实验1：组合逻辑电路

实验1：组合逻辑电路第一页，共37页。实验教学目的本实验课是《数字逻辑设计基础》专业基础课程的课内实践教学课，重在培养学生数字电路的实践技能。要求学生完成基本实验、综合实验，掌握中小型数字系统的设计方法，并能独立完成调试过程；实验项目由Multisim电路仿真、74系列中规模集成电路实验构成，充分融合了现代数字电路的设计需要。通过实验可以更好地巩固和加深对理论知识的理解，增强理论联系实际的能力，提高动手能力；通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为后续专业课程的学习和今后工作打下必要的基础。第二页，共37页。实验方式（1）学生应根据理论课程环节的相关要求，充分做好实验预习工作；（2）进入实验室后，实验开始前指导教师仅仅介绍实验的相关要求、任务、操作步骤及注意事项，工作原理不再重复介绍讲解；（3）学生根据实验要求，独立完成相关实验内容，并记录实验数据，由指导老师检查验收，课后完成实验报告，下次实验时上交；（3）一人一组独立完成指定的实验项目。注：有设计性环节的实验需要学生事先充分预习，带着目的和问题来做实验。第三页，共37页。（1）掌握数字电路实验板的基本结构原理、功能及其使用方法。

（2）了解常用数字集成电路的主要参数及逻辑功能。

（3）具有使用仪器和辅助工具（如逻辑笔）查找和排除电路故障的能力，能根据电路原理对故障现象进行分析，借助相关仪器，逐步缩小故障范围，排除故障。（4）通过实验，进一步掌握数字电路的综合分析与设计方法。

实验基本要求第四页，共37页。实验中应注意的问题电路设计问题在数字逻辑电路设计时，应根据要求进行设计。布线问题→做到认真、合理地布线1.设计电路，画出逻辑电路图，并标出各管脚号，将所用芯片所有端（数据输入，使能、清零、置位等端子）预先标记。接电源、地或外部输入信号等，为实验布线打好基础；2.布线时，先将电源和地线接好（包括使能端、清零端等），再按信号的输入输出关系连好电路，需要经常变换的信号线最后接；3.接好后，对照电路图仔细核对后，再打开电源，开始实验测试。第五页，共37页。故障检测与排除设计好的数字电路进行实验，电路达不到预期的逻辑功能时，如果是组合电路，说明电路没能按真值表工作；如是时序电路，说明电路没能按状态表工作，均表明电路存在故障，应仔细排查，一般按下述步骤进行：1.

完成布线后应检查一遍，以查出漏接和错接的导线。2.

检查电源是否正常，芯片是否发烫，如是，则立即断电检查。3.

用逻辑笔查出断线、引线虚接等。按照电路的逻辑功能，分别检查各级电路的输入输出是否正常。4.

对于有故障的多级电路，为减少调测工作量，可将可疑范围分成两个区，分别检测。5.

如果怀疑芯片坏了，对于SSI或简单功能的MSI，可以通过测试它的逻辑功能，迅速判断芯片的好坏。第六页，共37页。数字电路实验板介绍及使用第七页，共37页。数字电路实验板的使用本实验板上，对于74系列中规模器件，已将芯片电源、控制线进行了固定连接，仅仅留出了必要的输入、输出端口供学生连线使用，大量简化了连线环节；各分区电源通过开关单独控制。少量连线使用图中所示绿线（2号线）进行端口连接；注：线的顶部可以叠插，用来扩展连接节点；模式操作（加/减、置数/清零）直接通过模式开关进行切换，不必换线；第八页，共37页。请爱护使用导线与接线孔插拔连线时，请用手指捏住线柄操作（左图）；切勿直接抓住线身将线从接线孔中“扯”出；错误正确第九页，共37页。实验板BANK1使用说明BANK1的编码器实验区，用来进行水箱水位监测实验。若需要用LED查看74LS147的反码输出状态，只需要使用4根连接线从编码反码输出接口接到8位LED区的任意4个LED接线孔处即可（连接时注意高低位，高位在左，低位在右）；如需要使用数码管观察相应的数字编码，只需要使用4根连接线从编码原码输出接口按高低位顺序连到七段译码显示接线孔即可。按此打开电源脆弱！请勿用力按或侧向扭曲第十页，共37页。实验板BANK2使用说明BANK2加/减法器实验区，可进行加法器和原/反码实验。电路中已将LED显示固定，不需另行接线，使用时只需要从逻辑开关区用8根连接导线连接到A:加/减法输入端和B:被加/减法输入端，然后用逻辑开关产生相应的逻辑电平，在LED上观察加/减法结果。观察原反码需另行接线，用外接LED查看按此打开电源脆弱！请勿用力按或侧向扭曲第十一页，共37页。实验板BANK3使用说明BANK3移位寄存器实验区，用来做扭环计数器和环形计数器实验，这一部分连线稍多。这一部分包含两片74LS194，M1、M0、DSL、DSR及外部与非门均由学生根据设计要求接线，第十二页，共37页。实验板BANK4使用说明BANK4计数器实验区，用来完成74LS160及其级联实验两片74LS160采用同步级联方式，最大模值100；使用74LS20四与非门作反馈清零/置数；拨码开关切换至“ON”位置时，表示相应反馈接通；可设计0~99任意模值清零/置数的计数器。不耐用！请小心操作第十三页，共37页。实验板BANK5、6使用说明BANK5是为FPGA加载程序的USB-Blaster电路区，已将JTAG调试接口直接接入了FPGA；若需要进行AS固化编程需要使用双列10芯扁平线将两个黑色底座相连。BANK6是FPGA实验区，各外围元件，如数码管、LED灯、按键、蜂鸣器、拨码开关、红外检测、左右转开关、时钟电路都已与FPGA完成了固定连接，使用时不需进行任何连线操作。连接到FPGA的所有端口都已经以白色丝印的方式标印在了电路板空白区域，配置引脚时直接查看即可。当使用USB线与PC机相连后，整块电路板都将得到供电，若由于USB线质量不好，会使得线路压降过大，而导致部分电路不能稳定工作，此时可通过USB端口的直流电源接口通过+5V电源适配器来进行供电。第十四页，共37页。实验板BANK7使用说明BANK7是整块实验电路板的公共使用单元，由2组4-7译码显示、逻辑笔、可调频率脉冲、8位LED显示、2个普通按键、两个单稳态按键、8个逻辑开关及1|2|4|8Hz连续脉冲构成。4-7译码显示使用共阴数码管，由CD4511译码后进行数码显示，使用时只需要在8|4|2|1接线口提供8421码即可；8位LED使用74LS245作为显示驱动，接入高电平LED灯亮、悬空或接入低电平LED熄灭；单脉冲按键采用NE555构成的单稳态进行按键消抖，时间常数为1S（即1秒内按动2次，只能检测到1次按键动作）逻辑开关推到上方输出高电平，拨到下方输出低电平。逻辑笔输入高电平或悬空时红灯点亮，输入低电平时绿灯点亮，用于测试电路逻辑状态非常方便。第十五页，共37页。补充说明1、74系列需要用户接线的芯片的输入端，都已经通过2KΩ电阻下拉至低电平，防止未接线时引入干扰；因此，未接线的端子默认输入为低电平2、BANK1区由于含有10级电压比较电路，对电源电压较为敏感，若由于实验板上开启的模块过多而使电压下降，基准电压会偏移，此时柱状LED显示会错乱。因此，请只打开所进行实验部分的电源开关，关闭其他部分的开关。第十六页，共37页。1.轻拿轻放，请勿磕碰；2.各开关按钮轻触轻按，请勿大力扭曲或按压；3.插拔连接导线时，捏住导线手柄，垂直插入或拔出，请勿侧向插拔；4.连接电路时，请关闭实验板总电源再进行，连接完毕检查确认后再开启电源，进行测试操作；5.芯片损坏由指导老师确认并进行更换，切勿擅自拔插操作。实验板使用注意事项第十七页，共37页。实验一：组合逻辑电路实验赖祖亮@小木虫1加减运算电路实验2水箱水位监测电路实验

赖祖亮@小木虫3第十八页，共37页。1-一、实验目的熟悉异或门的逻辑功能及应用1熟悉原码、反码、补码的编码原理及应用；2掌握组合逻辑电路的设计和分析方法。3掌握中小规模集成逻辑器件的使用41、加减运算电路实验

第十九页，共37页。1-二、实验原理1、加减运算电路实验

由74LS86四异或门构成的四位原码/反码发生器四异或门集成电路74LS86简介第二十页，共37页。进行加法运算时，和数信号和进位信号几乎是同时产生的（忽略进位信号产生电路的短暂延迟），因而可视为并行加法器。1、加减运算电路实验

超前进位加法器74LS283简介第二十一页，共37页。实验参考电路如下图所示图中异或门作为可控反相器，将以原变量或者反变量的形式传递到并行加法器。控制信号ADD/SUB连接到四个异或门的一个输入端，控制异或门作为反相器或缓冲器，该信号还连接到并行加法器的进位输入端

该电路可以对4位有符号或无符号二进制数作加减运算。1、加减运算电路实验

第二十二页，共37页。通过以下计算可以验证加法／减法运算电路的运算过程。（1）设A=(1001)2、B=(-0011)2，将A、B分别用5位原码表示，试求A+B的值。（2）设A=(0100)2、B=(-0111)2，将A、B分别用5位原码表示，试求A+B的值。0110（舍弃）反相器输入（B）0011110010011100+1反相器输入（B）0111100001001000+1反相器输出（B）反相器输出（B）11010011111011110111011求补A+B[]补求结果为正即A+B[]补=A+B[]原=00110由此可得A+B=（0110）2A+B[]补求结果为负1=[]即A+B[]补=A+B[]原=10011由此可得A+B=（-0011）2[]补解（1）：解（2）：01、加减运算电路实验

第二十三页，共37页。使用异或门设计一个四位的原码和反码发生器，将测试结果填入下表中；1-三、实验内容和要求1、加减运算电路实验第二十四页，共37页。测试4位超前进位加法器74LS283的逻辑功能；用集成四异或门电路74LS86和四位超前进位加法器74LS283设计一个四位加减法运算电路。要求：写出设计过程，画出设计电路，计算以下习题，验证加减法运算电路结果。（1）设A=(1101)2、B=(-0110)2，将A、B分别用5位原码表示，试求A+B的值（2）设A=(0110)2、B=(-1100)2，将A、B分别用5位原码表示，试求A+B的值。1、加减运算电路实验2023/4/1625第二十五页，共37页。1-四、实验接线说明1、加减运算电路实验

接灯，用来观察ADD/SUB的电平状态异或门原/反码输出测试端，接灯观察接逻辑开关，为电路提供输入电平第二十六页，共37页。2-一、实验目的熟悉与非逻辑门、译码器、和优先编码器1掌握七段显示译码器74LS48（CD4511）2掌握优先编码器74LS14732、水箱水位监测电路实验第二十七页，共37页。2-二、实验原理2、水箱水位监测电路实验

优先编码器74LSl47是将相应输入通道的输入转换成对应的BCD代码输出的二-十进制编码器。低电平输入有效，反码输出。优先编码器74LSl47逻辑功能简介第二十八页，共37页。六非门集成电路74LS04六非门集成电路74LS04简介做反相器使用用以将74LS147的反码输出变换为原码输出2、水箱水位监测电路实验

第二十九页，共37页。7段显示译码器74LS48/CD4511逻辑功能简介为灯测试输入。

/是双重功能端口，为灭灯输入；为灭零输出，为灭零输入。是专为多位数字显示时灭掉不需要显示的0而设定的，2、水箱水位监测电路实验

实验板上已经连接输入8421码第三十页，共37页。2、水箱水位监测电路实验

第三十一页，共37页。7段显示数码管功能简介2、水箱水位监测电路实验

第三十二页，共37页。七段显示译码器74LS48（CD