数电实验指导书

1、数电实验讲义数字电路实验的基础知识一、 数字电路的特点：1、 数字电路所处理的信号是数字信号，这种信号在数量上的和时间上都是离散的，即这类信号在数量上和时间上都被除各自的最小量化单位量化了的信号。2、 数字电路中，晶体管和门电路在稳态是工作于开关状态，即管子是工作于导通或截止，门电路则处于打开或关闭状态。3、 数字信号的输出只有“高” 、“低”电平两种状态，分别用“0” 、“1”表示。对数字电路而言，具体的电压值并不重要，重要的是电路在工作时能区分“0” 和“1”两种状态。4、 数字电路的集成度较高。因此，数字电路实验与模拟电路实验应有所不同，数字电路实验，主要是培养学生的完成逻辑构思，选择并

2、灵巧的应用集成元件，正确的拼装电路的能力.二、 数字集成电路的分类所谓集成电路（集成块），就是在一块体积很小的基片材料上，采用特殊的制作工艺，把许许多多的晶体二极管、晶体三极管、电阻、电容等有源无源元件（不包括电感），按照一定的设计要求，集成制作并连接在它的上面，形成芯片，再把芯片进行封装后形成的一种具有某种电路功能的多引脚、单块式电子器件。1959年，世界上出现了第一块集成电路，从此以后，半导体技术飞速发展，在一块半导体芯片上集成的电子元件越来越多，按集成元件的多少，可将集成电路分为小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）。S

3、SI：门电路、触发器等，一般100个门以下：MSI：各类计数器、寄存器、译码器和比较器等，一般包括1001000个门：LSI：各类专用的寄存器等，一般包括100010000个门；VLSI：各类CPU、单片袖珍计算机等，一般在10000个门以上。 根据晶体管类型的不同，数字集成电路可分为双极型半导体和单极型半导体。1、双极型半导体双极型集成电路中采用硅平面NPN型三极管，常见类型有：TTL：晶体管-晶体逻辑电路；ECL：射极耦合集成电路，特点：高速；HTL：高阈值集成电路，特点：抗干扰能力强；IIL：集成注入逻辑电路，特点：集成度高。、单极型半导体 多采用“金属氧化物半导体”的绝缘栅场效应管，简

4、称MOS场效应管，常见的有NMOS、PMOS、CMOS集成电路。 集成电路各系列分类（如表一：）系列子系列名称国际标准型号TTL系列TTL标准TTL系列CT54/74HTTL高速TTL系列CT54H/74HLTTL 低功耗TTL系列CT54L/74LSTTL肖特基TTL系列CT54S/74SLSTTL低功耗肖特基TTL系列CT54LS/74LSALSTTL先进低功耗肖特基TTL系列CT54ALS/74ALSASTTL先进肖特基TTL系列CT54AS/74ASFTTL快速TTL系列CT54F/74FMOS系列PMOSP沟道场效应管AMOSN沟道场效应管CMOS互补场效应管HCMOS高速CMOS系

5、列HCTMOS与TTL电平兼容的HCMOSACMOS先进CMOS系列ACTMOS与TTL电平兼容的ACMOS表一、数字集成电路各型号分类表一所列系列中，有的已经基本淘汰，如HTTL和LTTL，最常用最流行的是LSTTL和CMOS两个子系列，它们的产品种类和产量远远超过其它各种。ALSTTL、ASTTL、FTTL的性能更好一些，目前还处于发展各完善阶段，它们之间相差不大。数字集成电路，只要型号的序列号相同，它们的功能就相当，双列直插类型封装的外引线排列也一致，只是在功耗和指标上不同。三、 集成电路的外形、符号与识别（一）集成电路的外形和符号集成电路的英文缩写为“IC”，在一些旧的电路图中通常以基

6、代号“IC”表示，在新的标准中，它的代号规定为“N”。它的外观形态是一种片状单排或双排多引脚结构的电子器件，其大小按其集成成度的不同而不同。（二）型号识别集成块上面字符标志的意义见表二。中国TTL集成电路型号命名法有部标和国标两种，此外还有各厂商独自命名的方法。1、中国部标T000系列例如： T063 A B （1） （2） （3） （4）（1）、T表示TTL集成电路；（2）、3位数码，表示系列品种代号；（3）、表示开关参数的档次：A低档，B高档；（4）、表示封装形式：A陶瓷扁平，B塑料扁平，C陶瓷双列直插，D塑料双列直插；、 中国国标TTL型号命名法（间接国标标准法）T0000系列例如： T

7、 4 020 M D（1） （2） （3） （4） （5）（1）、T表示TTL集成电路；（2）、一位数码，表示系列品种代号，其中： 1：表示标准系列，同国标的54/74标准系列； 2：表示高速系列，同国标的54/74系列； 3：表示肖特基系列， 同国标的54S/74S系列； 4：表示低功耗肖特基系列，同国标的54LS/74LS系列；（3）、3位数码，表示系列品种代号，与国际的品种代号一致；（4）、表示工作温度；（5）、表示封装形式；第0部分第一部分第二部分第三部分第四部分用字母表示器件符合国家标准用字母表示器件的类型用数字表示器件的系列和品种代号用字母表示器件的工作温度用字母表示器件的封装及形

8、式符号意义符号意义符号意义符号意义 C中国制造TTTLC0-70W陶瓷扁平HHTLE40-85B塑料扁平EECLR55-85F全密封扁平CCMOSM55-125D陶瓷直插F线性放大P塑料直插D音视电路J黑陶瓷直插W稳压器K金属菱形J接口电路T金属圆形B非线性电路M存储器µ微型机 表二、 中国国标TTL型号命名法（直接国标标准法） 例如： C T 74LS××× C（或M） J（或D或PF） （1） （2） （3） （4） （5）（1）、C表示中国；（2）、T表示TTL集成电路；（3）、74表示通用74系列；54表示通用54系列；LS表示低功耗肖特基系列；

9、S表示肖特基系列；H表示高速系列；空白表示标准系列，×××为代码，表示品种代号，同国际标准一致。（4）、表示工作温度；（5）、表示封装形式；、国外TTL集成电路主要生产公司产品型号的命名规则 a、（美）德克萨斯公司（TEXAS）例如： SN 74 LS 195 J（1） （2） （3） （4） （5） （1）、 表示德克萨斯公司的标准TTL电路；（2）、 表示工作温度范围：54-55+125摄氏度（军用）； 740+70摄氏度（民用）（3）、表示系列：ALS先进低功耗肖特基系列； AS先进肖特基系列； LS低功耗肖特基系列； H高速系列； 空白标准系列（4）、表示

10、品种代号 （5）、表示封装材料和封装形式；b、（美）摩托罗拉公司（MOTOROLA）例如： MC 74 196 P （1） （2） （3） （4）（1）、表示摩托罗拉公司生产的集成电路； （2）、表示工作温度范围： 4，20，30，40，72，74和830+75度； 5，21，31，73，82，54和9355+125度；（3）、表示品种代号； （4）、表示封装材料和封装形式；c、（美）仙童公司（FAIRCHILD）例如： 93S 10 D C（1） （2） （3） （4） （1）、表示系列：54/74标准系列；LS低功耗肖特基系列； 90中速小规模；93中速中规模； 93H高速中规模；96标准

11、单稳； 96L低功耗单稳； （2）、表示系列品种代号；（3）、 表示封装形式；（4）、表示工作温度范围：M55+125度； C0+70度；d、（美）西格湮蒂克斯公司（SIGNETICS）例如：N 74LS 00 N（1） （2） （3） （4）（1）、表示工作温度范围，N：075度； S：55125度； （2）、表示系列代号； （3）、表示品种代号 （4）、表示封装材料及封装形式。e、（美）国家半导体公司（NATIONALSEMICONDUCTOR）例如：DM 74 LS 161 N（1） （2） （3） （4） （5）（1）、表示美国国家半导体公司单片数字电路图：（2）、表示工作温度范围，5

12、4、70、71、72、75、77、78、93和96系列为军用产品，温度范围为55+125摄氏度；74、80、81、82、85、87和88系列为民用产品，温度范围为0+70摄氏度；83、86和89也为民用产品，其工作温度范围为0+75摄氏度。（3）、 表示系列，空白表示标准系列，H表示高速系列，L表示低功耗系列。LS表示低功耗肖特基系列。（4）、表示品种代号。 （5）、表示封装材料及封装形式。f、（日本）日立公司（HITACHI）例如：HD 74 LS 191 P（1） （2） （3） （4） （5）（1）、表示日立公司的数字集成电路。 （2）、表示表示工作温度范围，54系列为军用产品，温度范围

13、为55+125摄氏度；74系列为民用产品，温度范围为0+70摄氏度； （3）、表示系列，与其它产品相同。 （4）、表示品种代号 （5）、表示封装材料和封装形式。（三）引出脚识：面对集成电路的字符标志面，对于单排引脚的集成电路，将引脚朝下，以有圆点、色点、色带或色线、切角等标志特征的一端为起端，向另一端依次为1脚、2脚；对于双排引脚的集成电路，将引脚朝外，面对有标志的一面，以有半圆口或小圆点的左下方开始为1脚，然后按逆时针方向顺序数依次是2脚、3脚，直到半圆口的左上方为止。四、 数字电路实验的布线要求1、 为了查找方便，连线应该尽量用不同的颜色。例如，正电源一般用红色绝缘皮的线，负电源用蓝色，地

14、线用黑色，信号线用黄色，也可根据条件选用其他颜色导线。2、 多次使用过的集成电路的引脚，必须修理整齐，引脚不能弯曲，所有的引脚应稍向外偏，这样才能使引脚与插孔接触良好。要根据电路图确定元器件在面包板上的排列位置，目的是走线方便。3、 自行剪线，要根据连线的距离以及插入插孔的长度剪断导线，导线两头各留6mm左右作为插入插孔的长度较合适，裸线不能太长以免出现短路。4、 须使连线从集成电路周围通过，不允许跨接在集成电路上，也不要使导线互相重叠在一起，尽可能做到横平竖直，这样有利于查线，更换器件及连线。5、 好在各电源的输入端与地之间并联一个电容为几十微法的电容，这样可以减少瞬变过程中电流的影响。为了

15、更有效地抑制电源中的高频分量，应在该电容两端再并联一个高频去耦合电容，一般取容量为0.010.047uF的独石电容。6、 为使电路能够正常工作与测量，所有的地线必须连在一起，形成一个公共地参考点。五、数字电路实验的故障诊断方法 一个数字电路或系统，通常是由许多电路或功能块连接而成在实验过程中，会由于各种各样的原因产生故障。故障的产生原因有多种，在些是由于操作不当（如布线错误、虚焊）引起的，有些故障（如组合逻辑电路的竞争冒险）是由于设计不当，实验电路本身所固有的，有些故障是实验器件使用不当或错误应用造成的。在实验中，要求完全不出故障是比较困难的。但要做到以下几点，尽可能将实验故障率减到最低，还是

16、能顺利完成实验。数字电路的故障相对比较简单，除三态电路外，它的输入与输出只有高电平和低电平两种状态。查找故障时可以先进行动态测试，缩小故障的范围，再进行静态测试，查找故障的具体位置。查找故障首先要有合适的信号源和示波器，示波器的频带一般要大于10MHZ，至少要大于信号频率。而且应该用双踪示波器观察输入和输出的波形相位关系。查找故障的过程仍然可以按顺序进行测量，把输出的结果和预期的状态相比较，通过动态测试把故障缩小到较小的范围。如果信号是非周期的，应该借助逻辑分析仪或其它辅助设备观察各处的状态。如前所述，数字电路除三态电路外，输出不是高电平就是低电平，不允许出现不高不低的状态。对于使用+5V电源

17、的TTL电路来说，高电平要大于2.8伏，低电平要低于0.5V才能满足要求。在数字电路中，一个逻辑门输入端一般由若干逻辑门提供，而它的输出又经常带动多个门的输入（如右图所示），同一故障经常由不同的原因引起。在左图中，如果不论怎么改变A门X、Y、Z的输入状态，输出总保持低电平（通称“固0”故障），故障原因可能出自A门，也可能是因为与A门输出端相连的B、C、D门中任一个的输入端与低电平短路。这种短路同样使A门保持低电平。检查的方法是把A门的输出端和其它的输入端断开，单独加信号测量A门输出电平，则可判断A门发生故障还是B、C、D门发生故障。在电路中，当某个元器件静态电位正常而动态波形有问题时，人们往往

18、认为这个元器件本身有问题而去更换它，其实，有时不是这个原因。比如，一个计数器加入单脉冲信号时，测量输出电平完全正确，加入连续脉冲观察到的波形却有问题（如出现波形台阶式）。遇到这种情况，不要急于更换器件，需要检查计数器本身的负载能力及为它提供输入信号的元器件负载能力。把计数器的输出负载断开，检查它的工作正常与否，如果工作正常，说明计数器负载能力有问题，可以更换它。如果断开负载电路后仍存在问题，则要检查提供给计数器的输入信号波形是否符合要求，或把输入信号通过施密特门电路整形后再加到计数器输入端，检查输出波形。这种方法检查完毕仍然存在问题，则必须更换计数器。六、 实验箱简介本实验箱是由长江大学电子电

19、工实验示范中心自行研制的实验箱，用于数字电路课程实验。可完成多种数字电路实验和一些简单课程设计。其表面图如下图所示。 电源：输入、输出均为直流电源，输出共有1路（5个输出端子），2路可调。 信号源：单脉冲：上升沿脉冲和下降沿脉冲连续脉冲：两路固定频率的电平，其频率分别为和 数码显示：由两位七段数码管和两位带译码驱动的数码管 元器件：由开关、电位器、扬声器、二极管、阻容元件构成 圆孔型双列直插式：28脚2只，16脚6只。集成块缺口朝左，至28（C区至区为16管脚）管脚分别对应各区上的1至28（16）号插孔。 实验箱箱体：铝合金框架式结构，外型尺寸：350mm×280mm实验一 门电路逻

20、辑功能及测试一、实验目的1. 熟悉数字电路实验箱的使用方法。2. 熟悉常用门电路的逻辑功能及测试方法3. 掌握TTL与非门主要参数的测试方法。4. 掌握TTL与非门传输特性的测试方法。5. 熟悉各门电路之间的相互转换。二、预习要求 1.认真阅读本实验的附录，详细了解各种仪器的使用方法及技术参数。 2.复习TTL与非门的工作原理、真值表及各参数的意义。 3.了解集成芯片74LS00的外引线排列图。 4.熟悉各测试电路，了解其原理及测试方法。三、实验原理与参考电路1. 1. 门电路的逻辑功能门电路是数字电路的基本单元电路，用于实现一定的逻辑功能，常用门电路的类型.逻辑式、逻辑符号如表1.1所示。图

21、1.1集电极开路与非门图1.2三态逻辑与非门2集电极开路（OC）与非门和三态（3S）输出门集电极开路与非门在使用时，输出端需经外接集电极电阻RC与电源相接，如图1.1所示，集电极电阻RC的值应满足>>式中：V0Hmin输出高电平电压的下限，V0Lmax为输出低电平电压的上限，IoH输出高电平电流，IIH和IIL分别为输入高电平和输入低电平电流，为每个OC门所充许的最大输出低电平电流，n为前级OC门的个数，m为后级与非门的个数，k为m个与非门的输入端个数。三态输出门结构见图1.2表1.1常用门电路的逻辑功能及型号 类型逻辑式逻辑符号参考型号与门Y=A·B74084081 4

22、082或门Y=A+B74324071 4075非门(反相器)无放大作用Y=7404 4069有放大作用7406（OC）与非门Y=7400 7410 74304011 4012 4023或非门Y=7402 7433（OC）4001 4025与或非门Y=74514085异或门Y=AB74864070OC门与非门Y=7303（OC）三态门EN=1时，Y=AEN=0时，Y为高阻态74126 本实验以目前使用较普遍的TTL与非门为例，介绍集成逻辑门静态参数及逻辑功能的测试方法。 2.TTL与非门的主要参数 （1）输出高电平VOH：输出高电平是指与非门有一个以上输人端接地或接低电平时的输出电平值。空载时，

23、VOH必须大于标准高电平（VSL=2.4V），接有拉电流负载时，VOH将下降。测试VOH的电路如图1.3所示。 （2）输出低电平VOL；输出低电平是指与非门的所有输入端都接高电平时的输出电平值。空载时， VOL必须低于标准低电平（VOL=0.4V），接有灌电流负载时， VOL将上升。测试VOL的电路如图1.4所示。 图 1.3VOH的测试电路 图 1.4VOL的测试电路 图 1.5IIS的测试电路 （3）输入短路电流IIS：输入短路电流IIS是指被测输入端接地，其余输入端悬空时，由被测输入端流出的电流。前级输出低电平时，后级门的IIS就是前级的灌电流负载。一般IIS1.66mA。测试IIS的电

24、路见图1.5。 （4）扇出系数N：扇出系数N是指能驱动同类门电路的数目，用以衡量带负载的能力。图1.5所示电路能测试输出为低电平时，最大允许负载电流IOL，然后求得N=IOL/IIS。一般N8的与非门才被认为是合格的。 3.TTL与非门的电压传输特性 利用电压传输特性不仅能检查和判断TTL与非门的好坏，还可以从传输特性上直接读出其主实静态参数，如VOH、VOL、VON、VOFF、1和2如图1.6（a）所示。传输特性的测试电路如图1.6（b）所示。 从图1.6（a）中可知； 开门电平VON：是保证输出为标准低电平VsL时，允许的最小输入高电平值。一般VON1.8V。 关门电平VOFF：是保证输出

25、为标准高电平VSH时，允许的最大输入低电平值。高电平抗干扰能力1。1=VSH-VON=2.4V-VON 图1.6与非门电压传输特性及测试电路 （a）电压传输特性（6）测试电路 低电平抗干扰能力O：OVOFF一VSLVOFF0.4V本实验选用的集成与非门为74LS00，其外引线排列如图1.6所示。 图 1.7扇出系数N的测试电路 图1.8 74LS00外引线排列图四、实验内容1验证与非门的逻辑功能取与非门74LS00一片插入实验箱，接好电源，选取其中的任意一个与非门，输出端接发光二极管。验证逻辑功能。实验结果填入表1.1 2参数测试(1)按图1.3组装电路，用数字多用表直流电压挡测试与非门带载和

26、开路情况下的输出高电平VOH。 （2）测试与非门的输出低电平VOL，测试电路如图1.4所示。 （3）测试与非门输入短路电流IIS，测试电路如图1.5所示。(4)测试与非门输出为低电平时，允许灌入的最大负载电流IOL，然后利用公式N=IOLIIs可求出该与非门的扇出系数N，测试电路见图1.7。具体测试方法有二：输人端全部悬空，逐渐减小负载电阻R，读出仍能保持VO=0.4V的最大负载电流，即IOL。输入端全部悬空，输出端用500电阻代替（100Rp）。用数字多用表直流电压挡测量VO，若VO0.4V，则产品合格。然后再用数字多用表电流挡测出IOL，通过公式计算出扇出系数。实验内容2所测各项数据填人表

27、1.2中。 表 1.2与非门参数测量值计算值VOHVOLIISIOLN=IOL/IISVONVOFF10空载负载空载负载（ ）3.测试和绘制TTL与非门的电压传输特性(1)按图1.6（b）接好电路。输入信号选择锯齿波，其f500HZ，VIPP=4V左右。从左至右，调信号发生器上的直流电平旋钮，使其锯齿波信号最小值为0。将输入信号同时送到与非门的其中一个，输入端和示波器的CH1通道。 （2）将与非门的输出送到示波器的CH2通道。 （3）打开数字示波器，按下菜单MENUS上的显示DISPLAY按钮，在显示屏右侧子菜单中选择XY方式，在荧光屏上观察与非门的电压传输特性。 （4）用坐标纸描绘出电压传输

28、特性，并标出VOH、VOL、VON、VOFF，计算出1、0。4测试与非门的开关功能按图1.8接好电路，将图1.8所示电路中的SW2改接f1kHZ的正方波，输出送示波器 CH2通道。当SW1=1时，记录下与非门输出端的波形。改变SW1，使SW1=0，再次记录与非门输出端的波形。并将两次波形绘入图1.9中。图1.9与非门逻辑功能波形图 图1.8与非门逻辑功能测试电路5自行设计，由与非门实现两输入端异或门功能，要求画出电路图，并验证逻辑功能， 五、注意事项 1.TTL集成与非门芯片74LS00的电源电压VCC5V，一般允许在土10的范围内变化，不可超出过多。GND接地，不要接错，TTL与非门的闲置输

29、入端可接高电平，不能接低电平.2.与非门的输出端不能并联使用，不能直接接十5V或地。3.实验中所测绘的波形，不仅要画出形状，而且要标出周期和幅值。六、思考题1.图1.7所示电路中测试与非门逻辑功能时，当数据开关SW11时，SW2所接正方波可以通过；而当数据开关SW0时，SW2所接正方波无法通过。试问：SW2如改接负方波，与非门能让其通过吗？2.异或门又称可控反向器，为什么？七、实验报告要求 1.认真记录所测与非门的主要参数VOH、VOL、IIS、IOL，并与标准值比较。 2.用坐标纸仔细描绘所测与非门传输特性曲线，标出VOH、VOL、VON、VOPP，计算出1、0。八、实验仪器与器件1.实验仪

30、器 示波器一台 函数信号发生器一台 直流稳压电源一台 数字电路实验箱（SZLJ-1）一台 数字多用表一块.2.实验器件 集成与非门：74LS00（1片） 电位器：1K（1只）。 电阻器：5.1K、100、500（各1只）。实验二 用SSI构成的组合逻辑电路的分析、设计和调试一、 实验目的1.进一步熟悉数字逻辑实验箱的使用。 2.掌握用SSI（小规模数字集成电路）构成的组合逻辑电路的分析与设计方法。二、预习要求l.预习组合逻辑电路的设计方法。 2.按设计步骤根据所给器件设计电路。三、 实验原理组合逻辑电路是最常见的逻辑电路之一，其特点是在任一时刻的输出信号仅取决该时刻的输入信号，而与信号作用前电

31、路原来所处的状态无关。1.使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。设计组合电路的一般步骤如图2.1所示。 图2.1用SSI构成组合逻辑电路的设计流程图根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式。并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。最后用实验来验证设计和正确性。2.组合逻辑电路设计举例用与非门设计一个四人表决电路。当四个输入端中有三个或四个为“1”时，输出端才为“1”。设计步骤：根据题意列出真值表如表2.1所示，再填入卡诺图表2.2中。表2.1D0000000

32、011111111C0000111100001111B0011001100110011A0101010101010101Z0000000100010111由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成与非门的形式 Z=ABC+BCD+ACD+ABD = 根据逻辑表达式画出用与非门构成的逻辑电路如图2.2所示。图2.2四人表决电路逻辑图用实验验证逻辑功能在实验箱C区和D区，分别插入一片74LS10，按图示2.2接线，按真值表要求，逐次改变输入变量，输出端通过发光二极管接地，记录发光二极管亮灭状态，以验证逻辑功能，与表面2.1比较。验证所设计的逻辑电路是否符合要求。四、实验内容1. 设计一个全加器，并验证之。要

33、求：（1） 按设计要求列出真值表，化简后得出最简逻辑表达式（2） 根据逻辑表达式画出原理图（接线图）（3） 按图连接并验证，实验结果填入表2.2中 表2.2 输入 输出AiBiCi-1SiCi2.设计一个数字密码锁电路。该密码锁有ABCD是四个二进制代码输入端，一个开锁控制输入端E，设F1为开锁信号输出端，F2为报警信号输出端。每把锁都有规定的四位二进制代码，本次实验用的代码为“0110”，同学们也可自行选定代码。如果输入代码符合该锁代码，且有开锁信号时（即E=1）锁才可被打开（即F1=1）；若不符，电路发出报警信号（即F2=1），要求：（1） 使用的集成片个数最少（2） 正确连线，记录实验数

34、据和实验现象3.设计一个能判断一位二进制数A与B大小的比较电路。画出逻辑图（用Ll、L2、L3分别表示三种状态，即L1（AB），L2（A<B），L3（A=B）。设A、B分别接至数据开关，L1、L2、L3接至逻辑显示器（灯），将实验结果记入表2.3中。 4.设A、B为数据选择控制端，Dl、D2、D3为数据输入端，L为输出端，试设计一具有表2.4所示功能的数据选择器。设A、B接至数据开关，D1接至高电平，D2、D3分别接至50HZ和IkHZ正方波。试用手拨动数据开关，改变A、B状态，用示波器观测并记录输出端L的波形。 表2.3 表2.4ABL1（A>B）L2（A<B）L2（A=B

35、）ABL000000101D11010D21111D3 5.设某一监测信号灯工作状态的逻辑电图2.3所示。图中用R、Y、G分别表示红、黄、绿三个灯的状态，并规定灯亮时为1，不亮时为0，用L表示故障信号，正常工作状态下L为0，发生故障时L为1。试分析R、Y、G出现哪五种状态时，要求逻辑电路发出故障信号（L为1）。 按图2.3接线，验证理论分析结果，并记人表2.4中。注意：图中D2、D3和A、B的时序关系是随机性的表2.4 图2.3监测信号灯工作状态逻辑电路 五、实验注意事项TTL与非门多余的输人端可接高电平，以防引入干扰。六、问题思考1. 竞争冒险的原因是什么？怎样有效地消除竞争冒险。2. 在实

36、验内容2中，如果三次密码不对才发出报警信号，电路如何实现？七、实验报告要求 1.列出所做实验项目的项目的真值表，写出逻辑表达式，画出电路图。 2.列出实验内容记录的数据和波形，并加以总结。 2.总结数据选择器的作用及设计方法。八、实验仪器与器件 1实验仪器示波器一台 数信号发生器一台 直流稳压电源一台数字电路实验箱一台 数字多用表一块.3. 实验器件74LS00、74LS10各一片发光二极管两个蜂鸣器一个实验三 MSI组合逻辑电路的原理与应用一.实验目的 1.了解编码器、译码器、数据选择器等中规模数字集成电路（MSI）的性能及使用方法； 2.用集成译码器和数据选择器设计简单的逻辑函数产生器。二

37、.预习要求与思考题 l在教材中查出74LS148、74LS04、CD4511的外引线排列图和功能表。 2复习译码器、编码器的工作原理。 3对实验内容中的各函数式进行预设计。三.实验原理 1编码器 这里介绍两种常用的集成电路优先编码器74LS147和74LS148，它们都有TTL和CMOS(74HC147、74HC148)的定型产品。74LS147和74HC147，74LS148和74HC148在逻辑功能上没有区别，只是电性能参数不同。 8线-3线优先编码器74LS148优先编码器引脚图如图3.1所示，其功能如表3.1所示. 该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使

38、能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态GS。 当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也有低电平有效的情况.当EI为0，且至少有一个输入端有编码请求信号(逻辑0)时，图3.1 优先编码器74LS148引脚图优先编码工作状态标志GS为0，表明编码器处于工作状态，否则为1。 由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端(优先级别最低位)有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS的状态加以区别

39、，当GS=1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码(编码输出).EO只有在EI为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的EI连接，以便组成更多输入端的优先编码器。 表3.1 优先编码器74148功能表 输入 输出EI 0 1 2 3 4 5 6 7A2 A1 A0 GS EOH××××××××LHHHHHHHHL×××××××LL×××

40、5;××LHL×××××LHHL××××LHHHL×××LHHHHL××LHHHHHL×LHHHHHHLLHHHHHHHHHHHHHHHHLLLLLHLLHLHLHLLHLHHLHHLLLHHLHLHHHLLHHHHLH *H高电平 L低电平 ×-任意电平从功能表不难看出，输入优先级别的次序依次为7，6，0.输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的代

41、码.例如，输入5为0，且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理.2.数据选择器八选一数据选择器74LS151的外引线排列图和功能表分别如图3.2和表3.2所示。由表3.1可以看出，当选通输入端 =0时，Y是A2、A1、A0和输入数据D0D7的与或函数，它的表达式为 Y （3.1）式中mi是A2、A1、A0构成的最小项，显然当Di=1时，其对应的最小项m；在与或表达式中出现。当Di=0时，对应的最小项就不出现。利用这一点，可以实现组合逻辑函数。将数据选择器的地址选择输入信号A2、Al、A0作为函数的输入变量，数据输入D0D7作为控制信号，控制各最小项

42、在输出逻辑函数中是否出现，选通输入端 始终保持低电平，这样，八选一数据选择器就成为一个三变量的函数产生器。表3.2 74LS151功能表 图3.2 74LS151外引线排列图例如，利用八选一数据选择器产生逻辑函数L可以将此函数改成下列形式 L=m0D0+m2D2+m5D5+m6D6+m7D7 （3.2） 式（3.2）符合式（3.l）的标准形式。考虑到式中没有出现最小项m1、m3、m4因而只有D0D2=D5=D6=D7，而 D1=D3=D4=0。由此可画出该逻辑函数产生器的逻辑图如图3.3所示。 图3.3 74LS151构成的逻辑函数产生器 3.译码器 译码器上一个多输入、多输出的组合逻辑电路。

43、它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选取用不同种类的译码器。译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器。（1）变量译码器，用以表示输入变量的状态，如2线4线译码器、3线8线译码器、4线16线译码器。以3线8线译码器74LS138为例进行分析，其外引线排列图和逻辑功能表分别如图3.4和表3.3所示。由图3.4和表3.3可以看出，该译码器有三个选通端：、和，只有当1，0，0同时满足时，才允许

44、译码，否则就禁止译码。设置多个选通端，使得该译码器能被灵活地组成各种电路。 在允许泽码条件下，由功能表3.3可写出 表3. 3 74LS138逻辑功能表输入输出选通译码地址译码STASTB+STCA2 A1 A0Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 ×1× × ×1 1 1 1 1 1 1 10X× × ×1 1 1 1 1 1 1 1100 0 00 1 1 1 1 1 1 1100 0 01 0 1 1 1 1 1 1100 1 01 1 0 1 1 1 1 1100 1 11 1 1 0 1 1 1 1101

45、 0 01 1 1 1 0 1 1 1101 0 11 1 1 1 1 0 1 1101 1 01 1 1 1 1 1 0 1101 1 11 1 1 1 1 1 1 0二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息，器件就成为一个数据分配器（又称多路分配），如图3.5所示。若在 端输入数据信息，=0，地址码所对应的输出是数据信息的反码；若从端输入数据信息，令=1、=0，地址码所对应的输出就是端数据信息的源码。若数据信息是时钟脉冲，则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。根据输入地址的不同组合译出唯一地址，故可用作地址译码器。接成多路分配器，可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点。二进制译码器还能方便地实现逻辑函数，如图3.6所示，实现的逻辑函数是Z= 图3.5作数据分配器 图3.6实现的逻辑函数（2）数字显示译码器a、 BCD码七段译码器：此类译码器常用的型号有74LS47（共阴），74LS48共阳，CD4511（共阴）等，本实验采用CD4511BCD码锁存/七段译码/驱动器，驱动共阴LED数码管。其中： A、B、C、DBCD码输入端A，b，c，d，e，f，g译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管测试输入端，=“0”时，译码输出全为“1” 消隐输入端，=“