數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)講義

1、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)講義目 錄1 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱簡(jiǎn)介2 實(shí)驗(yàn)一 基本門電路和觸發(fā)器的邏輯功能測(cè)試 3 實(shí)驗(yàn)二 常用集成組合邏輯電路（msi）的功能測(cè)試及應(yīng)用4 實(shí)驗(yàn)三 常用中規(guī)模集成時(shí)序邏輯電路的功能及應(yīng)用5 實(shí)驗(yàn)四 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)6 實(shí)驗(yàn)五 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)7 實(shí)驗(yàn)六 綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)8 附錄 功能常用芯片引腳圖數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱簡(jiǎn)介tpe系列數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱是清華大學(xué)科教儀器廠的產(chǎn)品，該實(shí)驗(yàn)箱提供了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)所必需的基本條件。如電源，集成電路接線板，邏輯電平產(chǎn)生電路，單脈沖產(chǎn)生電路和邏輯電平測(cè)量顯示電路，實(shí)驗(yàn)箱還為復(fù)雜實(shí)驗(yàn)提供了一些其他功能。下面以jk觸發(fā)器測(cè)試為例說(shuō)明最典型的測(cè)試電路，圖1為74l

2、s112雙jk觸發(fā)器的測(cè)試電路。其中sd、rd 、j、k為電平有效的較入信號(hào)，由實(shí)驗(yàn)箱的邏輯電平產(chǎn)生電路提供。cp為邊沿有效的觸發(fā)信號(hào)，由單脈沖產(chǎn)生電路提供。和為電路的輸出，接至邏輯電平測(cè)量顯示電路，改變不同輸入的組合和觸發(fā)條件，記錄對(duì)應(yīng)的輸出，即可測(cè)試該觸發(fā)器的功能。圖1. jk觸發(fā)器測(cè)試電路實(shí)驗(yàn)一 基本門電路和觸發(fā)器的邏輯功能測(cè)試一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握集成芯片管腳識(shí)別方法。2、掌握門電路邏輯功能的測(cè)試方法。3、掌握rs觸發(fā)器、jk觸發(fā)器的工作原理和功能測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱2、萬(wàn)用表3、雙列直插式組件74ls00：四2輸入與非門74ls86：四2輸入異或門74ls1

3、12：雙j-k觸發(fā)器三、實(shí)驗(yàn)原理與內(nèi)容1、測(cè)試與非門的邏輯功能74ls00為四2輸入與非門，在一個(gè)雙列直插14引腳的芯片里封裝了四個(gè)2輸入與非門，引腳圖見(jiàn)附錄。14腳為電源端，工作時(shí)接5v,7腳為接地端，1a，113和1y組成一個(gè)與非門，。剩余三個(gè)與非門類似。按圖11連接實(shí)驗(yàn)電路。改變輸信號(hào)，測(cè)量對(duì)應(yīng)輸出，填入表11中，驗(yàn)證其邏輯功能。圖11 74ls00測(cè)試電路表11 74ls00測(cè)試結(jié)果1a1b1y000110112、測(cè)試基本rs觸發(fā)器功能兩個(gè)與非門相接可構(gòu)成基本rs觸發(fā)器，r、s為觸發(fā)器的清0和置1輸入端。輸入低電平有效。r、s同時(shí)為1時(shí)，清0置1都無(wú)效，維持原狀。當(dāng)r、s同時(shí)為0時(shí)。端

4、都輸出1，并沒(méi)有不確定輸出，但不滿足互補(bǔ)的關(guān)系。當(dāng)r，s同時(shí)由0變成1以后，q端和的輸出滿足互補(bǔ)條件，但q端可能有不確定的輸出產(chǎn)生?；緍s觸發(fā)器的測(cè)試電路如圖12所示。圖12 基本rs觸發(fā)器測(cè)試電路（1）按表12的順序在r和s端輸入信號(hào)，觀察并記錄端輸出，并說(shuō)明觸發(fā)器執(zhí)行的是什么操作。表12基本rs觸發(fā)器測(cè)試結(jié)果 表13基本rs觸發(fā)器測(cè)試結(jié)果續(xù)rsq功能說(shuō)明rsq功能說(shuō)明0100111110001111（2）重新連接電路將r和s并聯(lián)，按表13控制輸入信號(hào)即控制r和s同時(shí)由0變成1，多次重復(fù)，觀察r和s為1時(shí)q和端的狀態(tài)，是否有不同的組合，以正確理解不定狀態(tài)的含義。3、jk觸發(fā)器功能測(cè)試74l

5、s112為雙jk觸發(fā)器，該器件為16腳芯片，16腳為電源端，8腳為接地端，標(biāo)號(hào)帶1的信號(hào)端組成一個(gè)jk觸發(fā)器，剩余為另一個(gè)jk觸發(fā)器。例如：1cp、1j、1k為第一個(gè)jk觸發(fā)器的cp端j端和k端。相應(yīng)輸出為1q和1，1rd和1sd分別是其直接清0和直接置1端，jk觸發(fā)器的特性方程是，圖13是其測(cè)試電路，按表14順序測(cè)試其功能。圖13 74ls112測(cè)試電路表14 74ls112測(cè)試結(jié)果cpjkqn功能說(shuō)明01xxxx10xxxx11000110011101011011111001110111110111114、自行安排測(cè)試電路。測(cè)試74ls86四2輸入異或門的功能。74ls86的原理和引腳請(qǐng)參

6、閱附錄。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的要求記錄其對(duì)應(yīng)的結(jié)果，畫(huà)出其邏輯圖，寫出其對(duì)應(yīng)表達(dá)式。并且解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2、簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)試過(guò)程的注意事項(xiàng)。3、回答思考題。五、思考題1、如何判別你所測(cè)試的邏輯門電路的功能是否正確？2、如果測(cè)試的邏輯門電路的功能不對(duì)，你如何查找原因？實(shí)驗(yàn)二 常用集成組合邏輯電路（msi）的功能測(cè)試及應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握常用中規(guī)模集成組合邏輯電路的功能。2、掌握常用中規(guī)模集成組合邏輯電路的測(cè)試方法。3、掌握常用中規(guī)模集成組合邏輯電路的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱2、萬(wàn)用表3、雙列直插式組件74ls138三線一八線譯碼器一片74ls151八選一數(shù)據(jù)選擇器一

7、片74ls20二一4輸入與非門三、實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容1、譯碼器基本功能的測(cè)試74ls138為三線八線二進(jìn)制譯碼器。c、b、a為代碼輸入端，c是高位，g1、g2a、g2b為使能端，當(dāng)g1為高g2a、g2b為低時(shí)，使能有效。c、b、a三位代碼的每種組合有相應(yīng)的yi譯碼輸出。例如cba為110時(shí)，y6有效輸出0。其余yi無(wú)效輸出1.對(duì)應(yīng)值為輸出yi的邏輯式為：，mi是變量c，b，a的最小項(xiàng)。按圖21連接測(cè)試電路。并按表21測(cè)試其基本功能。圖21 74ls138測(cè)試電路表21 74ls138功能測(cè)試表輸 入輸出使能端選擇端y0y1y2y3y4y5y6y7gg2ag2bcbax10xxxx01xxx0xxx

8、xx1000001000011000101000111001001001011001101001112、數(shù)據(jù)選擇器的功能測(cè)試74ls151為八選一數(shù)據(jù)選擇器，c，b，a為通道信號(hào)，g為低有效的使能端，d0d7為數(shù)據(jù)輸入端，y為輸出端，是其互補(bǔ)輸出，當(dāng)g為低時(shí)器件根據(jù)c，b，a的值從d0d7中選擇一個(gè)送到y(tǒng)端輸出。例如，cba為011時(shí)，y=d3，y的邏輯式為： 式中為cba的最小項(xiàng)。表22是74ls151的功能表。自行安排實(shí)驗(yàn)電路和數(shù)據(jù)表格測(cè)試其基本功能。表22 74ls151的功能表輸 入輸 出使能g選擇ycbah×××lhlllld0lllhd1llhld2l

9、lhhd3lhlld4lhlhd5lhhld6lhhhd73、圖22是以74ls138為基礎(chǔ)構(gòu)成的組合電路，連接電路并測(cè)試和記錄其輸入、輸出關(guān)系。說(shuō)明實(shí)現(xiàn)了何種邏輯功能。圖22 74ls138應(yīng)用電路4、圖23是以74ls151為基礎(chǔ)構(gòu)成的組合電路。連接電路并測(cè)試和記錄，其輸入輸出關(guān)系。并說(shuō)明實(shí)現(xiàn)了何種功能。圖23 74ls151應(yīng)用電路四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、按實(shí)驗(yàn)步驟記錄所要求的數(shù)據(jù)，完成各功能表，解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2、簡(jiǎn)要說(shuō)明譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能測(cè)試方法。3、若發(fā)生故障，試給出原因分析。4、回答思考題。五、思考題1、中規(guī)模集成芯片的使能端具有什么作用？舉例說(shuō)明。2、什么是低電平有效？舉例

10、說(shuō)明。3、三線八線譯碼器能實(shí)現(xiàn)幾個(gè)輸入變量、幾個(gè)輸出變量的邏輯函數(shù)？4、八選一數(shù)據(jù)選擇器能實(shí)現(xiàn)幾個(gè)輸入變量、幾個(gè)輸出變量的邏輯函數(shù)？實(shí)驗(yàn)三 常用中規(guī)模集成時(shí)序邏輯電路的功能及應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握常用中規(guī)模集成時(shí)序邏輯電路的測(cè)試方法。2、掌握常用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器，寄存器的邏輯功能。3、掌握常用中規(guī)模集成時(shí)序邏輯電路的應(yīng)用及功能擴(kuò)展。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱。2、萬(wàn)用表。3、雙列直插式組件74ls194四位雙向移位寄存器一片74ls161同步四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器一片74ls90異步二一五一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器一片74ls00四2輸入與非門一片三、實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容1、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器功能測(cè)試74

11、ls161是四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，帶有異步清零和同步預(yù)置及使能功能rd為異前清0輸入端，ld為同步預(yù)置輸入端s1，s2為使能端。d3d0為預(yù)置輸入數(shù)據(jù)端。q3q0為計(jì)數(shù)輸出，c為進(jìn)位輸出端。表31為74ls161的功能表。表3-1 74ls161的功能表清零rd預(yù)置ld使能時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出s1s2cpd0d1d2d3q0q1q2q3l××××××××llllhl××d0d1d2d3d0d1d2d3hhl××××××保持hh

12、15;l×××××保持hhhh××××計(jì)數(shù)圖31 74ls161基本測(cè)試電路按圖31連接測(cè)試電路，并按以下步驟進(jìn)行測(cè)量。（1）rd=0，測(cè)量其輸出，說(shuō)明其功能。（2）rd=1,ld=0,cp；測(cè)量輸出，說(shuō)明其功能。（3）rd=1,ld=1,ep=1,et=o,cp；測(cè)量輸出，說(shuō)明其功能。（4）rd=1,ld=1,ep=0,et=1,cp；測(cè)量輸出，說(shuō)明其功能。（5）rd=1,ld=1,ep=1,et=1,cp；測(cè)量輸出，并畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，說(shuō)明其功能。2、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能測(cè)試74ls90為二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

13、，s9（1），s9（2）為置九輸入端，r0（1），r0（2）為清零輸入端，cp0為二進(jìn)制數(shù)器輸入端，對(duì)應(yīng)輸出為q0，cp1為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸入端，對(duì)應(yīng)的輸入為q3，q2，q1。表32是74ls90的功能表。自行安排測(cè)試電路，測(cè)試其置九、清零和二進(jìn)制，五進(jìn)制及十進(jìn)制計(jì)數(shù)功能。表32 74ls90功能表復(fù)位輸入置位輸入時(shí)鐘輸出r0（1）r0（2）r9（1）r9（2）cpq0q1q2q3hhl××llllhh×l×llll××hh×hllll×l×計(jì)數(shù)l××l計(jì)數(shù)×ll×

14、計(jì)數(shù)×l×l計(jì)數(shù)3、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器圖32為74ls161加上反饋清零后構(gòu)成的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（1）連接電路測(cè)試其計(jì)數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系。（2）自行修改電路用反饋預(yù)置實(shí)現(xiàn)相同狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系。圖32 74ls161應(yīng)用電路4、移位寄存器功能測(cè)試74ls194為四位雙向移位寄存器，rd為異步清定輸入端，s1，s0為功能控制端，配合cp正沿可實(shí)現(xiàn)保持、左移、右移和并行輸入的功能。表33 74ls194的功能表。自行設(shè)計(jì)測(cè)試電路，測(cè)試其功能。33 74ls194的功能表序號(hào)清零rd輸入輸出控制信號(hào)串行輸入時(shí)鐘脈沖cp并行輸入qdqcqbqas1s0左移dsl右移dsrabcd1l×

15、××××××××llll2h××××h(l)××××3hhh××dcbadcba4hhlh×××××h5hhll×××××l6hlh×h××××h7hlh×l××××l8hll×××

16、5;×××四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明其邏輯功能。2、若發(fā)生故障，試給出原因分析。3、總結(jié)中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法。4、回答思考題。五、思考題1、同步預(yù)置與異步預(yù)置，在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路時(shí)有何不同。實(shí)驗(yàn)四 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握組合邏輯電路的一般設(shè)計(jì)方法。2、掌握msi實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路的方法。2、 掌握msi的功能擴(kuò)展。二、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)一個(gè)全減器，設(shè)ai、bi、ci-1分別為某位的被減數(shù)、減數(shù)低一位的借位，si和ci分別為該位的差和向高一位的借位，要求用msi實(shí)現(xiàn)。2、設(shè)計(jì)三個(gè)開(kāi)關(guān)控制一個(gè)燈的電路，要求任一開(kāi)關(guān)

17、都可隨意控制燈的亮與滅，試用兩種不同的方法（ssi，msi）實(shí)現(xiàn)。3、試用兩片并行加法器（74ls283）和必要的門電路設(shè)計(jì)一個(gè)bcd碼加法器。根據(jù)bcd的運(yùn)算規(guī)則，當(dāng)兩數(shù)之和小于或等于9（1001）時(shí)，所得結(jié)果即為輸出；當(dāng)所得結(jié)果大于9（10101111）或有進(jìn)位時(shí)，則應(yīng)加6（0110），這樣一方面給出進(jìn)位輸出信號(hào)，同時(shí)得到一個(gè)小于9的輸出結(jié)果。4、試用兩片八線一三線優(yōu)先編碼器（74ls148）設(shè)計(jì)一個(gè)十六線一四線優(yōu)先編碼器，要求輸入低電平有效，輸出高電平有效。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、要求有詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程及設(shè)計(jì)原理電路圖。2、要求列出詳細(xì)的設(shè)備及元器件清單。3、要求擬定實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，步驟及數(shù)據(jù)測(cè)

18、試表格。4、要求畫(huà)出電路接線圖，列出電路測(cè)試數(shù)據(jù)表。5、回答思考題。四、思考題1、總結(jié)用msi和ssi設(shè)計(jì)組合邏輯電路的方法與兩種方法的異同。2、完成同一邏輯功能是否用msi器件一定比用ssi器件簡(jiǎn)單？舉例說(shuō)明。3、你在設(shè)計(jì)電路與實(shí)驗(yàn)調(diào)試電路中遇到哪些問(wèn)題？你是如何分析和解決這些問(wèn)題的？實(shí)驗(yàn)五 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握時(shí)序邏輯電路的一般設(shè)計(jì)方法。2、掌握用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法。3、掌握中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器的擴(kuò)展。二、設(shè)計(jì)要求1、試分別用74ls161、74ls90設(shè)計(jì)一個(gè)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。2、試選用合適器件實(shí)現(xiàn)下列狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。000100100011010001010110011100013、試用兩片74ls90設(shè)計(jì)一個(gè)100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再將其轉(zhuǎn)化為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。4、試用兩片74ls161采用三種不同的方法設(shè)計(jì)一個(gè)24進(jìn)制計(jì)數(shù)器。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、要求有詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程及設(shè)計(jì)原理電路圖。2、要求列出詳細(xì)的設(shè)備及元器件清單。3、要求擬定實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法、步驟及數(shù)據(jù)測(cè)試表格。4、要求畫(huà)出電路接