数字逻辑实验指导书

数字电路是一门对实践性要求很强的专业课程，数字电路实验是一门验证

理论、巩固所学知识、根据所学知识进行简单应用的课程。实验操作有助于对

课程理论的掌握和理解，要求学生完成本课程后，能基本上验证基本数字逻辑

电路及器件的功能，能够独立的分析和设计基本的电路。为了实现这一目的，

要求在课程学习期间完成6-8个实验，实验应与课堂教学同步完成，具体内容

和要求见正文。

为了突出软件学院的特点，我院学生实验以虚拟实验为主，实施电路实验

采用实验室开放验证的方式。使用的虚拟实验软件是海军航空工程学院青岛分

院开发的《电工电子网上虚拟实验室》。

在整编本讲义过程中，得到了杨发宝、杨建庭等老师的多处指正，但是由

于时间仓促的原因，本实验讲义还是较为粗糙，在科学性、内容、文字等方面

还有诸多不够完善之处，请读者在使用过程中指出，以便在下次印刷时更正。

参考资料：

《数字电子技术基础（第四版）》高等教育出版社阎石

《数字逻辑 PPT课件》西安交通大学毛文林

《电工电子网上虚拟实验室》海军航空工程学院青岛学院

冷洪勇

2006.3.28

实验一基本逻辑门电路的逻辑功能测试------------------------------3 实验二组合逻辑电路的分析与设计----------------------------------6 实验三集成触发器------------------------------------------------9 实验四计数译码显示电路------------------------------------------13 实验五数据选择器------------------------------------------------18 实验六自激多谐振荡器--------------------------------------------20 实验七单稳与史密特触发器----------------------------------------23 实验八数/模模/数转换------------------------------------------29 实验九 555型集成时基电路----------------------------------------33 附录一数字电路仿真实验环境的操作指南----------------------------38 附录二实验使用相关芯片管脚定义图及功能真值表--------------------41

实验一基本门电路的逻辑功能测试

实验目的

1、掌握TTL、CMOS集成门电路逻辑功能和主要参数的测试方法。

2、熟悉数字电路实验箱的结构、功能和使用方法。

实验原理

1、与非门的逻辑功能

图1-1 Q=AB 表1-1 Q=AB

2、或非门的逻辑功能

图1-2 Q=A+B 表1-2 Q=A+B

3、三态门的逻辑功能

图1-3 三态门表1-3 三态门

4、使用TTL集成电路应注意以下几点：

(1)插接集成块时，要认清定位标志。

(2)电源电压5±0.5V，极性不能反。

(3)对与非门，为提高驱动输入端可以并联。

(4)输出端不能并联（三态输出除外），不能直接接+5V或地。

实验步骤

1、验证TTL集成与非门74LS20的逻辑功能

例：74LS20引线图及逻辑关系如图所示。任选一门，将四输入端A、B、C、D 分别接至逻辑开关S1~S4，输出端Q接至状态显示发光二极管LED。按表要求，

改变A、B、C、D逻辑状态，观察输出端Q的显示状态，填入表中并写出逻辑表达式。同样可以测试另一与非门的逻辑功能。

图1-4 74ls20管教定义图表1-4 74ls20真值表

2、观察与非门、与门、或非门对脉冲的控制作用

选用与非门按下图接线，将一个输入端接连续脉冲源（频率为20KHz），用示波器观察两种电路的输出波形，记录之。然后测定"与门"和"或非门"对连续脉冲的控制作用。

图1-5 逻辑门电路对脉冲的控制

3、利用与非门组成其它逻辑门

实验报告要求

1、列表记录万用表测得数值

2、记录示波器显示的图像

3、记录各集成逻辑门电路芯片逻辑功能及真值表

4、完成此次实验的心得体会

思考

1、将逻辑门芯片部分输入管脚悬空，测试输出结果，联系相关理论分析。

2、假如用基本门电路实现数字密码锁，考虑如何设计。

附：实验相关逻辑电路图 (EWB)

74LS00D

Y

U1A

74LS04D

A

Y

图1-6-1 Y=A

Y

U1A

74LS08D

A B

Y

图1-6-2 Y=AB

74LS00D

Y

U1A

74LS32D

A B

Y

图1-6-3 Y=A+B

Y

U1A

74LS86D

A B

Y

图1-6-4 Y=A ○

+B

实验二组合逻辑电路的分析与设计

实验目的

1、掌握组合电路的测试分析及设计方法；

2、用基本门电路搭建半加器、全加器，并测试其逻辑功能；

3、了解集成二进制全加器的逻辑功能并利用其组成二位二进制全加器。使用芯片

74ls04、74ls02、74ls86、74ls138、74ls183

实验原理

（一）组合逻辑电路分析

电路分析的目的：根据给定电路，分析该电路输出与输入之间的逻辑关系，得出电路的逻辑功能的描述，进而评估此电路的性能，还可进一步改进电路。

分析的一般步骤：

图2-1 组合逻辑电路分析一般步骤

分析的一般方法：

1、穷举法

穷举法的结果是真值表。即列出n个输入变量的所有2n个输入组合，并根据每一个输入组合决定所有门的输出，逐级推出电路的输出，得到真值表。

2、逻辑代数法

根据电路逐级写出各门的输出表达式，直至写出整个电路的输出逻辑表达式。

3、利用摩根定律分析

若电路采用与非门和或非门实现，函数表达式需要反复应用摩根定律简化，再进行逻辑分析

4、卡诺图化简法

利用卡诺图化简函数，通过函数表达式或真值表分析其逻辑功能。

（二）组合逻辑电路的设计

目的：根据要实现的逻辑功能，利用逻辑代数方法实现逻辑电路

要求：电路用最少的逻辑门（集成块）、最少的输入端数。

使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。设计组合电路的一般步骤如下图所示。