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九个数字电路的基础实验,包括了常用集成门电路逻辑功能测试及其应用、组合逻辑电...

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九个数字电路的基础实验,包括了常用集成门电路逻辑功能测试及其应用、组合逻辑电路功能分析与设计编码器、译码器及应用电路设计、用译码器实现组合逻辑电路、数据选择器逻辑功能测试及应用、触发器逻辑功能测试及应用等

数字电路实验基本知识
一、数字集成电路封装
中、小规模数字IC中最常用的是TTL电路和CMOS电路。TTL器件型号以74(或54)作前缀,称为74/54系列,如74LS10、74F181、54S86等。中、小规模CMOS数字集成电路主要是4XXX/45XX(X代表0—9的数字)系列,高速CMOS电路HC(74HC系列),与TTL兼容的高速CMOS电路HCT(74HCT系列)。TTL电路与CMOS电路各有优缺点,TTL速度高,CMOS电路功耗小、电源范围大、抗扰能力强。由于TTL电路在世界范围内应用极广,在数字电路教学实验中,我们主要使用TTL74系列电路作为实验用器件,采用单一作为供电电源。
数字IC器件有多+5V种封装形式。为了教学实验方便,实验中所用的74系列器件封装选用双列直插式。图1是双列直插封装的正面示意图。双列直插封装有以下特点:
           
图1 双列直插式封装图                    图2 PLCC封装图

1.从正面(上面)看,器件一端有一个半圆的缺口,这是正方向的标志。缺口左边的引脚为1,引脚号按逆时针方向增加。图1中的数字表示引脚号。双列直插封装IC引脚数有14、16、20、24、28等若干种。
2.双列直插器件有两列引脚。引脚之间的间距是2.54毫米。两列引脚之间的距离有宽(15.24毫米)、窄(7.62毫米)两种。两列引脚之间的距离能够少做改变,引脚间距不能改变。将器件插入实验台上的插座中去或者从插座中拔出时要小心,不要将器件引脚搞弯或折断。
3. 74系列器件一般左下角的最后一个引脚是GND,右上角的引脚是VCC。例如,14引脚器件引脚7是GND,引脚14是VCC;20引脚器件引脚10是GND,引脚20是VCC。但也有一些例外,例如16引脚的双JK触发器74LS76,引脚13(不是引脚8)是GND,引脚5(不是引脚16)是VCC。所以使用集成电路器件时要看清它的引脚图,找对电源和地,避免因接线错误造成器件损坏。

二、数字电路测试及故障查找、排除
设计好一个数字电路后,要对其进行测试,以验证设计是否正确。测试过程中,发现问题要分析原因,找出故障所在,并解决它。数字电路实验也遵循这些原则。
1.数字电路测试
数字电路测试大体上分为静态测试和动态测试两部分。静态测试指的是,给定数字电路若干组静态输入值,测试数字电路的输出值是否正确。数字电路设计好后,在实验台上连接成一个完整的线路。把线路的输入接电平开关输出端,线路的输出接电平指示灯,按功能表或状态表的要求,改变输入状态,观察输入和输出之间的关系是否符合设计要求。静态测试是检查设计是否正确,接线是否无误的重要一步。
在静态测试基础上,按设计要求在输入端加脉冲信号,观察输出端波形是否符合设计要求,这是动态测试。有些数字电路只需进行静态测试即可,有些数字电路则必须进行动态测试。一般地说,时序电路应进行动态测试。
2.数字电路的故障查找和排除
在数字电路实验中,出现问题是难免的。重要的是分析问题,找出出现问题的原因,从而解决它。一般地说,有四个方面的原因产生问题(故障):器件故障、接线错误、设计错误和测试方法不正确。在查找故障过程中,首先要熟悉经常发生的典型故障。
(1)器件故障
器件故障是器件失效或器件接插问题引起的故障,表现为器件工作不正常。不言而喻,器件失效肯定会引起工作不正常,这需要更换一个好器件。器件接插问题,如管脚折断或者器件的某个(或某些)引脚没插到插座中等,也会使器件工作不正常。对于器件接插错误有时不易发现,需仔细检查。判断器件失效的方法是用集成电路测试仪测试器件。需要指出的是,一般的集成电路测试仪只能检测器件的某些静态特性。对负载能力等静态特性和上升沿、下降沿、延迟时间等动态特性,一般的集成电路测试仪不能测试。测试器件的这些参数,须使用专门的集成电路测试仪。
(2)接线错误
接线错误是最常见的错误。据有人统计,在教学实验中,大约百分之七十以上的故障是由接线错误引起的。常见的接线错误包括忘记接器件的电源和地;连线与插孔接触不良;连线经多次使用后,有可能外面塑料包皮完好,但内部线断;连线多接、漏接、错接;连线过长、过乱造成干扰。接线错误造成的现象多种多样,例如器件的某个功能块不工作或工作不正常,器件不工作或发热,电路中一部分工作状态不稳定等。解决方法大致包括:熟悉所用器件的功能及其引脚号,知道器件每个引脚的功能;器件的电源和地一定要接对、接好;检查连线和插孔接触是否良好;检查连线有无错接、多接、漏接;检查连线中有无断线。最重要的是接线前要画出接线图,按图接线,不要凭记忆随想随接;接线要规范、整齐,尽量走直线、短线,以免引起干扰。
(3)设计错误
设计错误自然会造成与预想的结果不一致。原因是对实验要求没有吃透,或者是对所用器件的原理没有掌握。因此实验前一定要理解实验要求,掌握实验线路原理,精心设计。初始设计完成后一般应对设计进行优化。最后画好逻辑图及接线图。
(4)测试方法不正确
如果不发生前面所述三种错误,实验一般会成功。但有时测试方法不正确也会引起观测错误。例如,一个稳定的波形,如果用示波器观测,而示波器没有同步,则造成波形不稳的假象。因此要学会正确使用所用仪器、仪表。在数字电路中,尤其要学会正确使用示波器。在对数字电路测试过程中,由于测试仪器、仪表加到被测电路上后,对被测电路相当与一个负载,因此测试过程中也有可能引起电路本身工作状态的改变,这点应引起注意。不过,在数字电路实验中,这种现象很少发生。
当实验中发现结果与预期不一致时,千万不要慌乱。应仔细观测现象,冷静思考问题所在。首先检查仪器、仪表的使用是否正确。在正确使用仪器、仪表的前提下,按逻辑图和接线图逐级查找问题出现在何处。通常从发现问题的地方,一级一级向前测试,直到找出故障的初始发生位置。在故障的初始位置处,首先检查连线是否正确。前面已说过,实验故障绝大部分是由接线错误引起的,因此检查一定要认真、仔细。确认接线无误后,检查器件引脚是否全部正确插进插座中,有无引脚折断、弯曲、错插问题。确认无上述问题后,取下器件测试,以检查器件好坏、或者直接换一个好器件。如果器件和接线都正确,则需考虑设计问题。

实验一   常用集成门电路逻辑功能测试及其应用

实验目的:

1、掌握集成门电路的逻辑功能、逻辑符号和逻辑表达式;

2、了解逻辑电平开关和逻辑电平显示的工作原理;

3、学会验证集成门电路的逻辑功能;

4、掌握集成门电路逻辑功能的转换;

5、学会连接简单的组合逻辑电路。

二、实验原理:

1、功能测试

(1).TTL集成门电路的工作电压:+5V

(2).TTL集成门引脚识别方法:从正面(上面)看,器件一端有一个半圆的缺口,这是正方向的标志。缺口左边的引脚为1,引脚号按逆时针方向增加。

(3).TTL集成门电路管脚识别示意图及各个引脚的功能 (74LS00、74LS04、74LS08、74LS32)

                              
图1 双列直插式封装图                         图2 PLCC封装图
74系列器件一般左下角的最后一个引脚是GND,右上角的引脚是VCC。例如,14引脚器件引脚7是GND,引脚14是VCC;20引脚器件引脚10是GND,引脚20是VCC。但也有一些例外,例如16引脚的双JK触发器74LS76,引脚13(不是引脚8)是GND,引脚5(不是引脚16)是VCC。所以使用集成电路器件时要看清它的引脚图,找对电源和地,避免因接线错误造成器件损坏。
2、功能应用            
(1).常用门电路的逻辑表达式:
与门:Y=AB 或门:Y=A+B  非门:Y=A▔

(2).逻辑代数基本定理:

     1:0 ?0=0 ?1=0   1 ?1=1   0+0=0   0+1=1+0=1+1=1   1▔=0   0▔=1

0-1率:A+0=0   A+1=1  A?0=0?A=0   A?1=1

互补率:A+A▔=1    A ?A▔=0            重叠率:A+A=A     A ?A=A

还原率:A▔▔=A           交换律:A+B=B+A   A ?B=B ?A

结合律:A+(B+C)=(A+B)+C=(A+C)=B   A ?(B ?C)=(A ?B) ?C=(A ?C) ?B

分配率:A ?(B+C)=A ?B=A ?C  A+B ?C=(A+B) ?(A+C)

吸收率:A+AB=A   A(A+B)=A  A+A▔B=A+B   A(A▔+B)=AB

反演率:(A+B)▔=A▔?B▔     (A?B) ▔= A▔+B▔

包含率:AB+A▔C+BC=AB+A▔C      (A+B)(A▔+C)(B+C)=(A+B)(A▔+C)

(3)、简单组合逻辑电路的连接注意事项:

     简单组合逻辑电路的连接注意事项:熟悉所用器件的功能及其引脚号,知道器件每个引脚的功能;器件的电源和地一定要接对、 接好;检查连线和插孔接触是否良好;检查连线有无错接、多接、漏接;  检查连线中有无断线。最重要的是接线前要画出接线图,按图接线,  不要凭记忆随想随接;接线要规范、整齐,尽量走直线、短线,  以免引起干扰。

三、实验仪器设备及器材:

    集成块:74LS00、74LS04、74LS08、74LS32、

四、实验内容与步骤:

(一)功能测试

1、集成门电路逻辑功能测试:         

(1)、集成门的逻辑功能测试

a|、电路图:


b、测试结果:


(二)功能应用
1.用与非门实现非门;
输入
输出
逻辑表达
VCC
0
1
VCC
1
0
  电路图:


输入
输出
逻辑表达
0
0
0
=A+B
0
1
1
1
0
1
1
1
1
2.用非门和与非门实现或门;
电路图:
         
输入
输出
逻辑表达
0
0
0
  =A+B
0
1
0
1
0
0
1
1
1
3.用与非门和与非门实现或门;
电路图:
输入
输出
逻辑表达
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
4.用非门和与门实现同或门;
电路图:
输入
输出
逻辑表达
0
0
0
0



Y=

0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
5.用74LS00和74LS08实现逻辑函数表达式:Y=
电路图:

五、实验总结和体会:

1、做实验时一定要看清实验要求,按步骤做,一定要仔细。

2、这次实验让我知道了各类芯片的组成与原理,知道了与门、或门、非门之间的相互作用。

3、仿真时可以不用连线直接编号,让电路图看起来整洁而且方便。


实验组合逻辑电路功能分析
  •          实验目的:

1、了解组合逻辑电路的特点;

2、掌握组合逻辑电路功能的分析方法;

3、学会组合逻辑电路的连接方法;

4、掌握组合逻辑电路的设计方法。

二、实验原理:

1、组合逻辑电路的特点:

任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入,与电路原来的状态无关,电路无记忆功能。

2、组合逻辑电路的分析方法:

1. 根据给定的组合逻辑电路,逐级写出逻辑函数表达式;

    2. 化简得到最简表达式;

3. 列出电路的真值表;

4. 确定电路能完成的逻辑功能

3、组合逻辑电路的设计步骤:

1.仔细分析设计要求,确定输入、输出变量。

2.对输入和输出变量赋予0、1值,并根据输入输出之间的因果关系,列出输入输出对应关系表,即真值表。

3.根据真值表填卡诺图,写输出逻辑函数表达式的适当形式。

4.画出逻辑电路图。

三、实验器件

集成块:74LS00、74LS04、74LS08、74LS32

四、实验内容:

   (一)、组合逻辑电路功能分析

分析图4-1所示电路的逻辑功能:

1.根据电路图得出表达式

2.真值表如下

输入
输出
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1

3.由上可得:此电路的逻辑功能相当于同或门,即“输入相同出1,输入不同出0”
(二)、组合逻辑电路设计根据组合逻辑电路的设计步骤,分别写出各个组合逻辑电路的设计步骤。)
1、设计一个举重裁判表决器。设举重比赛有三个裁判,一个主裁判和两个副裁判。杠铃完全举上的裁决由每一个裁判按一下自己面前的按钮来确定。只有当两个或两个以上裁判(其中必须有主裁判)判明成功时,表示“成功”的灯才亮。(要求用与非门实现)
解:设三个裁判分别为A、B、C,Y表示输出,成功,1表示成功,0表示失败。
  • 真值表如下
输入
输出
A
B
C
Y
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1

  • 函数表达式

  • 逻辑电路图如下所示

2、某设备有开关A、B、C,要求仅在开关A接通的条件下,开关B才能接通;开关C仅在开关B接通的条件下才能接通。违反这一规程,则发出报警信号。设计一个由与非门组成的能实现这一功能的报警控制电路。(要求用与非门实现)

解:设开关接通为1,未接通为0;输出信号为Y,报警为1 ,不报警为0。

  • 真值表如下
输入
输出
A
B
C
Y
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
0

  • 函数表达式
  • 逻辑电路图如下所示
3、设计全减器,(要求用与非门实现)

解:1.分析如下:可用集成译码器74LS138和与非门实现

2.真值表如下:其中Ai和Bi表示二进制数的第i位,Ci表示本位最终运算结果,即就是低位向本位借位或本位向高位借位之后的最终结果,Di-1表示低位是否向本位借位,Di表示本位是否向高位借位。


Ai
Bi
Di-1
Ci
Di
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
  • 逻辑电路图如下所示
五、实验总结与体会:

1、了解了全加器和全减器的原理。

2、更了解了逻辑电路的功能。



实验三  编码器、译码器及应用电路设计

一、实验目的:

  •        掌握中规模集成编码器、译码器的逻辑功能测试和使用方法
  •        学会编码器、译码器应用电路设计的方法;
  •        熟悉译码显示电路的工作原理。

二、实验原理:            

1、什么是编码:

              用文字、符号、或者数字表示特定对象的过程称为编码

2、编码器74LS147的特点及引脚排列图:

  •        什么是译码:

   译码是编码的逆过程,把给定的代码进行“翻译”,变成相应的状态,使输出通道中相应的一路有信号输出。

  译码器按照功能的不同,一般分为三类:

二进制译码器、二—十进制译码器、显示译码器。

  • 变量译码器

74LS138的特点及其引脚排列图:

74LS138的特点反码输出,

ABC:地址输入端,

Y0—Y7:输出端,

G1、G2A’、G2B’:使能端,只有当G1=G2A’

=G2B’=1时,译码器才工作。

  • 码制变换译码器:

译码器74LS42的特点及其引脚排列

译码器74LS42的特点是能将8421BCD码译成10个对象,

它有四个输入端,十个输出端。

(3)数码显示与七段译码驱动器:

a、七段发光二极管数码显示管的特点:(共阴极)

b、七段译码驱动器:

此类译码器型号由74LS247(共阳)、74LS248(共阴)、CC4511(共阴)等,本实验采用CC4511BCD码来驱动共阴数码管。图6-5为CC4511引脚图:

4、在本数字电路实验装置上已完成了译码器74LS48和数码管之间的连接图。
三、实验器件:集成块:74LS147  74LS138   74LS42  

四、实验内容与步骤:

  • 74LS147编码器逻辑功能试:
  • 将编码器9个输入端各接一根导线,来改变输入端的状态,4个输入端依次从高到低Q3-Q0显示,在各输入端输入有效电平,观察并记录电路输入与输出的对应关系,以及当几个输入同时为有效电平编码器的优先级别关系。
输                         入
输          出
I9
I8
I7
I6
I5
I4
I3
I2
I1
Q3
Q2
Q1
Q0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
X
X
X
X
X
X
X
X
0
1
1
0
1
0
X
X
X
X
X
X
X
0
1
1
1
1
1
0
X
X
X
X
X
X
1
0
0
0
1
1
1
0
X
X
X
X
X
1
0
0
1
1
1
1
1
0
X
X
X
X
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
X
X
X
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
X
X
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
X
1
1
0
1

2、274LS138 译码器逻辑功能测试:
将译码器的使能端 输入端、分别接到逻辑电平开关上,八个输出端依次连接在逻辑电平显示上,改变输入端的状态组合,观察输出端的变化,并将实验结果记录下表:
输        入
输            出
A2
A1
A0
Y7
Y6
Y5
Y4
Y3
Y2
Y1
Y0
0
1
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
1
X
0
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1

0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1

3、74LS47译码器逻辑功能测试:
4、编码器、译码器和显示器三者之间的联接:
5、用两片74LS138组合成一个4-16线的译码器,并进行实验。

五、实验报告结果进行分析、讨论。

1.了解译码,编码的概念;译码和编码互为逆过程;

2.74LS147是优先编码器,当输入端有两个或两个以上为低电平,它将对优先级别相对较高的优先编码;

3.74LS138: Y0 -Y7 是输出端,G1、G2A’、G2B' 为使能端,只有当G1=G2A’=G2B’=1时,译码器才工作

4了解共阴、共阳和数码管的接法;




实验四用译码器实现组合逻辑电路

一、实验目的:学会用译码器实现组合逻辑电路

二、实验原理:

用译码器加上门电路的方法,来实现较复杂的组合逻辑电路,简单方便。本实验主要使用的译码器是74LS138。对门电路的选择以与非门居多。

72LS138译码器的功能特点:

1.译码器的工作条件:只有当使能端G1=G2A’=G2B’=1时,译码器才工作。                       

2、译码器实现函数所用门电路的特点:

                                      

三、实验仪器及器材:

集成块:74LS138    74LS42    74LS20    74LS08

四、实验内容与步骤:(要求写出各电路的设计步骤,并画出实验电路图。)

1、设计一个三变量,判断奇数个“1”的电路(要求用译码器和与非门实现)。
解:设三个输入变量分别为A、B、C,输出变量为Y,输入有奇数个1输出1,否则输出0
输入
输出
A
B
C
Y
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
  • 真值表如下

  • 函数表达式
  • 逻辑电路图如下所示
2、某工厂有A、B、C三台设备,A、B的功率均为10W,C的功率为20W,这些设备由和两台发电机供电,两台发电机的最大输出功率分别为10W和30W,要求设计一个逻辑电路以最节约能源的方式启、停发电机,来控制三台设备的运转、停止(要求用译码器和与非门、与门实现)。
解:设三个输入变量分别为A、B、C,输出变量为D、E
1.真值表如下
A
B
C
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1

  • 函数表达式
  • 逻辑电路图如下所示
3、设计一个全加器(要求用译码器和与非门实现)。
输入
输出
A
B
C
Y1
Y2
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
解:1.真值表如下

2.逻辑电路如下所示

五、实验体会:通过与“实验三”实现组合逻辑电路的方法的比较,写出使用自己的体会。

译码是编码的逆过程。它的功能是将具有特定含义的二进制码转换成对应的输出信号

1


实验五 数选择器逻辑功能测试及应用

  •          实验目的:

1、掌握集成数据选择器的逻辑功能及使用方法;

2、学会用数据选择器实现组合逻辑电路的方法。

二、实验原理:

数据选择器的芯片种类很多,常用的2选1、4选1、8选1、16选1、32选1等。本实验使用的是8选1 数据选择器74LS151。

用数据选择器实现逻                            辑函数表达式有两种常用的方法:

数据选择器又叫“多路开关”。 数据选择器在地址控制端(或叫选择控制)的控制下,从多个数据输入通道中选择其中一通道的数据传输至输出端。

工作条件:

:接低电平     Y:输出端

A、B、C:地址输入端

D0-D7:辅助输入端

W:扩展端

    图5—1数据选择器74LS151引脚排列

三、实验仪器及器材:

实验仪器设备:D2H+型数字电路实验箱

集成块:74LS151  74LS153  74LS04

四、实验内容与步骤:(写出用数据选择器实现逻辑函数设计过程、画出接线图)

1、测试数据选择器74LS151的逻辑功能:

E

C

B

A

Y

1

X

X

X

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1


2、用数据选择器74LS151实现逻辑函数:

解:74LS151的表达式为

   

  因为

  所以有:

   

  电路图如下所示

  • 用数据选择器74LS153实现逻辑函数:

解:

故:D0=D3=0,D1=D2=1

1E
3
4
5
6
A
B
Y
0
0
0
X
0
0
0
1
0
0
1
X
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1

五、实验收获、体会:

数据选择是指经过选择,把多路数据的某一路数据传送到公共数据线上,实现数据选择功能的逻辑电路。它的作用相当于多个输入的单刀多掷开关。




实验六   触发器逻辑功能测试及应用

一、实验目的:

1、掌握基本RS、JK、D、T和T′触发器的逻辑功能;

2、学会验证集成触发器的逻辑功能及使用方法;

3、熟悉触发器之间相互转换的方法。

二、实验原理:

触发器:根据触发器的逻辑功能的不同,又可分为:

三、实验仪器与器件:

实验仪器设备:D2H+型数字电路实验箱。

集成块:74LS112   74LS74    74LS04    74LS08   74LS02    74LS86

四、实验内容与步骤:

1、基本RS触发器逻辑功能的测试:

  
(约束条件)
状态图为:
    S
R
Qn
Qn+1
0
0
0
X
0
0
1
X
0
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1

电路图为:

2、JK触发器逻辑功能测试:

状态图为:
J
K
Qn
Qn+1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0

电路图为:

3、D触发器逻辑功能测试:

(1)异步输入端功能测试:

S
R
Qn
Qn+1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
不定
0
0
1
不定


  • D触发器逻辑功能测试:   
  • D
Qn
Qn+1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
1
1
1

   

4、不同类型时钟触发器间的转换:

JK转换为D触发器:D转换为JK 触发器:

D转换为JK 触发器:

JK转换为T触发器:T转换为JK触发器:

JK转换为RS触发器:RS转换为JK触发器:

五、实验体会与要求:

    1、根据实验结果,写出各个触发器的真值表。

2、试比较各个触发器有何不同?

3、写出不同类型时钟触发器间的转换过程。




实验七  时序逻辑电路的测试
  •          实验目的:

1、熟悉时序逻辑电路的分析方法。

2、掌握时序逻辑电路的测试方法。

二、实验原理:

   简述时序逻辑电路的分析方法:

根据时序逻辑电路分析步骤,得出电路的逻辑功能,进行测试。在时钟信号输入端加入合适的脉冲信号,然后观察各单元部件之间的配合是否满足要求,将实验现象和理论分析结果进行比较。

例如,图10—2是4位二进制异步加法计数器的测试,

图10—1 实验电路图   图10—2  实验电路图       图10—3 实验电路图

可以采用以下几种方法:

(1)用示波器观察波形。在计数器的CP端加入时钟脉冲信号,然后用示波器分别测试脉冲信号CP的波形及计数器的输出端Q3、Q2、Q1、Q0的波形。

(2)用数码管显示。 在计数器的CP端加入时钟脉冲信号,将计数器的输出端接至字符显示译码器,由数码管可以显示出计数器CP端输入脉冲的个数。

(3)用0—1显示器显示二进制数。在计数器的CP端加入时钟脉冲信号,然后用0—1显示器观察计数器的输出端Q3、Q2、Q1、Q0状态的变化。

三、实验仪器及器材:

实验仪器设备:DGJ—2型电工技术实验装置 (D71—2数电实验挂箱)

集成块:74LS112   74LS74    74LS00

四、实验内容与步骤:

(1)根据图10—1连接电路,然后分别用“实验原理”介绍的方法对该电路进行测试,并画出电路的工作波形、状态表,描述电路的逻辑功能。

(2)根据图10—2连接电路,然后分别用“实验原理”介绍的方法对该电路进行测试,并画出电路的工作波形、状态表,描述电路的逻辑功能。

(3)根据图10—3连接电路,然后分别用“实验原理”介绍的方法对该电路进行测试,并画出电路的工作波形、状态表,描述电路的逻辑功能。

五、实验报告要求

   1、分析实验中各个电路的工作波形、状态表,弄清各个实验电路的逻辑功能及工作特点。

   2、分别画出各个电路的状态转换图和时序图。

六、写出实验体会

实验八  移位寄存器逻辑功能测试及应用
  •          实验目的:

1、掌握中规模4位双向移位寄存器逻辑功能及使用方法;

2、熟悉移位寄存器的应用——构成环形计数器和实现数据的串行、并行转换。

二、实验原理:

   移位寄存器是一个具有移位功能的寄存器,是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器,只需要改变左、右移的控制信号便可实现双向移位要求。本实验选用的4位双向移位寄存器,型号为74LS194,其引脚排列如图11—1所示。

   移位寄存器不仅可以组成串行—并行数码转换器,还可以方便地组成移位寄存器型计数器、脉冲分配器等电路。常用的移位寄存器有环行计数器和扭环型计数器。

图11—1   74LS194引脚排列及功能

三、实验仪器及器材:

实验仪器设备:DGJ—2型电工技术实验装置 (D71—2数电实验挂箱)

集成块:74LS194   74LS04

四、实验内容与步骤:

1、验证移位寄存器74LS194的逻辑功能:

    计数脉冲由单次脉冲源提供,清零端、工作状态控制端M1 M2、并行数据输入端D0—D3、DSL为左移串行数据输入端、DSR右移串行数据输入端分别接逻辑电平开关,输出端Q0—Q3均接逻辑电平显示。按如下逐项测试并判断该集成块的功能是否正常。

  (1)异步清零功能:当=0时,这时Q3Q2Q1Q0=0000,双向移位寄存器清零。其它输入信号都不起作用,与CP无关,故称为异步清零。

   (2)保持功能:当=1,且CP=0或M1 =M2=0时,双向移位寄存器保持状态不变。

(3) 同步并行送数功能:当=1,M1 =M2=1时,在CP上升沿操作下,并行输入数据d3 d2 d1 d0送入寄存器。

(4)右移串行送数功能:当=1,M1 =0、M2=1时,在CP上升沿操作下,可依次把加在端的数据从时钟触发器    行送入寄存器中。

(5)左移串行送数功能:当=1,M1 =1、M2=0时,在CP上升沿操作下,可依次把加在DSL端的数据从时钟触发器串行送入寄存器中。


Cr
S2
S1
CP
Sr
S1
D0
D1
D2
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
清零
0
X
X
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
保持
1
1
0
0
X
X
X
X
X
X
X
Q0
Q1
Q2
Q3
送数
1
1
1
X
X
D0
D1
D2
D3
D0
D1
D2
D3
右移
1
1
0
0
1
1
X
X
0
X
X
X
X
0
1
Q0
Q0
Q1Q1
Q2
Q2
左移
1
1
1
1
0
0
0
1
X
X

X
X
X
Q1
Q1
Q2
Q2
Q3
Q3
0
1

2、用74LS194构成环行计数器,画出实验电路图及其状态图,并陈述电路功能。

  • 用74LS194构成扭环行计数器,画出实验电路图及其状态图,并陈述电路功能。

状态图为:
1000 ←0000← 0001 ←0011
↓                   ↑
1100→ 1110 →1111 →0111

1001 ← 0100 ←1010 ←1101
↑                     ↓
0010 ←0101← 1011 ←0110

五、实验报告要求

  整理实验数据,总结本次实验的收获与体会。

只要将寄存器最高位的输出接至最低位的输入,或将最低位的输出接至最高位的输入,就可以实现环形移位寄存器。




实验九  术运算电路设计
一、实验目的:
  • 掌握中规模集成加法器的逻辑功能和使用方法;
  • 学会使用二进制中规模集成加法器设计十进制加法运算电路
  • 使用全加器电路实现全减器运算。
二、实验原理:
1、中规模集成加法器74X83的逻辑功能;
2、一位BCD码相加的电路如图1所示

二位二进制BCD码数字相加参考电路图如图2所示

三、实验内容
1、设计两位BCD码相加,和为BCD码输出的算术运算电路
2、设计输出为原码的4位减法运算逻辑图
设计提示:
n位二制的原码为N,则与它相对应的2 的补
补码与反码的关系式
设两个数AB相减,利用以上两式可得:
因此,在实际应用中,通常是将减法运算变为加法运算来处理,即采用加补码的方法完成减法运算。
参考电路如图3
四、你的设计过程:(包括分析过程,推到过程,器件功能与选择等)


1、全加器

两位8421BCD码相加,个位如果不需要进位则为其结果,个位如果需要进位则将个位的进位输入到十位即完成。电路图如下所示:


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