《数字电路》 实验指导书
机械工程与自动化学院
机械电子工程系
实验一TTL逻辑门电路的逻辑功能测试
一、实验目的
1．掌握各种TTL集成逻辑门的逻辑功能及测试方法。 2．掌握TTL器件的使用规则。
3．熟悉数字电路实验装置及使用方法。 二、实验预习内容
1．复习TTL集成逻辑门电路的工作原理。 2．熟悉实验用各个集成门引脚的功能。
3．画好实验内容的测试电路及数据记录表格。 4．阅读TTL集成电路的使用规则。 三、实验设备及器件 1．数字电路实验台
2．器件：74LS20、74LS00等 四、实验原理
逻辑门就是实现各种逻辑关系的电路，因其内部组成不同，分为TTL型（晶体管-晶体管逻辑和MOS型（金属氧化物-场效应管集成电路）。这两类门电路中使用中各有特点，但其逻辑符号和完成的逻辑功能是相同的。就TTL逻辑门电路，因其内部结构的特点为输出阻抗低、负载能力强、开关速度高等被广泛使用。
五、实验内容 1．“与非门”逻辑功能测试
在数字电路实验箱上选一块四输入端与非门74LS20，按图1接线。四个输入端分别接逻辑开关的输出插口。以提供“0”和“1”电平信号，开关向上为逻辑“1”，向下为逻辑“0”。门的输出端接LED发光二极管组成的逻辑电平显示器的显示插口。LED亮为逻辑“1”，不亮为逻辑“0”。74LS20是四输入与非门，有16个测试项，只对其中五项1111、0111、1011、1101、1110进行检测，就可判断其逻辑功能是否正常。依照表1分别测试与非门的逻辑功能。
图1 与非门管脚图、符号图
表1 与非门真值表
输入
A 1 0 1 1 1
B 1 1 0 1 1
C 1 1 1 0 1
D 1 1 1 0 0 输出 Y
2．利用与非门组成其他逻辑门电路
选择二输入四与非门74LS00一片组成如下门电路并测试。 （1） 组成与门电路
用74LS00中任意两个与非门组成图2所示的与门电路，输入接逻辑开关，输出接指示灯LED。拨动逻辑开关，观察指示灯的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入表2中。
图2 与门电路连接图
表2 与门真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1
Y
（2） 组成或门电路
用74LS00中任选三个与非门按照图3连接线路，组成或门电路。输入接逻辑开关，输出接指示灯LED。拨动逻辑开关，观察指示灯的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入表3中。
图3 或门电路连接图
表3 或门真值表
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y
（3） 组成异或门电路
用74LS00中四片与非门按照图4连接线路，组成异或门电路。输入接逻辑开关，输出接指示灯LED。拨动逻辑开关，观察指示灯的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入表4中。
图4 异或门电路连接图
表4 异或门真值表
A 0 0 1 1
B 0 1 0 1 Y
六、实验报告要求
1．整理实验数据并对其进行分析； 2．与非门不用的输入端应如何处理？ 3．TTL逻辑门的主要缺点是什么？
七、集成电路芯片简介
数字电路实验中所用到的集成芯片都是双列直插式的，其引脚排列规则如图1所示。识别方法是：正对集成电路型号（如74LS20）或看标记（左边的缺口或小圆点标记），从左下角开始逆时针方向以1，2，3……依次排列到最后一脚（在左上角）。在标准形TTL集成电路中，电源端VCC一般排在左上端，接地端GND一般排在右下端。如74LS20为14脚芯片，14脚为VCC，7脚为GND。若集成芯片引脚上的功能标号为NC，则表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。
八、TTL集成电路使用规则
1.接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。
2.电源电压使用范围为+4.5V～+5.5ΩV之间，实验中要求使用VCC=+5V。
电源极性绝对不允许接错。
3.闲置输入端处理方法
（1）悬空，相当于正逻辑“1”，对于一般小规模集成电路的数据输入端，实验时允许悬空处理。但易受外界干扰，导致电路的逻辑功能不正常。因此，对于接有长线的输入端，中规模以上的集成电路和使用电路较多的复杂电路，所有控制输入端必须按逻辑要求接入电路，不允许悬空。
（2）直接接电源电压VCC（也可以串入一只1～10kΩ的固定电阻）或接至某一固定电压（+2.4≤V≤+4.5V）的电源上，或与输入端为接地的多余与非门的输出端相接。
（3）若前级驱动能力允许，可以与使用的输入端并联。
4.输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。当R≤680Ω时，输入端相当于逻辑“0”；当R≥4.7kΩ时，输入端相当于逻辑“1”。对于不同系列的器件，要求的阻值不同。
5.输出端不允许并联使用（集电极开路门（OC）和三态输出门电路（3S）除外）。否则不仅会使电路逻辑功能混乱，并会导致器件损坏。
6.输出端不允许直接接地或直接接+5V电源，否则将损坏器件，有时为了使后级电路获得较高的输出电平，允许输出端通过电阻R接至VCC，一般取R=3～
5.1kΩ。
实验二 组合逻辑电路的设计与测试
一、实验目的
1．进一步掌握各种逻辑门电路。
2．掌握组合逻辑电路的一般设计方法。 3．熟悉组合逻辑电路的特点。 二、实验预习内容
1．复习组合逻辑电路设计的有关内容。
2．识读下列芯片74LS00、74LS20，画出引脚图。 3．查阅有关逻辑电路的设计资料。 三、实验设备及器件 1．数字电路实验台 2．万用表
3．器件：74LS00、74LS20等 四、实验原理
数字系统中的各种逻辑部件按其结构的工作原理可分为两大类。组合逻辑电路就是其中之一。其特点为：
1．从功能看，某时刻电路的输出只决定于该时刻电路的输入信号，而与电路以前的状态无关，即无“记忆”功能；
2．从器件上看，仅由门电路组成，不包含记忆元件；
3．从结构看，为单向连接，即输出、输入之间无反馈延迟通路。
组合逻辑电路的设计，主要以电路简单，器件最少为目标，具体步骤如下： （1） 列表，根据实际设计要求，确定输入变量和输出变量，并按照逻辑功
能建立真值表。
（2） 写式，由真值表写出逻辑表达式，并化简（用逻辑代数，卡诺图）变
换为所需形式。
（3） 逻辑图，根据化简后的逻辑关系式画出逻辑图。 五、实验设计内容
1．设计一个半加器。要求选用“与非门”实现。(74LS00)
2．设计一个全加器。要求选用“与非门”实现。(74LS00、74LS20)
3．设计一个四人表决电路，三人以上为通过，要求选用“与非门”实现。(74LS20)
六、实验设计要求
1．按照设计内容列写设计过程三步（列表、写式、画出逻辑图）； 2．根据逻辑图写明设计所用芯片型号及依据； 3．对设计的电路进行测试，记录测试结果； 4．认真写好设计体会。
实验三 计数器
一、实验目的
1．学习用触发器构成计数器的方法。 2．学习集成电路的使用及测试方法。
3．进一步理解和掌握二进制和二—十进制的组成。 二、实验预习内容
1．复习计数器有关内容 342．熟悉二进制计数器的工作原理 三、实验仪器及器件 1．数字电路实验台 2．器件：74LS160、74LS74 四、实验原理 计数器是简单而常用的逻辑器件，在计算机和其他数字系统中不仅用于统计输入时脉冲的个数，还用于分频、定时、产生节拍脉冲等。计数器种类很多，按时钟脉冲输入的方式不同，分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数的增减趋势又可分加法、减法和可逆计数器。 五、实验内容 1．二进制异步加法/减计数器 选择2片74LS74，用四只D触发器构成四位二进制异步加法计数器，如图1所示；其中RD清“零”端接逻辑开关，CP1接单脉冲，Q1~Q4分别接指示灯。 Q4Q3Q2Q1RD11112RDRDRD6SDSDSD4444SDQCLKD326QCLKD326QCLKD32RD5Q5Q5Q5Q6QCLKD32CP1 图1 二进制异步加法器 （1）清零后，RD、SD各接高电平“1”，从CP1逐个送入单脉冲，观察并列表1，记录Q4~Q1状态。 （2）用CP1改接1Hz连续脉冲，观察Q4~Q1的状态。 （3）将图1电路中的低位触发器Q端与高一位CP端相连接，构成减法计数器，按实验内容（1）、（2）进行试验，观察并列表1，记录Q4~Q1的状态。 表1 二进制异步加/减计数器真值表
时钟 脉冲 输出 Q1 Q2 Q3 Q4 CP脉冲个数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2．集成十进制计数器74LS160功能测试
74LS160是集成是十进制计数器，具有清零和置数功能，其引脚图及符号如图2所示。用四只JK触发器组成如图2的十进制加法计数器；RD接逻辑开关，Q1~Q4分别接指示灯和数码显示插孔A、B、C、D、。
RD CP A B C D EP GND 12345678161514131211109VCCCOQDEPQAQCQBQAQBETCOLDRDQCCPQDETLDDACB 图2 74LS160引脚图、符号图
（1）置数、清零功能测试
A、B、C、D、RD、LD分别接逻辑开关，CP接单次脉冲，QA、QB、QC、QD接指示灯和数码显示插孔A、B、C、D。
置数：令RD=1，DCBA为1010，LD=0，当CP脉冲上升沿到来时观察数码显示，记录于表2中。
清零：令LD=1，其他端任意，然后置RD=0，观察QA、QB、QC、QD记录于表2中。
表2 置数、清零功能表
CP ↑ X
LD 0 1
RD 1 0
DCBA
QDQCQBQA
（2）计数
令ET=EP=1,RD=LD=1,CP接单次脉冲，观察QA、QB、QC、QD、及CO的状态并记录于表3中。
表3 十进制计数器状态表 时钟脉冲 输出 CP脉冲个数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 QA QB QC QD 十进制数 （3）CP端接连续脉冲频率为1kHz，用双踪示波器观察Q4～Q1的变化，并画出波形。 CPQ1Q2Q3Q4 六、实验报告要求 整理实验数据，填入相应表格，画出试验线路以及对应的波形（QD、QC、QB、QA、CP）。 2
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