转换图，说明其功能。
2、十进制计数器的功能测试
74LS90为二五十进制计数器， S⑴，S)⑵为置九输入端，R)(d, R(2)为清零输入端，CP为
二进制数器输入端，对应输出为 Q, CP为五进制计数器的输入端，对应的输入为 Q, Q,
Qo表3-2是74LS90的功能表。自行安排测试电路，测试其置九、清零和二进制，五进制 及十进制计数功能。
表3—2 74LS90 功能表
复位输入
R0(D R)(2)
置位输入
的⑴ R
9 (2)
时钟
CP
Q
输出
Q
Q
Q
H
H
L
X
X
L
L
L
L
H
H
X
L
X
L
L
L
L
X
X
H
H
X
H
L
L
L
L
X
L
X
计 数
L
X
X
L
计 数
X
L
L
X
计 数
X
L
X
L
计 数
3、任意进制计数器
图3—2为74LS161加上反馈清零后构成的十二进制计数器。
(1)连接电路测试其计数状态转换关系。
(2)自行修改电路用反馈预置实现相同状态转换关系。
图3—2 74LS161 应用电路
4、移位寄存器功能测试
74LS194为四位双向移位寄存器， Rd为异步清定输入端，S1, S0为功能控制端，配合 CP正
沿可实现保持、左移、右移和并行输入的功能。表 3—3 74LS194的功能表。自行设计测试
电路，测试其功能。
3 — 3 74LS194的功能表
序 号
清零
Rd
输入
输出
控制信号
串行输入
时钟脉
冲CP
并行输入
QD
QC
Q
Q
Si
So
左移Dsl
右移Dsr
A
B
C
D
1
L
X
X
X
X
X
X
X
X
X
L
L
L
L
2
H
X
X
X
X
H(L)
X
X
X
X
n
Qd
QC
Qn
QA
3
H
H
H
X
X
T
D
C
B
A
D
C
B
A
4
H
H
L
H
X
T
X
X
X
X
H
QD
qC
QB
5
H
H
L
L
X
T
X
X
X
X
L
qD
QC
qB
6
H
L
H
X
H
T
X
X
X
X
QC
qB
qA
H
7
H
L
H
X
L
T
X
X
X
X
QC
qB
qA
L
8
H
L
L
X
X
x
X
X
X
X
qD
QC
Qn
qA
四、实验报告要求
1、按实验内容要求记录实验数据，说明其逻辑功能。
2、若发生故障，试给出原因分析。
3、总结中规模集成计数器构成任意进制计数器的方法。
4、回答思考题。
五、思考题
1、同步预置与异步预置，在设计应用电路时有何不同。
实验四 组合逻辑电路的设计
一、实验目的
1、掌握组合逻辑电路的一般设计方法。
2、掌握 MSI 实现组合逻辑电路的方法。
2、 掌握 MSI 的功能扩展。
二、设计要求
1、设计一个全减器，设 Ai、 Bi、 Ci-1 分别为某位的被减数、减数低一位的借位， Si 和 Ci 分
别为该位的差和向高一位的借位，要求用 MSI 实现。
2、设计三个开关控制一个灯的电路，要求任一开关都可随意控制灯的亮与灭，试用两种不
同的方法( SSI， MSI )实现。
3、试用两片并行加法器( 74LS283 )和必要的门电路设计一个 BCD 码加法器。根据 BCD
的运算规则，当两数之和小于或等于 9 ( 1001)时，所得结果即为输出；当所得结果大于 9
(1010— 1111)或有进位时，则应加 6 (0110) ，这样一方面给出进位输出信号，同时得到
一个小于 9 的输出结果。
4、试用两片八线一三线优先编码器( 74LS148 )设计一个十六线一四线优先编码器，要求
输入低电平有效，输出高电平有效。
三、实验报告要求
1、要求有详细的设计过程及设计原理电路图。
2、要求列出详细的设备及元器件清单。
3、要求拟定实验测试方法，步骤及数据测试表格。
4、要求画出电路接线图，列出电路测试数据表。
5、回答思考题。
四、思考题
1、总结用 MSI 和 SSI 设计组合逻辑电路的方法与两种方法的异同。
2、完成同一逻辑功能是否用 MSI 器件一定比用 SSI 器件简单？举例说明。
3、你在设计电路与实验调试电路中遇到哪些问题？你是如何分析和解决这些问题的？
实验五 时序逻辑电路的设计
一、实验目的
1、掌握时序逻辑电路的一般设计方法。
2、掌握用中规模集成计数器构成任意进制计数器的方法。
3、掌握中规模集成计数器的扩展。
二、设计要求
1、试分别用74LS161、74LS90设计一个七进制计数器。
2、试选用合适器件实现下列状态转换图。
0001f 0010f 0011f 0100f 0101f 0110f 0111f 0001
3、试用两片 74LS90 设计一个 100 进制计数器，再将其转化为 60 进制计数器。
4、试用两片 74LS161 采用三种不同的方法设计一个 24 进制计数器。
三、实验报告要求
1、要求有详细的设计过程及设计原理电路图。
2、要求列出详细的设备及元器件清单。
3、要求拟定实验测试方法、步骤及数据测试表格。
4、要求画出电路接线图，列出电路测试数据表。
5、回答思考题。
四、思考题
1、总结用中规模集成计数器构成任意进制计数器的方法？
2、总结时序逻辑电路的自启动设计方法？并举例说明。
3、你在设计电路与实验调试电路中遇到哪些问题？你是如何分析和解决这些问题的？
实验六 综合设计实验
一、实验目的
1、掌握常用波形产生和变换电路的设计方法。
2、熟悉 D/A 变换器的电路和应用。
二、设计要求
1、分别用555电路和门电路设计一频率为 1KHZ的多谐振荡器。
2、用 555 电路设计一输出脉宽在 0.2ms— 0.8ms 可调的单稳态电路。
3、设计一个 D/A 转换电路。
4、利用上述电路配合计数电路，构成一锯齿波发生器。
5、自选题设计
三、实验报告要求
1、要求有详细的设计过程及设计原理电路图。
2、要求列出详细的设备及元器件清单。
3、要求拟定实验测试方法、步骤及数据测试表格。
4、要求画出电路接线图，列出电路测试数据表。
四、思考题
1、进行综合设计时与以往实验有何区别？
2、你在设计电路与实验调试电路中遇到哪些问题？你是如何分析和解决这些问题的？
附录常用芯片引脚图
VCC4B 4A 4Y 3B 3A 3Y
74LS00
1A IB 1Y 2A 2B 2Y GND
74LS00 四2输入与非门
74LS04 六反相器
CP. NC Qo Q3 GND Qi Qi
Vcc 1Rd 2Rd 2CP 2K 2J 2Sd 2Q
16
mi3Ljmi^-d0LJ9-
J 74LS90
J 74LS112
UJHJDJLLJ15J16J17J
CP】&⑴ Rogj NC Vcc S^i)JJg⑦
1 2 3 4 5 6 _7 8
1CP 1K 1J 1Sd 1Q 1Q 2Q GND
74LS90二-五-十进制异步加计数器
74LS112 双负沿触发JK触发器
Vcc 2D 2C NC 2B 2A 2Y
qimuii [Hi画国名
J 74LS20 o
I 1||2 ||3 ||引 |S ||6 1H
1A IB NC IC ID 1Y GND
74LS20 双4输入与非门
Vcc 4E 4A +¥ 3E 3A 3Y
画面Hl FIT两回⑸
HziU I_&I
74LS86
4j L5JL&JLLI
1A IE IV 2A 2B 2Y &1TD
74LS86 四2输入异或门
Vcc Yo Y1 Y2 Ys Y4 Y(5 向同国国网[TH [TOI⑼vcc d4 m d6 d- a b c 网同向同园[IT]巧门
J 74LS138
J 74LS151
UJ[2J[3J[4J15J[6JL2J18J
A B C 立 3 Gl ¥? GND
74LS138 3线-8线译码器
LUL2JL3J[4J[5J1£]LzJ[8J
D3 D? D] Dq y Y G (jNID
74LS151 8选1数据选择器
Vcc C Qo Ql Q2 Q3 S2 LD
Va ft) Qi Qr Q CP Si St
74LS194
J 74LS161
LULLILLILLIE叵IL2J&I
RD CP Do Di D2 D3 Si GND
74LS161同步四位二进制计数器
ninirQrm!ninirsr
RD Du Do h Dz ft Dn CTO
74LS194 4位双向通用移位寄存器
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