新编数字逻辑与数字电路实验修改稿三.doc

*实验指导书广东商学院教务处 制 目录绪论实验一 TTL门电路逻辑功能测试实验二 TTL门电路的逻辑功能变换实验三 组合逻辑电路实验一实验四 组合逻辑电路实验二实验五 加法器实验六 集成触发器及其应用实验七 计数器实验八 移位寄存器和锁存器实验九 脉冲信号产生电路实验十 综合实验附录一附录二绪论实验是对学生进行专业技能训练，提高学生的工程实践能力的一个重要的教学环节。数字电子技术基础课程是一门实践性、工程性非常强的技术基础课，必须十分重视加强实验教学。通过数字电子技术实验课使学生进一步巩固理论知识，培养基本操作技能、创新能力，全面提高学生的动手能力及综合应用电子技术的能力。在实验课程的进行中，教师应注重对学生的工程技术能力的培养，如：1、使用常见电子测量仪器仪表的技能；2、熟悉常用元件的性能并正确选用的能力；3、实施实验并观察分析电路现象的能力；4、应用电子测量技术的能力；5、调试实验或排查简单故障的能力等；6、焊接组装实验电路的能力，并注重全面素质的创新精神的培养。一、 数字电子技术实验课程的基本要求1、 能够正确熟练使用信号发生器、毫伏表、示波器等常用电子测量仪器。2、 熟悉电子技术中常用元器件的性能和使用方法。3、 能够根据实验需要，正确选择电路元器件，正确连接实验线路，观察实验现象，调试实验电路，排除简单电路故障。4、 了解误差理论，学会正确处理数据，绘制实验曲线，分析实验结果，撰写实验报告。5、 认真研究实验现象，积极思考和讨论实验问题，培养创新精神；同时要有严肃的科学态度、团结协作的团队精神和爱护实验设备的良好习惯。注意实验操作规范，安全用电。二、课程的进行方式要求应用数字电子技术基础理论知识，熟练掌握实验方法，提高学生实验设计能力以及实际调试电路能力。在教学方法上，采用课前预习、设计、调试、总结和考核等环节。 1、课前预习实验前要认真预习实验所涉及的有关知识，明确实验的目的和要求，了解实验原理、仪器仪表设备的使用方法和注意事项，提出完整的设计方案及可实验的电路，确保实验中主要精力集中于电路的验证、分析与研究上。2、课程进行（1）学生设计 数字电子技术基础实验内容分为两类：基础测试型和综合设计型。基础测试型实验训练学生的调试能力和分析能力，综合设计型实验培养学生运用数字电路理论设计电路的能力。（2）检查仪器仪表 检查本次实验所需的仪器仪表及部件是否齐全，仪表的类型和量限是否合适，仪表指针的起始位置是否正确，指针摆动是否灵活等。同时记录仪器仪表的型号、规格及标号，以便在分析实验结果时，对数据的准确性和可靠性有所依据。（3）连接线路 实验前，仪器仪表的摆放和布局要合理，操作要安全。断电状态时进行连线，应按电路顺序相连。连线要可靠，线路要清楚有序，各分支、节点易辨别（可以利用导线的色彩特征等）。（4）检查线路 线路接好后，同学之间应先互查线路是否正确。除了检查电路的连接是否正确外，还要检查滑线变阻器的动触点位置是否合适，调压器手柄指针位置是否接近零位，仪表量限和极性是否符合要求。对初次实验或较复杂的实验线路，须经老师核查线路后才可通电。（5）接通电源 通电前，首先通知全组成员做好准备，以免发生人身事故或设备损毁，有异常现象时，应及时断电。（6）读取和审查数据 数据经审查合格后，要先切断电源，再拆除线路，整理仪器仪表设备，清理导线。经老师允许后，方可离开实验室。三、实验报告的撰写实验结束后，必须认真及时地撰写实验报告。实验报告是实验结果的总结和反映。一个实验的价值，很大程度上取决于实验报告质量的高低。1、 撰写实验报告的要求（1）事实求实的科学态度 实验数据与实验结果是对电路进行分析研究的依据。因此，实验取得的资料，如数据、图形等应真实地反映到实验报告中去，不允许更改、抄袭，或主观臆断。若因操作错误使数据违背规律，应当重做实验，重新取得数据。（2）符合要求的具体内容 实验报告应以实验目的和实验要求为中心内容。（3）不断积累、深入探索的钻研精神 实验过程是培养实验技能，提高动手能力，增加实践经验的过程。学生应善于总结实验中的经验与不足，将其整理记录在实验报告中，对后面做好实验提供帮助。（4）实验报告形式规范 实验报告应作到：文字流畅，语言准确，书写清楚、整齐，数据完整，图表规范，分析合理，结论有据。2、 实验报告的主要内容（1）实验名称 包括实验日期，实验者班级、姓名及学号，实验组别，同组人姓名。（2）实验目的 实验目的是实验的宗旨，要有明确的目的，才能做好实验。在本栏中，学生应简明地概述本实验通过何种方法，训练哪些技能，达到怎样的要求等。（3）实验仪器与设备 列出完成实验所需的仪器和设备。（4）实验电路 画出实验电路图与测试电路图，标明元器件和参量以及仪器仪表的名称等。（5）实验记录 应记录实验过程中的数据、图形及绘制的曲线、图表。（6）实验结论和心得 总结实验结果并将发现的问题及学习心得记录下来。四、实验室的安全操作规则在实验中，为了防止仪表仪器等设备的损坏，保证人身安全，实验者必须严格遵守如下安全操作规则：1、熟悉实验室的直流与交流电源，了解其电压、电流额定值和控制方式，区分直流电源的正负极和交流电源的相线与中性线。2、知道仪器仪表的规格、型号和使用方法，特别要主要额定值和量限。3、通电前，应通知全组人员有准备后再接通电源。4、实验中不得用手触摸线路中带电的裸露导体。改、拆接线路时，应断开电源，电容应用导线短接放电（安全电压36V以下，安全电流100mA以下）。5、发现异常现象，如仪表指针猛打，有焦臭、冒烟、闪弧、有人触电等，应立即切断电源，报告指导老师，查找原因，排除故障。6、实验要规范有序，不要忙乱，应按操作步骤实施实验。不要乱动与本次实验无关的仪器设备。实验完毕后，应将仪器设备恢复到常位，并切断电源。五、仪器简介1. 示波器本书中所有实验都采用DOS-622B 型双踪示波器，为简明起见，现着重指出以下几点：(1) 示波器面板上下列几个控制开关(或旋钮)的位置固定不变：(a) X 方式开关(HOR DISPLAY)： 选“A 方式”。(b) 触发方式开关(SWEEP MODE)：通常可先置于“AUTO”位置。(c) 触发极性开关(SLOPE)：选“+”。(d) 藕合方式开关(COUPLING)：选“AC”。(e) 触发源选择开关(SOURCE)：通常选为“内触发”(INT)。(2) 示波器通常使用的显示方式(VERT MODE)有种：作单踪显示时，有“通道1”(CH1)和“通道2”(CH2)显示方式；作双踪显示时，通常采用“交替”(ALT)显示方式。例如，当信号从“CH1X”端输入时，属于单踪显示，显示方式(VERT MODE)应选“CH1”，内触发开关(INT TRIG)置于“CH1(X-Y)”。(3) 打开示波器的电源开关，寻找扫描线的光迹线。“CH1X”和“CH2Y”信号输入端旁边的“AC-GND-DC”开关选“GND”。在开机半分钟后，如仍找不到“水平线”，可调节亮度旋钮，并适当调节垂直(，)和水平( ， )移位旋钮(POSITION)，将“水平线”移至荧光屏的中心位置。然后调节“辉度”(INTEN)、“聚焦”(FOCUS)和“亮度”(ILLUM)等旋钮，使“水平线”最清晰。(4) 用“校准信号”(VP-P)检查示波器。示波器上该端供给频率为1kHz、电压为0.5V 的方波。将示波器校准信号输出端通过专用电缆线与“CH1X”(或“CH2Y”)输入插口接通(用红色夹子连校准信号输出端)，“CH1X”(或“CH2Y”)旁边的“AC-GND-DC”开关选“AC”或“DC”，调节示波器扫描开关“A TIME/DIV”，选1ms 位置，Y 轴幅度开关“VOLTS/DIV”指在0.5V 位置，则在荧光屏上可显示出数个周期的方波。2. 函数信号发生器(1) 模拟实验使用EM1635 型函数信号发生器，可输出正弦波、方波、三角波3 种波形，由“波形选择”开关控制，频率调节范围为0.004Hz4MHz，且具有内扫频功能。(2) 输出信号频率可以通过“频率”分挡开关和“频率调节”旋钮进行调节，并由“4 位数码显示屏”显示出频率值。(3) 输出信号电压幅度可由“输出幅度”调节旋钮进行连续调节，从“LO”输出信号电压的范围为1000mV，从“Hi”输出信号电压的范围为100mV7V。注意：函数信号发生器作为信号源时，它的输出端不允许短路。3. 交流毫伏表交流毫伏表在其工作频率范围内(20Hz1MHz)，用来测量正弦交流电压的有效值(0.1mV300V，共11 个挡级)。注意，为了防止交流毫伏表过载而损坏，测量前一般先将量程开关置于量程较大位置处(如100V)，然后在测量中逐挡减小量程；读完数据后，再把量程开关拨回量程较大位置处(如100V)，然后断开连线。4. 直流稳压电源YJ82/2 型直流稳压电源由两路直流电源组成，每路输出电压为030V，且连续可调。其工作方式如下：(1) 两路电压源单独使用，同时输出两路电压。(2) 两路电压源串联使用，两路输出电压相加。(3) 两路电压源并联使用，两路输出电流相加。注意，红端是输出电压的正端，黑端是输出电压的负端。5万用电表可以根据需要测量直流电压、交流电压、直流电流、交流电流及电阻值。实验一：TTL门电路逻辑功能测试一、 实验目的1、熟悉各种基本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测试方法。二、实验设备及用具1、数字逻辑实验箱 一台2、双踪示波器 一台3、脉冲发生器 一台4、万用表 一只5、74LS00、74LS20、74LS54、74LS86各一片、连接导线若干三、实验的基本原理74LS00为四2输入与非门，即在一块集成电路芯片内含有4个互相独立的与非门，每个与非门有2个输入端。74LS10和74LS20也是常见的与非门芯片，它们分别为三3输入与非门和二4输入与非门。74LS54是2-3-3-2输入与或非门，它有十个输入端，一个输出端，还有两个无连接端（标注为NC）,它们之间的逻辑关系和逻辑表达式为。如右图所示：74LS54引脚图74LS86为四2输入异或门，即在一块集成电路芯片内含有4个互相独立的异或门，每个异或门有2个输入端。所有这些芯片的内部结构和管脚图都可以在本书后面的附录里查到。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、与或非门、异或门等。虽然大、中规模集成电路相继问世，但组成某一个系统时，仍少不了各种门电路。TTL集成电路由于工作速度快、输出幅度较大、种类多、不易损坏等特点而使用较广。我们实验用到的74系列的芯片的封装和排列形式都是塑封双列直插（在实际中也有表面贴装的），每个芯片都有一个或多个定位标志，用来指示一号管脚的位置，可以从以下几个方面来定位一号管脚：最常见和最明显的是芯片的一侧有一个半月形缺口，方法是将芯片上印着的型号数字等对着自己，则弧形凹口下方左起为该集成电路的一号管脚；其次，很多芯片在一号管脚位置会有一个凹或凸的定位小圆，它的下方就是一号管脚；此外，如果没有其他标志的时候也可以直接从芯片上面的文字来定位，正对文字的时候，左下方是一号管脚。从一号管脚逆时针顺序数过来，依次是2、3、4号管脚。每个芯片要正常工作，必须要有电源提供给它，所以每个芯片都有一个正电源端和一个接地端，通常它们都是呈对角分布，也就是说，对于14个管脚的芯片，7号是地（GND），14号是正电源端（Vcc），对于16个管脚的芯片，8号是地（GND），16号是正电源端（Vcc），依此类推。但需要说明的是，有些芯片是例外，例如我们以后实验要用到的芯片74LS76、74LS90等就不是这种排列，所以，在使用芯片之前，要先查看它的管脚图。我们的实验箱配有活动的IC插座，我们使用芯片的时候，先把插座旁边的拉手拉起，把芯片放入插座，再把拉手压下，芯片就固定好了。为方便接线，插座旁边有相应的插孔用于接线的，每个插孔都编号了号对于IC插座的相应管脚。在使用中，只要把有缺口的一方朝上，就可以对应起来了。但是要注意的是，为了方便使用不同的芯片，实验箱的IC插座除了有20脚的，还有24和40脚的。也就是说，芯片的管脚数量和IC插座的管脚数量通常并不一样，这时就要有相应的调整。例如，一个14脚的74LS00插入到如图的 20脚的IC插座中，这时的IC插座的每一列10个管脚只用到了7个，这样，左边从1到7插孔对应74LS00的1到7号管脚，而IC插座下方两边3个管脚都没有用到，所以左边8、9、10的插孔没有用，右边的11、12、13插孔也没有用，右边的14插孔对应的是IC的8号管脚，相应的15、16、17、18、19、20插孔对应的IC管脚是9、10、11、12、13、14。其他情况按照同样的原理类推。四、实验内容及步骤要求1、测试与非门的各种逻辑功能（1）测试74LS00的参数：输出高电平电压VOH；输出低电平电压VOL；右图为原理图，1、2、3管脚构成一个与非门，当1、2输入端接高电位时，输出为低电位，记录电压表的值，得到VOL；而当1、2输入端接低电位时，输出为高电位，记录电压表的值，得到VOH；测量了一个门之后，同样的方法测量其它三个门的参数。门VOHVOL1（1、2输入，3输出）2（4、5输入，6输出）3（9、10输入，8输出）4（12、13输入，11输出）2、测试并记录74LS00门电路的电压传输特性；电压传输特性也就是输入电压与输出电压之间的关系，在坐标纸上，以X轴表示输入电压，以Y轴表示输出电压，通过输入连续变化的输入电压，同时记录相应的输出电压，可以得到电压传输特性曲线。右图为原理图，将一个与非门的输入端接到示波器的X轴输入端，即用作示波器的触发信号，注意将示波器的触发源做相应的设置，同时，还接到信号发生器以提供输入信号，设置为锯齿波（三角波），频率为500HZ，幅值为10V。将输出接到示波器的Y轴，这样可以在示波器上观测到相应的波形，为使系统工作稳定，同时给输出接上一个单位为k的负载电阻，为了记录数据，考虑到示波器测量电压不够直观还可以再接一个电压表。在输入电压从0逐渐升到5V的过程中，取10到20个点，记录每次的输入电压和输出电压，并标注在下图上，注意多选这曲线的变化部分。VOVIO3、测试其它TTL门电路的各种逻辑功能分别将各个芯片按一下步骤进行试验：接上电源和地线；按照所给出的电路结构，将其中一个门的输入连上输入开关，输出连到LED；调整输入开关的状态，记录相对应的输出LED的状态，记录到下面的表中：根据芯片的功能，对照输出状态的理论计算值和实际测量值，验证它们是否一致？芯片74LS20输入端子1、2、4、5输出端子6输入状态输出状态理论状态LLLLLLLHLLHLLLHHLHLLLHLHLHHLLHHHHLLLHLLHHLHLHLHHHHLLHHLHHHHLHHHH74LS54芯片输入端子1、2、3、4、5、9、10、11、12、13输出端子6输入状态输出状态理论状态LLLLLLLLLLLLLLLLLLLHLLLLLLLLHHLLLLLLLHHHLLLLLLHHHHLLLLLHHHHHLLLLHHHHHHLLLHHHHHHHLLHHHHHHHHLHHHHHHHHHHHHHHHHHHH74LS86芯片输入1、2输出端子3输入状态输出状态理论状态LLLHHLHH五、实验数据的处理与实验报告要求 1、整理测试所得数据，总结TTL基本逻辑门的逻辑功能。2、进行各实验结果与理论值的比较分析。3、对实验故障分析及写出实验结论。六、注意事项1、进行实验前应认真进行实验预习。2、在关闭实验仪电源情况下搭建电路；需要修改线路或检查线路时，一定要先断开电源。3、检查电路后，再开通实验仪的电源。4、实验过程注意记录实验故障和排除故障所采取的措施。5、实验完毕，先关闭实验仪的电源，再拆线。七、思考题 1、如果一个与非门的输入端接入了连续脉冲，那么（1）其余的输入端是什么逻辑状态时，允许脉冲通过？脉冲通过时，输出波形与输入波形有何区别？（2）其余的输入端是什么逻辑状态时，不允许脉冲通过？在这种状态下输出端又是什么状态？实验二：TTL门电路的逻辑功能变换二、 实验目的1、熟悉各种基本门电路的逻辑符号和逻辑功能。2、熟悉在摩根定理进行逻辑转换时的应用。3、掌握集成门电路器件的使用及逻辑测试方法。二、实验设备及用具1、数字逻辑实验箱 一台2、双踪示波器 一台3、脉冲发生器 一台4、万用表 一只5、74LS00、74LS20、74LS54各一片、连接导线若干三、实验的基本原理74LS00为四2输入与非门，即在一块集成电路芯片内含有4个互相独立的与非门，每个与非门有2个输入端。74LS10和74LS20也是常见的与非门芯片，它们分别为三3输入与非门和二4输入与非门。74LS54引脚图74LS54是2-3-3-2输入与或非门，其逻辑表达式为。如右图所示：所有这些芯片的内部结构和管脚图都可以在本书后面的附录里查到。A摩根定理： FCB必须指出的是，摩根定理在简化逻辑函数或进行逻辑变换时，是一个十分有用的定理。应用摩根定理可以实现只用与非门或只用或非门就能完成与、或、非、异或等逻辑运算。图2-1D由于在实际工作中大量使用与非门，因此对于一个表达式，应用摩根定理，用两次求反的方法，就能较方便地实现两级与非门电路。例如，用与非门去实现F=AB+CD的逻辑图，可根据此表达式就很容易画出用与非门表示的逻辑图。如图2-1。四、实验内容及步骤1、验证门电路空余端的等效逻辑状态。对于TTL没有使用的输入端有接高电位、正电源、低电位、接地、与其他输入端连接和空余不接等多种处理方法，对于TTL集成电路，输入端空余不接的时候其等效逻辑状态相当于高电平。（1）检查四输入双与非门74LS20逻辑功能是否正常。并实现逻辑表达式的功能。因为74LS20的每个逻辑门有四个输入端，而逻辑表达式只需要A、B、C三个输入变量，所以，剩了一个输入端没有使用，根据上述原则，可以空余不接。根据图22画出的逻辑接线图连接电路。检查电路后，开通实验仪的电源。按表11所列接三个输入变量，分别测试的相应的输出电平。将输入端D的处理和输出结果一并记入表21中。测试完毕，关闭实验仪的电源。输入电平输出电平1A1B1C1D1Q000001011111 图22 表21 74LS20与非门逻辑功能测试（2）为进一步验证多余输入端的不同处理方法的不同效果，下面做动态实验。当四输入端与非门A输入端输入连续脉冲，其余三个输入端B同时接高电平(输出Q1)、悬空(输出为Q2)、接地(输出为Q3)等三种不同情况时，用双踪示波器分别观察、测出Q1、 Q2、 Q3的波形。2、测试与或非门逻辑的功能根据图23画出的逻辑接线图连接电路。检查电路后，开通实验仪、脉冲发生器、双踪示波器的电源。图24图23调节脉冲发生器使输出5KHz的脉冲信号，并接入电路A端。示波器的两个信号输入端的CH1的信号端接入电路A端观察输入信号，CH2的信号端接入电路Q端观察输出波形，接地端接到实验箱的接地端。 将电路B端依次接入高电平“1”、悬空、低电平“0”，同时分别观察和记录输入波形和输出波形Q1、Q2、Q3记录于图24。测试完毕，关闭实验仪、脉冲发生器和双踪示波器的电源。3、对于与非门的多余输入端可以采用直接悬空不接的办法处理，但不同的逻辑门的多余输入端应采取的不同处理方法。根据表22的要求化简与或非门74LS54的逻辑表达式成为，并自己设计画出逻辑接线图连接电路（其74LS54原逻辑表达式为）。检查电路后，开通实验仪的电源。根据化简结果设置和表22所列的输入变量，分别测试的相应的输出电平。将多余的输入端C、D、H、I、J的处理状态和输出结果一并记入表22中。 测试完毕，关闭实验仪的电源。表22 74LS54与或非门逻辑功能测试输入电平输出电平ABCDEFGHIJQ000001111101010111114、测试逻辑电路的逻辑关系用74LS00连接图2-5电路。A检查电路后，开通实验仪的电源。YB按表23所列的输入变量，分别测试的相应的输出电平并将输出结果记入表23中。测试完毕，关闭实验仪的电源。图25表23逻辑功能测试 输入电平 输出电平 A B Y O 0 O l l O l l 5、根据摩根定律，设计逻辑门的转换电路根据摩根定理，分别化简和X=AB成为二输入与非门格式的逻辑表达式。分别画出与或非门和同或门的测试表格。根据化简的逻辑表达式分别画出逻辑接线图，分别连接电路（与或非门和异或门分别进行）。检查电路后，开通实验仪的电源。根据自己画的测试表格分别测试和交流输入、输出结果（与或非门和异或门分别进行）。测试完毕，关闭实验仪的电源。五、实验数据的处理与实验报告要求 1、整理测试所得数据，总结TTL基本逻辑门的逻辑功能。2、写出异或门、与或非门的逻辑转换为二输入与非门格式的过程与相应逻辑表达式。3、进行各实验结果与理论值的比较分析。4、对实验故障分析及写出实验结论。六、注意事项1、正式进行实验前应认真进行实验预习。2、在关闭实验仪电源情况下搭建电路；开通实验仪器的电源前，应先检查电路电源是否短路。3、实验过程注意记录实验故障和排除故障所采取的措施。七、思考题 1、或非门和与或非门器件有多余输入端应如何处理?你在实验中是如何处理？实验三：组合逻辑电路实验（一） 一、实验目的1、学习并掌握分析和设计组合逻辑电路的方法；2、学习用仪器检测故障，排除故障。二、实验设备和环境1. 数字电路实验箱1个2. 示波器 1台3数字万用表 1个4. 集成电路 2 输入四与非门74LS00 2片 2 输入四或非门74LS02 1片 6 反向器74LS041片三、实验原理1、用门电路设计组合逻辑电路的方法。2、学习检查及排除线路故障的方法和技巧。四、实验内容及要求下图为一模拟的密码锁电路，开关A、B、C三个的动作有一定的顺序要求，只有满足其顺序要求闭合时，才能在报警灯（ALARM灯）不亮的情况下打开保险箱（即：OPEN灯亮）。接线之前，先分析电路原理：列出两个指示灯的输出函数，再根据函数列出真值表，通过真值表分析找到正确的开锁顺序。1、按照电路接线，验证分析结果。2、把输出函数化简，根据化简结果，画出简化的电路图，验证是否具有同样的功能。 五、思考题1、 如果将密码锁变为四位、五位，电路应如何设计？2、 如果密码锁在实际中应用，还需要做些什么工作？实验四：组合逻辑电路实验（二）一、实验目的1. 掌握组合逻辑电路的设计方法。图3.12. 学会用基本门电路实现组合逻辑电路。二、实验设备和环境1. 数字电路实验箱1个2. 示波器 1台3数字万用表 1个4. 集成电路 2 输入四与非门74LS00 2片 2 输入四或非门74LS02 1片 6 反向器74LS041片5. 其它元器件：连接线若干三、实验原理组合逻辑电路的设计流程如图 3.1 所示。先根据实际的逻辑问题进行逻辑抽象，定义逻辑状态的含义，再按照要求给出事件的因果关系列出真值表。然后用代数法或卡诺图化简，求出最简的逻辑表达式。并按照给定的逻辑门电路实现简化后的逻辑表达式，画出逻辑电路图。最后验证逻辑功能。四、实验内容和步骤1、用TTL与非门和反向器实现“用三个开关控制一个灯的电路。”要求改变任一开关状态都能控制灯由亮到灭或由灭到亮。试用双四输入与非门74LS20、3 输入三与非门74LS10和六反向器74LS04和开关实现。测试其功能。2、用TTL与非门和反向器实现“判断输入者与受血者的血型符合规定的电路”，测试其功能。要求如下：人类由四种基本血型 A、B、AB、O型。输血者与受血者的血型必须符合下述原则；O型血可以输给任意血型的人，但O型血的人只能接受O型血；AB型血只能输给AB型血的人，但AB血型的人能够接受所有血型的血；A型血能给A型与AB型血的人；而A型血的人能够接受A型与O型血；B型血能给B型与AB型血的人，而B型血的人能够接受B型与O型血。试设计一个检验输血者与受血者血型是否符合上述规定的逻辑电路，如果输血者的血型符合规定电路，输出高电平（提示：电路只需要四个输入端，它们组成一组二进制数码，每组数码代表一对输血与受血的血型对）。统一约定：“00”代表“O”型；“01”代表“A”型；“10”代表“B”型；“11”代表“AB”型3. 设计一个密码锁，锁上有三个按键、，当或 单独按下，或 、 同时按下，或三个键同时按下时，锁能被打开。当不符合上述条件时，将使电铃发声警报。但无键按下时，不报警。根据要求设计出最简的逻辑电路。并用 给出的TTL 门电路组成上面的逻辑电路。输入接逻辑开关，输出接发光二极管，验证其逻辑功能。4. 设0 和1 是数据选择器的控制端，0、1、2 是数据输入端，为输出端，试设计一个具有表 2.3.1 功能的数据选择器。并用给出的门电路实现该逻辑电路。(1) 数据输入端0、1 、2 和控制端0、1 分别接逻辑开关，输出接发光二极管。改变控制端和数据端的逻辑电平，记录的逻辑状态。验证其是否满足表 2.3.1 的逻辑功能。(2) 2 接一个1kHz的脉冲信号，0、1 为低电平，改变控制端的逻辑电平，用示波器观察并记录 端的波形。六、思考题实验报告要求：1. 画出设计实验的逻辑电路，写出逻辑表达式。2. 列表格整理实验数据。3. 总结组合逻辑电路的设计方法。实验五：加法器一、实验目的1. 掌握组合逻辑电路的功能测试。2. 验证半加器和全加器的逻辑功能。3. 复习二进制数的运算规律。二、实验设备和环境1. 数字电路实验箱1个3. 示波器 1台三、消耗材料和工具1数字万用表 1个2. 集成电路二输入端四与非门74LS002片二输入端四异或门 74LS86 1片四组输入与或非门 74LS54 1片六反相器 74LS04 1片3. 其它元器件：连接线若干四、实验内容和步骤1. 半加器(1) 用异或门（74LS86）和与非门（74LS00）设计实现一个半加器，其输入为、 为两个加数，输出为半加和 及进位。(2) 改变输入的状态，并填表。输入A0101B0011输出YS2全加器 (1) 用两片74LS00组成加法器电路，为便于接线和检查可能出现的错误，注意要标明芯片编号和各引脚对应的编号。其输入为i、i为两个加数和低位进位Ci-1，输出为和i 及进位i。 (2) 改变输入的状态，并填表。（3）写出相应的逻辑表达式，并计算相应的结果，与实验结果比较是否一致。输入输出AiBiCi-1SiCi000100010110001101011111（4）测试用异或门、或非门、与非门组成的全加器的逻辑功能。根据要求设计出最简的逻辑电路。并用 TTL 与非门组成上面的逻辑电路。输入接逻辑开关，输出接发光二极管，验证其逻辑功能。五、思考题1. 画出实验的逻辑电路。2. 按表格形式整理实验数据。3. 思考：总结组合逻辑电路的分析和设计方法。实验六：集成触发器及其应用一、实验目的1. 掌握基本 RS、D 和 JK 触发器的逻辑功能及测试方法。2. 熟悉 D 和 JK 触发器的触发方法。3. 了解触发器之间的相互转换。二、实验设备和环境1. 数字电路实验箱1个3. 示波器 1台三、消耗材料和工具1数字万用表 1个2. 集成电路 与非门 74LS001片 双D触发器74LS741片 双JK触发器 74LS1121片3. 其它元器件：连接线若干四、实验原理触发器是基本的逻辑单元，它具有两个稳定状态，在一定的外加信号作用下可以由一种稳定状态转变为另一稳定态；无外加信号作用时，将维持原状态不变。因为触发器是一种具有记忆功能的二进制存贮单元，所以是构成各种时序电路的基本逻辑单元。1. 基本 RS 触发器由两个与非门构成一个 RS 触发器如图 2.5.1(a) 所示。其逻辑功能如下：(1) 当 S = R =1 时，触发器保持原先的 1 或 0 状态不变。(2) 当 S = 1，R = 0 时，触发器被复位到“0”状态。(3) 当 S = 0，R = 1 时，触发器被置位于“1”状态。(4) 当 S = R = 0，尔后若 S 和 R 同时再由“0”变成“1”，则 Q 的状态有可能为 1，也可能为 0，完全由各种偶然因素决定其最终状态，所以说此时触发器状态不确定。基本 RS 触发器的特性方程如下：2. D 触发器D 触发器是由 RS 触发器演变而成的。逻辑符号如图 2.5.2 所示，其功能表见表 2.5.1，由功能表可得Q n+1=D (2.5.2) 常见的 D 触发器的型号很多，TTL 型的有 74LS74 (双D )、74LS175 (四 D )、74LS174 (六 D )、74LS374 (八 D ) 等。CMOS 型的有 CD4013 (双 D )、CD4042 (四 D ) 等。本实验中采用维持-阻塞式双 D 触发器 74LS74，图 2.5.3 所示分别为其引线排列图，RD 和 SD 是异步置“0”端和异步置“1”端，D 为数据输入端，Q 为输出端，CP 为时钟脉冲输入端。3. JK 触发器JK 触发器逻辑功能较多，可用它构成寄存器、计数器等。图 2.5.4 所示是 JK 触发器的逻辑符号。常见的 TTL 型双 JK 触发器有 74LS76、74LS73、74LS112、 74LS109 等。CMOS 型的有 CD4027 等。图为双 JK 触发器 74LS112 的引脚排列图。其中 J、K 是控制输入端，Q 为输出端，CP 为时钟脉冲端。RD 和 SD 分别是异步置“0”端和异步置“1”端。当 RD=1，SD=0 时，无论 J、K 及 CP 为何值，输出 Q 均为“1”；当 RD=0，SD=1时，此时不论 J、K 及 CP 之值如何，Q 的状态均为“0”， 所以 RD，SD 用来将触发器预置到特定的起始状态 ( “0” 或 “1” )。预置完成后 RD，SD 应保持在高电平 (即“1”电平)，使 JK 触发器处于工作方式。当 RD=SD=1 时，触发器的工作状态如下：(1)当 JK=00 时，触发器保持原状态。(2)当 JK = 01 时，在 CP 脉冲的下降沿到来时，Q = 0，即触发器置“0”。(3)当 JK = 10 时，在 CP 脉冲的下降沿到来时，Q = 1，触发器置“1”。(4)当 JK=11 时，在 CP 脉冲的作用下，触发器状态翻转。由上述关系可以得到 JK 触发器的特征方程为：4. T 触发器T 触发器可以看成是 JK 触发器在 J = K 条件下的特例，它只有一个控制输入端 T 。它的特性方程是： 五、实验内容和步骤1. 验证基本 RS 触发器的逻辑功能按图 2.5.1(a) 用 74LS00 组成基本 RS 触发器，并在 Q 端和 Q 端接两只发光二极管，输入端S 和 R 分别接逻辑开关。按照表 2.5.2 的要求改变 S 和 R 的状态，观察输出端的状态，并将结果填入表 2.5.2。2. 验证 D 触发器逻辑功能将 74LS74 的 RD、SD、D 连接到逻辑开关，CP 端接单次脉冲，Q 端和 Q 端分别接两只发光二极管，接通是电源，按照表 2.5.3 中的要求，改变 RD、SD、D 和 CP 的状态。在 CP 从 0 到 1 跳变时，观察输出端 Q n+1 的状态，将测试结果填入表 2.5.3。3. 验证 JK 触发器逻辑功能将 74LS76 的 RD、SD、J 和 K 连接到逻辑开关，Q 和 Q 端分别接两只发光二极管，CP 接单次脉冲，接通电源，按照表 2.5.4 中的要求，改变 RD、SD、J、K 和 CP 的状态。在 CP 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 2.5.4。4. 不同触发器之间的转换(1) 将 JK 触发器转换成 D 触发器，自行画出转换逻辑图，检验转换后电路是否具有 D 触发器的逻辑功能。(2) 将 D 触发器转换成 JK 触发器和 T 触发器。自行分别画出转换逻辑图，检验其逻辑功能。六、思考题1. 整理实验结果。2. 画出触发器相互转换的逻辑电路。3. 总结异步置位、复位端的作用。4. 总结 D 触发器、JK 触发器的状态变化与时钟的关系。实验七：计数器一、实验目的1. 掌握由集成触发器构成的二进制计数电路的工作原理。2. 掌握中规模集成计数器的使用方法。3. 学习运用上述组件设计简单计数器的技能。二、实验设备和环境1. 数字电路实验箱1个3. 示波器 1台三、消耗材料和工具1数字万用表 1个2. 集成电路： 二-五-十进制计数器74LS902片 BCD-7 段码译码器74LS2481片 与非门74LS001片3. 其它元器件：连接线若干四、实验原理计数是最基本的逻辑运算，计数器不仅用来计算输入脉冲的数目，而且还用作定时电路、分频电路和实现数字运算等，因而它是一种十分重要的时序电路。计数器的种类很多。按计数的数制，可分为二进制、十进制及任意进制。按工作方式可分为异步和同步计数器两种。按计数的顺序又可分为加法 (正向)、减法 (反向) 和加减 (可逆) 计数器。计数器通常从零开始计数，所以应该具有清零功能。有些集成计数器还有置数功能，可以从任意数开始计数。1. 异步二进制加法计数器用 D 触发器或 JK 触发器可以构成异步二进制加法计数器。图 2.6.1 是用四个 D 触发器构成的二进制加法计数器。其中每个 D 触发器作为二分频器。在 RD 作用下计数器清“0”。当第一个 CP 脉冲上升沿到来时，Q0 由“0”变成“1”，当第二个 CP 脉冲到来后，Q0 由“1”变成“0”，这又使得 Q1 由 0 变成 1，依次类推，实现二进制计数。2. 十进制集成计数电路 74LS9074LS90 是异步二-五-十进制计数器。其管脚图如图 2.6.2 所示，它的内部由两个计数电路组成，一个为二进制计数电路，计数脉冲输入端为CP1，输出端为 QA；另一个为五进制计数电路，计数脉冲输入端为 CP2，输出端为 QB、QC、QD。这两个计数器可独立使用。当将 QA 连到 CP2 时，可构成十进制计数器。74LS90 的功能表见表 2.6.1。它具有复 “0”输入端 R0A 和 R0B，并有复“9”输入端 R9A 和 R9B。如果输入端 R0A 和 R0B 皆为高电平时，计数器复“0”；R9A 和 R9B 皆为高电平时，计数器复“9”。计数时 R0A 和 R0B 其中之一或者两者同时接低电平，并要求R9A和R9B其中之一或者同时接低电平。74LS90 构成的不同进制计数时的接线图如图 2.6.3 所示。五、实验内容和步骤1. 按图 2.6.1 利用两片 74LS74 接成四位二进制计数器，输出端接发光二极管，由时钟端逐个输入单次脉冲，观察并记录 Q3、Q2、Q1 和 Q0的输出状态，验证二进制计数功能。从 CP 端输入 1kHz 的连续脉冲，并用示波器观察各级的波形。2. 按图 2.6.3(a) 用 74LS90 接成二进制计数器，由 CP1 逐个输入单次脉冲，观察输出状态并记录，验证其二进制计数功能。3. 按图 2.6.3(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 2.6.3(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 2.6.3(d) 接成 5421 码十进制计数器，由CP2输入单次脉冲，观察并记录输出状态，验证其计数功能。6. 按图 2.6.4 将计数器 74LS90、译码器 74LS248 和显示器联起来 (其中 74LS248 与数码显示器的接线可参考实验 2.4 )，由 CP1 输入单次脉冲，观察一位显示器的计数显示功能。7. 自己用 74LS90 和与非门设计一个 60 进制计数器，并验证其功能。六、思考题1. 整理实验数据，画出要求的状态图。2. 整理实验所得的 8421 码计数真值表，画出 CP1、QA、QB、QC、QD 各点对应波形。3. 画出所设计的 60 进制计数器的逻辑电路。实验八：移位寄存器和锁存器一、实验目的1. 熟悉移位寄存器的组成和工作特点。2. 掌握集成双向移位寄存器 74LS194 的逻辑功能和使用方法。3. 熟悉锁存器 74LS373 的功能和应用。4. 学会数据的串并转换。二、实验设备和环境1. 数字电路实验箱 1个3. 示波器 1台三、消耗材料和工具1数字万用表 1个2. 集成电路 移位寄存器 74LS194 2片 双 D 触发器 74LS74 2片 八 D 锁存器 74LS373 1片 与非门 74LS00各1片3. 其它元器件：连接线若干四、实验原理1. 移位寄存器具有移位功能的寄存器称为移位寄存器。移位功能是由触发器串联实现的同步时序电路。图2.7.1是由D触发器组成的四位右移移位寄存器。移位寄存器有多种用途，可以实现数据的串并或并串转换，可以存储或延迟输入输出信息。用移位寄存器还可以实现二进制的乘2和除2功能。集成移位寄存器的类型较多，各有特点，功能有所差别。例如中规模集成移位寄存器 74LS194 就具有左移、右移、保持、清零、数据并入/并出、并入/串出等功能。这些功能通过控制端 M0 和 M1实现。它的管脚排列见图 2.7.2，逻辑功能见表 2.7.1。当 CR