数字系统设计基础实验讲义3

1、数字系统设计基础实验指导书2前 言通过基本门电路性能测试实验使学生掌握基本门电路的工作原理、门电路的外特性（IC门电路的引脚排列顺序，输入/输出电平要求等）；通过计算机仿真技术使学生掌握组合逻辑电路的设计方法，掌握触发器功能及其波形关系，掌握时序电路的设计方法，培养学生的实践动手能力和实验技能。目 录第一章数字电路实验基本知识一、 数字集成电路封装二、 数字电路实验逻辑规定三、 数字电路实验测试及故障查找、排除四、 数字系统设计实验步骤第二章 数字系统设计实验器材一、 基本实验仪器实验所需设备:数字电路实验装置，示波器，万用表，直流电源，计算机二、 数字系统设计实验系统第三章 数字系统设计实验

2、实验一、基本逻辑门逻辑实验）基本逻辑门电路参数测试实验二、组合逻辑电路部件实验组合逻辑电路实验实验三、时序电路设计触发器与移位寄存器实验，计数器实验实验四、基于HDL(VHDL,Verilog)基本逻辑电路设计1.分频器实验2.多路选择器实验3.BCD-7段译码器实验4.定时器实验实验五、综合实验第一章 数字电路实验基本知识一、数字集成电路封装中、小规模数字集成电路中最常用的是TTL电路和CMOS电路。TTL器件型号以74（或54）作为前缀，称为74/54系列，譬如74LS00、74F181、54S86等。中、小规模CMOS数字IC电路主要是4XXX/5XXX（X代表09的数字）系列，高速CM

3、OS电路HC（74HC系列），与TTL兼容的高速CMOS电路HCT(74HCT系列)。TTL电路余COMS电路各有优缺点，TTL速度高，CMOS电路功耗小、电源范围大、抗扰能力强。 数字集成电路器件有多种封装形式。实验中所用的74系列器件封装选用双列直插式（DIP），图1示是双列直插封装的正面示意图。双列直插封装有以下特点: 1、从正面看，器件一端有一个半圆缺口，这是正方向的标志。IC芯片的引脚序号是以次半圆缺口未参考点定位的，缺口左下边的第一个引脚编号为1，IC引脚编号按逆时针方向增加。图中的数字表示引脚编号。DIP封装的数字集成电路引脚数有14、16、20、24、28等多种。2、DIP封装

4、的器件有两列引脚，引脚之间的间距为2.54毫米，两列引脚之间的距离有宽（15.24毫米）、窄（7.62mm）两种。两列引脚之间的距离能够作微小改变，但引脚间距不能改变。将器件插入实验平台上的插座（面包板）或从其上拔出时要小心，不要将器件引脚搞弯或折断。3、74系列器件一般右下角的最后一个引脚是GND，右上角的引脚是Vcc。例如，14引脚器件引脚7是GND；引脚14 是Vcc；16引脚器件的8引脚是GND，16引脚是Vcc。但也有例外，如16引脚的双JK触发器74LS76，引脚13是GND，引脚5是Vcc。因此，使用集成电路器件时要先看清楚它的引脚分配图，找对电源和地引脚，避免因接线错误造成器件

5、损坏。二、复杂可编程逻辑器件（CPLD）封装数字电路实验系统上，使用的复杂可编程逻辑器件EPM7128SLC84是84引脚的PLCC（Plastic Leaded Chip Carrier）封装，图2是封装正面。器件的正面上方的小圆点指示引脚1，引脚编号按逆时针方向增加，引脚2在引脚1的左边，引脚84在引脚1的右边。EPM7128的电源引脚号、地引脚号有多个，插PLCC器件时，器件正面的左上角（缺角）要对准插座的左上角。拔PLCC器件应使用专门的起拔器。当然，CPLD器件还有TQFP（PQFP、RQFP）及BGA封装，他们在更小的封装尺寸提供更多的引脚数目。必须注意:不能带电插拔器件。插拔器件

6、、连接或安装线路只能在关断电源的情况下进行。三、数字电路逻辑状态规定数字电路是一种开关电路，开关的两种状态“开通”与“关断”，常用二元常量0和1来表示。数字电路的输入、输出量，一般用高、低电平来表示，输出量与输入量之间的关系是一种因果关系，这种因果关系可以用逻辑表达式来描述，因此数字电路又称为逻辑电路，数字电路的状态0和状态1也称为逻辑状态0和逻辑状态1。在数字逻辑电路中，区分逻辑电路状态“1”和“0”信号的电平一般有两种规定，即正逻辑和负逻辑。正逻辑规定，高电平表示逻辑“1”，低电平则表示逻辑“0”。负逻辑规定，低电平表示逻辑“1”，高电平则表示逻辑“0”。工程中多数采用正逻辑描述。对于TT

7、L电路正逻辑“1”电平在2.43.6V之间，逻辑“0”电平在0.20.4V之间。四、数字电路测试机故障查找、排除1、 数字电路测试数字电路测试一般分为静态测试与动态测试两部分。静态测试指的是，给定数字电路若干组静态输入值，测定数字电路的输出值是否正确。数字电路状态测试的过程是在数字电路设计好后，将其安装连接成完整的线路，把线路的输入接到电平开关上，线路的输出接到电平指示灯（LED）,按功能表或状态表的要求，改变输入状态，观察输入和输出之间的关系是否符合设计要求。数字电路电平测试是测量数字电路输入与输出逻辑电平（电压）值是否正确的一种方法。数字逻辑电路中，对于74系列TTL集成电路要求，输入低电

8、平0.8V，输入高电平2V。74系列 TTL集成电路数出低电平0.2V，输出高电平3.5V。静态测试是检查设计与接线是否正确无误的重要一步。在静态测试的基础上，按设计要求在输入端加动态脉冲信号，观察输出端波形是否符合设计要求，这是动态测试。有些数字电路只需静态测试即可，有些数字电路则必须进行动态测试，一般地说，时序电路应进行动态测试。2、 故障查找与排除在数字逻辑电路实验中，出现问题是难免的。重要的是分析问题，找出出现问题的原因，从而解决问题。一般地说， 由三方面的原因产生问题（故障）:器件故障、接线错误、设计错误。（1） 器件故障器件故障是器件失效或接插问题引起的故障，表现为器件工作不正常，

9、这需要更换一个好器件。器件接插问题，如管脚折断或器件的某个（或某些）引脚没有插到插座中等，也会使器件工作不正常。对于器件接插错误有时不易发现，需要仔细检查。判断器件使小的方法是用集成电路测试仪测试器件。需要指出的是，一般的集成电路测试仪只能检测器件的某些静态特性。对负载能力等静态特性和上升沿、下降沿、延迟时间等动态特性，一般的集成电路测试仪不能测试。测试器件的这些参数，须使用专门的集成电路测试仪。（2） 接线错误在教学实验中，最常见接线错误有漏线错误和布线错误。漏线的现象往往是忘记连接电源和地、线路输入端的悬空。 悬空的输入端可用三状态逻辑笔或电压表来检测。一个理想的 电路逻辑“”电平在 0.

10、20.4之间，逻辑“”电平在.之间，而悬空点的电平大约在.6.8之间。的逻辑电平等于实际使用的电源电压和地线。接线错误会使器件（不是门）的输出端之间短路。两个具有相反电平的集成电路输出端，如果短路以后将会产生大约.6的输出电压。（3） 设计错误设计错误自然会造成与预想的结果不一致。原因是所用器件的原理没有掌握。在集成逻辑电路实际应用中，不用的输入端是不允许悬空的。因为由于电磁感应，悬空的输入端易受到干扰产生噪声，而这种噪声有可能被逻辑门当作输入逻辑信号，从而产生错误输出信号。因此，常把不用的输入端与有用的输入端连接到一起，或根据器件类型，把它们接到高电平或低电平。在带有触发器的电路中，未能正确

11、处理边沿转换时间和激励信号变化时间之间的关系。当实验中发现结果与预期不一致时，应仔细观测现象，冷静分析问题所在。首先检查仪器、仪表的使用是否正确。在正确使用仪器、仪表的前提下，按逻辑图和接线图查找问题出现在何处。查找与就措是综合分析、仔细推究的过程，有多种方法，但以“二分法”查错速度较快。所谓“二分发”是将锁设计的逻辑电路从最先信号输入端到电路最终信号输出端之间的电路一分为二，在中间找到切入点，断开后半部分电路，对前半部分电路进行分析、测试，确定前半部分电路是否正确，如前半部分电路不正确，在对其半部分电路再分为二，以此类推，只要认真分析、仔细查找，总会就错成功。五、 数字系统设计实验步骤（一）

12、 实验设计 方案设计，逻辑原理设计，线路设计（二） 选择器件准备连接导线，选择器件，按功能块相对集中地排列器件（三） 器件布局 （四） 布线顺序 电源线一数据信号线一控制信号线一开关、显示灯线。 这包括故障的现象、分析、纠错过程等。（五） 实验测试、调试与记录（六） 撰写实验总结报告1 实验内容2 实验目的3 实验设备4 实验方法与手段5 实验原理图6 实验现象（结果）记录分析7 实验结论与体会 这包括实验方案的正确性、可行性如何？可否进一步优化？有哪些收获体会？有哪些经验教训？有哪些建议？等。第二章 实验基本仪器开设“数字逻辑电路实验”的主要目的是巩固课堂所学的指示，培养学生分析、设计、组装

13、、调试数字电路的基本技能，了解实验仪器的基本功能和使用方法对后继正确测试、分析电路是十分必要的。式系统设计实验所需设备有“基于CPLD的数字电路实验系统，示波器，万用表，直流电源，计算机”，下面介绍实验中常用几种基本仪器。一、 示波器示波器是一种用来测量电信号波形的电子仪器。用示波器能够观察电信号波形，测量电信号的电压大小，周期信号的频率和周期大小。双踪示波器能够同时观察两路电信号波形，数字示波器还能够锁定电信号波形，数字存储示波器还能暂存历史性电信号波形。（一）.使用之前操作注意： 1）辉度不可大亮不可将光点和扫描线调得过亮，否则不仅会使眼睛疲劳，而且如果长时间会使示波管的荧光屏变黑。2）为

14、防止直接加到示波器输入端或探极输入端的电压过高，不可使用高于下列范围的电压：输入电压（直接）：400V（DCACpp） 频率1kHz使用探极时： 400V（DCACpp） 频率1kHz外触发输入： 100V（DCACpp） 频率1kHz （二）.示波器面板说明示波器前面板示意图1主机电源部分：电源开关（POWER）： 将电源开关按键弹出即为“关”位置，将电源线接入，按电源开关键，接通电源。电源指示灯： 电源接通时，指示灯亮。辉度旋钮（INTENSITRY）： 控制光点和扫描线的亮度，顺时针方向旋转旋钮，亮度增强。聚焦旋钮（FOCUS）： 用辉度控制钮将亮度调至合适的标准，然后调节聚焦控制钮直至

15、光迹达到最清晰的程度。虽然调节亮度时，聚焦电路可自动调节，但聚焦有时也会轻微变化，如果出现这种情况，需重新调节聚焦旋钮。校准信号输出端子（CAL）: 提供 1kHz ± 2，2Vpp ±2方波作本机 Y轴、X轴校准用。显示屏: 仪器的测量显示终端。 2垂直方向部分（VERTICAL）通道1输入端（CH1 INPUT（X）: 该输入端用于垂直方向的输入，在XY方式时，作为X轴输入端。通道2输入端（CH2 INPUT（Y）： 和通道1一样，但在XY方式时，作为Y轴输入端。输入信号与示波器内部放大器连接方式选择开关： 交流（AC）： 放大器输入端与信号连接由电容器来耦合； 接地（

16、GND）：输入信号与放大器断开，放大器的输入端接地； 直流（DC）： 放大器输入与信号输入端直接耦合。衰减器开关（VOLTSDIV）: 用于选择垂直偏转系数，共12档。 如果使用的是 10：1的探极，计算时将幅度X 10。垂直微调旋钮（VARIABLE）: 垂直微调用于连续改变电压偏转系数。此旋钮在正常情况下应位于顺时针方向旋到底的位置。将旋钮逆时针旋到底，垂直方向的灵敏度下降到25倍以上。断续工作方式开关: CH1、CH2二个通道按断续方式工作，断续频率为 250kHZ，适用于低扫速。垂直移位（POSITION）: 调节光迹在屏幕中的垂直位置。垂直方式工作开关（VERTICAL MODE）:

17、 选择垂直方向的工作方式 通道1选择（CH1）：屏幕上仅显示CH1的信号； 通道2选择（CH2）：屏幕上仅显示CH2的信号； 双踪选择（DUAL）： 屏幕上显示双踪，自动以交替或断续方式，同时显示 CH1和CH2的信号； 叠 加（ADD）： 显示CH1和CH2输入信号的代数和。CH2极性开关（INVERTT）：按此开关时CH2显示反相信号3水平方向部分（HORIZONTAL）主扫描时间系数选择开关（TIMEDIV）: 共20档，在0.1S0.5 SdiV范围选择扫描速率。X一Y控制键：按入此键，垂直偏转信号接入CH2输入端，水平偏转信号接入CH1输入端。扫描非校准状态开关键：按入此键，扫描时基

18、进入非校准调节状态，此时调节扫描微调有效。扫描微调控制键（VARIABLE）: 此旋钮以顺时针方向旋转到底时，处于校准位置，扫描由Timediv开关指示。此旋钮逆时针方向旋转到底，扫描减慢25倍以上。当按键扫描非校准状态开关键未按入，旋钮扫描微调控制键调节无效，即为校准状态。水平移位（POSITION）: 用于调节光迹在水平方向移动。 顺时针方向旋转该旋钮向右移动光迹，逆时针方向旋转向左移动光迹。延迟扫描 B时间系数选择开关（B TIMEDIV）： 分十二档，在0.1s0.5msdiv范围内选择B扫描速率。水平工作方式选择（HORIZ DISPLAY）:主扫描（A）：按入此键主扫描A单独工作，

19、用于一般波形观察；A加亮(INT)：选择A扫描的某区段扩展为延迟扫描，可用此扫描方式。与A扫描相对应的B扫描区段（被延迟扫描）以高亮度显示；4触发系统（TRIGGER）触发源选择开关（SOURCE） 通道1触发（CH1，XY）：CH1通道信号为触发信号，当工作方式在XY方式时，拨动开关应设置干此档； 通道2触发(CH2): CH2通道的输入信号是触发信号； 电源触发（LINE）：电源频率信号为触发信号； 外触发（EXT）：外触发输入端的触发信号是外部信号，用于特殊信号的触发。 交替触发（TRIG ALT） 在双踪交替显示时，触发信号来自于两个垂直通道，此方式可用于同时观察两路不相关信号。触发电

20、平旋钮（TRIG LEVEL） 用于调节被测信号在某选定电平触发，当旋钮转向“”时显示波形的触发电平上升，反之触发电平下降。电平锁定（LOCK）：无论信号如何变化，触发电平自动保持在最佳位置，不需入工调节电平。释抑（HOLDOFF）:当信号波形复杂，用电平旋钮不能稳定触发时，可用“释抑”旋钮使波形稳定同步。触发极性按钮（SLOPE）: 触发极性选择。用于选择信号的上升沿和下降沿触发。触发方式选择（TRIG MODE） 自动（AUTO）：在“自动”扫描方式时，扫描电路自动进行扫描。在没有信号输入或输入信号没有被触发同步时，屏幕上仍然可以显示扫描基线； 常态（NORM）：有触发信号才能扫描，否则屏

21、幕上无扫描线显示。当输入信号的频率低于50HZ时，请用“常态”触发方式；单次(SINGLE):当“自动”(AUTO)、“常态”(NORM)两键同时弹出被设置于单次触发工作状态，当触发信号来到时，准备(READY)指示灯亮，单次扫描结束后指示灯熄，复位键（RESET）按下后，电路又处于待触发状态。（三）操作方法 1基本操作(1)打开电源开关，确定电源指示灯变亮，约20秒钟后，示波管屏幕上会显示光迹，如60秒 钟后仍未出现光迹，应按上表检查开关和控制按钮的设定位置。（2）调节辉度（INTEN）和聚焦（FOCUS）旋钮；将光迹亮度调到适当，且最清晰。（3）调节CH1位移旋钮及光速旋转旋钮，将扫线调到

22、与水平中心刻度线平行。（4）将探极连接到 CH1输入端，将2Vpp校准信号加到探极上。（5）将ACDCGND开关拨到AC，屏幕上将会出现方波波形。（6）调节聚焦（FOCUS）旋钮，使波形达到最清晰。（7）为便于信号的观察，将VOLTSDIV开关和TIMEDIV开关调到适当的位置，使信号波形幅度适中，周期适中。（8）调节垂直移位和水平移位旋钮到适中位置，使显示的波形对准刻度线且电压幅度（Vpp） 和周期(T)能方便读出。 上述为示波器的基本操作步骤。CH2的单通道操作方法与CH1类似。2. 双通道操作 将VERT MODE（垂直方式）开关置双踪（DUAL），此时，CH2的光迹也显示在屏幕上，CH

23、1光迹为校准信号方波，CH2因无输入信号显示为水平基线。 如同通道CH1，将校准信号接入通道CH2，设定输入开关为AC，调节垂直方向位移旋钮使两通道信号不要重叠。CH1信号在上方，CH2信号在下方。 双通道操作时（双踪或叠加），“触发源”开关选择CH1或CH2信号，如果CH1和CH2信号为相关信号，则波形均被稳定显示；如为不相关信号，必须使用“交替触发”（TRIG ALT）开关，那么两个通道不相关信号波形也都被稳定同步。但此时不可同时按下“断续”（CHOP）和“交替触发”（TRIG ALT）开关。3叠加操作 将垂直方式（VERT MODE）设定在相加（ADD）状态，可在屏幕上浪滚到 CH1和

24、CH2信号的代数和，如果按下CH2反相（INV）按键开关，则显示为CH1和CH2信号之差。如要想得到精确的相加或相减，借助于垂直微调（VAR）旋钮将两通道的偏转系数精确调整到同一数值。4XY操作 “XY”按键按下，内部扫描电路断开，由“触发源”（SOURCE）选择的信号驱动水平方向的光迹。当触发源开关设定为“CH1（XY）”位置时，示波器为“XY”工作，CH1为X轴、CH2为Y轴；XY操作： 垂直方式开关选择“XY”方式，触发源开关选择“XY”，CH1为X轴，CH2为Y轴，可进行XY工作。水平位移旋钮直接用作X轴。 注：XY工作时，若要显示高频信号则必须注意X轴和Y轴之间相位差及频带宽度。5.

25、 触发 正确的触发方式直接影响示波器有效操作，因此必须熟悉各种触发功能及操作方法。(1）触发源开关功能：选择所需要显示的信号自身或是与显示信号具有时间关系的触发信号作用于触发，以便在屏幕上显示稳定的信号波形。 CH1：CH1输入信号作触发信号； CH2：CH2输入信号作触发信号。 电源（LINE）：电源信号用作触发信号，这种方法用在被测信号与电源频率相关信号时有效，特别是测量音频电路，闸流管电路等工频电源噪声时更为有效。 外接（EXT）：扫描由作用在外触发输入端的外加信号触发，使用的外接信号与被测信号具有周期性关系，由于被测信号没有用作触发信号，波形的显示与测量信号无关。（2）耦合开关的功能:

26、 根据被测信号的特点，用此开关选择触发信号的耦合方式。 交流（AC）：这是交流耦合方式，由于触发信号通过交流耦合电路，而排除了输入信号的直流成份的影响，可得到稳定的触发。该方式低频截止频率为10HZ(-3dB）。使用交替触发方式且扫速较慢时，如产生抖动可使用直流方式。 高频抑制（HF REJ）：触发信号通过交流耦合电路和低通滤波器（约50kHz3dB）作用到触发电路；触发信号中高频成份通过滤波器被抑制，只有低频信号部分能作用到触发电路。 DC：触发信号被直接耦合到触发电路，触发需要触发信号的直流部分信号以及信号占空比很小时，使用此种方式。（3）极性开关功能 “”当设定在正极性位置，触发电平产生

27、在触发信号上升沿； “”设定在负极性位置，触发电平产生在触发信号下降沿。(4)电平控制器控制功能：该旋钮用于调节触发电平以稳定显示图象，一旦触发信号超过控制旋钮所设置触发电平，扫描即被触发且屏幕上稳定显示波形，顺时针旋动旋钮，触发电平向上变化，反之向下变化。 电平锁定：按下电平锁定（LOCK）开关时，触发电平被自动保持在触发信号的幅度之内，且不需要进行电平调节可得到稳定的触发，只要屏幕信号幅度或外接触发信号输人电压在下列范围内，该自动触发锁定功能都是有效的。 50Hz20MHz 2.ODIV（0.25V）(5)“释抑”控制功能： 当被测信号为两种频率以上的复杂波形时，上述提到的电平控制触发可能

28、并不能获得稳定波形。此时；可通过调整扫描波形的释抑时间（扫描回程时间），能使扫描与被测信号波形稳定同步。波形在屏幕显示没有重叠现象。二、 基于CPLD的数字电路实验系统1实验系统功能实验系统采用了Altera公司的EPM7128SLC84可编程逻辑器件，设计实验扩展板和时钟信号等多种实验资源。可以通过实物器件的硬件连线进行实验，也可通过计算机仿真、器件编程下载完成综合设计型实验。数字电路实验系统包括10个功能模块，其功能如下：CPLD模块(图中)：该模块设计了一块复杂可编程逻辑器件（CPLD）EMP7128SLC84-15，对所设计数字电路通过器件编程，可以在验证自行设计的正确性；电源模块(图

29、中)：该模块由外部输入+5v电压，具有电源指示和短路报警的功能；可调电压输出模块(图中)：该模块能够向实验板提供0+5v的电压输出；多频率输出模块(图中)：该模块能够向实验板提供1/2*f1/256*f的频率输出；单脉冲输出模块(图中)：该模块具有两组单脉冲输出电路，能够同时为实验板提供两路正、负单脉冲信号；按键开关模块(图中)、拨动开关模块(图中)：该模块空载(或拨向上方)时由上拉电阻将其输出电压上拉到+5v，按下(或拨向下方)时对外输出为0v；数码管显示模块()：该模块设计了6个共阴七段数码管，数码管段选线高电平有效，数码管位选线高电平有效，能够完成大多数实验的需求；LED指示模块()：该

30、模块设计了8个状态指示灯LED(发光二极管)，低电平控制有效；面包板模块()：用于插放实验中所需的外部器件。实验板面板图见图3；实验板上的标号说明见表1。图3：数字电路实验系统面板图：表1：实验板上的标号列表说明如下：所在模块标号名称说明CPLD(VCC)CPLD电源（+5v）连接跳线CPLD(GND)CPLD（地）连接跳线CPLD_SETCPLD功能设置引脚（禁用）CN1CN6CPLD输入/输出引线插孔ISP_PORTCPLD的JTAG接口POWER_PORT实验系统电源连接插座POWER_LED实验系统电源指示ALARM报警扬声器RTL滑动变阻器05v OUT可调电压输出端口F_PORT多

31、频率脉冲输出端口P1单脉冲按钮开关1PULSE1开关1控制的单脉冲输出P2单脉冲按钮开关2PULSE2按钮开关2控制的单脉冲输出SW1SW4按键开关14SW_PORT按键开关输出（空为高电平）KEY_PORT乒乓开关电平输出端口K1K10乒乓开关110VCC、GND表明开关的输出电平（上为高，下为低）LED_PORT数码管段 (ag,dp) 选择输入端口LED_CS数码管位（LED0LED6）选择输入端口(高电平有效)L_PORTLED指示灯电平输入端口(低电平亮)+5v，GND电源输出插孔(+5v,地) 第三章 数字系统设计基础实验内容通过基本门电路性能测试实验使学生掌握基本门电路的工作原理

32、、门电路的外特性（IC门电路的引脚排列顺序，输入/输出电平要求等）；通过计算机仿真技术使学生掌握组合逻辑电路的设计方法，掌握触发器功能及其波形关系，掌握时序电路的设计方法，培养学生的实践动手能力和实验技能。 实验一 基本逻辑门电路实验一、 基本逻辑门电路性能（参数）测试（一）实验目的.掌握TTL与非门、与或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。.熟悉TTL中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。（二）实验所用器件和仪表.二输入四与非门74LS00 1片.二输入四或非门74LS02 1片.二输入四异或门74LS86 1片（三）实验内容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

33、辑关系。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。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。（四）实验提示.将被测器件插入实验台上的芯插座中。.将器件的引脚与实验台的“地（GND）”连接，将器件的引脚与实验台的十5连接。.用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入。拨动开关，则改变器件的输入电平。.将被测器件的输出引脚与实验台上的电平指示灯(LED)连接。指示灯亮表示输出低电平（逻辑为），指示灯灭表示输出高电平（逻辑为1）。（五）实验接线图及实验结果 74LS00中包含个二输入与非门，7402中包含个二输入或非门，7486中包含个二输入异或门，

34、它们的引脚分配图见附录。下面各画出测试7400第一个逻辑门逻辑关系的接线图及测试结果。测试其它逻辑门时的接线图与之类似。测试时各器件的引脚接地，引脚接十。图中的1、2接电平开关输出端，LED0是电平指示灯。1、测试74LS00逻辑关系2、测试74LS28逻辑关系3、测试74LS86逻辑关系 二 、 TTL、HC和HCT器件的电压传输特性(一)、实验目的 .掌握TTL、HCT和 HC器件的传输特性。 .掌握万用表的使用方法。(二)、实验所用器件和仪表 .六反相器片 .六反相器片 .六反相器片 .万用表（三）、实验说明 与非门的输出电压o与输入电压i的关系o=f（i）叫做电压传输特性，也称电压转移

35、特性。它可以用一条曲线表示，叫做电压传输特性曲线。从传输特性曲线可以求出非门的下列有用参数: .输出高电平（） .输出低电平（）.输入高电平（）.输入低电平（）.门槛电压 （）（四）、实验内容.测试TTL器件一个非门的传输特性。.测试HC器件一个非门的传输特性。.测试HCT器件一个非门的传输特性。（五）、实验提示.注意被测器件的引脚和引脚分别接地和十5。.将实验台上.电位器RTL的电压输出端连接到被测非门的输入端，RTL的输出端电压作为被测非门的输入电压。旋转电位器改变非门的输入电压值。.按步长0.2调整非门输入电压。首先用万用表监视非门输入电压，调好输入电压后，用万用表测量非门的输出电压，并

36、记录下来。（六）、实验接线图及实验结果.实验接线图由于 74LS04、74HC04和 74HCT04的逻辑功能相同，因此三个实验的接线图是一样的。下面以第一个逻辑门为例，画出实验接线图（电压表表示电压测试点）如下.输出无负载时74LS04、74HC04、74HCT04电压传输特性测试数据表1.4 74LS04、74HC04、74HCT04电压传输特性测试数据输入Vi(V)输出Vo(V)74LS0474HC0474HCT040.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.23.43.63.84.04.24.44.64.85.0.按测试结果给出输

37、出无负载时74LS04、74HC04和 74HCT04电压传输特性曲线，并与下图比较。 .比较三条电压传输特性曲线，说明各自的特点。 尽管只对三个芯片在输出无负载情况下进行了电压传输特性测试，但是从图1.5、图1.6和图1.7所示的三条电压传输特性曲线仍可以得出下列观点: （1）74LS芯片的最大输入低电平V低于74HC芯片的最大输入低电平V，74LS芯片的最小输入高电平低于74HC芯片的最小输出高电平。 （）74LS芯片的最大输入低电平、最小输入高电平与74HCT芯片的最大输入低电平、 最小输出高电平相同。 （）74LS芯片的最大输出低电平高于74HC芯片和74HCT芯片的最大输出低电平。7

38、4LS芯片的最小输出高电平低于74HC芯片和74HCT芯片的最小输出高电平。 （）74HC芯片的最大输出低电平 、最小输出高电平 与 74HCT芯片的最大输出低电平、最小输出高电平相同。 5在暂时不考虑输出负载能力的情况下，从上述观点可以得出下面的推论: （）74H CT芯片和74HC芯片的输出能够作为 74LS芯片的输入使用。 （）74LS芯片的输出能够作为74HCT芯片的输入使用。实际上，在考虑输出负载能力的情况下，上述的推论也是正确的。应当指出，虽然在教科书中和各种器件资料中，74LS芯片的输出作为74HC芯片的输入使用时，推荐的方法是在74LS 芯片的输出和十5电源之间接一个几千欧的上

39、拉电阻，但是由于对74LS芯片而言，一个74HC输入只是一个很小的负载，74LS芯片的输出高电平一般在.5V4.5V之间，因此在大多数的应用中，74LS芯片的输出也可以直接作为74HC芯片的输入。三、逻辑门控制电路1） 用与非门和异或门安装如图1.8（a）所示的电路。检验它的真值表。 2)用个三输入端与非门IC芯片74LS10安装如图.9所示的电路。 从实验台上的时钟脉冲输出端口选择两个不同频率（约 7khz和 14khz）的脉冲信号分别加到0和1端。对应 和 端数字信号的所有可能组合，观察并画出输出端的波形，并由此得出和（及/）的功能。l 实验二 组合逻辑电路部件实验实验目的：掌握逻辑电路设

40、计的基本方法 掌握EDA工具MAX-PlusII的原理图输入方法掌握MAX-PlusII的逻辑电路编译、波形仿真的方法（一） 逻辑单元电路的波形仿真利用EDA工具MAX-PlusII的原理图输入法，分别输入74138、7483图元符号；建立74138、7483的仿真波形文件，并进行波形仿真，记录波形；分析74138、7483逻辑关系。 13-8译码器74138的波形仿真 24位二进制加法器7483的波形仿真 位二进制加法器集成电路 74LS83中，和 是两个位二进制数的输入端，Cout，S3,S2,S1,S0是位输出端。Cin是进位输入端，而Cout是进位输出端。（二） 简单逻辑电路设计利用E

41、DA工具MAX-PlusII的原理图输入法，输入设计的电路图；建立相应仿真波形文件，并进行波形仿真，记录波形和输入与输出的时延差；分析设计电路的正确性。1. 设计一个2-4译码器功能表输入输出EA1A2Q0Q1Q2Q3111110000111011011101101111110E为允许使能输入线，A1、A2为译码器输入，Q0、Q1、Q2、Q3分别为输出。2. 设计并实现一个4位二进制全加器 （1） 二进制全加器原理：对两个位二进制改作加法运算的数字电路是由一个半加器和（1）个全加器组成。它把两个位二进制数作为输入信号。产生一个（1）位二进制数作它的和。一个位二进制加法器的方框图如图2.1所示。

42、图中和是用来相加的两n位输入信号，n-1，n-1，n-2， ······2,1,0是它们的和。在该电路中方对0和0相加是用一个半加器，对其它位都用全加器。如果需要串接这些电路以增加相加的位数，那么它的第一级也必须是一个全加器。图.表示都用全加器实现的加法器电路。加 法 器A1 A0An An-1Bn Bn-1B1 B0A输入信号 B输入信号输 出 端Cn-1 Sn-1 Sn-2S2 S1 S0图2.1 二进制加法器方框图 图2.2 用全加器的n位二进制加法器C-1B0 A0C0 S0B1 A1C1 S1Bn-1 An-1Cn-1 Cn

43、-1Bn-2 An-2Cn-2 Cn-2（2）实验步骤：设计1位二进制全加器，逻辑表达式如下： Sn=AnBnCn-1Cn= An·BnCn-1(AnBn) An是被加数， Bn是加数，Sn是和数，Cn是向高位的进位，Cn-1是低位的进位。 利用1位二进制全加器构成一个4位二进制全加器3. 交叉口通行灯逻辑问题的实现图表示一条主干公路（东一面）与一条二级道路的交叉点。车辆探测器沿着A、B、C和D线放置。当没有发现车辆时，这些敏感组件的输出为低电平0”。当发现有车辆时，输出为高电平“1”。交叉口通行灯根据下列逻辑关系控制: 北（a）东一西灯任何时候都是绿的条件 A （l）C和D线均被占

44、用； 西 C 东 （2）没有发现车辆； D （3）当A、B线没同的占用时， BC或D任一条线被占用； 南（b）南一北灯任问时候都是绿的条件 （1）A和B线均被占用，而C和D线均未占用或只占用一条线； （2）当C和D均未被占用时，A或B任一条线被占用。 有两个输出端，南北和东西，输出高电平对应绿灯亮，输出低电平对应红灯亮。用敏感组件的输出作为逻辑电路输入信号，对所给的逻辑状态建立一个真值表，化简后得最简逻辑表达式，用与非门实现该电路、并用波形仿真设计电路的功能，分析其正确性之。4. 设计一个7位奇/偶校验器奇/偶校验代码是在计算机中常用的一种可靠性代码。它由信息码和一位附加位奇/偶校验位组成。这

45、位校验位的取值(0或1)将使整个代码串中的1的个数为奇数（奇校验代码）或为偶数（偶校验代码）。(1) 奇/偶校验位发生器 （a）奇/偶校验位发生器就是根据输入信息码产生相应的校验位。奇校验位定义是指当输入信息码中1的数目为奇数个时，奇校验位为0；当输入信息码中“1”的数目为偶数个时，奇校验位为1；使得信息码与奇校验位中“1”的总数目为奇数个，偶校验位的定义则相反。图2.3是4位信息码的奇校验位发生器电路。它是基于“异或”门的“相同得0、相异得1”原理设计的。图 2.3 据图可推知:当B8B4B2B1中的1的个数为偶数时此奇校验位发生器输出的校验位P为1，反之为0。(b) 设计一个7位二进制代码

46、分别为a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6的奇/偶校验位发生器,奇校验位为P，偶校验位为E。逻辑表达式如下：P=a0a1a2a3a4a5a6E= P。（2） 奇/偶校验代码校验器(a)奇/偶校验器用于校验奇(偶)校验代码在传送和存储中有否出现差错，它具有发现所有奇数个位数错的能力。所谓奇校验器，即：若输入代码中1的个数为奇数，则输出1（表示正常），反之输出0。所谓偶校验器，即：若输入代码中1的个数为偶数，则输出1（表示正常），反之输出0。(b) 设计一个8位二进制代码分别为a0、a1、a2、a3、a4、a5、a6、 p的奇校验器。逻辑表达式如下：S= a0a1a2a3a4a5a6P显然，当

47、校验器的输入代码a0a1a2a3a4a5a6 p中1的个数为奇数时，校验器的输出S为1、反之S为0。5. 设计一个四选一单元（数据选择器）电路FD86 数据选择器又称输入多路选择器、多路开关。它的功能是在选择信号的控制下，从若干路输入数据中选择某一路输入数据作为输出。功能表选通选择信号四路数据输出EA1A0DF10000D0D3D0001D0D3D1010D0D3D2011D0D3D3E是选通使能端，A1、A0分别是选择信号端，D0、D1、D2、D3分别是四路数据，F是输出端。6. 设计一个1：4数据分配器FD93多路选择器D Y0GY1 C0Y2 C1Y3功能表如下： 输入端输出端GS1S0

48、DY0Y1Y2Y3111110OODD111001D1D11010D11D1011D111DG 是选通使能端，S1、S0分别是选择端，D是一路输入数据，Y0、Y1、Y2、Y3分别是选择的输出。7. 设计并实现2位二进制数字比较器功能描述：比较A1A0和B1B0两个2位数：当A1A0B1B0时，电路输出端E=1，其它情况时E=0；当A1A0B1B0时，电路输出端L=1, 其它情况时L=0；当A1A0B1B0时，电路输出端S=1, 其它情况时S=0；并进行波形仿真。l 实验三 时序电路设计 （一）触发器实验实验目的1掌握RS触发器、D触发器、JK触发器的工作原理。2学会正确使用RS触发器、D触发器

49、、JK触发器。实验内容1 用 74LS00构成一个 RS 触发器。给出R、S波形序列，进行波形仿真，说明RS触发器的功能。2 D触发器DFF（或双D触发器74LS74中一个D触发器）功能测试。D触发器的输入端口CLR是复位或清零，PRN是（置位）；给定D（数据）、CLK（时钟）波形序列，进行波形仿真，记录输入与输出Q波形。说明D触发器是电平触发还是上升沿触发，分析原因。3 JK触发器JKFF（或双JK触发器74LS73、74LS76中一个JK触发器）功能测试与分析。JK触发器输入端口CLR是复位端，PRN是置位端，CLKS是时钟。给出CK，J，K的波形，仿真JK触发器的功能，说明JK触发器的C

50、LK何时有效。 D触发器74LS74是上升沿触发，JK触发器74LS73是下降沿触发。 （二）简单时序电路设计实验实验目的 学习利用EDA工具设计简单时序电路。掌握简单时序电路的分析、设计、波形仿真、器件编程及测试方法实验内容1.用D触发器（或74LS74）构成的4位二进制计数器（分频器）1) 建立波形文件，对所设计电路进行波形仿真。并记录Q0、Q1、Q2、Q3的状态。2) 对所设计电路进行器件编程。将CLK引脚连接到实验系统的单脉冲输出插孔，4位二进制计数器输出端Q0、Q1、Q2、Q3连接到LED显示灯，CLR、PRN端分别连接到实验系统两个开关的输出插孔。3) 由时钟CLK输入单脉冲，记录

51、输入的脉冲数，同时观测 Q0、Q1、Q2、Q3对应LED显示灯的变化情况。2异步计数器 异步计数器是指输入时钟信号只作用于计数单元中的最低位触发器，各触发器之间相互串行，由低一位触发器的输出逐个向高一位触发器传递进位信号而使得触发器逐级翻转，所以前级状态的变化是下级变化的条件，只有低位触发器翻转后才能产生进位信号使高位触发器翻转。 1）计数器单元电路仿真P62a) 用74LS93构成一个2位十六进制计数器，并进行波形仿真。 b) 用74LS90构成一个2位BCD码计数器，并进行波形仿真。2）设计异步十进制计数器a) 用JK触发器（或双JK触发器74LS73、7476）构成1位十进制计数器（或BCD计数器）74LS76图、释戴p55b) 对所设计的计数器，建立相应波形文件，进行波形仿真。并记录计数值Q