数字逻辑实验指导书.doc

数字逻辑 课程实验指导书 江西财经大学信息学院 前 言一、本课程实验的作用与任务为了规范和强化数字逻辑的实验教学，我们编写了数字逻辑课程实验指导书以配合数字逻辑课程的教学。 本指导书是根据数字逻辑课程实验教学大纲编写的，适用于计算机科学技术专业。 本实验课是数字逻辑课程的附属实验课。数字逻辑是一门理论和实践紧密结合的课程,是计算机科学与技术以及电子类专业的一门主要专业课程，通过实验验证、巩固、加强该课程的内容，使学生加深理解计算机基本逻辑部件的组成及工作原理，掌握数字系统逻辑设计和调试的方法。二、本课程实验的基础知识本实验课程需要的基础知识包括如下先修课程： 计算机应用技术、电子技术基础。 三、指导书的编写分工 本实验指导书由杨琪、欧阳坚参加编写。四、教学支持与反馈限于作者水平，书中必定还有许多不妥之处，作者热切希望使用本书的读者提出意见，敬请同行和读者批评指正。反馈意见请发送至：目 录 绪论实验一基本逻辑门逻辑实验实验二门控实验实验三可靠性编码 实验四半加器结构及测试 实验五全加器结构及测试 实验六四位并行加法器实验七RS触发器、D触发器 实验八JK触发器 T触发器实验九简单时序电路 实验十计数器 实验十一寄存器实验十二译码器 附录绪 论 数字逻辑课程实验教学大纲课程名称：数字逻辑英文名称：Logic circuitry课程编号：03954 实验课性质：非独立设课课程负责人：杨琪 开放实验项目数：12大纲主撰人：杨琪 大纲审核人： 一、学时、学分课程总学时：64 实验学时：16课程总学分： 4 实验学分：二、适用专业及年级计算机专业一年级三、实验教学目的与基本要求数字逻辑是计算机原理的先导课程，数字电路是构建计算机硬件的基本结构。数字逻辑是一门理论和实践紧密结合的课程。通过实验验证、巩固、加强该课程的内容，使学生加深理解计算机基本逻辑部件的组成及工作原理，掌握进行数字系统逻辑设计和调试的方法,达到为计算机原理等硬件课程打下基础的目的，培养学生严谨的科学作风和敢于实践的动手能力。基本要求 要求学生根据实验指导书，课前进行预习。 实验前，给学生510分钟,熟悉实验步骤、实验设备操作方法。 根据实验内容和要求，指导教师向学生提出几个问题及讲述注意事项。 2人分为一组，要求学生独立完成实验。 整理实验结果记录。 实验结束后，指导教师检查原始数据、实验结果。 一周内完成并上交实验报告。四、主要仪器设备及消耗品数字电路实验仪 25套 万用表8个74系列TTL电路等。五、实验课程内容和学时分配序号实验项目名称实验学分实验时数每组人数实验类型实验要求实验类别内容提要 1 基本逻辑门22验证性必做基础实验报告2门控实验22验证性必做基础实验报告3可靠性编码22设计性必做基础实验报告4半加器结构及测试22验证性必做基础实验报告5四位并行加法器22设计性必做基础实验报告六、考核方式实验报告和实验考试。实验过程中，老师把学生回答问题的水平及学生实验操作能力，均作为对学生考核的成绩。总成绩根据：实验记录、回答问题的水平、实验操作的水平、实验报告。实验课成绩占课程总成绩30。缺一次实验或实验报告，最后不允许参加笔试。总成绩不及格者，下学年重修。七、大纲使用说明：适用于计算机专业。实验一 基本逻辑门逻辑实验一、实验目的1、 掌握TTL与非门、与或非门和异或门输入之间的逻辑关系。2、 熟悉TTL中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。二、实验所用器件和仪器1、二输入四与非门74LS00 1片2、二输入四或非门74LS02 1片3、二输入四异或门74LS86 1片三、预习要求TTL与非门、或非门和异或门等基本门电路的逻辑功能。四、实验内容及实验步骤*74LS00中包含4个二与非门，74LS28中包含4个二或非门，74LS86中包含4个异或门，下面各画出测试第一个逻辑门逻辑关系的接线图及测试结果。测试其他逻辑门时的接线图与之类似。测试时各器件的引脚7接地，引脚14接+5V。图中的K1、K2是电开关输出，LED0是电平指示灯。*1、内容：l 测试二输入四与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。l 测试二输入四或非门74LS02一个或非门的输入和输出之间的逻辑关系。l 测试二输入四异或门74LS86一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。2、步骤：l 测试74LS00逻辑关系接线图及测试结果（表1.1）l 测试74LS02逻辑关系接线图及测试结果（表1.2）l 测试74LS86逻辑关系接线图及测试结果（表1.3）附： 表1.1 表1.2 输 入输 出引脚1引脚2引脚3LLHLHHHLHHHL输 入输 出引脚1引脚2引脚3LLHLHLHLLHHL 表1.3输 入输 出引脚1引脚2引脚3LLLLHHHLHHHL五、实验报告1.绘出实验原理电路图，标明实验的元件参数值。2.整理实验数据及说明实验中出现的各种现象，得出有关的结论。 3.将实验结果与理论计算比较，分析产生误差的原因。实验二 门控实验一、实验目的1、掌握与非门,或非门三种门逻辑功能和使用方法。2、掌握用门构成控制的特点和方法。.3、初步学会用示波器测量简单的数字波形。二、实验所用器件和仪表1、二输入四与非门74LS00 1片2、二输入四或非门74LS02 1片3、二输入四异或门74LS86 1片4、示波器三、预习要求1、三种门逻辑功能。2、三种门输入,输出关系构成特点。四、实验内容及实验步骤用实验台的电平开关输出作为被测器件的控制输入.拨动开关,则变器件的输入电平.用实验台的脉冲输出作为被测器件的信号输入;监测输出电平。1、内容:74LS00与非门的输出和信号输入同时进行监测;74LS00与非门高电平输出,低电平输出,低电平输出的电压值;同时测试其相位。2、步骤:参照实验内容1和2接线图,图中K1,K2和K3是电平开关输出,拨动电平开关K1,则改变74LS00一个与非门输入控制端的电平。3、换上或非门,异或门,重复1,2。.4、记录,分析实验结果。五、实验报告1、给出实验原理电路图,标明实验 的元件参数值。.2、整理实验数据及说明实验中出现的各种现像,得出有关的结论。3、将实验与实验理论计算比较,分析。实验三 可靠性编码一、实验目的1、熟悉异或门的逻辑功能2、掌握GRAY码,奇偶校验码实现方法二、实验用器和仪表1、二输入四异或门74LS86 1片2、二输入四与非门74LS00 1片3.万用表三、预习要求3、 GRAY码,奇偶校验码的基本工作原理4、 实验仪器的使用方法.四、实验内容及实验步骤1、内容:实现四位GRAY码0010,1011,1001,0111和二进制的相互转换;实现四位二进制信息码的奇,偶校验;2、步骤：课本22-24页，电路图见下。3、记录,分析实验结果五、实验电路图六、实验报告:1、整理实验数据及说明实验中出现的各种现象,得出有关的结论2、将实验结果与理论计算比较,分析产生的原因.实验四 半加器结构及测试一、实验目地 1 了解半加器的实验方法；2 掌握半加器的功能。二、实验所用器件和仪表 1 二输入四与非门 74LS00 2片 2 六反相器 74LS04 1片 3 二输入四异或门 74LS86 1片三、预习要求1 基本门电路的逻辑功能2 组合电路半加器的结构及工作原理四、实验内容及实验步骤1 内容：用2片74LS00和1片74LS04组成半加器逻辑电路；用1片74LS00和1片74LS86组成半加器逻辑电路；将A，B接电平的开关输出，S，CH接电平指示灯；拨动电平开关，产生A，B的4种组合，观测并记录S和CH的值。2 步骤：半加器接线图分别见下图。3 记录，分析结果。五、实验电路图与非门实现原变量与反变量都存在 只有原变量 自选元件 六、实验报告1 整理实验数据及说明实验中出现的各种现象，得出有关的结论；2 将实验结果与真值表比较，分析产生误差的原因。实验五 全加器结构及测试一、实验目的1、了解全加器的实验方法。2、掌握全加器的功能。二、实验所用器件和仪表1、二输入四与非门74LS00 1片2、二输入四异或门74LS86三、预习要求1、基本门电路的逻辑功能2、组合电路全加器的结构及工作原理四、实验内容及实验步骤*对与或非门而言，如果一个与门中的一条或几条输入引脚不被使用，则需将它们接高电平；如果一个与门不被使用，则需将此与门至少一条输入引脚接低电平。*1、内容：u 将A、B、Ci-1接电平开关输出，S、Ci接电平指示灯u 拨动电平开关，产生A、B、Ci-1的8种组合，观测并记录S和CH的值。2、步骤：全加器接线电路见下图u 真值表：输 入输 出ABCIFCO000000011001010011011001010101110011111五、实验电路图六、实验报告1、整理实验数据及说明实验中出现的各种现象，得出有关的结论。2、将实验结果与真值表比较，分析产生误差的原因。实验六 四位并行加法器一、实验目的 1、了解四位并行加法器的实验方法； 2、掌握四位并行加法器的功能； 3、进行加法器，加减法器（可控），BCD码=余三码的可控转换器实验。二、实验器件与仪器： 四位并行加法器 74LS283 1片 二输入四异或门 74LS86 1片三、预习要求： 1 基本门电路的逻辑功能； 2 四位并行加法器的结构及工作原理。四、实验内容及步骤： 1 按照实验原理接线； 2 验证实验结果。五、实验电路图 可控加减法器 可控BCD码 余三码转换器 六、实验报告1、整理实验数据及说明实验中出现的各种现象，得出有关的结论。 2、将实验结果与理论计算比较，分析产生误差的原因。实验七 RS触发器、D触发器一、实验目的1、 掌握RS触发器、D触发器的工作原理。二、实验所用器件和仪表1、四2输入正与非门74LS00 1片2、双D触发器74LS74 1片三、预习要求1、基本RS触发器的工作图与工作原理。2、钟控RS触发器的逻辑功能与特性等。3、D触发器的逻辑功能与特性等。四、实验内容与实验步骤1、用74LS00构成一个RS触发器。R、S端接电平开关输出，Q、Q端接电平指示灯。改变R、S的电平，观测并记录Q、Q的值。K1、K2是电平开关输出，LED0、LED1是电平指示灯。RS触发器的测试步骤如下；（1）R=0，S=1， 测得 Q=1，Q=0（2）R=1，S=1， 测得 Q=1，Q=0（3）R=1，S=0， 测得 Q=0，Q=1 （4）R=1，S=1， 测得 Q=0，Q=1（5）R=0，S=0， 测得 Q=1，Q=1时序电路的值与测试顺序有关，应引起注意。根据触发器的定义，Q和Q应互补，因此R=0，S=0是非法状态。RS触发器真值表如下：输 入输 出RSQQ00110110100111Q0Q02、双D触发器74LS74中一个触发器功能测试。1) 将CLR（复位）、PR（置位）引脚接实验台电平开关输出，Q、Q引脚接电平指示灯。改变CLR、PR的电平，观测并记录Q、Q的值。2) 在（1）的基础上，置CLR、PR引脚接电平开关输出，CK（时钟）引脚接单脉冲。在D为高电平和低电平的情况，分别按单脉冲按钮，观测Q、Q的值，记录下来。3) 在（1）的基础上，将D引脚接1MHZ脉冲源，CK引脚接10脉冲源。用双踪示波器同时观测D端和CP端，记录波形；同时观测D端、Q端，记录波形分析原因。*K1、K2、K3是电平开关输出，LED0、LED1是电平指示灯，AK1是按单脉冲按钮AK1后产生的宽单脉冲，1MHZ、10MHZ是时钟脉冲源。*测试步骤及结果如下：（1）CLR=0，PR=1，测得 Q=1，Q=0。（2）CLR=1，PR=1，测得 Q=1，Q=0。（3）CLR=1，PR=0，测得 Q=0，Q=1。（4）CLR=1，PR=1，测得 Q=0，Q=1。（5）CLR=0，PR=0，测得 Q=1，Q=1。（6）CLR=1，PR=1，D=1，CK接单脉冲，按单脉冲按钮，测得Q=0，Q=1（7）CLR=1，PR=1，D=0，CK接单脉冲，按单脉冲按钮，测得Q=1，Q=1（8）CLR=1，PR=1，D接1MHZ脉冲，CK接10MHZ，观测得D端、Q端波形图根据测试，得出D触发器的功能表如下：输 入输 出PR CLR CLK DQ QL H X XH LH L X XL HL L X XH HH H HH LH H LL HH H L XQ0 Q03、用D触发器实现模4计数五、实验电路图 R-S触发器 D-触发器 计数器 六、实验报告1.绘出实验原理电路图，标明实验的元件参数值。2.整理实验数据及说明实验中出现的各种现象，得出有关的结论；画出必要的波形图。 3.将实验结果与理论计算比较，分析产生误差的原因。实验八 JK触发器 T触发器一、实验目的1、掌握JK触发器、T触发器的工作原理。2、学会正确使用JK、T触发器。二、实验所用器件和仪表1、双JK触发器74LS112 1片2、双T触发器74LS74 1片三、预习要求1、JK触发器的逻辑功能与特性等。2、T触发器的逻辑功能与特性等。四、实验内容与实验步骤1、制订对JK触发器74S112一个JK触发器的测试方案，并进行测试。K2、K3、K4是电平输出，LED0、LED1是电平指示灯，AK1是按单脉冲按扭，10MHz是时钟脉冲源。（1） CLR=0，测得Q=1，Q=0。（2） CLR=1，J=0，K=0，按单脉冲按钮AK1，测得Q=1，Q=0。（3） CLR=1，J=1，K=0，按单脉冲按钮AK1，测得Q=0，Q=1。（4） CLR=1，J=0，K=0，按单脉冲按钮AK1，测得Q=0，Q=1。（5） CLR=1，J=0，K=1，按单脉冲按钮AK1，测得Q=1，Q=0。（6） CLR=1，J=0，K=0，按单脉冲按钮AK1，测得Q=1，Q=0。（7） CLR=1，J=1，K=1，按单脉冲按钮AK1，测得Q=0，Q=1;再按单脉冲按钮AK1，测得Q=1，Q=0。（8） CLR=1，J=1，K=1，CK接10MHz，观察波形图。根据测试，得出JK触发器的功能表如下：输 入输 出CLR CK J KQ QL X X XL HH L LQ0 Q0H H LH LH L HL HH H HQ0 Q0H H X XQ0 Q02、用JK触发器设计一个可控4进制计数器3、用T触发器设计一个4进制计数器五、实验电路图 JK触发器原理图 4进制计数器（JK触发器） （T触发器）六、实验报告1.绘出实验原理电路图，标明实验的元件参数值。2.整理实验数据及说明实验中出现的各种现象，得出有关的结论；画出必要的波形图。 3.将实验结果与理论计算比较，分析产生误差的原因。实验九 简单时序电路一、实验目的1、掌握简单时序电路的分析、设计、测试方法。二、实验所用器件和仪器1、双JK触发器74LS112 2片2、双D触发器74LS74 2片3、四2输入与非门74LS00 1片4、示波器 1台三、预习要求1、熟悉有关触发器的逻辑功能、次态方程、激励表等知识。2、掌握时序电路的基本分析、设计方法。四、实验内容及实验步骤*74LS74引脚11是GND，引脚4是Vcc。*D触发器74LS74是上升沿触发，JK触发器74LS74是下降沿触发。*1、双D触发器74LS74构成的二进制计数器（分频器）l 按要求接线。l 将Q0、Q1、Q2、Q3复位。l 由时钟输入单脉冲，测试并记录Q0、Q1、Q2、Q3的状态。l 由时钟输入连续脉冲，观测Q0、Q1、Q2、Q3的波形。 2、2片74LS74构成一个二进制计数器，重做内容1的实验。*3、异步十进制计数器l 按图8.2构成一个十进制计数器。l 将Q0、Q1、Q2、Q3复位。l 由时钟端CLK输入单脉冲，测试并记录Q0、Q1、Q2、Q3的状态。l 由时钟端CLK输入连续脉冲，观测Q0、Q1、Q2、Q3波形。4、自循环寄存器l 用双D触发器74LS74构成一个四位自循环寄存器。方法是第一级的Q端接第二级的D端，依次类推，最后第四级的Q端接第一级的D端。四个D触发器的CLK端连接在一起，然后接单脉冲时钟。l 将触发器Q0置1，Q1、Q2、Q3清0。按单脉冲按钮，观察并记录Q0、Q1、Q2、Q3的值。五、实例电路图 双D触发器 双JK触发器 六、实验报告1.绘出实验图. 2.整理实验数据及说明实验中出现的各种现象，得出有关的结论；画出必要的波形及曲线。3.将实验结果与理论分析比较，分析产生误差的原因。实验十 计数器一、实验目的1、 掌握计数器74LS161的功能。2、 掌握计数器的级联方法。3、 熟悉任意模计数器的构成方法。4、 熟悉数码管的使用。二、实验所用器件和仪器1、同步4位计数器74LS161 2片2、二输入四与非门74LS00 1片3、示波器三、预习要求1、熟悉计数器的基本原理及其功能。2、熟悉74LS161的结构和时序电路的设计方法。四、实验内容和实验步骤*计数器器件是应用较广的器件之一。它有很多型号，各自完成不同的功能，供使用中根据不同的需要选用。本实验选用74LS161做实验器件。74LS161引脚图见附录。CLOCK是时钟输入端，上升沿触发计数触发器翻转。允许端P和T都为高电平时允许计数，允许端T为低时禁止CARRY产生。同步预置端LOAD加低电平时，在下一个时钟的上升沿将计数器置为预置数据端的值。清除端CLEAR为同步清除，低电平时有效，在下一个时钟的上沿将计数器复位为0。74LS161的进位位CARRY在计数值等于15时，进位位CARRY为高，脉宽是1个时钟周期，可用于级联。*1、 用1片74LS161和1片74LS00采用复位法构一个模12计数器。用单脉冲做计数时钟，观测计数状态，并记录。用连续脉冲做计数时钟，观测并记录Q4，Q3，Q2，Q1的波形。l 接线l 按单脉冲AK1，Q4、Q3、Q2、Q1的值的变化。l 将接AK1的线改接1MHz连续脉冲，用示波器观测Q1、Q2、Q3、Q4的波形图。2、 用1片74LS161和1片74LS00采用置位法构一个模12计数器。用单脉冲做计数时钟，观测计数状态，并记录。用连续脉冲做计数时钟，观测并记录Q4，Q3，Q2，Q1的波形l 接线l 按单脉冲AK1，Q4、Q3、Q2、Q1的值的变化。l 将接AK1的线改接1MHz连续脉冲，用示波器观测Q1、Q2、Q3、Q4的波形图。3、 用2片74LS161和1片74LS00构成一个模60计数器。2片74LS161的Q4，Q3，Q2。Q1分别接两个数码管的D，B，C，A。用单脉冲做计数时钟，观测数码管数字的变化，检验设计和接线是否正确。五、实验电路图清零法实现模12计器 置数法实现模12计数 六、实验接线及测试结果1、绘出实验原理电路图，标明实验的元件参数值。2、整理实验数据及说明实验中出现的各种现象，得出有关的结论；画出必要的波形及曲线。3、将实验结果与理论计算比较，分析产生误差的原因。实验十一 寄存器一、实验目的： 1 用74LS194实现并行置数，串行移位功能； 2 用74LS164实现八位串入并出移位功能。二、实验器材： 1 移位寄存器74LS194 1片 2 移位寄存器74LS164 1片三、预习要求1、熟悉有关移位寄存器的逻辑功能等知识。2、掌握寄存器的工作原理。四、实验步骤：1、内容u 按电路图接好电路，测试74LS194的逻辑功能。4个输入引脚A、B、C、D接开关，4个输