数字逻辑电路实验指导书.docx
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数字逻辑电路实验指导书
仰恩大学电子工程系实验教材系列
数字逻辑电路
实验指导书
电子工程系编
2011年1月
安全用电须知
安全用电是实验中始终需要注意的重要问题。
为了做好实验,确保人身和设备的安全,实验时,必须严格遵守下列安全用电规则:
(1)接线、改接、拆线都必须在切断电源的情况下进行,即“先接线后通电,先断电再拆线”。
(2)在电路通电情况下,人体严禁接触电路不绝缘的金属导线或连接点等带电部位。
万一遇到触电事故,应立即切断电源,进行必要的处理。
(3)实验中,特别是设备刚投入运行时,要随时注意仪器设备的运行情况,如发现有超量程、过热、异味、异声、冒烟、火花等,应立即断电,并请老师检查。
(4)实验时应精神集中,同组者必须密切配合,接通电源前须通知同组同学,以防止触电事故。
(5)电机转动时,防止导线、发辫、围巾等物品卷入。
(6)了解有关电器设备的规格、性能及使用方法,严格按额定值使用。
注意仪表的种类、量程和连接使用方法,例如,不得用电流表或万用表的电阻档,电流档去测量电压;电流表、功率表的电流线圈不能并联在电路中等等。
(7)请穿绝缘胶鞋进入实验室。
目录
第一章MDL数字逻辑实验仪
1-1MDL实验仪的组成---------------------------------------------------------------------------4
1-2MDL实验仪面板功能和使用方法---------------------------------------------------------4
1-3MDL实验仪实验方式和实验方法---------------------------------------------------------8
1-4实验调试过程-----------------------------------------------------------------------------------9
第二章组合逻辑电路部件实验
2-1门电路--------------------------------------------------------------------------------------------10
实验一检测门电路---------------------------------------------------------------12
2-2加法器--------------------------------------------------------------------------------------------14
实验二一位半加器---------------------------------------------------------------16
实验三一位全加器---------------------------------------------------------------17
2-3编码器--------------------------------------------------------------------------------------------19
实验四8—3编码器--------------------------------------------------------------20
2-4译码器--------------------------------------------------------------------------------------------21
实验五3—8译码器--------------------------------------------------------------24
实验六LED译码器--------------------------------------------------------------25
2-5奇偶校验电路-----------------------------------------------------------------------------------27
实验七奇偶校验------------------------------------------------------------------27
2-6代码转换器--------------------------------------------------------------------------------------29
实验八二进制码–BCD码---------------------------------------------------31
实验九BCD码–二进制码---------------------------------------------------32
实验十BCD码–余三码------------------------------------------------------33
实验十一BCD码–移位码------------------------------------------------------33
实验十二BCD码–格雷码------------------------------------------------------34
2-7数据选择器与数据分配器--------------------------------------------------------------------36
实验十三数据选择器---------------------------------------------------------------37
实验十四数据分配器---------------------------------------------------------------38
2-8数据比较器--------------------------------------------------------------------------------------40
实验十五二位数字比较器---------------------------------------------------------41
第三章时序逻辑电路部件实验
3-1触发器-----------------------------------------------------------44
实验十六检测触发器--------------------------------------46
3-2移位寄存器-----------------------------------------------------------------------------------48
实验十七四位多功能寄存器------------------------------------------------50
3-3计数器-----------------------------------------------------------------------------------------51
实验十八四位二进制异步计数器------------------------------------------57
实验十九四位格雷码计数器------------------------------------------------59
实验二十五-十进制计数器--------------------------------------------------60
3-4代码发生器-----------------------------------------------------------------------------------61
实验二十一代码110101发生器----------------------------------------------65
3-5单脉冲发生器--------------------------------------------------------------------------------66
实验二十二单脉冲发生器------------------------------------------------------68
3-6时序脉冲发生电路--------------------------------------------------------------------------69
实验二十三时序脉冲启停电路------------------------------------------------72
第四章数字脉冲电路部件
4-1振荡器-----------------------------------------------------------------------------------------73
实验二十四带RC的TTL环形振荡器--------------------------------------74
4-2单稳态电路-----------------------------------------------------------------------------------74
实验二十五TTL单稳态电路---------------------------------------------------75
4-3倍频电路-------------------------------------------------------------------------------------76
实验二十六倍频电路------------------------------------------------------------76
第五章可编程逻辑器件实验
5-1PLD器件--------------------------------------------------------------------------------------77
5-2ispLSI1016--------------------------------------------------------77
5-3采用PLD器件的实验步骤----------------------------------------------------------------78
实验二十七四位全加器---------------------------------------------------------79
实验二十八LED译码器--------------------------------------------------------80
实验二十九八位左移寄存器---------------------------------------------------81
附录几种常用74系列的TTL集成电路----------------------------------------------82
第一章MDL数字逻辑实验仪
MDL是一种智能多功能数字逻辑实验仪。
它的内置单片机存储了大量示范实验软件。
它可提供自动和非自动两类实验方式。
选用自动实验方式时,它会自动输出并显示所选实验的输入信号和正确的输出信号。
选用非自动方式实验时,实验信号由实验者设置,实验过程与传统实验相同。
MDL可提供单拍和连续两种调试手段。
MDL不仅支持采用TTL器件实验,还支持采用PLD(在线可编程逻辑器件)实验。
1-1MDL实验仪组成
MDL多功能数字逻辑实验仪由电源、控制面板和实验模块组成。
直流稳压电源+5V,经专用连接线与面板的电源插座连接,再经控制面板CNO区的“+5V”、“GND”与实验芯片的管脚“+Vcc”、“GND”连接。
实验仪的右半部是控制面板。
采用高性能的单片机进行控制,管理各指示灯的显示信息、产生实验信号、同步脉冲信号和异步脉冲信号、对开关产生的信号整形、监视控制键+、-和控制开关KC0~KC3的状态、接收输入命令、选择实验序号、调节实验信号周期、控制“单拍”或“连续”调试实验电路。
实验仪左半部是实验模块,设置多种芯片插座和管脚插孔。
实验者使用适当的芯片构成各种实验电路。
1-2MDL实验仪面板的功能和使用方法
一、DS0、DS1为示波器连接插座,通过专用连接电缆和双综示波器相连。
实验时,若要用示波器观察某个信号,只要用导线把此信号接入该插座即可。
二、LED3~LED0为四个共阴极七段显示器,其用途如下:
1.KC2处于“停止”,KC0处于“序号”,LED3、LED2显示所选实验序号,LED1、LED0显示该实验对应方式。
2.KC2处于“停止”,KC0处于“周期”,LED3、LED2暗,LED1、LED0显示周期(16进制,单位10mS)。
3.RC2处于“运行”,根据实验对应工作方式显示不同内容。
(表1-1)
方式
LED3、LED2
LED1、LED0
方式0
所选实验序号
当前节拍号
方式1
所选实验序号
当前节拍号
方式2
所选实验序号
实验结果(16进制数据)
方式3
所选实验序号
LED1显示正确结果,LED0显示实验结果
三、LS7~LS0为8个发光二极管,显示信号源S7~S0的状态。
四、LR7~LR0为8个发光二极管,显示单片机给出的所选实验的正确结果(答案)。
五、LE7~LE0为8个发光二极管,显示实验结果状态E7~E0。
图1-1MDL实验仪控制面板
表1-1
方式
LED3、LED2
LED1、LED0
方式0
所选实验序号
当前节拍号
方式1
所选实验序号
当前节拍号
方式2
所选实验序号
实验结果(16进制数据)
方式3
所选实验序号
LED1显示正确结果,LED0显示实验结果(字形数据)
六、K7~K0为8个钮子开关,与CNO区插座K7~K0相连接。
在方式0时,通过单片机接口将K7~K0状态输出至信号插座的S7~S0。
七、KC2~KC0为3个控制开关,KC2为“停止/运行”选择开关,KC1为“单拍/连续”选择开关。
KC0为“序号/周期”选择开关。
这三个开关选择组合及功能如表1-2:
表1-2
KC2
KC1
KC0
功能
停止
任意
序号
LED3、LED2显示实验序号,LED1、LED0显示实验方式,按“+”或“-”使实验序号递增或递减,选择所要做的实验。
停止
任意
周期
LED1、LED0显示自动连续运行的周期,开机后初值为C8H,即2000mS。
按“+”或“-”键使周期±1(10mS),籍以选择连续运行时实验信号源和同步时钟(sp、/sp)的周期。
运行
单拍
任意
单拍运行,按“+”键,实验信号发生一次变化并产生一个同步时钟。
运行
连续
任意
连续运行,实验信号和同步时钟(sp、/sp)按所选周期连续自动变化。
八、KC3为“常规/编程”选择开关。
置“常规”时,可做常规TTL逻辑器件实验;置“编程”时,可做PLD可编程逻辑器件实验。
九、+、-件的作用和KC2、KC1、KC0状态有关,见表1-3。
表1-3
KC2
KC1
KC0
+、-键盘功能
停止
任意
周期
调整实验信息周期,“+”递增,“-”递减
停止
任意
序号
选择所做实验序号,“+”递增,“-”递减
运行
单拍
任意
按“+”键使实验运行一拍,即实验信号发生一次变化,并产生一个同步时钟
十、信息插座CNO区。
S0~S7为8路实验信号,在方式0时,和开关K0~K7的状态一致;在其他方式中,由单片机根据实验自动产生,同时显示在LS0~LS7,1亮,0暗。
E0~E7为8路实验电路的输出信号,显示在LE0~LE7或LED1、LED0。
K0~K7为开关K0~K7的状态输出,作为辅助实验信号。
Sp为同步正脉冲,周期可调。
/Sp为同步负脉冲,周期可调。
Mp为异步连续脉冲,周期2s。
GND为接地。
十一、编程插座(PLD器件实验用)
通过专用电缆把编程插队座和PC机打印口连接起来,籍此把PC机上产生的熔丝图文件下载到实验仪上的在线可编程逻辑器件,然后进行相应的实验验证。
1-3实验方式和实验方法
MDL提供四种实验方式,根据所选实验序号,自动设置实验方式。
一、方式0(非自动方式)
按动“+”和“-”键,使LED3、LED2显示“00”,此时便为实验方式0。
它具有如下特点:
1、实验电路所需的输入信号S0~S7由实验者用开关S0~S7设定。
2、指示灯LS0~LS7显示开关K0~K7状态。
3、指示灯LR0~LR7暗。
4、实验电路的输出信号送到E0~E7,由指示灯LE0~LE7显示,正确与否由实验者做出判断。
二、方式1(自动方式1)
按动“+”和“-”键,使LED3、LED2显示实验序号,具有如下特点:
1、LED1、LED0显示当前的节拍号。
2、实验所需的输入信号S0~S7由实验仪内单片机根据所选实验序号自动产生,并由指示灯LS0~LS7显示。
3、实验电路的输出信号送到E0~E7,由指示灯LE0~LE7显示。
4、该实验序号的正确结果(答案),由实验仪内单片机自动产生,并由指示灯LR0~LR7显示。
三、方式2(自动方式2)
计数器等实验选用方式2,该方式有以下特点:
运行时,LED3、LED2显示实验序号;LED1、LED0显示实验结果(十六进制数)和LE7~LE0状态相对应。
其它与方式1相同。
四、方式3(自动方式3)
方式3运行时,LED3、LED2显示实验序号,LED1显示以正确结果为字型数据的符号LED0显示以实验结果为字型数据符号。
方式3只用于LED译码器实验。
1-4实验调试过程
一、准备
对于TTL器件实验,按实验内容在实验模块上插好器件,接好线路核对正确后,置KC3于“常规”,置KC2于“停止”,打开电源。
对于可编程逻辑器件实验,置KC2于“停止”,置KC3于“编程”,打开电源,将PC机上产生的熔丝图文件(X。
LED)下载到MDL中可编程器件(ispLSI1016或MACH221)内。
二、选择实验序号
开关KC2处于“停止”,KC0处于“序号”,按“+”键使实验序号递增,按“—”使实验序号递减,实验序号显示在LED3、LED2,相应实验方式显示在LED1、LED0上,直至选到所做实验序号为止。
三、调节实验信号周期
开关KC2处于“停止”,KC0处于“周期”LED1、LED0显示C8(相当是十进制200),按“+”键盘递增,按“—”键盘递减,直至选到合适周期为止。
监控设定连续运行时信号周期为2秒(200×10mS)
四、单拍运行
开关KC1处于“单拍”,开关KC0处于“运行”,则处于单拍运行方式,每按一次“+”键运行一拍,即S0~S7变化一次。
观察LS0~LS7、LR0~LR7、LE0~LE7变化。
五、连续运行
开关KC1处于“连续”,开关KC2处于“运行”,则处于连续运行方式。
LS0~LS7按所选周期连续变化。
观察LR0~LR7、LE0~LE7变化。
第二章组合逻辑电路部件实验
组合逻辑电路由于若干门电路组合而成,见图2-1。
它的特点是任一时刻电路的输出仅仅是该电路输入状态的函数,即
Yi=Fi[X1(t),X2(t),……………,Xn(t)](i=1,2,3,…….m)
2-1门电路
一、非门
能够实现逻辑非的基本单元电路叫做非门,其表达方式见下表:
二、与门与非门
能够实现逻辑与的基本单元电路叫做与门,其表达方式见下表:
&
能够实现逻辑与再实现逻辑非的复合逻辑运算的单元电路叫做非门,其表达方式见下表:
三、或门和或非门
能够实现逻辑或的基本单元电路叫做或门,其表达方式见下表:
能够实现逻辑或与再实现逻辑非的复合逻辑运算的单元电路叫做或非门,其表达方式见下表:
四、异或门和同或门
能够实现异或逻辑的单元电路叫做异或门,其表达方式见先表:
能够实现逻辑异或与在实现逻辑非的复合逻辑运算的单元电路叫做同或门,其表达方式见下表
实验一检测门电路
[实验目的]检测基本常用电路,列表表示其逻辑功能。
[实验器件]7404(非门)一个,7408(与门)一个,7432(或门)一个,7486(异或门)。
7404是一种TTL器件,在同一芯片中集成6个非门,其管脚图见附录,可任选一个非门进行检测。
7408是一种TTL器件,在同一芯片中集成4个与门,其管脚图见附录,可任选一个与门进行检测。
7432是一种TTL器件,在同一芯片中集成4个或门,其管脚图见附录,可任选一个或门进行检测。
7486是一种TTL器件,在同一芯片中集成个异或门,其管脚图见附录,可任选一个异或门进行检测。
[实验原理]
检测非门7404连线如下图所示:
检测与非门连线如下图所示:
图中,与门7408的输入1A、1B(管脚号1、2)取自实验仪控制面板CNO区的S1、S0,输入1Y(管脚号3)送到非门7404的输入1A(管脚号1),非门的输出送到CNO区的E0。
7404、7408的+Vcc(管脚号14)与CNO区的电源+5V连接,GND与CNO区的GND连接。
[实验步骤]
1、KCO置于“序号”,KC1和KC2任意,KC3置于“常规”。
2、接通电源。
3、按动“-”键,使LED3,LED2显示实验序号“00”,即选用0方式。
门电路的输入取自S0~S7插孔,由LS0~LS7显示,拨动开对照各真值表关K0~K7可改变其值。
输出接到E0~E7,由绿灯LE0~LE7显示结果。
进行检测。
[实验结果]
根据本次实验写出芯片所对应的真值表
[思考]
如何熟练地使用芯片进行线路的设计
2-2加法器
加法运算是计算机中最基本的运算。
按进位是否加入,加法器分为半加器和全加器。
一、半加器
一位半加器有两个输入端、两个输出端,见图2-2。
图2-2
其真值表见表2-2-1
表2-2-1
据真值表可得到半加器的输出的函数表达式:
Hi=Ai·Bi+Ai·Bi
Ci=Ai·Bi(2-2-1)
二全加器
计算机中的加法器一般就是全加器,它实现多位带进位加法。
一位全加器有三个输入端、两个输出端,见图2-3。
图2-3
图中“进位入”Ci是指低位的进位输出,“进位出”即是本位的进位输
出。
一位全加器的真值表见表2-2-2。
表2-2-2
输入
输出
Ci-1
Bi
Ai
Si
Ci
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
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