1、实验指导书计算机与信息学院数字逻辑课程组编印数字逻辑电路实验指导书- 1 -目录实验箱简介 1实验一 TTL 门电路的逻辑功能测试 3实验二 数据选择器及其应用 7实验三 组合逻辑电路的分析与设计 11实验四 触发器 R-S 、J-K、T、D .15实验五 集成计数器 .19附录 部分集成电路引脚排列图 .22数字逻辑电路实验指导书- 1 -实验箱简介数字逻辑电路实验箱使用说明一、实验箱组成模块一、信号源模块和电源单元二、逻辑电平输出三、逻辑电平显示四、可调电位器部分五、共阴共阳数码管六、DIP 插座部分和面包板七、地插孔和测试钩八、选配集成芯片二、数字逻辑电路实验箱主电路板1、信号源模块和电
2、源单元为实验箱其它功能模块提供丰富的信号资源。主要由固定频率信号源，连续可调信号源，单次脉冲源组成。固定频率信号源包含各种频率的方波：1HZ，10HZ，100HZ， 1KHZ，10KHZ，100KHZ，1MHZ；连续可调信号源同样通过改变电位器值来改变输出的频率的范围，W200 的可调范围是 01M，调节 W200可以细调输出的频率；单次脉冲源有正脉冲输出和负脉冲输出两种，按下 S201就会产生一个正的或负的脉冲，它与按下的时间长短无关。当要使用这一个模块中的信号源时，只需要将其接入相应的输入端，对该模块上电（按 POWER201）即可。按下箱体右侧的交流开关，电源单元的直流指示灯亮了，表明电
3、源部分正常工作。2、逻辑电平输出此模块的主要功能是提供高低电平。当需要一个高电平时，将拨位开关拨上即可，同样需要一个低电平将拨位开关拨下即可。3、逻辑电平显示它的主要作用是对输出电平的高低进行显示，如果发光二极管发光，则对应的输出为高电平，相反发光二极管不发光，则对应的输出为低电平。4、可调电位器部分此部分提供 1K,10K，50K，100K 四个可调电位器，可供实验中使用。5、LED 模块共阴数码管和共阳数码管实验箱上提供的 TOS5101AH为共阴数码管，TOS5101BH 为共阳数码管，从左下脚开始数为第 1脚，引脚数按照逆时针方向递增，它们的第 3脚和第 8脚为公共端。实验箱上提供了8
4、个孔，这 8个孔的对应标号已经给出。此模块设计力求灵活可变，当需要两个共阴的数码管时，只需将共阳数码管拔起，换上共阴数码管即可，同样需要两个共阳数码管，只需将共数字逻辑电路实验指导书- 2 -阴数码管拔起，换上共阳数码管。另外还可以做共阴共阳数码管的单独实验。本实验箱提供的是高亮型数码管，它的点亮电流为 13mA。6、DIP 插座部分和面包板DIP自锁紧式插孔部分：ZY11DC11BE 实验板上有 1个 DIP8，4 个 DIP14，2 个 DIP16，2个 DIP20，1 个 DIP40（可以把 DIP40当成元件库部分） ，它们在实验箱上对应的标号依次为IC8，IC14，IC16，IC20
5、，IC40。细心的学生可以发现在板上 IC40处有 60个插针，中间一排 20个插针与上面一排 20个插针是连通的。实验中如果需要插入电阻电容可插在下面两排插针之间，从相应的孔中引出连线。本实验箱还提供了面包板，面包板的上方有两个小的插孔分别是 5V和 GND，可以通过两根跳线把 5V和 GND分别引入面包板的最右排和最左排的插孔中，这样电源和地就引入到面包板上。实验箱总体框图数字逻辑电路实验指导书- 3 -实验一 TTL 门电路的逻辑功能测试一、实验目的1、掌握 TTL 器件的使用规则。2、掌握 TTL 集成与非门的逻辑功能。3、掌握 TTL 集成与非门的测试方法。二、实验原理TTL集成电路
6、的输入端和输出端均为三极管结构，所以称作三极管、三极管逻辑电路（Transistor -Transistor Logic ）简称TTL电路。54 系列的 TTL电路和74 系列的TTL电路具数字逻辑电路实验指导书- 4 -有完全相同的电路结构和电气性能参数。所不同的是54 系列比74 系列的工作温度范围更宽，电源允许的范围也更大。74 系列的工作环境温度规定为0700C，电源电压工作范围为5V5%V，而54 系列工作环境温度规定为-551250C，电源电压工作范围为5V10%V 。54H 与74H,54S 与74S 以及54LS 与74LS 系列的区别也仅在于工作环境温度与电源电压工作范围不同
7、，就像54 系列和74 系列的区别那样。在不同系列的TTL 器件中，只要器件型号的后几位数码一样，则它们的逻辑功能、外形尺寸、引脚排列就完全相同。TTL 集成电路由于工作速度高、输出幅度较大、种类多、不易损坏而使用较广，特别对我们进行实验论证，选用TTL 电路比较合适。因此，本实训教材大多采用74LS(或74)系列TTL 集成电路，它的电源电压工作范围为5V5%V，逻辑高电平为 “1”时2.4V，低电平为“0”时0.4V。它们的逻辑表达式分别为：图1.2.1 分别是本次实验所用基本逻辑门电路的逻辑符号图。图1.2.1 TTL 基本逻辑门电路与门的逻辑功能为“有0 则0，全1 则1”；或门的逻辑
8、功能为“有1则1，全0 则0”；非门的逻辑功能为输出与输入相反；与非门的逻辑功能为“有0 则1，全1 则0”；或非门的逻辑功能为“有1 则0，全0 则1”；异或门的逻辑功能为“不同则1，相同则0”。三、实验设备与器件1、仪器数字逻辑实验箱数字逻辑电路实验指导书- 5 -2、器件74LS00 二输入端四与非门四、实验内容及实验步骤1、测试 74LS00（四 2 输入端与非门）逻辑功能将 74LS00 正确接入 DIP插座，注意识别 1 脚位置（集成块正面放置且缺口向左，则左下角为 1 脚） ，输入端接逻辑电平输出插口，输出端接逻辑电平显示，拨动逻辑电平开关，根据 LED 发光二极管亮与灭，检测非
9、门的逻辑功能，结果填入下表中。 Y23A B Y0 00 11 01 12、利用与非门组成其他逻辑门电路组成与门电路将 74LS00 中任意两个与非门组成如下图所示的与门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯 LED，拨动逻辑开关，观察指示灯 LED 的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。 123456与门电路连接图与门真值表A B Y0 00 11 01 1组成或门电路将 74LS00 中任选三个与非门组成如下图所示的或门电路，输入端接逻辑电平开关，输数字逻辑电路实验指导书- 6 -出端接指示灯 LED，拨动逻辑开关，观察指示灯 LED 的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。 1
10、234569108或门电路连接图或门真值表A B Y0 00 11 01 1组成异或门电路将 74LS00 中的与非门按照下图所示的电路连线，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯 LED，拨动逻辑开关，观察指示灯 LED 的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。123456908123异或门电路连接图异或门真值表A B Y0 00 11 01 1五、实验报告要求记录整理实验结果，并对结果进行分析。 在做本实验之前一定要先仔细阅读附录一。 实验中所需器件的引脚分布图参考附录三。 逻辑电平单元拨上为高电平，拨下为低电平。 实验中所说明的 Vcc 在没有特别申明情况下都接 5V（后同） 。数字逻辑
11、电路实验指导书- 7 -实验二 数据选择器及其应用一、实验目的1、掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能和使用方法。1、 学习用数据选择器构成组合逻辑电路的方法。二、实验原理数据选择是指经过选择，把多个通道的数据传送到唯一的公共数据通道上去。实现数据选择功能的逻辑电路称为数据选择器。它的功能相当于一个多个输入的单刀多掷开关，其示意图如下：数据选择器 74LS15174LS151 是典型的集成电路数据 选择器，它有 3 个地址输入端 CBA，可选择 D0D7，这8 个数据源，具有两个互补输 出端，同相 输出端 Y 和反相输 出端 W。其引脚图如下图所示。74LS151 的引脚图表图三、实验设备与器件
12、1、仪器数字逻辑实验箱2、器件74LS151 8 选 1 数据选择器四、实验内容及实验步骤数字逻辑电路实验指导书- 8 -1、74LS151 译码器逻辑功能 测试在数字逻辑电路实验箱 IC 插座模块中找一个 16PIN 的插座插上芯片 74LS151 并在16PIN 插座的第 8 脚接上实验 箱的地（GND），第 16 脚接上 电源（Vcc）。将 74LS151 的控制输入端和数据输入端 D0D7 接 逻辑电平输出，将输出端 Y 接到 逻辑电平显示的发光二极管上，逐次拨动对应的开关，根据发 光二极管显示的变化， 测试 74LS151 的逻辑功能。输入 输出GC B A1 0 0 0 00 0
13、0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 12、用八选一数据选择器设计 3 个开关控制一个电灯的逻辑电路，要求改变任何一个开关的状态都能控制电灯由亮变灭或者由灭变亮。写出真值表输入 输出GC B A Y0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 1数字逻辑电路实验指导书- 9 -0 1 1 00 1 1 1画出接线图验证逻辑功能3、用八选一数据选择器设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。每组信号灯均由红、黄、绿三盏灯组成。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且只允许有一盏灯点亮。当出现其他五种点亮状态
14、时，电路发生故障，这是要求发出故障信号，提醒维护人员前去维修。写出真值表输入 输出GR A G Y0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 0数字逻辑电路实验指导书- 10 -0 1 0 10 1 1 00 1 1 1画出接线图验证逻辑功能五、实验报告要求1、用数据选择器对实验内容进行设计、写成设计全过程、画出电路图并进行逻辑功能测试。2、对实验结果进行分析、讨论，总结实验收获、体会，提出建议。 实验中所需器件的引脚分布图参考附录三。数字逻辑电路实验指导书- 11 -实验三 组合逻辑电路的分析与设计一、实验目的1、掌握组合逻辑电路的分析与设计方法。2、加深对基本门电路
15、使用的理解。二、实验原理1、组合电路是最常用的逻辑电路，可以用一些常用的门电路来组合完成具有其他功能的门电路。例如，根据与门的逻辑表达式 得知，可以用两个非门和一个或ZAB非门组合成一个与门，还可以组合成更复杂的逻辑关系。2、分析组合逻辑电路的一般步骤是：(1) 由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；(2) 化简和变换各逻辑表达式；(3) 列出真值表；(4) 根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定其功能。3、设计组合逻辑电路的一般步骤与上面相反，是：(1) 根据任务的要求，列出真值表；(2) 用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式；(3) 根据表达式，画出逻辑电路图，用标准器件构成电
16、路；(4) 最后，用实验来验证设计的正确性。 值值值值值值值 值值值值值值值值值值值 值值值值值值值值值值值值值值值值值组 合 逻 辑 电 路 的 设 计 流 程组 合 逻 辑 电 路 的 设 计 流 程组 合 逻 辑 电 路 的 设 计 流 程组 合 逻 辑 电 路 的 设 计 流 程三、实验设备与器件1、仪器数字逻辑实验箱2、器件数字逻辑电路实验指导书- 12 -74LS00 二输入端四与非门 74LS151 8 选 1 数据选择器四、实验内容及实验步骤1、用与非门设计一个半加器，其 输入为 A、B 为两个加数，输出为半加和 S 及进位 CO。写出真值表输入 输出A B S CO0 00
17、00 00 1写出输出逻辑表达式画出电路图2、设计一个密码锁，锁上有三个按 键 A、B、C，当两个或两个以上的按键同时按下时 ，且 A 键必须按下，锁能被打开。用逻辑电平显示灯亮来替代锁，当符合上述条件时，将使逻辑电平显示灯亮，否则灯灭。写出真值表输入 输出A B C Y0 0 00 0 10 1 0数字逻辑电路实验指导书- 13 -0 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1写出输出逻辑表达式画出电路图(请用两种方法实现 )方法一、用与非门实现方法二、用八选一数据选择器实现五、实验预习要求1、复习各种基本门电路的使用方法。2、实验前，画好实验用的电路图和表格。3、自己参考有关资料画出实
18、验内容 2、3、4 中的原理图，找出实验将要使用的芯片，以备实验时用。数字逻辑电路实验指导书- 14 -六、实验报告要求1、将实验结果填入自制的表格中，验证设计是否正确。2、总结组合逻辑电路的分析与设计方法。 实验中所需器件的引脚分布图参考附录三。数字逻辑电路实验指导书- 15 -实验四 触发器 R-S 、J-K、T、D一、实验目的1、掌握基本 RS、JK、T 和 D 触发器的逻辑功能。2、掌握集成触发器的功能和使用方法。3、熟悉触发器之间相互转换的方法。二、实验原理触发器是能够存储 1 位二进制码的逻辑电路，它有两个互补输出端，其输出状态不仅与输入有关，而且还与原先的输出状态有关。触发器有两
19、个稳定状态，用以表示逻辑状态“1”和“0” ，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，它是一个具有记忆功能的二进制信息存储器件，是构成各种时序电路的最基本逻辑单元。1、基本 RS 触发器图 4-1 为由两个与非门交叉耦合构成的基本 RS 触发器，它是无时钟控制低电平直接触发的触发器。基本 RS 触发器具有置“0” ， 置“1”和保持三种功能。通常称 为置“1”S端，因为 =0 时触发器被置“1” ； 为置“0”端，因为 =0 时触发器被置“0” 。当 =SRR=1 时状态保持，当 = =0 时为不定状态，应当避免这种状态。R基本 RS 触发器的逻辑符号见图 4-1（b）
20、 ，二输入端的边框外侧都画有小圆圈，这是因为置 1 与置 0 都是低电平有效。2、JK 触发器在输入信号为双端的情况下，JK 触发器是功能完善、使用灵活和通用性较强的一种触发器。本实验采用 74LS112 双 JK 触发器，是下降边沿触发的边沿触发器。引脚逻辑图如图4-2 所示： 数字逻辑电路实验指导书- 16 -图 4-2 JK 触发器的引脚逻辑图JK 触发器的状态方程为： *QJK其中，J 和 K 是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若 J、K 有两个或两个以上输入端时，组成“与”的关系。 和 为两个互补输出端。通常把 =0、 =1 的状态定为触Q发器“0”状态；而把 =1， =0 定为
21、“1”状态。JK 触发器常被用作缓冲存储器，移位寄存器和计数器。3、D 触发器在输入信号为单端的情况下，D 触发器用起来更为方便，其状态方程为：*QD其输出状态的更新发生在 CP 脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前 D 端的状态，D 触发器的应用很广，可用作数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生等。有很多型号可供各种用途的需要而选用。图 4-3 为双D（74LS74）的引脚排列图。图 4-3 D 触发器的引脚排列图三、实验设备与器件1、仪器数字逻辑实验箱2、器件数字逻辑电路实验指导书- 17 -74LS00 二输入四与非门74LS74 双 D 触发器
22、 74LS112 双 JK 触发器 四、实验内容及实验步骤1、测试基本 RS 触发器的逻辑功能按图 4-1，用两个与非门组成基本 RS 触发器，输入端 、 接逻辑电平输出插孔（拨SR位开关输出端） ，输出端 和 接逻辑电平显示输入插孔（发光二极管输入端） ，测试它的Q逻辑功能并画出真值表将实验结果填入表内。2. 验证 D 触发器逻辑功能将 74LS74 的 、 、D 连接到逻辑开关， CP 端接单次脉冲，Q 端和 Q 端分别接逻RS辑电平显示端口，接通是电源，按照表中的要求，改 变 、 、D 和 CP 的状态。在 CP 从 RS0 到 1 跳变时，观察输出端 Q n+1 的状态，将测试结果填入
23、 下表。3. 验证 JK 触发器逻辑功能将 74LS112 的 、 、J 和 K 连接到逻辑开关，Q 和 Q 端分别接逻辑电平显示端DRS口， CP 接单次脉冲，接通 电源，按照表中的要求，改变 、 、J、K 和 CP 的状态。在 CP DRS数字逻辑电路实验指导书- 18 -从 1 到 0 跳变时，观察输出端 Q n+1 的状态，并将 测试结果填入表。五、实验预习要求1、复习有关触发器内容，熟悉有关器件的管脚分配。2、列出各触发器功能测试表格。3、参考有关资料查看 74LS112 和 74LS74 的逻辑功能。六、实验报告要求1、列表整理各类触发器的逻辑功能。 本实验如果使用了 CMOS 系
24、列的芯片，那么在做本实验之前必须先仔细阅读附录一。 实验中所需器件的引脚分布图参考附录三。数字逻辑电路实验指导书- 19 -实验五 集成计数器一、实验目的1、学会用触发器构成计数器。2、熟悉集成计数器。3、掌握集成计数器的基本功能。二、实验原理计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。计数器的种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和
25、任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预置数等等。1、用 D 触发器构成异步二进制加法计数器图 5-1 3 位二进制异步加法器如上图 5-1 所示，是由 3 个上升沿触发的 D 触发器组成的 3 位二进制异步加法器。图中各个触发器的反相输出端与该触发器的 D 输入端相连，就把 D 触发器转换成为计数型触发器 T。2、异步集成计数器 74LS9074LS90 为中规模 TTL 集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功能，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。其引脚排列图和功能表如下所示：数字逻辑电路实验指导书- 20 -图 5-
26、2 74LS90 的引脚排列图表 5-1 74LS90 的功能表三、实验设备与器件1、仪器数字逻辑实验箱。2、器件74LS74 双上升沿 D 触发器 74LS90 异步集成计数器 四、实验内容及实验步骤以下实验均在数字逻辑电路实验箱 IC 插座模块上进行，具体的芯片插法与前述实验相同，区别在于芯片的功能引脚不同，芯片之间的连接方法不同。1、用 D 触发器构成 3 位二进制异步加法计数器。按图 5-1 利用两片 74LS74 接成三位二进制加法计数器，输出端接逻辑电平显示端口，由时钟端逐个输入单次脉冲， 观察并记录 Q2、Q1 和 Q0 的输出状态，验证二进制计数功能。2. 按下图 (a) 用
27、74LS90 接成二进制计数器，由 CP1 逐个输入单次脉冲，观察输出状数字逻辑电路实验指导书- 21 -态并记录，验证其二进制计数功能。3. 按 图 (b) 接成五进制计数器，由 CP2 逐个输入单次脉冲，观察输出状态并记录，验证其五进制计数功能。4. 按图(c) 接成 8421 码十进制计数器，由 CP1 输入单 次脉冲，观察并记录输出状态，验证其十进制计数功能。5. 按图 (d) 接成对称二五混合十进制计数器，由 CP2输入单次脉冲，观察并记录输出状态， 验证其计数功能。五、实验预习要求1、复习计数器的有关原理。2、绘出各实验内容的详细原理图。3、拟出各实验内容所需的测试记录表格。4、查相关资料，给出并熟悉实验所用各集成块的引脚排列图。六、实验报告要求1、整理实验数据，画出要求的状态图。2、记录、整理实验数据并画出有关波形。并对实验结果进行分析。3、总结使用集成计数器的体会。 实验中所需器件的引脚分布图参考附录二。数字逻辑电路实验指导书- 22 -附录 部分集成电路引脚排列图74LS00 二输入端四与非门 74LS04 六反相器74LS74 上升沿 D 触发器 74LS90 十进制计数器74LS112 双 JK 触发器 74LS151 8 选 1 数据选择器
