(麥山版)數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書麥 山 鄭建霞 王明安計(jì)算機(jī)科學(xué)系硬件教研室二一年三月實(shí)驗(yàn)一 基本邏輯門實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握TTL與非門、或非門和異或門輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系。2熟悉TTL中、小規(guī)模數(shù)字集成電路的外型、管腳和使用方法。3掌握“TDS-4數(shù)字系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”和常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)器件和設(shè)備1四2輸入與非門74LS001片2四2輸入或非門74LS281片3四2輸入異或門74LS861片4TDS-4數(shù)字系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1臺(tái)5萬(wàn)用表1個(gè)6邏輯筆1個(gè)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測(cè)試四2輸人與非門74LS00一個(gè)與非門的輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系。2測(cè)試四2輸入或非門74LS28一個(gè)

2、或非門的輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系。3測(cè)試四2輸入異或門74LS86一個(gè)異或門的輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系。四、實(shí)驗(yàn)提示1將被測(cè)器件插入實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的14芯插座中。2將器件的引腳7與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的“地(GND)”連接，將器件的引腳14與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的+5V連接。3用實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電平開(kāi)關(guān)輸出作為被測(cè)器件的輸入，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，則改變器件的輸入電平。4將被測(cè)器件的輸出引腳與實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的電平指示燈連接，指示燈亮表示輸出電平為1，指示燈滅表示輸出電平為0。5用萬(wàn)用表的電壓檔測(cè)量被測(cè)器件的輸入引腳和輸出引腳的電壓值。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出三個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理圖和接線圖。2用分別用電壓值表和真值表表示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)二 數(shù)據(jù)選擇器和譯碼器一、

3、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能和使用方法。2掌握譯碼器的邏輯功能和使用方法。二、實(shí)驗(yàn)所用器件和設(shè)備1雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LSl53 1片2雙2：4線譯碼器74LSl39 1片3TDS-2數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 1臺(tái)4萬(wàn)用表或邏輯筆 1個(gè)5示波器 1臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測(cè)試74LSl53中一個(gè)4選1數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能。4個(gè)數(shù)據(jù)輸入引腳CO-C3分別接實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的10MHz、1 MHz、500kHz、100kHz脈沖源，變化數(shù)據(jù)選擇引腳A、B的電平和使能引腳G的電平，產(chǎn)生8種不同的組合，觀測(cè)每種組數(shù)據(jù)選擇器的輸出波形。2測(cè)試74LSl39中一個(gè)2-4譯碼器的邏輯功能。4個(gè)譯碼輸出引腳YOY3接電平指示

4、燈，改變引腳G、B、A的電平，產(chǎn)生8種組合，并記錄指示燈的顯示狀態(tài)。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出實(shí)驗(yàn)接線圖。2根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫出74I_5139和74LSl53的真值表。3分析74LS139和74LSl53中引腳G的功能。實(shí)驗(yàn)三 全加器構(gòu)成及測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解全加器的實(shí)現(xiàn)方法，掌握全加器的功能。二、實(shí)驗(yàn)所用器件和設(shè)備1四2輸入與非門74LS00 1片2四2輸入異或門74LS861片3TDS-2數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 1臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1用1片74S00和1片74LS86組成如圖1所示的邏輯電路。ABCIFCO圖1 全加器2將A、B、CI接電平開(kāi)關(guān)輸出，F(xiàn)、CO接電平指示燈。3撥動(dòng)電平開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生A、B、CI

5、的8種組合，觀測(cè)并記錄F和CO的值。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1寫出F和CO的邏輯表達(dá)式。2用真值表表達(dá)邏輯圖1。實(shí)驗(yàn)四 觸發(fā)器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器的工作原理和使用方法。二、實(shí)驗(yàn)所用器件和設(shè)備1四2輸人正與非門74LS001片2雙D觸發(fā)器74LS74 1片3雙JK觸發(fā)器74LS731片4TDS-2數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 1臺(tái)5雙蹤示波器 1臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1用74LS00構(gòu)成一個(gè)RS鎖存器。、端接電平開(kāi)關(guān)輸出，Q、端接電平指示燈。改變、的電平，觀測(cè)并記錄Q、的值。2測(cè)試雙D觸發(fā)器74LS74中一個(gè)觸發(fā)器的功能。(1) 將CLR（復(fù)位）、PR（置位）引腳接實(shí)驗(yàn)臺(tái)電平開(kāi)關(guān)輸出，Q、引腳

6、接電平指示燈。改變CLR、PR的電平，觀察并記錄Q、的值。(2) 在(1)的基礎(chǔ)上，置CLR、PR引腳為高電平，D（數(shù)據(jù)）引腳接電平開(kāi)關(guān)輸出，CLK（時(shí)鐘）引腳接單脈沖。在D分別為高電平和低電平的情況，按單脈沖按鈕，觀察Q、的值，并記錄。(3) 在(1)的基礎(chǔ)上，將D引腳接1 MHz脈沖源，CLK引腳接1OMHz脈沖源。用雙蹤示波器同時(shí)觀測(cè)D端和CP端，記錄波形；同時(shí)觀測(cè)D端、Q端，記錄波形，分析原因。3制定對(duì)雙JK觸發(fā)器74LS73一個(gè)JK觸發(fā)器的測(cè)試方案，并進(jìn)行測(cè)試。四、實(shí)驗(yàn)提示174LS73引腳11是GND，引腳4是VCC。2D觸發(fā)器74LS74是上升沿觸發(fā)，JK觸發(fā)器74LS73是下降

7、沿觸發(fā)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1的原理圖，寫出其真值表；2寫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2、3各步的現(xiàn)象，按如下形式寫出實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2的真值表。表1 真值表輸 入輸 出PR CLR CLK DQ、實(shí)驗(yàn)五 計(jì)數(shù)器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握計(jì)數(shù)器74LSl62的功能和級(jí)連方法。2掌握任意模計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法。4熟悉數(shù)碼管的使用。二、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明計(jì)數(shù)器器件是應(yīng)用較廣的器件之一。它有很多型號(hào)，各自完成不同的功能，供使用中根據(jù)不同的需要選用。本實(shí)驗(yàn)選用十進(jìn)制BCD同步計(jì)數(shù)器74LSl62作為實(shí)驗(yàn)用器件，其引腳圖見(jiàn)附錄A。Clock是時(shí)鐘輸入端，上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。允許端P和T均為高電平時(shí)允許計(jì)數(shù)，允許端T為低電平時(shí)禁止進(jìn)位C

8、arry產(chǎn)生。同步預(yù)置端load加低電平時(shí)，在下一個(gè)時(shí)鐘的上升沿將計(jì)數(shù)器置為預(yù)置數(shù)據(jù)端的值。清除端Clear為同步清除，低電平有效，在下一個(gè)時(shí)鐘的上升沿將計(jì)數(shù)器復(fù)位為0。在計(jì)數(shù)值等于9時(shí)，進(jìn)位位Carry為高，脈寬是1個(gè)時(shí)鐘周期，可用于級(jí)聯(lián)。三、實(shí)驗(yàn)所用器件和設(shè)備1同步4位BCD計(jì)數(shù)器74LS162 2片2二輸入四與非門74LS00 1片3示波器 1臺(tái)4TDS-2數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 1臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1用1片74LSl62和1片74LS00采用復(fù)位法構(gòu)一個(gè)模7計(jì)數(shù)器。用單脈沖做計(jì)數(shù)時(shí)鐘，觀測(cè)計(jì)數(shù)狀態(tài)，并記錄。用連續(xù)脈沖做計(jì)數(shù)時(shí)鐘，觀測(cè)并記錄QD、QC、QB、QA的波形。2用1片74LSl62和1片

9、74LS00采用置位法構(gòu)一個(gè)模7計(jì)數(shù)器。用單脈沖做計(jì)數(shù)時(shí)鐘，觀測(cè)計(jì)數(shù)狀態(tài)，并記錄。用連續(xù)脈沖做計(jì)數(shù)時(shí)鐘，觀測(cè)并記錄QD、QC、QB、QA的波形。3用2片74LSl62和1片74LS00構(gòu)成一個(gè)模60計(jì)數(shù)器。2片74LSl62和QD、QC、QB、QA分別接兩個(gè)數(shù)碼管的D、B、C、A。用單脈沖做計(jì)數(shù)時(shí)鐘，觀測(cè)數(shù)碼管數(shù)字的變化，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和接線是否正確。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出復(fù)位法構(gòu)成的模7計(jì)數(shù)器的電路圖，寫出單脈沖做計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，QD、QC、QB、QA的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。畫出連續(xù)計(jì)數(shù)脈沖下QD、QC、QB、QA波形圖。2畫出置位法構(gòu)成的模7計(jì)數(shù)器的電路圖，寫出單脈沖做計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，QD、QC、QB、QA的狀態(tài)

10、轉(zhuǎn)移表。畫出連續(xù)計(jì)數(shù)脈沖下QD、QC、QB、QA波形圖。3畫出模60計(jì)數(shù)器電路圖 實(shí)驗(yàn)六 通用邏輯陣列（GAL）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?以GAL16V8為例，了解GAL的工作原理、特點(diǎn)、引腳和使用方法。2初步掌握使用ABEL語(yǔ)言編程方法，使用ABEL語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的邏輯功能。二、實(shí)驗(yàn)所用器件和設(shè)備1GALl6V81片2GAL編程器 1套3示波器1臺(tái)4TDS2數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1用ABEL編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)4位格雷碼計(jì)數(shù)器。格雷碼的編碼規(guī)則規(guī)定，任何相鄰的代碼只有1個(gè)二進(jìn)制位狀態(tài)不同，其余3位二進(jìn)制位必須狀態(tài)相同。用4個(gè)二進(jìn)制位的格雷碼表示十進(jìn)制數(shù)的十個(gè)狀態(tài)的方案很多，表2給出兩組最常用的

11、編碼值，本實(shí)驗(yàn)只要求實(shí)現(xiàn)一種格雷碼方案，從上面兩個(gè)方案中任選其一。表2 格雷碼十進(jìn)制數(shù)格雷碼(1)格雷碼(2)0000000001000101002001101103001000104011010105111010116101000117100000018110010019010010002設(shè)計(jì)格雷碼計(jì)數(shù)器的邏輯電路，用FM軟件實(shí)現(xiàn)。首先用文本編輯生成一個(gè)擴(kuò)展名為PLD的設(shè)計(jì)文件，該設(shè)計(jì)文件應(yīng)符合FM規(guī)定的語(yǔ)法。然后用FM軟件編譯，生成JEDEC類型的文件。3將JEDEC文件通過(guò)GAL編程器寫入GALl6V8。5將GALl6V8插入TDS實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的20芯插座，接好電源和地。使用單脈沖做計(jì)數(shù)時(shí)鐘

12、。格雷碼計(jì)數(shù)器的4個(gè)輸出接電平指示燈。觀察并記錄單脈沖多次作用下，格雷碼輸出的狀態(tài)變化。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出格雷碼計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖。2寫出實(shí)現(xiàn)格雷碼計(jì)數(shù)器的ABEL程序。3根據(jù)自己的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)述使用可編程邏輯器件GAL實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯功能有哪些特點(diǎn)。附錄A 常用實(shí)驗(yàn)器件引腳圖1、四2輸入正與非門74LS001A1B1Y2A2B2YGNDVCC4B4A4Y3B3A3Y1234567141312111098ABY2、六反向器74LS041A1Y2A2Y3A3YGNDVCC6A6Y5A5Y4A4Y1234567141312111098AY3、四2輸入正或非門74LS281Y1A1B2Y2A2BGNDV

13、CC4Y4B4A3Y3B3A1234567141312111098ABY4、四2輸入異或門74LS861A1B1Y2A2B2YGNDVCC4B4A4Y3B3A3Y1234567141312111098ABY5、雙J-K觸發(fā)器（帶清除端）74LS73A1CLK1CLR1KVcc2CLK2CLR2J1J1Q1QGND2K2Q2Q1234567141312111098QQJCLKKCLRJ-K觸發(fā)器真值表輸 入輸 出CLRCLKJKQLXXXLHHLLQ0HLHLHHHH反轉(zhuǎn)HHXXQ06、雙D正邊沿觸發(fā)器（帶預(yù)置和清除端）74LS741CLR1D1CLK1PR1Q1QGNDVcc2CLR2D2CL

14、K2PR2Q2Q1234567141312111098QQPRJCLKKCLRD觸發(fā)器真值表輸 入輸 出PRCLRCLKDQLHXXHLHLXXLHLLXXHHHHHHLHHLLHHHLXQ07、三態(tài)輸出的四總線緩沖器74LS1251C1A1Y2C2A2YGNDVCC4C4A4Y3C3A3Y1234567141312111098Y=AC為高時(shí)輸出禁止ACY8、雙2:4線譯碼器/分配器74LS1391G1A1B1Y01Y11Y21Y3GNDVCC2G2A2B2Y02Y12Y22Y312345678161514131211109真值表輸入輸出允許G選擇B AY0 Y1 Y2 Y3HX XH H H

15、 HLL LL H H HLL HH L H HLH LH H L HLH HH H H L9、GAL16V8I/CLKIIIIIIIIGNDVCCI/O/QI/O/QI/O/QI/O/QI/O/QI/O/QI/O/QI/O/QI/OE123456789102019181716151413121110、雙4:1線數(shù)據(jù)選擇器/多路開(kāi)關(guān)74LS1531GB1C31C21C11C01YGNDVCC2GA2C32C22C12C02Y12345678161514131211109真值表選通G選擇輸入B A數(shù)據(jù)輸入C0 C1 C2 C3輸出YHX XX X X XLLL LL X X XLLL LH X X XHLL HX L X XLLL HX H X XHLH LX X L XLLH LX X H XHLH HX X X LLLH HX X X HH11、同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS162ClearClockABCDEnable PGNDVCCC