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1、实验一 集成电路的逻辑功能测试一、实验目的1、掌握Multisim软件的使用方法。2、掌握集成逻辑门的逻辑功能。3、掌握集成与非门的测试方法。二、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 -Transistor Logic ）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0700C，电源电压工作范围为5V5%V，而54 系列工作环境温度规定为-551250C，电源电压工作范
2、围为5V10%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5V5%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1.1 分别是本次
3、实验所用基本逻辑门电路的逻辑符号图。图1.1 TTL 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”。三、实验设备1、硬件：计算机2、软件：Multisim四、实验内容及实验步骤1、基本集成门逻辑电路测试（1）测试与门逻辑功能74LS08是四个2输入端与门集成电路（见附录1），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。ABY00011011（2）测试或门逻辑功能74
4、LS32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。ABY00011011（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。AY01（4）测试与非门逻辑功能74LS00是四个2输入端与非门集成电路（见附录1），请按下图搭建电路，再检测与非门的逻辑功能，结果填入下表中。ABY00011011（5）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。ABY00011011（6）测试异或门逻辑功
5、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。ABY00011011（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。ABY000110112、利用与非门组成其他逻辑门电路组成与门电路将74LS00中任意两个与非门组成如下图所示的与门电路，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。ABY00011011组成或门电路将74LS00中任选三个与非门组成如下图所示的或门电路，输入端接逻辑电平开关，
6、输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。ABY00011011组成异或门电路将74LS00中的与非门按照下图所示的电路连线，输入端接逻辑电平开关，输出端接指示灯LED，拨动逻辑开关，观察指示灯LED的亮与灭，测试其逻辑功能，结果填入下表中。ABY00011011五、思考题请用或非门实现其他逻辑门电路，如与门、或门、非门、异或、同或。实验二 组合逻辑电路分析与设计一、实验目的1、掌握Multisim软件对组合逻辑电路分析与设计的方法。2、掌握利用集成逻辑门构建组合逻辑电路的设计过程。3、掌握组合逻辑电路的分析方法。二、实验原理全加全减器是一个
7、实现一位全加和全减功能的组合逻辑电路，通过模式变量M来控制全加/全减算术运算。本实验可以使用74LS00，74LS86芯片来实现。Ai和Bi分别表示二进制数A与B的第i位，Ci表示Ai-1和Bi-1位全加时产生的进位，Ci+1表示第Ai和Bi位全加时产生的进位，Si为Ai和Bi的和或差，M=0表示全加功能，M=1表示全减功能，具体真值表为：MAiBiCiSiCi+1000000000110001010001101010010010101011001011111100000100111101011101101110010110100111000111111函数S和Ci+1的卡诺图化简后为：Si=
8、AiBiCiCi+1=BiCi+(Ci+Bi)(MAi)=三、实验设备1、硬件：计算机2、软件：Multisim四、实验内容及实验步骤1、根据实验原理构建全加全减器功能电路并测试逻辑功能。2、利用逻辑分析仪测试第1步电路的功能及函数表达式。说明：上面的第一个图是测试Ci+1，下面的图是测试S的，要求分析出真值表及相应函数表达式及最简函数表达式。3、利用设计全加全减器功能电路并测试逻辑功能。4、利用逻辑分析仪测试第3步电路的功能。（参考设计图略）五、思考题1、设X=AB，请用与非门实现Y=X3的组合逻辑电路。2、设计一个血型配对指示器。输血时供血者和受血者的血型配对情况如图所示，即（1）同一血型
9、之间可以相互输血；（2）AB型受血者可以接受任何血型的输出；（3）O型输血者可以给任何血型的受血者输血。要求当受血者血型与供血者血型符合要求时绿指示灯亮，否则红指示灯亮。实验三 同步时序逻辑电路分析与设计一、实验目的1、掌握基本触发器的逻辑功能。2、掌握集成触发器的功能和使用方法。3、掌握同步时序逻辑电路的设计与分析的方法。二、实验原理触发器是能够存储1位二进制码的逻辑电路，它有两个互补输出端，其输出状态不仅与输入有关，而且还与原先的输出状态有关。触发器有两个稳定状态，用以表示逻辑状态“1”和“0”，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，它是一个具有记忆功能的二进制信
10、息存储器件，是构成各种时序电路的最基本逻辑单元。1、JK触发器在输入信号为双端的情况下，JK触发器是功能完善、使用灵活和通用性较强的一种触发器。本实验采用74LS112双JK触发器，是下降边沿触发的边沿触发器。引脚逻辑图如图4-2所示： 图4-2 JK触发器的引脚逻辑图JK触发器的状态方程为：其中，J和K是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若J、K有两个或两个以上输入端时，组成“与”的关系。和为两个互补输出端。通常把=0、=1的状态定为触发器“0”状态；而把=1，=0定为“1”状态。JK触发器常被用作缓冲存储器，移位寄存器和计数器。2、集成计数器计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的
11、基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。计数器的种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预置数等等。三、实验设备与器件1、硬件：计算机2、软件：Multisim四、实验内容及实验步骤1、验证 JK 触发器逻辑功能分析将 74LS112 的、J 和 K 连接到逻辑开关，Q 和 Q 端
12、分别接逻辑电平显示端口，CP 接单次脉冲，接通电源，按照表中的要求，改变、J、K 和 CP 的状态。在 CP 从 1 到 0 跳变时，观察输出端Q n+1 的状态，并将测试结果填入表。2、采用JK触发器的模4可逆计数器的设计与分析模4计数器要求在X输入为0时，按照自加1递增计数，当X输入为1时，按照自减1递减计数，按照同步时序逻辑电路设计方法和步骤完成电路设计，并分析电路功能。输入现态次态Xy2y1000001010011100101110111五、思考题1、请用D触发器（74LS74）实现以上模4可逆计数器功能。2、请用JK触发器实现011序列检测器的功能，输入序列如101011100110
13、实验四 异步时序逻辑电路分析与设计一、实验目的1、进一步掌握基本触发器的逻辑功能。2、进一步掌握集成触发器的功能和使用方法。3、掌握异步时序逻辑电路的设计与分析的方法。二、实验原理触发器是能够存储1位二进制码的逻辑电路，它有两个互补输出端，其输出状态不仅与输入有关，而且还与原先的输出状态有关。触发器有两个稳定状态，用以表示逻辑状态“1”和“0”，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，它是一个具有记忆功能的二进制信息存储器件，是构成各种时序电路的最基本逻辑单元。1、JK触发器在输入信号为双端的情况下，JK触发器是功能完善、使用灵活和通用性较强的一种触发器。本实验采用74
14、LS112双JK触发器，是下降边沿触发的边沿触发器。引脚逻辑图如图4-2所示： 图4-2 JK触发器的引脚逻辑图JK触发器的状态方程为：其中，J和K是数据输入端，是触发器状态更新的依据，若J、K有两个或两个以上输入端时，组成“与”的关系。和为两个互补输出端。通常把=0、=1的状态定为触发器“0”状态；而把=1，=0定为“1”状态。JK触发器常被用作缓冲存储器，移位寄存器和计数器。2、集成计数器计数器是数字系统中用的较多的基本逻辑器件，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数操作，它也可用与分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等。例如，计算机中的时序发生器、分频器、指令计数器等都要使用计数器。
15、计数器的种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，可分为同步计数器和异步计数器；按进位体制的不同，可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数过程中数字增减趋势的不同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；还有可预置数等等。三、实验设备与器件1、硬件：计算机2、软件：Multisim四、实验内容及实验步骤1、验证 JK 触发器逻辑功能分析将 74LS112 的、J 和 K 连接到逻辑开关，Q 和 Q 端分别接逻辑电平显示端口，CP 接单次脉冲，接通电源，按照表中的要求，改变、J、K 和 CP 的状态。在 CP 从 1 到 0 跳变时，观察输出端Q n+1 的状态，并将测试结果填入表。2、采用JK触发器的模4计数器的设计与分析模4计数器要求在X输入为0时，按照自加1递增计数，当X输入为1时，按照自减1递减计数，按照同步时序逻辑电路设计方法和步骤完成电路设计，并分析电路功能。输入现态次态Xy2y1000001010011100101110111五、思考题1、请用D触发器（74LS74）实现以上模4计数器功能。2、请用JK触发器实现011序列检测器的功能，输入序列如101011100110