数电试验讲义2012版

闽江学院电子系电子教研室目录实验一基本门电路的逻辑功能测试 (1)实验二组合逻辑电路的设计与测试 (12)实验三译码器及其应用 (18)实验四触发器及其应用 (24)实验五计数器及其应用 (29)实验六555定时器及其应用 (34)实验七设计性实验 (41)附录常用芯片引脚 (42)实验一 基本门电路的逻辑功能测试一、实验目的1、测试与门、或门、非门、与非门、或非门与异或门的逻辑功能。

2、熟悉扩展板与主电路板的连接与使用。

3、了解测试的方法与测试的原理。

4、掌握TTL 集电极开路门（OC 门）的逻辑功能及应用。

5、掌握TTL 三态输出门（3S 门）的逻辑功能及应用。

6、熟练掌握multisim 仿真测试。

二、实验原理1、 验中用到的基本门电路的符号为：图1-1与门 图1-2或门 图1-3非门图1-4与非门 图1-5或非门 图1-6异或门在要测试芯片的输入端用逻辑电平输出单元输入高低电平，（即实验箱上面的拨动开关）然后使用逻辑电平显示单元（实验箱上部的LED ）显示其逻辑功能。

2、数字系统中有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能。

对于普通的TTL 电路，由于输出级采用了推拉式输出电路，无论输出是高电平还是低电平，输出阻抗都很低。

因此，不允许将它们的输出端并接在一起使用，而集电极开路门和三态输出门是两种特殊的TTL 门电路，它们允许把输出端直接并接在一起使用，也就是说，它们都具有“线与”的功能。

(1)、TTL 集电极开路门（OC 门）本实验所用OC 门型号为2输入四与非门74LS03，引脚排列见附录。

工作时，输出端必须通过一只外接电阻L R 和电源Ec 相连接，以保证输出电平符合电路要求。

OC 门的应用主要有下述特点：电路的“线与”特性方便的完成某些特定的逻辑功能。

图1-7所示，将两个OC 门输出端直接并接在一起，则它们的输出：21212121B B A A B B A A F F F B A +=∙=∙=图1-7 OC 与非门“线与”电路即把两个（或两个以上）OC 与非门“线与”可完成“与或非”的逻辑功能。

(2)、TTL 三态输出门（3S 门）TTL 三态输出门是一种特殊的门电路，它与普通的TTL 门电路结构不同，它的输出端除了通常的高电平、低电平两种状态外（这两种状态均为低阻状态），还有第三种输出状态——高阻态，处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路。

三态输出门按逻辑功能及控制方式来分有各种不同类型，本实验所用三态门的型号是74LS125三态输出四总线缓冲器，图1-8是三态输出四总线缓冲器的逻辑符号，它有一个控制端（又称为禁止端或使能端）E ，E =0为正常工作状态，实现Y=A 的逻辑功能；E =1为禁止状态，输出Y 是高阻态。

这种在控制端加低电平电路才能正常工作的方式称低电平使能。

74LS125的引脚排列见附录。

(a) (b)图1-8 三态四总线缓冲器逻辑符号右表为74LS125的功能表三态电路主要用途之一是实现总线传输，即用一个传输通道（称总线），以选通方式传送多路信息。

使用时，要求只有需要传输信息的三态控制端处于使能态（E =0）其余各门皆处于禁止状态（E =1）。

由于三态门输出电路结构与普通TTL 电路相同，显然，若同时有两个或两个以上三态门的控制端处于使能态，将出现与普通TTL 门“线与”运用时同样的问题，因而是绝对不允许的。

三、实验设备与器件1、数字逻辑电路实验箱。

2、数字逻辑电路实验箱扩展板。

3、双踪示波器，数字万用表。

4、相应74LS 系列芯片若干。

四、实验内容1、测试TTL 门电路的逻辑功能：测试74LS00（与非门）的逻辑功能。

测试74LS03（与非门）的逻辑功能。

2、集电极开路门的应用 用OC 门74LS03实现FE CD B A F++=，实验时输入变量允许用原变量和反变量，外接负载电阻R L 自取合适的值（使用multisim 完成电阻R L 的选择，然后硬件验证其可信度）。

3、三态输出门(1)、测试74LS125三态输出门的逻辑功能：将数字逻辑电路实验箱扩展板插在实验箱相应位置，并固定好，找一个14PIN 的插座插上芯片74LS125，并在14PIN 插座的第7脚接上实验箱的地（GND ），第14脚接上电源（VCC ），三态门输入端接逻辑开关，控制端接单次脉冲源，输出接发光二极管（逻辑电平显示）。

逐个测试集成块中四个门的逻辑功能，记入表1-1中。

表1－174LS125功能真值表(2)、三态输出门的应用将四个三态缓冲器按图1-9接线，输入端按图示加输入信号，控制端接逻辑开关，输出端接LED ，先使四个三态门的控制端均为高电平“1”，即处于禁止状态。

注意，应先使工作的三态门转换为禁止状态，再让另一个门开始传递数据。

记录实验结果。

图1-9 用74LS125实现总线传输实验电路五、实验步骤1、将数字逻辑电路实验箱扩展板固定到主电路板上。

2、在扩展板上插上要测试的芯片，注意管脚数数与扩展板上所标数对应。

芯片首先要接电源和地线（在主电路板上留有相应的插孔）。

3、按照芯片的管脚分布图接线（注意高低电平的输入和高低电平的显示）。

4、芯片的管脚分配见附录。

六、实验报告要求1.画好各门电路的真值表表格，将实验结果填写到表中。

2.根据实验结果，写出各逻辑门逻辑表达式，并判断逻辑门的好坏。

3. 画出实验电路图，并标明有关外接元件值。

4. 整理分析实验结果，总结集电极开路门和三态输出门的优缺点。

5. 思考：在使用总线传输时，总线上能不能同时接有OC门与三态输出门？为什么？附录一：实验报告参考格式下面的内容是预习报告和实验报告的格式，实验前务必完成实验目的、实验仪器、实验原理三大部分。

实验项目：实验目的：实验仪器：实验原理：1 、画出Y=AB ,Y=A+B,Y=A '的逻辑符号与真值表。

2、写出右边逻辑符号的真值表3、用multim 测试如下芯片的功能，填入下表格4、用74LS00实现函数5、用74LS03与74LS00实现函数2121B B A A F+=，要求先得出原理公式，并且画出电路图，其中的逻辑符号用国际通用符号。

6、用74LS00与74LS03实现函数F E CD B A F '++'=,画出电路图，用国际通用符号。

7、用74LS125实现总线传输，电路如下图，算出图中限流电阻选取范围？已知发光LED 的正向工作电压为2V ，电流范围为5mA~15mA 。

8、用multisim10验证3、4、5、6、7的结果，上实验课时带上电子版的仿真文件，备在电脑上检查。

实验内容：见讲义第四部分内容数据记录与处理（一）、画出实际连接图（必须和实际一致），测出原理中3的表格内容，把实际实际值填入下表，分析结果。

（1）实际连接图如右图：（根据实验具体情况画出，图中要标名元件值）（2）填表（3）分析：此结果与仿真的区别，以及是否达到预想目标，如果没达到，分析原因，并提出改进方案。

数据记录与处理（二）、结构参考数据记录（一）.数据记录与处理（三）、结构参考数据记录（一）.实验注意事项：思考题：1、总结集电极开路门和三态输出门的优缺点2、在使用总线传输时，总线上能不能同时接有OC门与三态输出门？为什么？附录二：用multisim测试74LS03逻辑功能。

.第一步：建立一个空白文档，命名为T_74LS03，并保存。

见下图保存后，左边的Circuit1将变化为T_74LS03，并且菜单项由Circuit1-Multisim-[Circuit1]变成T_74LS03-Multisim-[T_74LS03]；含义是当前工程名为T_74LS03，工程中有一个名为T_74LS03的文件。

如下图第二步：在文件T_74LS03平台上，画出模拟实物图。

如下图所示第三步：通过空格键与B键控制开关通断。

观察输出灯（或者电压表）的情况与功能真值表是否吻合。

手册上的功能真值表如下通过仿真验证发现，与真值表中的功能不一致，是什么原因呢？那就要看看芯片的参数了，双击芯片74LS03N，得到下图。

从下图功能描述中可知，该门电路是OC门，因此需要加上拉电阻。

上拉电阻选取多少，发光LED才会亮呢？那就要先看LED的参数了，双击该参数就可以查看。

为了使LED发光，必须使电流超过5mA, 因此可以求出最大电阻为。

（5-1.66）V/5mA=668Ω正确的电路图如下：通过验证，符合真值表。

（1）：74LS03属于TTL器件，点击下图中工具栏中的TTL按键，说明：即出现下图（2）：4.7K电阻(resistor)，点击下图工具栏中标有电阻符号的快捷键。

出现下图，选择相应器件即可。

当需要改变电阻的阻值时，双击该电阻，修改相应参数即可。

（3）高低电平选择(power)。

首先查手册，得到74LS03的输入高电平范围，然后选择合适的高电平。

通过手册可知，74LS03供电电源为4.75~5.25V，输入高电平最低为2V，输入低电平最高为0.8V。

因此选择输入高低电平分别为5V与0V是满足要求的。

通过开关来控制5V直流电源的获取高低电平。

按下电源快捷键，选择如下图的电源。

（4）：开关的选择（switch）。

点击标有电阻符号（basic）的快捷键，选择如下单刀双掷开关。

（5）：测试探针的选取。

点击显示器件按键，然后选择需要颜色的探针即可。

（6）发光LED灯的选取。

点击二极管按键，选取相应颜色的LED。

注意双击选取的LED，可以查看发光LED的导通电压以及发光电流（这个很重要）。

实验二组合逻辑电路的设计与测试一、实验目的1.掌握组合逻辑电路的分析与设计方法。

2.加深对基本门电路使用的理解。

3.熟练掌握multisim仿真测试。

二、实验原理组合逻辑电路分析是根据给定的逻辑电路图分析说明逻辑功能。

组合逻辑电路设计是根据逻辑功能设计出实现电路。

1. 组合电路是最常用的逻辑电路，可以用一些常用的门电路来组合完成具有其他功能的门A 得知，可以用两个非门和一个或非门组合电路。

例如，根据与门的逻辑表达式Z= AB =B成一个与门，还可以组合成更复杂的逻辑关系。

2. 分析组合逻辑电路的一般步骤是：(1)由逻辑图写出各输出端的逻辑表达式；(2)化简和变换各逻辑表达式；(3)列出真值表；(4)根据真值表和逻辑表达式对逻辑电路进行分析，最后确定其功能。

3. 设计组合逻辑电路的一般步骤与上面相反，是：(1)根据任务的要求，列出真值表；(2)用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式；(3)根据表达式，画出逻辑电路图，用标准器件构成电路；(4)最后，用实验来验证设计的正确性。

4. 组合逻辑电路的设计举例(1) 用“与非门”设计一个表决电路。

当四个输入端中有三个或四个“1”时，输出端才为“1”。