数字逻辑电路分析与设计实验指导书.doc
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4、 译码器和编码器 23实验五 数据选择器及其应用 29实验六 组合逻辑电路的设计 34实验七 集成触发器及其应用 38实验八 集成计数器及其应用 43实验九 数字式秒表 47附 录 部分集成电路外部引脚排列和功能49学生实验前注意事项 一、实验前要完成指定的各项预习任务。 二、检查仪器设备能否满足实验要求。 三、熟悉准备调试的元件和器件的功能。 四、严格按实验要求连线,经仔细检查无误后方可通电。 五、实验过程中应仔细观察实验现象,认真做记录,实验完成后测试结果需经教师审查签字后再拆除线路。六、发生事故时,应立即断开电源,保持现场,待找出并排除故障后,方可继续进行实验。七、在变更实验内容或完成全
5、部实验之后,必须先断开电源,再拆除实验线路。八、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。不抄袭他人作业。九、爱护公共财产,当发生仪器设备损坏时,必须认真检查原因并按规定的条例处理。十、保持实验室内安静、整洁和良好的秩序,实验后应将仪器整理后放好,并协助实验室老师搞好清洁卫生。十一、不迟到、不早退、不无故缺席,按时交实验报告。实验报告要求一、实验名称二、实验目的三、实验中实际使用的仪器型号和器材型号、数量等。四、实验内容和步骤1、实验课题和方框图、状态图、真值表、逻辑图,对于设计性课题应有整个设计过程和关键的设计技巧和说明。2、实验记录以及经过整理和处理的数据,曲线和波形图,其中曲线和波形图必须坐标
6、纸画出,贴在相应的内容中。3、实验结果的分析与讨论。并得出结论,实验过程中遇到的故障及排除故障的方法。4、完成实验报告中相应的思考题。作为完整的实验文件,实验报告应附有实验记录,以备查阅,实验报告必须用统一的实验报告纸,其它纸张一律不能用,实验报告在下次做实验时交给实验教师,过期作迟交处理,若此次实验没来做者不给成绩,若实验来做而报告不交者只能得40分。实验一 集成逻辑门测试及其应用一、实验目的1、 熟悉和掌握门电路的逻辑功能及其测试方法,并通过功能测试判断其好坏。2、熟悉数字逻辑实验组件的使用方法。3、掌握与非门、异或门的逻辑功能及特点、基本应用。二、TDS-1数字电路实验系统简介及集成电路
7、引脚设定l TDS-1数字电路实验系统简介(一)、集成电路的插座和插孔12个IC圆孔插座供中小规模器件、GAL器件和EPROM器件实验使用。其中14个引脚的有4个,16个引脚的有3个,20个引脚的有2个(引脚多的插座也可以插引脚少的集成电路,只要注意引脚的编号)。器件引脚通过自锁紧插座对外接线。一插孔可引多根引线。这些插座没有提供电源和地,实验时使用者应注意连接它们。做实验时将需做实验的集成电路插入插座中,从对应的引脚插孔按实验要求进行连线即可构成实验的电路。(二)、数字信号输入方式数字电路实验系统根据实验要求提供了多种信号源1、 逻辑电平信号:2、 单脉冲输出信号:3、 连续脉冲信号(三)、
8、信号输出指示方式1、LED电平显示:发光二极管及驱动电路。共指示电平使用。当输入插孔信号为高电平时,发光二极管点亮;当输入插孔为低电平时,发光二极管不点亮。2、7段数码管显示(带译码器):由6个发光数码管组成,用来表示6位十进制码输出,当译码器DCBA端输入8421BCD码时,显示09十个数码。l 集成电路引脚编号设定先找到集成电路器件上的缺口,然后以缺口为基准,左面第一个引脚设定编号为“1”。以逆时针方向旋转依次编号顺序为“2、3、4、5、7”集成电路各引脚的具体意义需要对照集成电路手册,本实验讲义附录中选录部分常用的集成电路器件引脚。三、实验内容1、 测试与非门、异或门逻辑功能的好坏。2、
9、 TTL门电路多余输入端的处理方法。3、 用异或门实现奇校验电路。4、 与非门的简单应用四、实验步骤1、 测试与非门(74LS00)逻辑功能的好坏。按图1-1(A)所示接好连线。把与非门电路的输入端连接逻辑电平输入开关K1、K2,把与非门电路输出端连接发光二极管。改变输入端的高低电平,观察其输出端发光二极管的亮暗变化,并将输出状态填入表1-1图1-1(A)测试与非门逻辑功能连线图图1-1(B)测试与非门逻辑功能原理图表1-1与非门真值表ABY000110112、 测试异或门(74LS86)逻辑功能的好坏按图1-2(A)所示接好连线。把异或门的输入端连接逻辑电平输入开关K1、K2,把异或门电路输
10、出端连接发光二极管。改变输入端的高低电平,观察其输出端发光二极管的亮暗变化,并将输出状态填入表1-2图1-2(A)测试异或门逻辑功能连线图图1-2(B)测试异或门逻辑功能原理图表1-2异或门真值表ABY000110113、 TTL门电路多余输入端的处理方法将74LS00和74LS86按图1-1(A)和图1-2(A)连线后,A输入端分别接地、电源端、悬空、与B并接,观察当B输入端输入信号分别为高、低电平时,相应输出端的状态,并填表1-3表1-3输入输出AB74LS00(L)74LS86(L)接地接电源悬空A、B并接4、 用异或门实现奇校验电路图1-3(A)测试奇校验电路的连线图图1-3(B)测试
11、校验电路功能的原理图电源开关拨向OFF。按图1-3连接,把异或门电路的输入端A、B、C、D连接逻辑电平输入开关K1、K2、K3、K4,把异或门电路输出端L连接发光二极管。把电源开关拨向ON,改变输入端的高低电平,观察其输出端发光二极管的亮暗变化,并将输出状态填入表1-4表1-4奇校验电路真值表输入DCBA输出L输入DCBA输出L输入DCBA输出L输入DCBA输出L00000100100011000001010110011101001001101010111000110111101111115、 用异或门和与非门实现半加器电源开关拨向OFF。按图1-4连接,把半加器的输入端A、B连接逻辑电平输入
12、开关K1、K2,把半加器输出端S、C连接发光二极管。把电源开关拨向ON,改变输入端的高低电平,观察其输出端发光二极管的亮暗变化,并将输出状态填入表1-5图1-4(A)半加器原理图图1-4(B)半加器连线图表1-5半加器真值表ABSC000110116、用与非门的简单应用测试图1-5(A)、(B)组成的组合逻辑电路,按要求完成表1-6图1-5(A)组合逻辑电路之一图1-5(B)组合逻辑电路之二表1-6 组合逻辑电路(A)、(B)真值表ABY1Y200011011五、预习要求1、 预习本实验所用设备“数字电路实验系统”的结构、原理及使用方法。2、 预习本实验所用到的集成电路器件的功能和外部引脚的排
13、列及使用方法。六、实验报告要求1、 整理实验数据结果,并画有关的时间波形图。2、 TTL门电路输出端为什么不允许并联使用。3、 用与非门实现或门、或非门、异或门,要求画出原理图。4、 在下图1-6与或非门实现Y=的功能,多余输入端引脚应如何处理?图1-6与或非门逻辑符号实验二 Multisim在数字电路中的虚拟仿真(一) 一、实验目的1、熟悉Multisim 软件的基本功能。2、掌握如何用Multisim软件进行门电路的逻辑功能测试。3、通过Multisim软件进行半加器、全加器电路的设计,进一步熟悉软件的使用 方法,特别是仿真方法4、掌握Multisim软件中数字信号发生器、逻辑分析仪的使用
14、方法二、实验原理1、集成逻辑门 集成逻辑门有许多种,如:与门、或门、非门、或非门、与或非门、异或门、OC门、TS门等。但其中与非门用途最广,用与非门可以组成其他许多逻辑门。 要实现其他逻辑门的功能,只要将该门的逻辑函数表达式化成与非-与非表达式,然后用多个与非门连接起来就可达到目的。例如,要实现或门,根据摩根定律,或门的逻辑函数表达式可以写成:Y= ,可用3个与非门连接实现。 集成逻辑门还可以组成许多应用电路,比如利用与非门组成时钟脉冲源电路就是其中一例,它电路简单、频率范围宽、频率稳定。 74LS00是“TTL系列”中的与非门,CD4011是“CMOS系列”中的与非门。它们都是4-2输入与非
15、门电路,即在一块集成电路内含有4个独立的与非门。每个门有2个输入端。 与非门的逻辑功能是:当输入端中有一个或一个以上是低电平时,输出端为高电平;只有当输入端全部为高电平时,输出才是低电平(有“0”得“1”,全“1”得“0” )。其逻辑函数表达式为:Y= 。 TTL电路对电源电压要求比较严,电源电压Vcc只允许在+5V10%的范围内工作,超过5.5V,将损坏器件;低于4.5V,器件的逻辑功能将不正常。 CMOS集成电路具有功耗低(TTL功耗则大得多)、高输入阻抗(远高于TTL器件的输入阻抗)、接近理想的传输特性、电源电压范围广(可在+5V+18V范围内正常运行。2、虚拟仪器使用介绍 字信号发生器
16、和逻辑分析仪在数字电路中应用很广,这里介绍Multisim软件中字信号发生器和逻辑分析仪的基本使用方法。1) 字信号发生器字信号发生器是能够产生32路(位)同步逻辑信号的一个多路逻辑信号源,可用于对数字逻辑电路的测试,也称为数字逻辑信号源。见图2-1 图2-1 字信号发生器字信号发生器图标的左右各有16个端子,左边为015端子,右边为1631端子这32个端子是该仪器产生的信号输出端。每一个输出端子都可接入数字电路的输入端。在该仪器图标的下方还有两个端子,R端子为数据备用(Ready)信号端,T为外部触发(Trigger) 信号端。从字信号发生器- XWG1 界面可以看到,该仪器界面共分为以下6
17、个区。 “Controls控制”区 Cycle(循环):代表字信号在设置地址初值到最终值之间周而复始地以设定频率输出。该输出方式的速度可由Frequency控制。 Burst 单帧):代表字信号在设置地址逐条输出,直到最终值时自动停止。该输出方式的速度可由Frequency控制。 Step(单步):代表每单击鼠标一次就输出一条字信号。 Set (设置):单击该按钮后,出现如图2-2所示的对话框。图2-2 设置对话框“图2-2 设置对话框”中包含以下4个区的内容。 Pre-set Patterns( 预置模式)区(按对话框中的顺序介绍) No Change : 不改变。 Load:打开先前保存字
18、信号文件。 Save:保存字信号文件,文件后缀为.DP Clear buffer清除缓冲区:清除字信号编辑区。 Up Counter:表示在字信号编辑区地址范围0000H03FFH内,其内容按0000,0001,0010顺序,即以递增方式进行编码 。 Down Count:表示在字信号编辑区地址范围0000H03FFH内,其内容按03FF,03FE,03FD顺序,即以递减方式进行编码 Shift Right:右移方式进行编码,即字信号按8000,4000,2000, 1000,0800,0400,0200,0100的顺序进行编码。 Shift Left:左移方式进行编码,即字信号按0001,0
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