数字电路.docx

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数字电路

数字电路实验指导

实验一门电路

一、实验目的

1、验证常用TTL集成门电路逻辑功能。

2、掌握各种门电路的逻辑符号。

3、掌握Quartus软件的使用。

4、了解集成电路的外引线排列及其使用方法。

二、实验原理和电路

集成逻辑门电路是最简单、最基本的数字集成元件。

任何复杂的组合电路和时序电路都可用逻辑门通过适当的组合连接而成。

目前已有门类齐全的集成门电路，例如“与门”、“或门”、“非门”、“与非门”、“或非门”等。

掌握逻辑门的工作原理，熟练、灵活地使用逻辑门是数字技术工作者所必备的基本功之一。

TTL门电路

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。

在后面的实验中采用74系列TTL集成电路。

它的工作电压为5V±0.5V，逻辑高电平1时≥2.4V，低电平0时≤0.4V。

图1为2输入“与门”（7408），2输入“或门”（7432），2输入“与非门”（7437）和反相器（7404）的逻辑符号。

（a）与门Q=A•B

（b）或门Q=A﹢B

（c）与非门Q=A•B

（d）反相器Q=A

三、实验内容和步骤

TTL门电路逻辑功能验证

1、按图1在实验系统上找到相应的门电路，并把输入端接到实验系统的逻辑开关，输出接到发光二极管，如果集成电路插座的引脚数和所插入的集成电路的引脚数相同，则可以不用接上＋5V电源和地线。

2、按状态表1中“与”一栏输入A、B（0、1）信号，观察输出结果（发光二极管亮为1，灭为0）填入表1中。

3、按同样的方法，验证“或门”7432，“与非门”7437，“反相器”7404的逻辑功能，并把结果填入表1中。

4、7408、7432、7437和7404的引脚排列见附录。

（注：

7408、7432、7437外部引脚排列相同）

5、Quartus仿真结果

功能仿真

时序仿真

（a）与门Q=A•B

功能仿真

时序仿真

（b）或门Q=A﹢B

功能仿真

时序仿真

（c）与非门Q=A•B

功能仿真

时序仿真

（d）反相器Q=A

表1逻辑功能表

输入

输出

与门

或门

与非门

反相器

B

A

Q=AB

Q=A+B

Q=AB

Q=A

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

四、实验器材

1、实验系统

2、直流稳压电源

实验二三态门

一、实验目的

1、熟悉三态门的逻辑功能。

2、掌握三态门的应用。

二、实验原理和电路

三态门即除正常的高电平1和低电平0两种状态外，还有第三种状态输出――高阻态。

是一种特殊的TTL电路，若干个三态门输出可以并接在一起，而一般普通的TTL门电路，由于它的输出电阻太小，所以它们的输出不可以并接在一起构成“线与”。

三态门有三种状态0、1、高阻态。

处于高阻态时，电路与负载之间相当于开路。

图2是三态门的逻辑符号，它有一个控制端（又称禁止端或使能端）EN，EN＝0为禁止工作状态，Q呈高阻状态；EN＝1为正常工作状态，Q＝A。

三态电路最重要的用途是实现多路信息的采集，即用一个传输通道（或称总线）以选通的方式传送多路信号，如图3所示。

本实验选用74125三态门电路进行实验论证。

74125引脚排列见附录。

三、实验内容和步骤

1、当EN＝1时，其逻辑关系为Q＝A；EN＝0时，为高阻态。

按图3接线，其中三态门三个输入分别接地（A1）、1电平（A2）和脉冲源（An），而输出（Q）连在一起接到LED；三个使能端分别接实验系统的K1、K2、K3上，并全部置”0”。

图2三态门逻辑符号图3应用举例

3、Quartus仿真结果

功能仿真

K1=K2=K3=0

功能仿真

K1=1K2=K3=0

功能仿真

K2=1K1=K3=0

功能仿真

K1=K2=0K3=1

根据表2中K1、K2、K3输入情况，观察输出端Q（LED）情况并填入表中。

K1

K2

K3

LED（Q）

0

0

0

1

1

0

0

0地

0

1

0

1电源

0

0

1

1、0脉冲

表2

四、实验器材

1、实验系统

2、直流稳压电源

3、集成电路：

74125。

实验三译码器和编码器

一、实验目的

1、掌握译码器、编码器的工作原理和特点。

2、熟悉常用译码器、编码器的逻辑功能和应用。

二、实验原理和电路

1、译码器

所谓“译码”就是把代码的特定含义“翻译”出来的过程，而实现译码操作的电路称为译码器。

2、编码器

编码器就是实现编码操作的电路，编码实际上是和相反的过程。

三、实验内容和步骤

1、译码器实验

译码器选用74138，其引脚排列见附录。

按图4接线，输入G1、G2AN、G2BN、C、B、A信号，观察LEDY0N～Y7N。

使能信号G1、G2AN、G2BN满足表3条件时，译码器选通。

图4实验原理图

Quartus仿真结果

输入

输出

使能

选择

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

G1G2ANG2BN

CBA

0××

×××

1

1

1

1

1

1

1

1

×1×

×××

1

1

1

1

1

1

1

1

××1

×××

1

1

1

1

1

1

1

1

100

000

0

1

1

1

1

1

1

1

100

001

1

0

1

1

1

1

1

1

100

010

1

1

0

1

1

1

1

1

100

011

1

1

1

0

1

1

1

1

100

100

1

1

1

1

0

1

1

1

100

101

1

1

1

1

1

0

1

1

100

110

1

1

1

1

1

1

0

1

100

111

1

1

1

1

1

1

1

0

表3

2、编码器实验

编码器选用74148，其引脚排列见附录。

按图5接线，填表4。

图5实验接线图

Quartus仿真结果

表4

输入

输出

E1

01234567

QcQbQa

GsE0

1

××××××××

1

1

1

1

1

0

11111111

1

1

1

1

0

0

×××××××0

0

0

0

0

1

0

××××××01

0

0

1

0

1

0

×××××011

0

1

0

0

1

0

××××0111

0

1

1

0

1

0

×××01111

1

0

0

0

1

0

××011111

1

0

1

0

1

0

×0111111

1

1

0

0

1

0

01111111

1

1

1

0

1

五、实验器材

1、实验系统

2、直流稳压电源

实验四触发器

一、实验目的

1、熟练掌握触发器的两个基本性质――两个稳态和触发翻转。

2、掌握触发器的逻辑功能和触发方式。

二、实验原理和电路

触发器可以根据时钟脉冲输入分为两大类：

一类是没有时钟输入端的触发器，称为基本触发器；另一类有时钟脉冲输入端的触发器，称为时钟触发器。

三、实验内容和步骤

1、基本触发器

由与非门（7437）组成的基本触发器，接上电源和地线。

按图6接线，其中Q和Q分别接两只发光二极管，R、S分别接逻辑开关K1、K2。

按表5分别拨动逻辑开关K1、K2，输入S、R的状态，观察输出Q和Q的状态，并记录。

图6实验接线图

Quartus仿真结果

功能仿真

时序仿真

表5

S

R

Q

Qn

1

1

不变

不变

1

0

1

1

1

0

不变

不变

2、时钟触发器

实验选用常用的上升沿触发的7474双D功能的触发器（引脚排列见附录）。

按图7接线，其中1D、1PRN、1CLRN分别接逻辑开关K1、K2和K3，1CP接单脉冲（微动开关，实验系统上具备，按一下产生一个脉冲）；输出1Q和1Q分别接二只发光二极管LED。

再接好＋5V电源和地线。

图7实验接线图

接通电源，按下列几步验证D触发器功能：

（1）.置1PRN（K2）＝0，1CLRN（K3）＝1，则Q＝0，按动单次脉冲，Q和Q状态不变，改变1D（K1），Q和Q仍不变。

（2）置1CLRN（K3）＝0，1PRN（K2）＝1，则Q＝1；按动单次脉冲或改变1D（K1），Q和Q状态不变。

（3）置1CLRN（K3）＝1，1PRN（K2）＝1，若1D（K1）＝1，按动单次脉冲，则Q＝1。

若1D（K1）＝0，按动单次脉冲，则Q＝0。

（4）把1D接到K1的导线去掉，而把Q和1D相连接，按动单次脉冲，在脉冲上升沿时，Q翻转，即Qn+1＝Qn。

Quartus仿真结果

功能仿真

时序仿真

四、实验器材

1、实验系统

2、直流稳压电源

实验五计数器

一、实验目的

1、熟悉由计数器电路及其工作原理。

2、掌握常用集成电路计数器及其应用方法。

二、实验原理和电路

所谓计数，就是统计脉冲的个数，计数器就是实现“计数”操作的时序逻辑电路。

计数器的应用十分广泛，不仅用来计数，也可以用作分频、定时。

图8

三、实验内容和步骤

集成计数器74161（引脚排列见附录，功能表见表6）的功能验证和应用。

接线见图8，按图8画原理图。

接线检查后，接通电源，进行74161功能验证。

（1）清零：

CLRN＝0，则输出Q0～Q3全为0，所接的4个发光二极管LED全灭；

（2）置数：

设计数初值（用逻辑开关K4、K3、K2、K1＝1010），再拨动逻辑开关K（即LDN＝0、CLRN＝1），按动单脉冲开关（接上升沿作用端），输出Q3、Q2、Q1、Q0＝1010（对应发光二极管可以反映），即数据并行置入计数器中。

（3）保持功能：

置CLRN＝LDN＝1，ENT＝0或ENP＝0，则计数器保持，此时若按动单脉冲输入CP，计数器输出Q0～Q3不变（即LED状态不变）。

（4）计数：

置CLRN＝LDN＝1，ENT＝ENP＝1，则74161处于计数器状态。

这时，可以按动单脉冲输入CP，LED显示十六进制计数状态，即从0000→0001→…1111进行顺序计数，当计数到1111时，进位输出LED亮（即Co＝1）。

表674161功能表

Quartus仿真结果

四、实验器材

1、实验系统

2、直流稳压电源

实验六移位寄存器

一、实验目的

1、熟悉移位寄存器的工作原理。

2、掌握常用集成电路74194移位寄存器的逻辑功能和应用方法。

二、实验原理和电路

具有移位逻辑功能的寄存器称为移位寄存器。

移位功能是每位触发器的输出与下一级触发器的输入相连而成的。

它可以起到多方面的作用，可以用来把串行的二进制数转为并行的二进制数（即串并转换）或者相反（即并串转换）。

三、实验内容和步骤

74194具有左、右移位，清零，数据并入/并出、串出等多种功能的移位寄存器。

其引脚排列见附录。

逻辑功能见表7。

实验接线见图9

图9实验接线图

（1）清除（零）：

按单脉冲（接微动开关

端），使CLRN＝0，这时QA

QB、QC、QD接的四只LED发光二极管全灭，即QA、QB、QC、QD＝0000。

（2）保持：

使CLRN＝1,CP＝0状态，拨动逻辑开关K1（S0）和K2（S1），输出状态不变。

或者使CLRN＝1，M1＝M0＝0，按动单脉冲，这时输出状态仍不变。

（3）置数：

使CLRN＝1，M1＝M0＝1（即K1＝K2＝1），置数据开关为0101，按动单脉冲，这时数据0101（5），已存入QA～QD中。

此时LED发光二极管为灭、亮、灭、亮（即0101）。

变换数据A～D（K5～K8。

）＝1011，输入单脉冲，则数据1011在CP上升沿时存入Q0～Q3中。

（4）右移：

把QD接到SRSI，见图9中虚线，按上述方法先置入数据0001（这时使CR＝1，M0＝M1＝1，A～D＝0001）。

再置M1＝0，M0＝1为右移方式，输入单脉冲，移位寄存器这时在CP上升沿实现右移操作。

按动4次单脉冲，一次移位循环结束，即如图10状态图所示。

（5）左移：

将QD连接SRSI的线断开，而把QA接到左移输入输入SLSI端，其余方法同上述右移。

即CR＝1，M0＝0，M1＝1，（寄存器起始状态仍为0001）则输入四个移位脉冲后，数据左移，最后结果仍为0001。

其左移状态图见图。

再把QD接到SLSI（Q0与SLSI连线断开），输入单脉冲，观察移位情况，并记录分析之。

Quartus仿真结果

功能仿真

表774194功能表

图1074194右移、左移状态图