数电试验题目

1、数字电路与逻辑设计实验作为电子、信息类专业的学科基础课，是一门重要的实践课程，具有很强的实践性。当今，现代电子技术飞速发展，电子系统设计方法、手段日新月异，众所周知，电子系统数字化已经成为电子技术和电子设计发展的必然趋势。为此，我院数字电路与逻辑设计实验课程也进行了相应的教学改革，开展了PLDCPLDFPG*先进的EDAa学内容。与此同时，经过多年的实践教学总结和资料积累，我们感到要发展和应用先进电子技术，必须掌握牢固学科基础理论和基础应用，这在电子设计不断推陈出新的时代，更显得尤为重要。本实验指导书是理论教学的延伸，旨在培养和训练学生勤奋进取、严肃认真、理论联系实际的工作作风和科学研究精神。

2、通过本实验课，夯实数字电子技术基础理论的学习，进一步加强基本实验方法和基本实验技能的掌握，为培养锻炼学生的综合能力、创新素质打下坚实的基础。本指导书按照教学大纲的要求编写，在前一版的基础上进行了修订，增减了部分内容，精心设计了14个典型的数字电路基础实验范例，基本涵盖了数字电路与逻辑设计课的教学内容。每个实验均给出了实验目的、预习要求、实验原理、内容、步骤和思考题，所有实验均可在纯硬件或ED骸验环境中完成。附录部分给出了实验箱的操作使用、实验中所使用到的集成电路管脚图，以及常用逻辑符号对照表，方便学生查阅。限于编者水平有限，加之编写时间仓促，错误和疏漏之处在所难免，真诚希望各位教师和同学提出批

3、评和改进意见。实验一数字电路实验基础一、实验目的掌握实验设备的使用和操作掌握数字电路实验的一般程序了解数字集成电路的基本知识二、预习要求复习数字集成电路相关知识及与非门、或非门相关知识三、实验器材直流稳压电源、数字逻辑电路实验箱、万用表74LS00、74LS02、74LS48四、实验内容和步骤1、实验数字集成电路的分类及特点目前，常用的中、小规模数字集成电路主要有两类。一类是双极型的，另一类是单极型的。各类当中又有许多不同的产品系列双极型双极型数字集成电路以TTL电路为主，品种丰富，一般以74（民用）和54（军用）为前缀，是数字集成电路的参考标准。其中包含的系列主要有：1. 标准系列一一主要产

4、品，速度和功耗处于中等水平2. LS系列一一主要产品，功耗比标准系列低3. S系列一一高速型TTL、功耗大、品种少4. ALS系列快速、低功耗、品种少5. AS系列一一S系列的改进型单极型单极型数字集成电路以CMO电路为主，主要有4000/4500系列、40H系列、HC系列和HCTS列。其显著的特点之一是静态功耗非常低，其它方面的表现也相当突出，但速度不如TTL集成电路快。TTL产品和CMO竽品的应用都很广泛，具体产品的性能指标可以查阅TTLCMO集成电路各自的产品数据手册。在本实验课程中，我们主要选用TTL数字集成电路来进行实验。2、TTL集成电路使用注意事项外形及引脚TTL集成电路的外形封

5、装与引脚分配多种多样，如附录中所示的芯片封装形式为双列直插式（DIP）o芯片外形封装上有一处豁口标志，在辨认引脚分配时，芯片正面（有芯片型号的一面）面对自己，将此豁口标志朝向左手侧，则芯片下方左起的第一个引脚为芯片的1号引脚，其余引脚按序号沿芯片逆时针分布。电源每片集成电路芯片均需要供电方能正常使用其逻辑功能，供电电源为+5V单电源。电源正端（+5V）接芯片的VCCSI脚，电源负端（0V）接芯片的GNDJI脚，两者不允许接反，否则会损坏集成电路芯片。除极少数芯片（如74LS76）外，绝大多数TTL集成电路芯片的电源引脚都是对角分布，即VCCffiGN国脚呈左上右下分布。输出端芯片的输出引脚不允

6、许与+5V和地直接相连，也不允许连接到逻辑开关上，否则会损坏芯片。但没有使用的输出引脚允许悬空，尽量避免让多余输入端悬空。除OC门和三态外，不允许将输出端并联使用。芯片安装在通电状态下，不允许安装和拔起集成电路芯片。否则极易造成芯片损坏。在使用多个芯片时应当注意芯片的豁口标志朝向一致芯片混用问题一般情况下，尽量避免混合使用TTL类与CMO类集成电路。如需要混合使用时，必须考虑它们之间的电平匹配及驱动能力问题。碰此种情况时，可以查阅相关资料说明，在此不再赘述。3、输入与输出信号的加载与观察逻辑电路为二值逻辑，取值只有“0”、“1”两种情况。对于逻辑电路的输入，用逻辑开关来产生高、低电平，通过导线

7、将开关连接到电路中，即可输入变量的“0”、“1”取值，原理如图1-1所示。对逻辑电路的输出，实验中用两种器件来进行观察：一种器件是发光二极管，原理如图1-2所示；当输出为高电平时，发光二极管发光；反之，发光二极管，熄灭。另一种器件是数码显示器，参见附录B”常见集成电路外部引脚”图1-1逻辑开关原理图图1-2逻辑电平显示原理图3、逻辑功能测试分别测试一个与非门和一个或非门的逻辑功能，画出实验逻辑图，并将测试结果记录在自制的表中。（提示:与非门芯片的型号为74LS0O,或非门芯片的型号为输入变量的组合；输出端接到LED上作为结果观察。74LS02。测试时，输入端分别接2只逻辑开关，以产生测试结果即

8、为与非逻辑、或非逻辑的真值表。）4、显示电路测试按图1-1连接逻辑电路，在芯片的输入端上依次加上果记录到表1-1中。（试想，实验中为什么需要一块行不行）00001111的二进制代码，将相应的电路输出显示结74LS48芯片呢不用芯片只接用逻辑开关与数码管相连图1-1数码显示器测试电路1表1-1数码显示器测试结果1输入输出DCBA16进制数10进制数显小结果（涂黑）0000131000113100101310011H0100IEII|0101H0110H0I1IIEII|1000H1001H1010|IEII|10111100IEII|1101|一一一IEII|11101111IEII|五、思考题

9、正逻辑情况下，数字电路中的逻辑“1”、逻辑“0”、高电平、低电平、VCCGND+5V、0V之间有什么关系数字电路中的正逻辑与负逻辑有什么不同什么是高电平有效和低电平有效什么是最高有效位和最低有效位BCD码与8421码是等同的吗如何将逻辑表达式转化成逻辑电路图或反之实验二集成逻辑门电路的逻辑功能一、实验目的熟悉TTL集成逻辑门电路的逻辑功能及其特点掌握TTL集成逻辑门电路逻辑功能的测试方法熟悉TTL集成逻辑门电路之间的逻辑关系二、预习要求复习与非门、与门、或门、或非门、与或非门、异或门及三态门的逻辑功能复习逻辑代数以及逻辑表达式之间的转换三、实验器材直流稳压电源、数字逻辑电路实验箱74LS00、

10、74LS0274LS125四、实验内容和步骤1. TTL门电路无用输入端的处理方法TTL与非门电路和或非门电路的流行符号如图2-1所示，与国家公布的标准符号有一定的区别如果要用与非门（74LS00）和或非门（74LS02分别构成非门（反相器），应如何实现画出实现非逻辑的电路图。如果有多余的输入引脚没有使用，在实验中应如何处理2. 用“与非”门构成的基本电路用与非门74LS00组成下歹I门电路，并测试它们的逻辑功能。凡=AB；"=网”；羽="R；XA+B；X4AB+B把设计的逻辑电路图画出，然后按电路图接线，对所设计的逻辑电路进行测试，并将测试的结果（即真值表）填入自制的表中

11、。3. TTL三态门的逻辑功能测试将TTL三态门74LS125和与非门74LS00按图2-2连线，输入端A、R目分别接到3个逻辑开关，输出端Y图2-2“三态”门的测试电路接到一个发光二极管。改变控制端1和输入端AB输入信号的高、低电平，观察输出端的输出状态，将结果填入自制的表中，并分析电路的作用原理。图2-3思考题电路五、思考题若与或非门电路如图2-3所示，要实现F=AL：S功能，多余输入端应如何处理想要实现“线与”逻辑，应该使用什么样的逻辑门请画出实现的原理图并加以说明。.实验组合逻辑电路的分析一、实验目的熟悉组合逻辑电路的特点及一般分析方法熟悉中规模集成组合电路编码器、译码器等器件的基本逻

12、辑功能和简单应用二、预习要求复习组合逻辑电路的分析方法复习全加器、编码器、译码器三、实验器材直流稳压电源、数字逻辑实验箱74LS00、74LS4874LS51、74LS8674LS13874LS148四、实验内容和步骤1 .全加器的功能测试将74LS86（异或门）、74LS00和74LS51（与或非门）按图3-1连线。输入端Ai、Bi、Ci-1分别接3个逻辑开关，输出端Si、Ci分别接2个发光二极管。改变输入端输入信号的状态，观察输出端的输出信号状态，把结果填入自制的表中，并写出输出函数Si、Ci的逻辑表达式（化简）。2 .8线-3线优先编码器的功能测试将83线优先编码器74LS148按图3-

13、2接线，其中输入端分别接9个逻辑开关，输出端QCQBQAGS和Eg加J接5个发光二极管。按表3-1改变输入端的输入状态，观察输出端的输出状态并把结果填入表中。315TAX号图3-1全加器的测试电路3.译码器的功能测试图3-28-3线优先编码器电路将二进制3-8线译码器74LS138按图3-3接线。用逻辑开关输入G1、G2AG2BABC等信号，用发光二极管观察输出Y0Y7状态，并把结果填入表3-2中。将BC则到七段码译码/驱动器74LS48按图3-4接线。用逻辑开关输入BC则的编码信号DC、B、A,通过七段数码管的显示，观察电路的输出状态，并把结果填入表3-3。ULILdL4LfiULTiinw

14、j,TOTlvaT1YlTBTSTT74LS1BE口El1214IEIB忍开美图3-33-8译码器电路注：G2=G2知G2Bib4nb7-dL&4i9>1Jffib口冠由T图3-4BCD码七段码译码/驱动电路五、思考题如何用两片74LS138组成4-16线译码器（画出逻辑原理图）实验四数据选择器一、实验目的熟悉四选一、八选一数据选择器的逻辑功能熟悉中规模集成组合电路的分析方法二、预习要求复习组合逻辑电路的分析方法复习常用中规模组合逻辑器件相关知识三、实验器材直流稳压电源、数字逻辑实验箱74LS138、74LS151、74LS153四、实验内容和步骤1 .四选一数据选择器的测试将四

15、选一数据选择器74LS153按图4-1接线。RA、1C31C2、1C1、1C0为信号输入端，1Y为相应的信号输出端。在1C31C2、1C1、1C0状态确定的条件下，改变B、A信号，观察1Y的输出状态，并把结果填入表4-1。然后写出1Y的逻辑表达式。2 .四选一数据选择器的分析用双四选一数据选择器74LS153组成如图4-2所示电路。先对该逻辑进行测试，把测试的结果填入自制的表中。然后分析测试结果，写出输出函数1Y、2Y的逻辑表达式，并说明该逻辑电路完成什么样的逻辑功能。图4-1四选一数据选择器测试3 .八选一数据选择器的测试将八选一数据选择器74LS151按图4-3接线。其中GB、A为三位地址

16、码，t1为低电平选通输入端，DO-D7为数据输入端，Y为原码输出端，W为反码输出端。按照表4-3所示在电路的输入端加载输入信号，观察输出端的输出状态，并把结果填入表4-2o4 .八选一数据选择器的分析DOU'"C74L51S1Jn.IUnE2E15Efi17匕4IAJUULai4L4L0irni»if7113nme74JS138T4L3QJ1墙起开麦nQ.tiCUQEliaUUKflErSRm帝式图4-3八选一数据选择器测试图4-4八选一数据选择器分析受井开通ra分析图4-4的逻辑电路完成什么样的逻辑功能。置数据输入端D0D7的输入信号分别为或两种状态后，再分别两次

17、加载地址码输入端GB、A的输入信号为07,同时观察发光二极管的状态，将结果记录到表4-4中，然后根据结果对电路进行分析。五、思考题8选1数据选择器74LS151芯片组成图4-5所示电路。(1)分析电路功能，写出电路输出函数F的逻辑表达式。(2)若改用74LS153芯片实现函数F,试画出其电路图。图4-5思考题电路实验五小规模组合逻辑电路的设计一、实验目的掌握用集成门电路进行组合电路设计的方法，并通过实验验证设计的正确性熟悉灵活运用不同的门电路来达到同一设计要求的方法:、实验预习复习组合逻辑电路的设计方法根据实验任务和要求以及实验提供的门电路和装置设计逻辑电路，要求所设计的电路在条件允许下尽量优

18、化三、实验器材直流稳压电源、数字逻辑实验箱74LS00、74LS0474LS1074LS20四、实验内容和步骤1 .三变量不一致电路设计一个“三变量不一致电路”，当输入的三个变量不相同时，电路输出为“1”，否则为“0”。要求全部用“与非”门实验，且输入仅给出原变量。2 .裁判表决电路举重比赛有三个裁判，一个主裁判A,两个副裁判B、C。在杠铃是否完全举起的裁决中，每一个裁判通过按下自己面前的按钮来裁决。最终的裁决取决于至少两名裁判的裁决，其中必须要有主裁判。如果最终的裁决为杠铃举起成功，则输出举重“有效”指示灯亮，否则“无效”指示灯亮。请设计此逻辑电路。3 .简易自动售票机设计一台简易自动售票机

19、的控制电路，要求投入伍角、贰角或两个壹角的钱币时，输出一张价值贰角的邮票,并能找补多余的零钱。4 .交通信号故障监测设计一个监测信号灯工作状态的逻辑电路。每一组信号灯由红、黄、绿三盏灯组成，正常工作情况下，任何时刻点亮的状态只能是红、绿或黄加上绿当中的一种。而当出现其他五种点亮的状态时，电路发生故障，要求逻辑电路发出故障信号，以提醒维修人员前去修理。五、思考题总结使用小规模组合逻辑器件设计逻辑电路的一般方法。实验六中规模组合逻辑电路的设计一、实验目的熟悉中规模集成电路的使用掌握用中规模集成电路设计组合逻辑电路的方法二、实验预习复习数据选择器和译码器的逻辑功能三、实验器材直流稳压电源、数字逻辑实

20、验箱74LS00、74LS2074LS151、74LS138四、实验内容和步骤1 .路灯控制电路试用数据选择器设计一个路灯控制电路，要求在四个不同的地方都能独立地开灯和关灯2 .一位全减器试用38译码器74LS138设计一位全减器。3 .三变量逻辑函数用8选1数据选择器74LS151芯片实现三变量逻辑函数：Z=ABC+AC-hABC4 .多输出逻辑函数试利用3-8译码器74LS138产生一组多输出逻辑函数:AC+AEC+AEC2Z=BC+A0CZs=A-FAKz二命己十Be十abc五、思考题总结使用中规模组合逻辑器件设计逻辑电路的一般方法。实验七触发器一、实验目的学习触发器逻辑功能的测试方法进

21、一步熟悉RS触发器、集成D触发器和JK触发器的逻辑功能及其触发方式二、实验预习复习各种触发器的逻辑功能复习不同触发器的相应触发方式三、实验器材直流稳压电源、数字逻辑实验箱74LS00、74LS7474LS76四、实验内容和步骤1 .基本RS触发器基本RS触发器用与非门74LS00构成，按图7-1接好线。在输入端加上不同的信号，通过发光二极管观察电路输出端的状态。把结果填入自制的表中。图7-1基本RS触发器口J3图7-2D触发器的预置和清零功能2 .D触发器用带预置和清除的双D型触发器74LS74来测试上升沿触发集成D型触发器的逻辑功能。先按图7-2接线，在时钟脉冲的不同电平状态，改变预置端PR

22、Ef口清除端CLR的信号，通过发光二极管观察触发器的输出状态。把结果填入自制的表中。然后，按图7-3接线，测试D触发器的逻辑功能。在D触发器的逻辑功能测试中，先将数据输入端D分别置入“0”或“1”，再用清零端CLR和预置端PRE分别将触发器的输出端清除为“0”或置位为“1”，最后再用单脉冲按钮向触发器的时钟输入端CLK发出脉冲的上升边沿和下降边沿，同时观察电路输出端Q的输出状态，把结果填入表7-1中。注意：清零和置位之后，清除端CLKM预置端PRE、须置成“1”状态。n-FL*图7-3D触发器逻辑功能测试7-4JK触发器清除和预置功能的测试3 .JK触发器用带预置和清除的双JK触发器74LS7

23、6来测试下降沿触发集成JK触发器的逻辑功能。先按图7-4接线，改变预置端PREft清除端CLR勺信号，通过发光二极管观察触发器Q输出端的输出状态。把结果填入自制的表中。然后，按图7-5接线，测试JK触发器的逻辑功能。_FL在JK触发器的逻辑功能测试中，先将数据输入端J、K分别置入00、01、10或11,再用清除端CLR和预置端PR弗别将触发器的/&出端清除为“0”或置位为“1”，最后再用单脉冲按钮向触发器的时钟输入端CLK发出脉冲的上升边沿和下降边沿，同时观察电路输出端Q的输出状态，把结果填入表7-2中。注意：清零和置位之后，清除端CLKJ口预置端PRE、须置成“1”状态。4 .触发器

24、的简单应用用触发器可以很容易地实现对输入脉冲信号的分频功能。图7-6中，用D触发构成的分频电路实现对CP1脉冲的二分频，用JK触发器构成的分频电路实现对CP2脉冲的四分频。按图接线，Q1和Q2分别接到2个发光二极管，CP1和CP2同时接到单脉冲的输出端。按动单脉冲按钮，观察Q1与CP1和Q2与CP2的对应关系，把观察的结果记录到自制的表中，根据表中的数据画出QtQ2与CP对应的波形图。注意：在按下和释放单脉冲按钮的时刻，就应对Q1和Q2的状态变化进行观察。图7-6二分频和四分频电路五、思考题RS触发器“不定”状态的含义是什么指出图7-7的电路是什么功能，并画出时序图图7-7思考题电路实验八同步

25、时序逻辑电路的分析一、实验目的熟悉同步时序逻辑电路的一般分析、设计方法熟悉移位寄存器和同步计数器的逻辑功能二、实验预习复习触发器的功能、特点和应用三、实验器材直流稳压电源、数字逻辑实验箱74LS00、74LS0874LS1074LS8674LS7474LS76四、实验内容和步骤1.移位寄存器型计数器将集成D型触发器74LS74按图8-1接线。电路的脉冲输入端CP接单脉冲，三个输出端Q3Q2Q1分别接发光二极管。用触发器的异步清零端CLR触发器初始X犬态复位为“000”，Q3Q2Q1000。逐次按动单脉冲按钮，观察在CP脉冲作用下，计数器输出端的变化状态，将结果填入自制的表中。分析电路输出端状态

26、变化的规律，画出状态转换图，并说明电路的功能。图8-1移位寄存器型计数器（1）将集成D型触发器74LS74按图8-2接线。电路的脉冲输入端CP接单脉冲，四个输出端Q4Q3Q2Q1分别接发光二极管。用触发器的异步清除端CLR将触发器初始X态复位为“0000”，Q4Q3Q2Q10000O（同样，可以用各触发器的预置端将触发器的初始状态置为某个状态。）逐次按动单脉冲按钮，观察在CP脉冲作用下，计数器输出端的变化状态，将结果填入自制的表中。分析电路输出端状态变化的规律，画出状态转换图，并说明电路的功能。触发器组成的同步计数器将集成JK触发器74LS76按图8-3接线。A端接逻辑开关，CP端接单月冲，Q

27、1、Q2Y端分别接三个发光二极管。设各触发器的初始状态均为“0”（用异步清零端复位），观察当A端分别J接“0”和“1”电平时，触发器输出端Q1、Q2和电路输出端Y的变化情况，并把结果填入自制的表中。根据结果分析电路输出的变化规律，画出状态转换图，并说明电路的功能。图8-2移位寄存器型计数器（2）图8-3JK触发器组成的同步计数器电路五、思考题总结同步时序逻辑电路的一般分析方法。实验九中规模集成时序逻辑器件的应用74LS16O双向移位寄存器74LS194的逻辑功能和使用方一、实验目的熟悉中规模集成时序电路：同步十进制计数器法掌握中规模集成时序电路的分析方法二、实验预习计数器、移位寄存器的功能和特

28、点中规模集成时序电路的功能特点和使用方法三、实验器材直流稳压电源、数字逻辑实验箱74LS00、74LS16Q74LS194四、实验内容和步骤1 .同步十进制计数器集成同步十进制计数器74LS160除了具有十进制加法计数功能之外，还有预置数、异步清零和计数保持的功能，其功能表如表9-1所示。建立74LS160的实验电路如图9-1。使能端ENT和EN脸高电平“1”，清零端CLR和置数端LOAE&接高电平“1”，使集成同步十进制计数器74LS160进入同步十进制计数状态。计数输出端QDQCQBQA®BCD-七段码译码/驱动显示器，用于观察状态数的变化。同时，计数输出端也接到逻辑分析仪，用来观察计数器的时序波形。打开仿真开关，在连续脉冲的作用下，观察译码显示器数字的变化规律，并用逻辑分析仪观察计数器状态的转换规律。试在图9-1-A的波形图中标出显示器数字变化时计数器输出的状态。表9-1CLKCLRLOADENPENT工作状态X0xxx清零10XX顶置数X1101保持X11X0保持1111计数图9-174LS160同步十进制计数器电路将74LS160#数器的QB®和QCS分别连到一个与非门的输入端，与非门的输出端接74LS160的异步清除端CLR其余的连接关系不变，如图9-1