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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 血型关系检测电路的设计一、实验目的1. 掌握组合逻辑电路的设计和测试方法。2. 学习选择和使用集成逻辑器件。3. 练习使用Multisim中的逻辑转换器。二、实验类型设计型实验三、预习要求1. 复习组合逻辑电路的分析与设计方法。2. 复习常用的组合逻辑器件的逻辑功能。3. 画好实验电路的接线图，自拟实验步骤。四、实验原理组合逻辑电路的设计是指根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑关系的最简逻辑电路。需要指出的是，这里
10、所说的“最简”，在使用不同器件进行设计时有不同的含义。对于小规模集成电路（SSI）为组件的设计，最简标准是使用的门最少，且门的输入端数最少；而对于以中规模集成电路（MSI）为组件的设计，则是以所用集成芯片个数最少、品种最少以及连线最少作为最简的标准。设计步骤如下：1.根据设计任务，建立数字电路的模型，可以是真值表、卡诺图，也可以直接写出逻辑表达式。2.跟据真值表或表达式填写卡诺图，进行化简。化简的原则和最简函数的形式与使用的器件关系密切。如欲使用与非门实现电路，应化简成与或式；如欲使用或非门实现电路则化简成或与式。3.根据化简结果画出逻辑电路图。4.根据逻辑电路图搭接电路。5.测试并验证所设计
11、的电路。五、实验仪器装有Multisim 软件的计算机一台六、实验内容与要求人类的血型有4种：A、B、AB、O型。在输血时，输血者和受血者的血型必须符合如图，即O型血可以输给任何血型的人，但O型血的人只能接受O型血；AB型血的人只能输给AB型血的人，但AB型血的人可以 接受所有血型的人；A型血的人可以输血给A型和AB型血的人，而A型血的人能接受A型和O型血；B型血的人可以输血给B型和AB型血的人，而B型血的人能接受B型和O型血。图2.2.1 输血关系图要求用与非门设计一个电路，用于判断输血者和受血者的血型是否符合输血条件，如果能够输血，则绿色指示灯亮（实验中用绿色探针代替）：如果血型不合，则红
12、色指示灯亮，并且发出警告声音（实验中用蜂鸣器代替）。七、注意事项1. 输血者有4种情况，可用两位代码区分，同样受血者血型也可以用两位代码表示，这样整个电路的输入有四个变量，输出两个变量，分别表示能或不能。2. 也可以用4个开关模拟A、B、AB、O 血型，（输血者和受血者共需要8个开关）对受血者和输血者的血型通过编码电路分别进行编码，之后根据要求设计血型检测电路。八、实验报告1.说明设计过程，画出各逻辑电路图。2.记录实验数据，总结实验心得。九、思考题1.SSI为组件的设计方法与MSI为组件的设计方法有哪些区别，及其各自的优缺点。2.不限定用于非门，还有哪些方法可以实现血型关系检测？实验四 同步
13、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，
14、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。计数器的种类很多。按构成
15、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
16、。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0110实验五 计数、译码和显示电路一、实验目的1. 了解用JK触发器组成的同步五进制计数器的工作原理。2. 观察译码显示电路的工作情况。3. 进一步熟悉基本元器件的选取和电路的连接方法。4. 学会直流电源
17、、时钟脉冲源的使用方法。5. 学习Multisim中函数信号发生器、示波器、逻辑分析仪等虚拟仪器的使用方法。6. 学习Multisim中指示灯、有译码的七段显示器等显示器件的使用方法。二、实验类型本实验为验证型实验。三、预习要求1. 分析图，画出其工作波形图（包括CP、Q0、Q1、Q2、的波形）2. 自拟进行实验的步骤。3. 复习数码管的工作原理（参见第一部分数字电路实物实验实验一）。四、实验原理图图2.3.1 用JK触发器组成的同步五进制计数器五、实验仪器装有Multisim 2001软件的计算机一台六、实验内容与要求1. 在Multisim中按图，仿真并观察五进制计数器的工作情况。（1）将
18、计数器清零，使Q0=Q1=Q2=0。（2）将计数器的CP端接单脉冲，用发光探头显示各触发器Q端的状态，检验计数器的工作情况是否正确？（3）在CP端加一定频率的时钟脉冲，以CP为参考量，用虚拟示波器观察Q0、Q1、Q2的波形，检验波形是否正常。2. 观察译码显示电路的工作情况。 将计数器的CP端接单脉冲输出端，计数器的Q0、Q1、Q2分别接到数码显示的1、2、3处，4悬空。观察是否与发光探头显示的二进制数一致。七、注意事项JK触发器的输出端不能接+5V或地，否则导致无法仿真，在实际电路中导致器件损坏。八、实验报告1.分析该时序逻辑电路的功能。2.记录实验数据，列出真值表，画出输出波形。3.总结实
19、验心得。九、思考题1.如何用D触发器组成同步N进制计数器？ 2.如何用数字信号发生器或函数信号发生器产生CP脉冲信号？实验六 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
20、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，它的基本功能是统计时钟脉冲的个数，即实现计数
21、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 端分别接逻辑电平显示端口，CP 接单次脉冲
22、，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0110实验七 脉冲边沿检测电路的分析与设计一、实验目的1.熟悉基本RS
23、触发器的功能。2.熟悉TTL集成JK触发器74LS73和集成或非门74LS02的使用方法。3.掌握一种检测脉冲第一个边沿跳变方向的方法。4.掌握多谐振荡器的设计方法。二、实验类型验证型、设计型实验三、预习要求以下工作在进行实验前必须完成：1分析图，将结果填人表2.4.1，待实验时验证。 表2.4.1 第一个脉冲为上升沿时的情况开关S时钟脉冲CP LED1 LED2闭合/断开无断开第一个脉冲上升沿断开第一个脉冲下降沿断开第二个脉冲上升沿断开.闭合/闭合/2设计一个周期约为10ms的多谐振荡器，为本检测器提供时钟脉冲，画出电路图，选择元件和计算参数。四、实验原理 在许多微处理器的应用中，为了容易鉴
24、别或检测某一程序，需要了解一串脉冲第一个边沿的电平跳变方向；在同步系统中，往往也需要知道该系统是被时钟脉冲的上升沿触发，还是被下降沿触发。本课题电路就是一个既简单又廉价的电路，它可以识别脉冲的第一个跳变沿究竟是上升沿还是下降沿，并能将结果显示出来。该电路所能检测的TTL脉冲信号的最小宽度可达50ns，由于电路中只用了两片集成电路，在校验和调试数字电路时，可以很方便地装在一个探头里。电路原理图如图，而且J、K与相连接，为0时，JK0，输出保持原状态；为1时，JK1，在时钟脉冲下降沿到来时，触发器的输出状态翻转。从而控制基本RS触发器，使两只LED中有一只发光，表示时钟脉冲的方向是上升沿（或下降沿
25、）。具体的过程如下：图2.4.1 捕捉和显示脉冲第一个边沿方向的检测器电路原理 先按下复位开关S，使JK触发器的两个输出端1，或非门两个输出端皆为低电平，即A=0， B0，两只LED截止。 松开开关S后，若没有时钟脉冲到来，则电路保持原状态。若第一次跳变是上升沿时， IC1a不触发，A0，LED1暗；而IC1b的输出翻转，0，使G2输出高电平，即 B1，LED2亮。不管下一次输入脉冲如何转换，因IC1b的J、K均为0，输出不会翻转，= 0，LED2继续亮。因B点为高电平，所以无论是什么状态，A点都为低电平，LED1不亮。若输入的第一次跳变是下降沿，则过程相反，LED1亮，LED2暗。74LS7
26、3双JK触发器和 74LS02四2输入或非门的引脚图参见附录。五、实验仪器装有Multisim 2001软件的计算机一台所用部分元器件清单 IC1 74LS73 双JK触发器 IC2 74LS02 四-2输入或非门 IC3 74LS00 四-2输入与非门 R1、R2 300 1/8W碳膜电阻器 R3 10k 1/8W碳膜电阻器 R4、R5 1k 1/8W碳膜电阻器LED1、LED2 红、绿发光二极管C 自定义 虚拟电容六、实验内容与要求1在Multisim中画出检测器电路原理图，并对其进行仿真。2接通复位开关S，检查触发器是否清零。3用74LS00四2输入与非门设计一个单脉冲产生电路，用示波器监视脉冲变化方向，验证检测器电路的效果。4按照所设计的10ms多谐振荡器作脉冲源，随机产生一串脉冲，输入检测器，观察LED的指示结果。七、注意事项设计一个周期约为10ms的多谐振荡器，为本检测器提供时钟脉冲，需先计算相关参数。选择合适元件。八、实验报告1.分析该电路的逻辑功能。2.说明设计过程，画出逻辑电路图。3.记录实验数据，列出真值表，画出输出波形。4.总结实验心得。九、思考题还有哪些方法可以实现检测脉冲第一个边沿跳变方向？
