数字电路实验指导书(第一版整理)

实验项目总表序号实验项目名称实验次序项目类别项目类型1集成逻辑门的逻辑功能测试1综合必做2组合逻辑电路的设计与测试2综合必做3译码器及其应用3综合必做4数据选择器及其应用4综合必做5触发器及其应用5综合必做实验一门电路逻辑功能测试一、实验目的1．掌握基本门电路逻辑功能测试方法。2．掌握Multisim元器件库中查找常用元件的方法。二、实验设备及元器件1.PC人计算机及仿真软件Multisim。2.虚拟元件：与非门7400N、74LS04N、异或门7486N、三态门74LS125N。3.虚拟仪器：万用表XMM1、信号发生器XFG1、测量元件中的指示灯X1等。三、实验原理TTL集成电路的输入端和输出端均为三极管结构，所以称作三极管、三极管逻辑电路（Transistor-TransistorLogic）简称TTL电路。54系列的TTL电路和74系列的TTL电路具有完全相同的电路结构和电气性能参数。所不同的是54系列比74系列的工作温度范围更宽，电源允许的范围也更大。74系列的工作环境温度规定为0—700C，电源电压工作范围为5V±5%V，而54系列工作环境温度规定为-55—±1250C，电源电压工作范围为5V±10%V。54H与74H,54S与74S以及54LS与74LS系列的区别也仅在于工作环境温度与电源电压工作范围不同，就像54系列和74系列的区别那样。在不同系列的TTL器件中，只要器件型号的后几位数码一样，则它们的逻辑功能、外形尺寸、引脚排列就完全相同。TTL集成电路由于工作速度高、输出幅度较大、种类多、不易损坏而使用较广，特别对我们进行实验论证，选用TTL电路比较合适。因此，本实训教材大多采用74LS(或74)系列TTL集成电路，它的电源电压工作范围为5V±5%V，逻辑高电平为“1”时≥2.4V，低电平为“0”时≤0.4V。它们的逻辑表达式分别为：图1.3.1分别是本次实验所用基本逻辑门电路的逻辑符号图。图1.3.1TTL基本逻辑门电路与门的逻辑功能为“有0则0，全1则1”；或门的逻辑功能为“有1则1，全0则0”；非门的逻辑功能为输出与输入相反；与非门的逻辑功能为“有0则1，全1则0”；或非门的逻辑功能为“有1则0，全0则1”；异或门的逻辑功能为“不同则1，相同则0”。四、实验内容及实验步骤1.测试与非门的逻辑功能(详细)（1）单击电子仿真软件Multisim基本界面左侧左列真实元件工具条的“TTL”按钮，从弹出的对话框中选取一个与非门7400N，将它放置在工作平台上；单击真实元件工具条的“电源”（Source）按钮，将电源和底线调出放置在电子平台上；单击真实元件工具条的“基本”（Basic）按钮，调出单刀双掷开关“SPDT”两只并将它们的key设置成“A”和“B”；单击真实元件工具条的“指示器”按钮其中调出红色指示灯一盏并把它放置在工作区中作为输出指示。搭建后的电路如图1.4.1所示。输出表达式Y=A·B。图1.4.1（2）点击电子仿真软件Multisim基本界面右侧虚拟仪器工具条“万用表”按钮，调出虚拟万用表“XMM1”放置在电子平台上，将“XMM1”仪器连成仿真电路。（3）双击虚拟万用表图标“XMM1”，将出现它的放大面板，按下放大面板上的“电压”和“直流”两个按钮，将它用来测量直流电压如图1.4.2所示。（4）打开仿真开关，按照表1.4.1，分别按动“A”和“B”键，使与非门的两个输入端为表中4种情况，从万用表的放大面板上读出各种情况的直流电位，将它们填入表内，并将电位转换成逻辑状态填入表1.4.1内。图1.4.2表1.4.1与非门功能表输入端输出端ABY电位（V）逻辑状态00510151105111002、基本集成门逻辑电路测试(同样的步骤完成)（1）测试与门逻辑功能,实验步骤自拟。74LS08是四个2输入端与门集成电路，请按下图搭建电路，再检测与门的逻辑功能，结果填入下表中。U1A74LS08DVCC5VJ1Key=AJ2Key=BVCC012X12.5V3与门74LS08ABY00011011（2）测试或门逻辑功能74LS32是四个2输入端或门集成电路（见附录1），请按下图搭建电路，再检测或门的逻辑功能，结果填入下表中。VCC5VJ3Key=SpaceJ4Key=SpaceX22.5V0VCCU2A74LS32D456或门74LS32ABY00011011（3）测试非门逻辑功能74HC04是6个单输入非门集成电路（见附录1），请按下图搭建电路，再检测非门的逻辑功能，结果填入下表中。VCC5VJ5Key=SpaceX32.5VVCC0U3A74HC04D_6V78非门74HC04AY01（4）测试或非门逻辑功能74LS02是四个2输入端或非门集成电路（见附录1），请按下图搭建电路，再检测或非门的逻辑功能，结果填入下表中。VCC5VJ12Key=SpaceJ13Key=SpaceX72.5V或非门74LS020VCCU7A74LS02D181920ABY00011011（5）测试异或门逻辑功能74LS86是四个2输入端异或门集成电路，请按下图搭建电路，再检测异或门的逻辑功能，结果填入下表中。VCC5VJ7Key=SpaceJ8Key=SpaceX52.5V异或门74LS860VCCU5A74LS86D111213（7）测试同或门逻辑功能74LS266是四个2输入端同或门集成电路，请按下图搭建电路，再检测同或门的逻辑功能，结果填入下表中（可以换成COMS管4077）。VCC5VJ9Key=SpaceJ10Key=SpaceX62.5V同或门74LS2660VCCU4A74LS266D91014ABY00011011ABY00011011实验二用与非门组成其他功能门电路一、实验目的1．掌握用与非门组成其他逻辑门的方法。二、实验设备及元器件1.PC人计算机及仿真软件Multisim。2.虚拟元件：与非门7400N、74LS04N、异或门7486N、三态门74LS125N。3.虚拟仪器：万用表XMM1、信号发生器XFG1、测量元件中的指示灯X1等。三、实验内容（1）用与非门组成或门：①根据摩根定律，或门的逻辑函数表达式Q=A+B可以写成：Q=A.B，因此，可以用三个与非门构成或门。图2.3.1②从电子仿真软件Multisim基本界面左侧左列真实元件工具条的“TTL”按钮中调出3个与非门74LS00N；从真实元件工具条的“Basic”按钮中调出2个单刀双掷开关，并分别将它们设置成Key=A和Key=B；从真实元件工具条的中调出电源和底线；并调出万用表将所有的元件和万用表连接成如图2.3.1所示的电路。③打开仿真开关，按表2.3.1要求，分别按动“A”和“B”，观察并记录万用表的值，将结果填入表2.3.1中。表2.3.1或门逻辑功能记录表输入端输出端AB指万用表值逻辑状态00011011（2）用与非门组成异或门①按图2.3.2所示调出元件并组成异或门仿真电路。图2.3.2②打开仿真开关，按表2.3.2要求，分别按动“A”和“B”，观察并记录指示灯的发光情况，将结果填入表2.3.2中。表2.3.2输入端输出端AB指示灯状态(X1)逻辑状态00011011③按照图2.3.3调出7486N门电路输出端连接万用表。打开仿真开关，将表2.3.2要求，分别按动“A”和“B”，观察结果，并把结果与将表2.3.2进行比较。图2.3.33.三态门电路功能测试(选做)图2.3.4(1)从电子仿真软件Multisim基本界面左侧左列真实元件工具条的“TTL”按钮中调出非门74LS04N和三态门74LS125N；从“指示器”按钮中调出指示器、仪器仪表库中调出信号发生器。将它们大建成如图2.3.4所示电路。（2）A端输入调解为1Hz的脉冲信号，然后打开仿真开关，按照表2.3.3进行仿真实验。输出指示灯观察输出端F1、F2的值并它们填入表2.3.3中。将F1与F2用导线连接，实现一根信号线分时传送多组数据的总路线结构，用实验加以验证。表2.3.3B控制输入输出0EN1=0AF1（X1）=EN2=1AF2（X2）=1EN1=0AF1（X1）=EN2=1AF2（X2）=四、预习要求1．复习门电路的工作原理和逻辑代数运算。2．熟悉门电路的管脚排列。3．复习数字万用电表的使用方法。五、实验报告要求1．根据测量结果，说明7486N或74LS125N门电路的逻辑功能。2.根据要求填写仿真实验报告。3．说明不同功能的门电路闲置端的处理办法，如：与非门，或非门，与或非门，异或门等。4.根据图3-4和3-5的测量结果进行比较，并说明共同点和不同点。实验三组合逻辑电路的设计与测试(加法器)一、实验目的1.学会用仿真软件Multisim进行半加器和全加器仿真实验。2.学会用逻辑分析仪观察全加器波形。3.分析二进制数的运算规律。4.掌握组合电路的分析和设计方法。5.验证全加器的逻辑功能。二、实验设备及元器件1.PC人计算机及仿真软件Multisim。2.虚拟元件：与非门7400N、异或门7486N。3.虚拟仪器：万用表XMM1、指示灯、电源等。三、计算机仿真实验内容1.测试用异或门、与门组成的半加器的逻辑功能（1）按照图3.1.1所示，从电子仿真软件Multisim基本界面左侧左列真实元件工具条中调出所需元件：其中，异或门74LS86N、74LS08从“TTL”库中调出；指示灯从电子仿真软件Multisim基本界面左侧右列虚拟元件库中调出，X1选红灯；X2选蓝灯。图3.3.1（2）打开仿真开关，根据表3.3.1改变输入数据进行试验，并将结果填入表内。表3.3.1输入输出ABSCi000110112.测试全加器的逻辑功能（1）从电子仿真软件Multisim基本界面左侧左列真实元件工具条“TTL”库中调出异或门74LS86D,与门74LS08N和或门74LS32组成仿真电路如图3.2.2所示。图3.3.2（2）打开仿真开关，按照表3.3.2输入情况进行仿真实验，并将结果填入表内。表3.3.2输入输出ABC1iS（X1）Ci(X2)0000010100111001011101113.用逻辑分析仪观察全加器波形(nopicture)（1）先关闭仿真开关，在图3.3.2中删除集成门电路以外的其他元件。在右侧虚拟仪器库中的“字发生器”（WordGenerator）按钮，调出字信号发生器图标“XWG1”，再点击虚拟仪器库中的“逻辑分析仪”（LogicAnalyzer）按钮，调出逻辑分析仪图标“XLA1”，将它门连接成3.3.3所示的电路。（2）双击字信号发生器图标“XWG1”，将打开它的放大面板如图3.3.4所示。它是一台能产生32位（路）同步逻辑信号的仪表。按下放大面板的“控制”（Controls）栏的“循环”（Cycle）按钮，表示字信号发生器在设置好的初始值和终止图3.3.3值之间周而复始地输出信号；选择“显示”（Display）栏下的“Hex”表示信号以十六进制显示；“触发”（Trigger）栏用于选择触发器的方式；“频率”（Frequency）栏用于设置信号的频率，将它设置为1kz。图3.3.4（3）按下“控制”（Controls）栏的“设置”（Set…）按钮，将弹出对话框如图3.3.5所示。选择“显示类型”（DisplayType）栏下的16进制“Hex”，再在设置缓冲区大小“BufferSize”输入“000B”即十六进制的“11”，然后点击对话框右上角“接受”（Accept）按钮回到放大面板。图3.3.5（4）点击放大面板右边8位字信号编辑区进行逐行编辑，从上至下载栏中输入十六进制的00000000~0000000A共11条8位字信号，编辑好的11条8位字信号如图3.3.4所示，最后关闭放大面板。（5）打开仿真开关，双击逻辑分析仪图标“XLA1”，将出现逻辑分析仪图标“XLA1”，将出现逻辑分析仪放大面板如图3.3.6所示。将面板上“时钟”（Clock）框下“时钟s/Div”栏输入1，再点击面板左下角“相反”（Reverse）按钮使屏幕变白，稍等片刻，然后