数字逻辑实验教案

滁州学院计算机与信息工程学院实验课程教案课程名称：数字电路分析与设计授课教师：姚光顺授课对象：11网工、计科授课时间：20XX年2月-2012月7月滁州学院计算机与信息工程系20XX年2月《数字逻辑》实验教学大纲课程编号：课程名称：数字逻辑英文名称：Digital Logic课程类型：专业基础课课程属性：独立设课总学时：16总学分：0.5开设学期：2适用专业：计算机科学与技术网络工程先修课程：大学物理电路原理一、实验课程简介数字逻辑实验，是数字逻辑课程教学内容的延伸和加强。

在电子产品广泛应用的前提下，对于每一个大学生，具备一定电工电子基本知识和应用能力是必不可少的。

因此，数字逻辑实验教学是按在相关理论教学的基础上，根据教学实际情况所开设的重点技术基础实验课程。

通过实验，可以加深学生对课程内容中重点、难点的理解，培养其动手能力。

二、实验教学目标与基本要求本课程的作用与任务是：使学生进一步掌握数字逻辑电路的分析与设计的基本方法，了解数字逻辑物理器件的主要技术参数，以及物理设计中的制作、调试、故障诊断的基本技能。

要求学生在实验原理指导下，熟悉和掌握常用中、大规模集成电路的功能和在实际中应用的方法，具备基本电路的设计能力。

培养学生检查与排除电路故障、分析和处理实验结果、分析误差和撰写实验报告的能力，旨在培养学生综合运用知识能力、严谨细致的工作作风和一丝不苟的科学态度。

三、本实验课程的基本理论与实验技术知识本实验课基于门电路、组合逻辑电路、触发器、时序逻辑电路、A/D和D/A转换的基本理论而设定。

四、实验方法、特点与基本要求实验分为实验预习、实验操作、实验总结三个步骤：1、实验预习1) 明确实验目的，理解实验原理；2) 了解实验环境；3) 了解实验方法，拟定实验的操作步骤；2、实验操作1) 建立实验环境，进行实验操作，培养实践动手能力2) 实验过程中认真观察实验现象，详细记录实验结果3) 实验结束前，整理好实验设备，经指导教师验收方可退出实验室3、实验总结通过对实验记录的整理，以加深对所学理论知识的理解，不断总结、积累经验，从而提高动手能力。

五、实验主要仪器设备信号发生器、电压表、电流表、万用表、数字逻辑实验台六、实验项目的设置与内容提要七、实验报告要求参照电子系实验报告要求完成。

实验报告是实验工作的全面总结，是教师考核学生实验成绩的主要依据。

实验报告是学生分析、归纳、总结实验数据、讨论实验结果的书面记录。

实验报告要用规定的实验报告纸书写，其内容包括：实验名称、学生姓名、班号和实验日期、课程名称、实验目的和要求、实验仪器、设备与材料、实验原理、实验步骤、实验原始记录、实验数据、计算结果、实验结果分析、讨论与心得体会。

八、考核方式与成绩评定标准1、本课程考试方法：考查2、实验成绩：预习20%、操作30%、报告30%、原始记录20%。

3、本课程最终成绩=上课表现×0.1+实验成绩×0.2+课程考试成绩×0.7各部分成绩，以等级制（优[≥90]、良[80-89]、中[70-79]、及格[60-69]、不及格[〈60]）记分。

九、推荐教材和教学参考书教材：余孟尝主编，《数字电子技术基础简明教程》第三版，高等教育出版社，20XX年参考书：《电子技术基础》（第四版），康华光编，高等教育出版社，2000年《数字电子技术基础》（第四版），阎石编，高等教育出版社，1998年十、其他说明大纲制订人：姚光顺董再秀赵亮大纲审定人：制订日期：年月日第一讲实验软件的使用一.教学目标1.了解Multisim10软件的安装步骤；2.了解Multisim10的基本操作；3.了解Multisim10中虚拟仪器仪表的使用；4.掌握利用逻辑转换仪由逻辑函数表达式求真值表、逻辑电路图等；二．重难点分析重点：利用逻辑转换仪由逻辑函数表达式求真值表、逻辑电路图等难点：无三.实验设备与器件电脑四.实验内容及过程1.Multisim 10的菜单、工具栏、元器件库、仪器仪表库、电路创建的操作方法。

主要包含有：（1）NI multisim 10的基本界面、主窗口、菜单栏、工具栏（2）NI multisim 10的元器件库（3）NI multisim 10的仪器仪表库（4）NI multisim 10的基本操作（5）电路创建的基础：元器件的操作、电路图选项的设置、导线的操作、输入/输出端（6）仪器仪表的使用：仪器仪表的基本操作、数字多用表（Multimeter）、示波器（Oscilloscope）、逻辑分析仪（Logic Analyzer）、逻辑转换仪（Logic Converter）、电压表电流表；（7）N I multisim 10的分析菜单：需用的仪器、试剂或材料等2.逻辑代数基础仿真实验（1）由逻辑函数表达式求真值表（2）由逻辑函数表达式求逻辑电路图（3）逻辑函数化简（4）由逻辑电路图求真值表和最简表达式五.实验报告实验结束，要求每个学生独立完成本次实验的实验报告。

实验报告要求包含有：1.本次实验的目的和要求；2.实践内容或原理；3.需用的仪器或材料等；4.实践步骤或环节；5.实验结果分析；6.实验过程中出现的一些问题及原因分析第二讲组合逻辑电路的设计与测试一.教学目标掌握组合逻辑电路的设计与测试二.重难点分析重点：组合逻辑电路的设计方法难点：分析功能；选择芯片设计电路三.实验设备与器件电脑四实验内容与过程1.实验原理(1)根据任务要求列出真值表;(2)通过化简得出最简逻辑函数表达式;(3)选择标准器件实现此逻辑函数。

逻辑化简是组合逻辑设计的关键步骤之一，为了使电路结构简单和使用器件较少，往往要求逻辑表达式尽可能简化。

由于实际使用时要考虑电路的工作速度和稳定可靠等因素，在较复杂的电路中，还要求逻辑清晰易懂，所以最简设计不一定是最佳的。

但一般说来，在保证速度、稳定可靠与逻辑清楚的前提下，尽量使用最少的器件，以降低成本，是逻辑设计者的任务。

组合逻辑设计过程通常是在理想情况下进行的，即假定一切器件均没有延迟效应。

但是实际上并非如此，信号通过任何导线或器件都需要一个响应时间。

例如，一般中速TTL与非门的延迟时间为10~20ns。

而且由于制造工艺上的原因，各器件的延迟时间离散性很大，往往按照理想情况设计的逻辑电路，在实际工作中有可能产生错误输出。

一个组合电路，在它的输入信号变化时，输出出现瞬时错误的现象称为组合电路的冒险现象。

2．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为“1”时，输出端才为“1”。

由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式Z=ABC+BCD+ACD+ABD=ABC·BCD·ACD·ABC根据逻辑表达式画出用“与非门”构成的逻辑电路如图所示。

3.设计一个保险箱的数字代码锁，该锁有规定的4位代码A1，A2，A3，A4的输入端和一个开箱钥匙孔信号E的输入端，锁的代码由实验者自编（例如1011）。

当用钥匙开箱时（E=1），如果输入代码符合规定代码，保险箱被打开（Z1=1），如果不符合，电路将发出报警信号（Z2=1）。

要求使用最少数量的与非门实现电路，检测并记录实验结果。

提示：实验时锁被打开或报警可以分别使用两个发光二极管指示电路显示示意。

除不同代码需要使用的反相器外，最简设计仅需使用5个与非门。

Z1=A1A2A3A4 * EZ2=A1A2A3A4 * E五.实验报告实验结束，要求每个学生独立完成本次实验的实验报告。

实验报告要求包含有：1.本次实验的目的和要求；2.实践内容或原理；3.需用的仪器或材料等；4.实践步骤或环节；5.实验结果分析；6.实验过程中出现的一些问题及原因分析第三讲MSI组合功能件的应用一、教学目标1.掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能及使用方法；2.学习用数据选择器构成组合逻辑电路二、重难点分析重点：中规模集成数据选择器的逻辑功能及使用方法、学习用数据选择器构成组合逻辑电路难点：学习用数据选择器构成组合逻辑电路三、实验设备与仪器电脑四、实验内容和过程⒈实验原理(1)74LS153:一个双4选1数据选择器。

其中D0、D1、D2、D3为4个数据输入端；Y 为输出端；S是使能端。

在S =0时使能，在S =1时Y=0；A1、A0是器件中两个选择器公用的地址输入端。

该器件的逻辑表达式为)(301201101001D A A D A A D A A D A A S Y +++=表 3-1 74LS153功能表控制输入 输出A 1 A 0 SY × × 1 0 0 0 0 D 0 0 1 0 D 1 1 0 0 D 2 11D 3数据选择器是一种通用性很强的功能件，它的功能很容易得到扩展。

①4选1数据选择器经组合很容易实现8选1选择器功能。

②使用数据选择器进行逻辑函数电路设计的。

2．74LS151：8 选1 数据选择器74LS151：3．数据选择器的应用——实现逻辑函数用8 选1 数据选择器74LS151 实现逻辑函数Y = ABC + ABC + AB4．测试数据选择器74LS151的逻辑功能按74LS151功能表逐项进行测试，记录测试结果。

图3-1 74LS153逻辑符号5．用双4选1数据选择器74LS153实现8选1和全加器⑴写出设计过程⑵画出连接线图6．利用一个4选一数据选择器和最少数量的与非门，设计一个符合输血---受血规则的4输入1输出电路。

检测所设计电路的逻辑功能。

五．实验报告实验内容进行设计、写出设计全过程，画出接线图，进行逻辑功能测试，总结实验收获、体会。

第四讲译码和显示电路一、教学目标1．掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法；2．熟悉数码管的使用二、重难点分析重点：中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法、数码管的使用难点：数码管的使用三、实验设备与仪器电脑四、实验内容与过程1.基本原理显示译码器和数码管种类繁多，这里仅对实验中使用的BCD输入的4线—七段译码器和七段发光二极管数码管的使用方法作简要介绍。

并介绍3种译码显示组合器件。

（1）七段发光二极管（LED）数码管七段LED数码管有共阴型和共阳型两类。

实验中使用共阴型数码管，它的图形符号和内部电路图如图所示。

要求配用相应的译码/驱动器。

小型数码管的每段发光二极管的正向压降，随显示光的颜色不同略有区别，通常约为2V，电亮电流在5~10mA。

图所示为一个由3位十进制数组成的译码显示电路的连线图，由于百位的译码器I=0，若此位读数是0时，将不显示字符，并且是Y BR输出为0，图中可见，百位的Y BR BR端与十位的I BR端相连，因而在百位处于灭0状态时，十位也具有灭0功能。

例如，电路的读数是005，由于采取了灭0的连接，故数码管仅显示最低位一个5字。