数字电路实验讲义曲师大物理工程学院通信与信息系统教研室二 0 一二年三月 目 录实验一、数字实验箱的使用及基本门电路的逻辑功能 .1实验二 组合电路的实验分析 .8实验三 组合逻辑电路的设计 .12实验四 译码器 .14实验五 触发器 .21实验六 移位寄存器 .26实验七 集成计数器 .31实验八 555 定时器及其应用 .37实验九 数字电路的简单应用 .42附录一 XC16B 双脉冲信号发生器 .43附录二 WLH 型数字电路实验箱 .461实验一 数字实验箱的使用及基本门电路的逻辑功能一、实验目的：1、熟悉型数字实验箱的结构和使用方法。2、掌握基本门电路的逻辑功能及测试方法。二、实验原理1、数字逻辑实验箱目前数字电路的实验，通常都在数字逻辑实验箱上进行，实验箱一般包括以下几个部分组成：直流稳压电源脉冲源逻辑电平显示数据电平开关BCD 七段译码显示IC 插座及自锁紧插孔阻容元件区电位器组WLH 型数字逻辑实验箱的结构及使用方法见附录二。2、基本门电路的逻辑功能常用基本门电路有“与” 、 “或” 、 “非” 、 “与非” 、 “或非” 、“与或非” 、 “异或” ，它们的逻辑表达式及逻辑符号为：与门 Z=ABCD 或门 Z=A+B+C非门 Z= 与非门 Z= AABCD2或非门 Z= 异或门 Z=ABC BA与或非门 Z= ABCD三、实验设备1、数字逻辑实验箱一台2、TTL 与非门（74LS20）二块，或非门（74LS27）一块，与或非门（74LS51）一块，异或门（74LS86）一块。几种门电路外引线排列如图 11 所示。3四、实验内容与步骤1、数字逻辑实验箱的使用（1）将八个电平控制开关（K1K8）的输出插孔与八个电平指示器的输入插孔（L1L8）依次接通，当开关向上扳时，输出高电平即逻辑 1，开关向下扳时，输出低电平即逻辑 0，扳动开关观察电平指示器的 L1L8，使其输出00000000，11110000，01010101，11111111 时，观察电平指示器的指示是否与之相一致。（2）将电平控制开关 K4、K3、K2、K1 的输出插孔与 BCD 码显示器的低位输入端 D1、C1、B1、A1 依次接通，将电平控制开关 K8、K7、K6、K5 的输出插孔与 BCD 码显示器的低位输入端D2、C2、B2、A2 依次接通，扳动控制开关其输出为：00000000、00010001、00100010、00110011、01010101、01100110、10001000、10011001，观察数码管显示的数字，看能否显示099 的任意数。2、基本门电路逻辑功能的测试（1）或非门逻辑功能的测试将或非门 74LS27 插入实验插座上。按图 12 接线，门的输入段 3、4、5 分别接逻辑开关K1、K2、K3 的逻辑电平输出插孔，门的输出端 6 接电平指示器输入端 L1，若发光二极管亮表示门的输出状态为“1” ，若发光二极管不亮表示门的输出状态为“0” 。门的 7 端接地，14 端接+5V。使输入端（3、4、5）为表 11 情况下，分别测出输出端（6）的逻辑状态，并将结果填入表 11 中。4（2）与或非门逻辑功能的测试将与或非门 74LS51 插入实验插座上。按图 13 连接好电路。接通电源，按表 12 的要求进行实验。将测得的结果填入表中。表11输入 输出A B C Z0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1表1-2输入 输出A B C D Z0 0 0 00 0 0 11 0 1 01 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 1 1 01 1 1 15（3）异或门逻辑功能的测试将异或门 74LS86 插入实验插座上。按图 14 连接好电路。接通电源，按表 13 的要求进行实验。将测得的结果填入表中。（4）与非门逻辑功能的测试将与非门 74LS20 插入实验插座上。按图 15 连接好电路。接通电源，按表 14 的要求进行实验。将测得的结果填入表中。表1-3输 入 输出A B Z0 00 11 01 1表14输入 输出A B C D Z0 0 0 01 0 0 01 0 0 11 1 0 01 1 0 11 1 1 00 1 1 11 1 1 16（5）利用与非门组成其它逻辑门，并测试其逻辑功能非门74LS20 是四输入端双与非门，前面的实验只用了一个与非门，现在将另一个与非门按图 16 接成非门。接通电源，按表15 的要求进行实验，并将测得的结果填入表中。与门将与门的表达式变换成与非与非表达式Z= ABCD由表达式知，用两个与非门可组成与门，将双与非门74LS20 按图 17 连接成与门电路，接通电源，按表 16 进行功能测试，将测得的结果填入表中。表1-5输入 输出9（A） 8（Z）01表16输入 输出1（A）2（ B）4（ C）5（D）8（Z）0 0 0 01 0 0 01 0 0 11 1 0 01 1 0 11 1 1 00 1 1 11 1 1 17或门将或门的表达式变换成与非与非表达式Z= ABCABC由表达式知，这里要四个与非门组成或门。用两只74LS20，按图 18 连接成门电路，接通电源，按表 17 进行功能测试，将测得的结果填入表中。表17输入 输出A B C Z0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 18五、实验报告要求1、画出测试电路，将实验结果列表记录。2、用语言叙述各种门电路的逻辑功能。3、与非门器件中，有多余的（不用的）输入端应如何处置？或非门多余输入端如何处理？4、异或门的两个输入端中，一个为信号输入端，另一个为控制端。要想使输出信号与输入相同，应加什么样的控制信号？若要使输出与输入反向，又应加什么样的控制信号？9实验二 组合电路的实验分析一、实验目的1、掌握组合电路的分析方法2、验证半加器、全加器的逻辑功能二、实验原理组合电路的分析就是根据所给定的逻辑电路，求出该电路的逻辑功能。组合逻辑电路的分析方法是：首先对给定的逻辑电路根据逻辑门的连接方法，逐级写出相应的逻辑表达式；然后写出输出函数的逻辑表达式。这样写出的逻辑表达式不一定是最简单的，还需要进行化简以得到最简的表达式。如果需要，可以由表达式求出真值表。组合逻辑电路的实验分析，就是通过实验看出输入为各种可能的不同取值时所对应的输出函数值，从而得到真值表，根据真值表就可以写出逻辑表达式。三、实验设备1、数字逻辑实验箱2、与非门 74LS00 一块异或门 74LS86 一块四位全加器 74LS83 一块74LS00 的外引线排列如图 21 所示。表21输入 输出A B S C0 00 11 01 110四、实验内容与步骤1、半加器逻辑功能测试（1）写出图 22 所示电路的输出函数 S、C 的逻辑表达式并进行化简。(2）用与非门 74LS00 和异或门 74LS86 按图 22 接线，将输入端 A、B 接电平控制开关插孔，输出端 S、C 分别接电平指示器插孔，接好后，进行测试。（3）使输入端 A、B 分别为表 21 的情况下，测出输出端S、C 的逻辑状态，并将测量结果填入表 21 中。（4）根据表 41 写出输出函数 S、C 的表达式并化简再与（1）中所写的表达式进行比较，看两者是否一致。2、全加器逻辑功能的测试（1）写出图 23 所示电路的输出函数 Sn 、C n 的逻辑表达式，并进行化简。（2）用与非门 74LS00 和异或门 74LS86 按图 23 接线，将输入端 An、B n 、C n1 接电平控制开关插孔，输出端 Sn 、C n 分别接电平指示器插孔，接好后，进行测试。（3）输入端 An、B n 、C n1 分别为表 22 的情况下，测出输出端 Sn 、C n 的逻辑状态，并将测量结果填入表 22 中。（4）根据表 22 写出输出函数 Sn 、C n 的表达式并化简再与（1）中所写的表达式进行比较，看两者是否一致。表22输入 输出An Bn Cn-1 Sn Cn0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1113、四位二进制全加器逻辑功能的测试（1）四位二进制全加器简单介绍：74LS83 是四位二进制全加器，其外引线排列如图 24 所示 。图中 A4、A 3、A 2、A 1 为一个四位二进制数的输入端，B 4、B 3、B 2、B 1 为另一个四位二进制数的输入端，C 0 为低位来的进位来的输入端，S 4、S 3、S 2、S 1 和 C4 是两个四位二进制数相加的和及向高位进位的输出端。（2）电路连接：将 A4、A 3、A 2、A 1 和 B4、B 3、B 2、B 1 接八个电平控制开关插孔，S 4、S 3、S 2、S 1 和 C4 分别接电平指示器插孔，C 0 接地（逻辑“0” ）或+5V（逻辑“1” ） ，12 脚接地，5 脚接+5V。（3）功能测试：使 A4、A 3、A 2、A 1 和 B4、B 3、B 2、B 1 和C0 按表 44 要求改变电平，测输出端 S4、S 3、S 2、S 1 和 C4 的逻辑电平，填入表中。（4）两个四位二进制数为表 24 的情况下，用笔计算两数相加的和与进位，看与实验结果是否一致。12五、实验报告要求1、画出半加器和全加器的实验电路。2、整理实验测试结果，分析其逻辑功能。3、总结组合逻辑电路的分析方法。表23输入 输 出C0 A4 A3 A2 A1 B4 B3 B2 B1 C4 S4 S3 S2 S10 0 0 0 0 0 0 0 010 0 1 1 0 0 0 1 110 1 0 1 0 0 1 0 110 1 1 1 1 1 1 1 1113实验三 组合逻辑电路的设计一、实验目的掌握组合逻辑电路的设计方法，并通过实验结果验证理论知识。二、设计内容1、设计一个半减器：使之能完成两个一位二进制数 A 和 B的减法运算（不考虑低位的借位） ，输出差和向高位的借位。2、设计一个表决电路：三个输入 A、B、C 中有两个或两个以上为 1 时，输出为 1，否则输出为 0。3、设计一个比较电路，能对两个两位二进制数A=A2A1，B=B 2B1 进行比较，当 A=B 时，输出函数 G=1；当AB 时，输出函数 M=1；当 A（1/3）Vc 电路恢复稳态，直至再次触发。555 定时器输出S矩形脉冲的宽度为 tP1.1 Ro Co。表 81 555 定时器真值表输入 输出SR MQ Q 0 0 ONVC321 0 ON1C 1 1 OFF3V21 不变不变413、多谐振荡器电路如图 83（a）所示。它不需外加触发脉冲，而是利用外接 RC 电路的充放电作用。改变高电平触发端和低电平触发