数字逻辑实验报告

试验一TTL门电路逻辑功效测试一、试验目标1、掌握TTL器件使用规则。2、掌握TTL集成与非门逻辑功效。3、掌握TTL集成与非门测试方法。 二、试验原理TTL集成电路输入端和输出端均为三极管结构，所以称作三极管、三极管逻辑电路（Transistor-TransistorLogic）简称TTL电路。54系列TTL电路和74系列TTL电路具备完全相同电路结构和电气性能参数。所不一样是54系列比74系列工作温度范围更宽，电源允许范围也更大。74系列工作环境温度要求为0—700C，电源电压工作范围为5V±5%V，而54系列工作环境温度要求为-55—±1250C，电源电压工作范围为5V±10%V。54H与74H,54S与74S以及54LS与74LS系列区分也仅在于工作环境温度与电源电压工作范围不一样，就像54系列和74系列区分那样。在不一样系列TTL器件中，只要器件型号后几位数码一样，则它们逻辑功效、外形尺寸、引脚排列就完全相同。TTL集成电路因为工作速度高、输出幅度较大、种类多、不易损坏而使用较广，尤其对我们进行试验论证，选取TTL电路比较适宜。所以，本实训教材大多采取74LS(或74)系列TTL集成电路，它电源电压工作范围为5V±5%V，逻辑高电平为“1”时≥2.4V，低电平为“0”时≤0.4V。它们逻辑表示式分别为：图1.2.1分别是此次试验所用基本逻辑门电路逻辑符号图。图TTL基本逻辑门电路与门逻辑功效为“有0则0，全1则1”；或门逻辑功效为“有1则1，全0则0”；非门逻辑功效为输出与输入相反；与非门逻辑功效为“有0则1，全1则0”；或非门逻辑功效为“有1则0，全0则1”；异或门逻辑功效为“不一样则1，相同则0”。三、试验设备与器件1、仪器数字逻辑试验箱2、器件74LS00二输入端四与非门四、试验内容及试验步骤(包含数据统计）1、测试74LS00（四2输入端与非门）逻辑功效将74LS00正确接入DIP插座，注意识别1脚位置（集成块正面放置且缺口向左，则左下角为1脚），输入端接逻辑电平输出插口，输出端接逻辑电平显示，拨动逻辑电平开关，依照LED发光二极管亮与灭，检测非门逻辑功效，结果填入下表中。ABY0010111011103、利用与非门组成其余逻辑门电路⑴组成非门电路将74LS00中任意一个与非门组成以下列图所表示与门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED亮与灭，测试其逻辑功效，结果填入下表中。非门电路连接图非门真值表AY0110⑵组成与门电路将74LS00中任意两个与非门组成以下列图所表示与门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED亮与灭，测试其逻辑功效，结果填入下表中。与门电路连接图与门真值表ABY000010100111⑶组成或门电路将74LS00中任选三个与非门组成以下列图所表示或门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED亮与灭，测试其逻辑功效，结果填入下表中。或门电路连接图或门真值表ABY000011101111⑷组成异或门电路将74LS00中与非门按照下列图所表示电路连线，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED亮与灭，测试其逻辑功效，结果填入下表中。异或门电路连接图异或门真值表ABY000011101110试验数据处理与分析1、测试74LS00（四2输入端与非门）逻辑功效，电路图如图：故可列真值表ABY001011101110与试验统计数据相符，则试验正确。利用与非门组成其余逻辑门电路⑴组成非门电路，如图故可列真值表AY0110与试验统计数据相符，则试验正确。⑵组成与门电路，如图故可列真值表ABY000010100111与试验统计数据相符，则试验正确。⑶组成或门电路,电路图如图故可列真值表ABY000011101111与试验统计数据相符，则试验正确。⑷组成异或门电路,电路图如图：故可列真值表ABY000011101110与试验统计数据相符，则试验正确。试验二数据选择器及其应用一、试验目标1、掌握中规模集成数据选择器逻辑功效和使用方法。2、学习用数据选择器组成组合逻辑电路方法。二、试验原理数据选择是指经过选择，把多个通道数据传送到唯一公共数据通道上去。实现数据选择功效逻辑电路称为数据选择器。它功效相当于一个多个输入单刀多掷开关，其示意图以下：数据选择器74LS15174LS151是经典集成电路数据选择器，它有3个地址输入端CBA，可选择D0~D7，这8个数据源，具备两个互补输出端，同相输出端Y和反相输出端W。其引脚图以下列图所表示。74LS151引脚图表图三、试验设备与器件1、仪器数字逻辑试验箱2、器件74LS1518选1数据选择器四、试验内容及试验步骤(包含数据统计及分析)1、测试八选一数据选择器逻辑功效测试在数字逻辑电路试验箱IC插座模块中找一个16PIN插座插上芯片74LS151并在16PIN插座第8脚接上试验箱地（GND），第16脚接上电源（Vcc）。将74LS151控制输入端和数据输入端D0~D7接逻辑电平输出，将输出端Y接到逻辑电平显示发光二极管上，逐次拨动对应开关，依照发光二极管显示改变，测试74LS151逻辑功效。输入输出CBA100000D00001D10010D20011D30100D40101D50110D60111D72、用八选一数据选择器设计3个开关控制一个电灯逻辑电路，要求改变任何一个开关状态都能控制电灯由亮变灭或者由灭变亮。⑴写成设计过程⑵画出接线图⑶验证逻辑功效解：（1）用“0”表示灯灭，“1”表示灯亮。ABC输入端输入3个开关状态。则可列真值表输入输出CBA100000000011001010011001001010100110001111故可知74LS151数据输入 D0=D3=D5=D6=0 D1=D2=D4=D7=1（2）接线图如图：按电路图接线即可。（3）依照电路图接线，测试电路得到结果与设计一致。3、用八选一数据选择器设计一个监视交通信号灯工作状态逻辑电路。每组信号灯均由红、黄、绿三盏灯组成。正常工作情况下，任何时刻必有一盏灯点亮，而且只允许有一盏灯点亮。当出现其余五种点亮状态时，电路发生故障，这是要求发出故障信号，提醒维护人员前往维修。⑴写成设计过程⑵画出接线图⑶验证逻辑功效解：（1）用“1”表示正常工作状态，用“0”表示故障状态。ABC输入端输入交通信号灯状态。则可列真值表输入输出CBA100000000011001010011001001010100110001110故可知74LS151数据输入 D0=D3=D5=D6=D7=0 D1=D2=D4=1（2）接线图如图：按电路图接线即可。（3）依照电路图接线，测试电路得到结果与设计一致。试验三组合逻辑电路分析与设计一、试验目标1、掌握组合逻辑电路分析与设计方法。2、加深对基本门电路使用了解。二、试验原理1、组合电路是最惯用逻辑电路，能够用一些惯用门电路来组合完成具备其余功效门电路。比如，依照与门逻辑表示式得知，能够用两个非门和一个或非门组合成一个与门，还能够组合成更复杂逻辑关系。2、分析组合逻辑电路通常步骤是：由逻辑图写出各输出端逻辑表示式；化简和变换各逻辑表示式；列出真值表；依照真值表和逻辑表示式对逻辑电路进行分析，最终确定其功效。3、设计组合逻辑电路通常步骤与上面相反，是：依照任务要求，列出真值表；用卡诺图或代数化简法求出最简逻辑表示式；依照表示式，画出逻辑电路图，用标准器件组成电路；最终，用试验来验证设计正确性。三、试验设备与器件1、仪器数字逻辑试验箱2、器件74LS00二输入端四与非门四、试验内容及试验步骤(包含数据统计及分析)1、分析电路逻辑功效，写出输出表示式，列真值表，并经过试验加以验证，说明电路功效。 解：可列真值表ABCY1Y2000 110010010110111100011010110111110经卡洛图可化简为：2、在举重比赛中，有3名裁判，其中1名为主裁判。当有两名以上裁判（其中必须有1名主裁判）认为运动员举杠铃合格，就按动电钮，可发出成绩有效信号。请用与非门设计该组合逻辑电路。其中A为主裁判、B、C为副裁判。⑴写成设计过程⑵画出接线图。⑶验证逻辑功效。解：（1）运动员合格用“1”表示，不合格用“0”表示。可列真值表ABCY00000010010001101000101111011111经卡洛图可化简：（2）电路图：按电路图接线即可。（3）依照电路图接线，测试电路得到结果与设计一致。3、用8选一数据选择器设计一个密码锁，锁上有三个按键A、B、C，当两个或两个以上按键同时按下时，且A键必须按下，锁能被打开。用逻辑电平显示灯亮来代替锁，当符合上述条件时，将使逻辑电平显示灯亮，不然灯灭。⑴写成设计过程⑵画出接线图⑶验证逻辑功效解：（1）用“1”表示锁被打开，用“0”表示锁没被打开。可列真值表ABCY00000010010001111000101111001111故可知74LS151数据输入 D0=D1=D2=D4=D6=0 D3=D5=D7=1（2）电路图：按电路图接线即可。（3）依照电路图接线，测试电路得到结果与设计一致。试验四触发器R-S、J-K、T、D一、试验目标1、掌握基本RS、JK、T和D触发器逻辑功效。2、掌握集成触发器功效和使用方法。3、熟悉触发器之间相互转换方法。二、试验原理触发器是能够存放1位二进制码逻辑电路，它有两个互补输出端，其输出状态不但与输入关于，而且还与原先输出状态关于。触发器有两个稳定状态，用以表示逻辑状态“1”和“0”，在一定外界信号作用下，能够从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，它是一个具备记忆功效二进制信息存放器件，是组成各种时序电路最基本逻辑单元。1、基本RS触发器图4-1为由两个与非门交叉耦合组成基本RS触发器，它是无时钟控制低电平直接触发触发器。基本RS触发器具备置“0”，置“1”和保持三种功效。通常称为置“1”端，因为=0时触发器被置“1”；为置“0”端，因为=0时触发器被置“0”。当==1时状态保持，当==0时为不定状态，应该防止这种状态。基本RS触发器逻辑符号见图4-1（b），二输入端边框外侧都画有小圆圈，这是因为置1与置0都是低电平有效。2、JK触发器在输入信号为双端情况下，JK触发器是功效完善、使用灵活和通用性较强一个触发器。本试验采取74LS112双JK触发器，是下降边缘触发边缘触发器。引脚逻辑图如图4-2所表示：图4-2JK触发器引脚逻辑图JK触发器状态方程为：其中，J和K是数据输入端，是触发器状态更新依据，若J、K有两个或两个以上输入端时，组成“与”关系。和为两个互补输出端。通常把=0、=1状态定为触发器“0”状态；而把=1，=0定为“1”状态。JK触发器常被用作缓冲存放器，移位存放器和计数器。3、D触发器在输入信号为单端情况下，D触发器用起来更为方便，其状态方程为：其输出状态更新发生在CP脉冲上升沿，故又称为上升沿触发边缘触发器，触发器状态只取决于时钟到来前D端状态，D触发器应用很广，可用作数字信号存放，移位存放，分频和波形发生等。有很多型号可供各种用途需要而选取。图4-3为双D（74LS74）引脚排列图。图4-3D触发器引脚排列图三、试验设备与器件1、仪器数字逻辑试验箱2、器件74LS00二输入四与非门74LS74双D触发器74LS112双J—K触发器四、试验内容及试验步骤(包含数据统计及分析)1、测试基本RS触发器逻辑功效按图4-1，用两个与非门组成基本RS触发器，输入端、接逻辑电平输出插孔（拨位开关输出端），输出端和接逻辑电平显示输入插孔（发光二极管输入端），测试它逻辑功效并画出真值表将试验结果填入表内。2.验证D触发器逻辑功效将74LS74、、D连接到逻辑开关，CP端接单次脉冲，Q端和Q端分别接逻辑电平显示端口，接通是电源，按照表中要求，改变、、D和CP状态。在CP从0到1跳变时，观察输出端Qn+1状态，将测试结果填入下表。3.验证JK触发器逻辑功效将74LS112、、J和K连接到逻辑开关，Q和Q端分别接逻辑电平显示端口，CP接单次脉冲，接通电源，按照表中要求，改变、、J、K和CP状态。在CP从1到0跳变时，观察输出端Qn+1状态，并将测试结果填入表。试验五集成计数器一、试验目标1、学会用触发器组成计数器。2、熟悉集成计数器。3、掌握集成计数器基本功效。二、试验原理计数器是数字系统中用较多基本逻辑器件，它基本功效是统计时钟脉冲个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。比如，计算机中时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。计数器种类很多。按组成计数器中各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同时计数器和异步计数器；按进位体制不一样，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势不一样，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预置数等等。1、用D触发器组成异步二进制加法/减法计数器图5-12位二进制异步加法器如上图5-1所表示，是由2个上升沿触发D触发器组成2位二进制异步加法器。图中各个触发器反相输出端与该触发器D输入端相连。将上图加以少许改变后，即将低位触发器Q端与高一位CP端相连，就得到2位二进制异步减法器，以下所表示：图5-22位二进制异步减法器2、异步集成计数器74LS9074LS90为中规模TTL集成计数器，可实现二分频、五分频和十分频等功效，它由一个二进制计数器和一个五进制计数器组成。其引脚排列图和功效表以下所表示：图5-374LS90引脚排列图表5-174LS90功效表三、试验设备与器件1、仪器数字逻辑试验箱。2、器件74LS74双上升沿D触发器74LS90