數字電路實驗指導書

數字電路實驗指導書數字電路實驗指導書數字電路實驗指導書數字電路實驗指導書編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:數字電路實驗指導書1數字電路實驗指導書計算機系用計算機系硬件實驗室2實驗一邏輯門電路的研究一、實驗目的：1．分析“門”的邏輯功能。2．分析“門”的控制功能。3．熟悉門電路的邏輯交換及其功能的測試方法。二、實驗使用儀器和器件：1．數字邏輯電路學習機一臺。2．萬用表一塊。三、實驗內容和步驟：1．TTL集成門邏輯功能的測試：⑴“與非門”邏輯功能的測試：在學習機上插入74LS10芯片，任選一個三輸入端“與非門”按表1完成邏輯功能的測試（輸入“1”態(tài)可懸空或接5V，“0”態(tài)接地）。表1輸入邏輯狀態(tài)輸出邏輯ABC111011001000狀態(tài)電位（V）⑵用“與或非”門實現Z=AB+C的邏輯功能：在學習機上插入74LS54芯片，做Z=AB+C邏輯功能的測試，完成表2的功能測試并記錄。3表2輸入邏輯狀態(tài)輸出邏輯ABC111011001000狀態(tài)電位（V）注意：測試前應將與或非門不用的與門組做適當處理。2．“門”控制功能的測試：⑴“與非”門控制功能的測試：按圖1接線，設A為信號輸入端，輸入單脈沖，B為控制端接控制邏輯電平“0”或“1”。輸出端Z接發(fā)光二極管（LED）進行狀態(tài)顯示，高電平時亮。按表3進行測試，總結“封門”“開門”的規(guī)律。圖1“與非門”控制功能測試電路表3ABZABZ0101000001011111⑵用“與非門”組成下列電路，并測試它們的功能4“或”門：Z=A+B“與”門：Z=AB“或非”門：Z=A+B“與或”門：Z=AB+CD要求：畫出電路圖和測試記錄表格，并完成邏輯功能的測試，總結控制功能的規(guī)律。四、預習要求：要求認真閱讀實驗指導書并完成要求自擬的實驗電路和測試記錄表格，本實驗屬于一般驗證性實驗，學生應對所有測試表的結果可預先填好，實驗時只做驗證，且可做到胸中有數，防止盲目性，增加自覺性。五、實驗報告要求：總結“與非”、“與”、“或”、“或非”門的控制功能。六、思考題：1．為什么TTL與非門的輸入端懸空則相當于輸入邏輯“1”電平，CMOS與非門能否這樣處理2．與或非門不用的與門組如何處理5實驗二組合邏輯電路設計一、實驗目的：1．學會用集成TTL門構成組合邏輯電路。2．通過實驗手段實現所設計的電路。二、實驗內容：1．比較器電路設計：有二位二進制數A1A0和B1B0試比較其大、小、相等三種邏輯，其中A1B1為高位數，A0B0為低位數，x、y、z為比較結果的輸出。如圖2所示。圖2比較器示意圖2．設計一個能完成如下功能的發(fā)電機組供電控制電路：某工廠有四臺用電設備：A、B、C、D其中A設備用電5KWB設備用電10KWC設備用電12KWD設備用電18KW使用過程中不允許A、B兩臺用電設備同時使用?，F有供電機組三臺：x容量10KWy容量15KWz容量20KW為了節(jié)約能源，要求按用電狀況合理啟動供電機組，設計出供電機組控制邏輯（1表示供電和用電，0表示不供電不用電）。用與非與非式實現。6三、實驗前的準備：1．復習組合電路的設計方法。2．根據任務要求設計邏輯電路，擬定實驗步驟，提出器材名單。3．復習組合電路競爭冒險現象產生的原因及消除方法。四、實驗報告要求：1．寫出設計過程，畫出電路邏輯圖，記錄實驗驗證結果。2．總結實驗中所出現的問題，分析原因及解決方法。3．分析所設計的電路能否出現競爭冒險現象。7實驗三集成觸發(fā)器一、實驗目的：掌握基本RS、JK、D及T'觸發(fā)器的邏輯功能。二、實驗任務與步驟：1．基本RS觸發(fā)器邏輯功能的測試：基本RS觸發(fā)器常與機械按鈕開關相配合構成去彈跳按鈕開關，用以產生單脈沖做單脈沖源使用。學習機上使用的單脈沖就是這樣產生的。如圖3所示，圖4則表明它不能給出清晰的單脈沖。圖3基本RS觸發(fā)器圖4簡單邏輯開關給出的有彈跳信號按表4完成圖3電路的功能測試，SW按鈕開關可用一端接地的引線代替，將引線的另一端由S端移向R端一次，相當于手按了一下SW按鈕開關。R、S上的“－”號表明低電平激勵，高電平不起作用。8表4RSQQ000110112．集成JK觸發(fā)器圖5是JK觸發(fā)器的邏輯符號圖，其中：SD為異步置位端，小圓圈表示低電平有效。RD為異步清除（復位）端。JK為同步控制輸入端。它們只有在SD，RD為高電平時才起作用，JK的狀態(tài)將告訴觸發(fā)器在下一個時鐘脈沖作用時該怎樣動作。請注意CP輸入端的小圓圈代表CP脈沖下降沿起作用。三角符號表示該觸發(fā)器為邊沿觸發(fā)。如果JK端超過一個，它們之間是J1、J2……相與或K1、K2……相與的關系，這將為實現不同的控制邏輯提供了方便。圖5JK觸發(fā)器邏輯符號(1)異步置位、復位功能測試:按照表5完成JK觸發(fā)器異步置位和異步復位功能的測試。表5異步動作表9SDRDQQ11→00→11→010→100注意：74LS112芯片的PR端為Sd端，CLR端為Rd端。(2)同步JK功能的測試：請按表6完成同步JK功能的測試：`表6同步工作的JK功能表（同步表）tntn+1輸入輸出JKCPQn=0Qn=10001`禁止方式復位方式置位方式反復方式010110011101注：tn表示時鐘脈沖來到前的時刻；tn+1則是指時鐘脈沖向低電平跳變之后的某時刻。(3)將JK觸發(fā)器接成計數器工作狀態(tài)（T'觸發(fā)器）：CP端輸入方波信號觀察輸入和輸出端（Q、Q）的波形，并將它們畫在同一張方格紙上，注意它們的相位關系與時間關系。3．集成D觸發(fā)器：集成D觸發(fā)器邏輯符號如圖6所示。完成下列實驗任務：(1)異步置位端SD和異步復位端RD功能測試：按表7要求改變SD和RD（D及CP處于任圖6D觸發(fā)器邏輯符號10意狀態(tài)），并在SD和RD作用期間任意改變D與CP的狀態(tài)，測試SD和RD的功能，將測試結果記錄于表中。表7D觸發(fā)器強制置位復位功能表SDRDQQ11→00→11→010→100(2)D觸發(fā)器功能的測試：按表8測試D觸發(fā)器邏輯功能并記錄于表中：表8D觸發(fā)器邏輯功能表DCPQn+1Qn=0Qn=100→11→010→11→0(3)將D觸發(fā)器的Q端與D端相連，接成計數器狀態(tài)，CP端輸入方波信號，觀察輸入與輸出端（Q、Q的波形，把它們畫在同一張方格紙上，注意它們之間的相位關系與時間關系）。三、實驗設備：1．數字邏輯學習機。2．萬用表。四、實驗報告要求：總結基本RS觸發(fā)器，JK觸發(fā)器，D觸發(fā)器的邏輯功能。了解JK、D、RS觸發(fā)器后，設計一個RSJK的電路，畫出電路圖，并驗證其功能。11實驗四計數器一、實驗目的：1．學習計數器邏輯功能的測試方法。2．進一步理解計數器的工作原理。3．觀察自啟動。二、實驗內容及步驟：1．異步二進制加法計數器和減法計數器：（a）加法計數器（b）減法計數器圖7二進制計數器按圖7電路實現二進制加法和減法計數器，并測試其功能，將測試結果填入表9內。表912QT加法減法二進制數對應十進制數二進制數對應十進制數Q3Q2Q1Q3Q2Q1tn00000000tn+1tn+2tn+3tn+4tn+5tn+6tn+7tn+8注意：CP端輸入（點動）單脈沖（也可以頻率較低的連續(xù)脈沖加于CP端）。提高CP脈沖頻率以方便于用示波器觀察波形。將CP和Q端的波形對應畫于圖8和圖9中。圖8異步二進制加法計數器波形圖圖9異步二進制減法計數器波形圖2．用D觸發(fā)器自行設計一個同步二—十進制減法計數器，請畫圖如下。131．各Q端分別接發(fā)光二極管。2．清零。在CP端輸入單脈沖，顯示正常后將邏輯狀態(tài)記入表10中。3．輸入連續(xù)脈沖于CP端，觀察并記錄各Q端波形（記錄畫于圖10中）4．斷開電源一下重新合上電源，由發(fā)光二極管觀察Q1~Q4端狀態(tài)，若為無效狀態(tài)，用單脈沖輸入到CP端，觀察狀態(tài)轉換能否自啟動，并記錄。表10二－十進制減法計數器狀態(tài)表Qt二—十進制借位C相當于十進制數Q4Q3Q2Q1tn000000tn+1234567891014圖10同步二—十進制減法計數器時序圖3．CT4090（SN74LS90）型計數器該計數器為二—五—十進制異步計數器，邏輯框圖及外引線如圖11。(a)內部邏輯圖15(b)引腳圖圖11SN74LS90計數器邏輯圖及引腳圖SN74LS90計數時序見表11，計數功能見表12：表11計數QABBCDCPA計數QDA計數CPBQDQCQBQAQAQDQCQB000000000100010001200100010300110011401000100501011000601101001701111010810001011910011100表12SN74LS90計數功能表R0(1)R0(2)Rg(1)Rg(2)QDQCQBQA1100000110000011100100計數000000：R0R1，1時Rg(1)Rg(2)，1時器：16靜態(tài)檢測SN74LS90型計數器的復位、置位功能和五進制、十進制計數功能是否正確。檢測時CP用單脈沖。各Q端輸出用LED顯示狀態(tài)（燈亮為“1”，不亮為“0”）實驗接線圖可參照該器件的計數時序表及功能表自行畫出。四．實驗預習內容：復習異步計數器的工作原理。五