數(shù)字邏輯實驗指導書(multisim)

1、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗指導2015年1月實驗一 集成電路的邏輯功能測試一、實驗目的1、掌握Multisim軟件的使用方法。2、掌握集成邏輯門的邏輯功能。3、掌握集成與非門的測試方法。二、實驗原理TTL集成電路的輸入端和輸出端均為三極管結(jié)構(gòu)，所以稱作三極管、三極管邏輯電路（Transistor -Transistor Logic ）簡稱TTL電路。54 系列的TTL電路和74 系列的TTL電路具有完全相同的電路結(jié)構(gòu)和電氣性能參數(shù)。所不同的是54 系列比74 系列的工作溫度范圍更寬，電源允許的范圍也更大。74 系列的工作環(huán)境溫度規(guī)定為0700C，電源電壓工作范圍為5V±5%V，而54 系

2、列工作環(huán)境溫度規(guī)定為-55±1250C，電源電壓工作范圍為5V±10%V。54H 與74H,54S 與74S 以及54LS 與74LS 系列的區(qū)別也僅在于工作環(huán)境溫度與電源電壓工作范圍不同，就像54 系列和74 系列的區(qū)別那樣。在不同系列的TTL 器件中，只要器件型號的后幾位數(shù)碼一樣，則它們的邏輯功能、外形尺寸、引腳排列就完全相同。TTL 集成電路由于工作速度高、輸出幅度較大、種類多、不易損壞而使用較廣，特別對我們進行實驗論證，選用TTL 電路比較合適。因此，本實訓教材大多采用74LS(或74)系列TTL 集成電路，它的電源電壓工作范圍為5V±5%V，邏輯高電平為

3、“1”時2.4V，低電平為“0”時0.4V。它們的邏輯表達式分別為：圖1.1 分別是本次實驗所用基本邏輯門電路的邏輯符號圖。圖1.1 TTL 基本邏輯門電路與門的邏輯功能為“有0 則0，全1 則1”；或門的邏輯功能為“有1則1，全0 則0”；非門的邏輯功能為輸出與輸入相反；與非門的邏輯功能為“有0 則1，全1 則0”；或非門的邏輯功能為“有1 則0，全0 則1”；異或門的邏輯功能為“不同則1，相同則0”。三、實驗設(shè)備1、硬件：計算機2、軟件：Multisim四、實驗內(nèi)容及實驗步驟1、基本集成門邏輯電路測試（1）測試與門邏輯功能74LS08是四個2輸入端與門集成電路（見附錄1），請按下圖搭建電路

4、，再檢測與門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011（2）測試或門邏輯功能74LS32是四個2輸入端或門集成電路（見附錄1），請按下圖搭建電路，再檢測或門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011（3）測試非門邏輯功能74HC04是6個單輸入非門集成電路（見附錄1），請按下圖搭建電路，再檢測非門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。AY01（4）測試與非門邏輯功能74LS00是四個2輸入端與非門集成電路（見附錄1），請按下圖搭建電路，再檢測與非門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011（5）測試或非門邏輯功能74LS02是四個2輸入端或非門集成電路（見附錄1），請按下圖搭建電

5、路，再檢測或非門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011（6）測試異或門邏輯功能74LS86是四個2輸入端異或門集成電路，請按下圖搭建電路，再檢測異或門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011（7）測試同或門邏輯功能74LS266是四個2輸入端同或門集成電路，請按下圖搭建電路，再檢測同或門的邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY000110112、利用與非門組成其他邏輯門電路組成與門電路將74LS00中任意兩個與非門組成如下圖所示的與門電路，輸入端接邏輯電平開關(guān)，輸出端接指示燈LED，撥動邏輯開關(guān)，觀察指示燈LED的亮與滅，測試其邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011組

6、成或門電路將74LS00中任選三個與非門組成如下圖所示的或門電路，輸入端接邏輯電平開關(guān)，輸出端接指示燈LED，撥動邏輯開關(guān)，觀察指示燈LED的亮與滅，測試其邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011組成異或門電路將74LS00中的與非門按照下圖所示的電路連線，輸入端接邏輯電平開關(guān)，輸出端接指示燈LED，撥動邏輯開關(guān)，觀察指示燈LED的亮與滅，測試其邏輯功能，結(jié)果填入下表中。ABY00011011五、思考題請用或非門實現(xiàn)其他邏輯門電路，如與門、或門、非門、異或、同或。實驗二 組合邏輯電路分析與設(shè)計一、實驗目的1、掌握Multisim軟件對組合邏輯電路分析與設(shè)計的方法。2、掌握利用集成邏輯門

7、構(gòu)建組合邏輯電路的設(shè)計過程。3、掌握組合邏輯電路的分析方法。二、實驗原理全加全減器是一個實現(xiàn)一位全加和全減功能的組合邏輯電路，通過模式變量M來控制全加/全減算術(shù)運算。本實驗可以使用74LS00，74LS86芯片來實現(xiàn)。Ai和Bi分別表示二進制數(shù)A與B的第i位，Ci表示Ai-1和Bi-1位全加時產(chǎn)生的進位，Ci+1表示第Ai和Bi位全加時產(chǎn)生的進位，Si為Ai和Bi的和或差，M=0表示全加功能，M=1表示全減功能，具體真值表為：MAiBiCiSiCi+1000000000110001010001101010010010101011001011111100000100111101011101101

8、110010110100111000111111函數(shù)S和Ci+1的卡諾圖化簡后為：Si=AiBiCiCi+1=BiCi+(Ci+Bi)(MAi)=三、實驗設(shè)備1、硬件：計算機2、軟件：Multisim四、實驗內(nèi)容及實驗步驟1、根據(jù)實驗原理構(gòu)建全加全減器功能電路并測試邏輯功能。2、利用邏輯分析儀測試第1步電路的功能及函數(shù)表達式。說明：上面的第一個圖是測試Ci+1，下面的圖是測試S的，要求分析出真值表及相應(yīng)函數(shù)表達式及最簡函數(shù)表達式。3、利用設(shè)計全加全減器功能電路并測試邏輯功能。4、利用邏輯分析儀測試第3步電路的功能。（參考設(shè)計圖略）五、思考題1、設(shè)X=AB，請用與非門實現(xiàn)Y=X3的組合邏輯電路。

9、2、設(shè)計一個血型配對指示器。輸血時供血者和受血者的血型配對情況如圖所示，即（1）同一血型之間可以相互輸血；（2）AB型受血者可以接受任何血型的輸出；（3）O型輸血者可以給任何血型的受血者輸血。要求當受血者血型與供血者血型符合要求時綠指示燈亮，否則紅指示燈亮。實驗三 同步時序邏輯電路分析與設(shè)計一、實驗目的1、掌握基本觸發(fā)器的邏輯功能。2、掌握集成觸發(fā)器的功能和使用方法。3、掌握同步時序邏輯電路的設(shè)計與分析的方法。二、實驗原理觸發(fā)器是能夠存儲1位二進制碼的邏輯電路，它有兩個互補輸出端，其輸出狀態(tài)不僅與輸入有關(guān)，而且還與原先的輸出狀態(tài)有關(guān)。觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，用以表示邏輯狀態(tài)“1”和“0”，在一定

10、的外界信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，它是一個具有記憶功能的二進制信息存儲器件，是構(gòu)成各種時序電路的最基本邏輯單元。1、JK觸發(fā)器在輸入信號為雙端的情況下，JK觸發(fā)器是功能完善、使用靈活和通用性較強的一種觸發(fā)器。本實驗采用74LS112雙JK觸發(fā)器，是下降邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。引腳邏輯圖如圖4-2所示： 圖4-2 JK觸發(fā)器的引腳邏輯圖JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：其中，J和K是數(shù)據(jù)輸入端，是觸發(fā)器狀態(tài)更新的依據(jù)，若J、K有兩個或兩個以上輸入端時，組成“與”的關(guān)系。和為兩個互補輸出端。通常把=0、=1的狀態(tài)定為觸發(fā)器“0”狀態(tài)；而把=1，=0定為“1”狀態(tài)。JK觸發(fā)器常被用作緩沖

11、存儲器，移位寄存器和計數(shù)器。2、集成計數(shù)器計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中用的較多的基本邏輯器件，它的基本功能是統(tǒng)計時鐘脈沖的個數(shù)，即實現(xiàn)計數(shù)操作，它也可用與分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列等。例如，計算機中的時序發(fā)生器、分頻器、指令計數(shù)器等都要使用計數(shù)器。計數(shù)器的種類很多。按構(gòu)成計數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個時鐘脈沖源來分，可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；按進位體制的不同，可分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器和任意進制計數(shù)器；按計數(shù)過程中數(shù)字增減趨勢的不同，可分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器；還有可預置數(shù)等等。三、實驗設(shè)備與器件1、硬件：計算機2、軟件：Multisim四、實驗內(nèi)容及實驗步驟1、驗證 J

12、K 觸發(fā)器邏輯功能分析將 74LS112 的、J 和 K 連接到邏輯開關(guān)，Q 和 Q 端分別接邏輯電平顯示端口，CP 接單次脈沖，接通電源，按照表中的要求，改變、J、K 和 CP 的狀態(tài)。在 CP 從 1 到 0 跳變時，觀察輸出端Q n+1 的狀態(tài)，并將測試結(jié)果填入表。2、采用JK觸發(fā)器的模4可逆計數(shù)器的設(shè)計與分析模4計數(shù)器要求在X輸入為0時，按照自加1遞增計數(shù)，當X輸入為1時，按照自減1遞減計數(shù)，按照同步時序邏輯電路設(shè)計方法和步驟完成電路設(shè)計，并分析電路功能。輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)Xy2y1000001010011100101110111五、思考題1、請用D觸發(fā)器（74LS74）實現(xiàn)以上模4可逆計數(shù)

13、器功能。2、請用JK觸發(fā)器實現(xiàn)011序列檢測器的功能，輸入序列如101011100110實驗四 異步時序邏輯電路分析與設(shè)計一、實驗目的1、進一步掌握基本觸發(fā)器的邏輯功能。2、進一步掌握集成觸發(fā)器的功能和使用方法。3、掌握異步時序邏輯電路的設(shè)計與分析的方法。二、實驗原理觸發(fā)器是能夠存儲1位二進制碼的邏輯電路，它有兩個互補輸出端，其輸出狀態(tài)不僅與輸入有關(guān)，而且還與原先的輸出狀態(tài)有關(guān)。觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，用以表示邏輯狀態(tài)“1”和“0”，在一定的外界信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，它是一個具有記憶功能的二進制信息存儲器件，是構(gòu)成各種時序電路的最基本邏輯單元。1、JK觸發(fā)器在輸入信

14、號為雙端的情況下，JK觸發(fā)器是功能完善、使用靈活和通用性較強的一種觸發(fā)器。本實驗采用74LS112雙JK觸發(fā)器，是下降邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。引腳邏輯圖如圖4-2所示： 圖4-2 JK觸發(fā)器的引腳邏輯圖JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為：其中，J和K是數(shù)據(jù)輸入端，是觸發(fā)器狀態(tài)更新的依據(jù)，若J、K有兩個或兩個以上輸入端時，組成“與”的關(guān)系。和為兩個互補輸出端。通常把=0、=1的狀態(tài)定為觸發(fā)器“0”狀態(tài)；而把=1，=0定為“1”狀態(tài)。JK觸發(fā)器常被用作緩沖存儲器，移位寄存器和計數(shù)器。2、集成計數(shù)器計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中用的較多的基本邏輯器件，它的基本功能是統(tǒng)計時鐘脈沖的個數(shù)，即實現(xiàn)計數(shù)操作，它也可用與分頻、定時、產(chǎn)

15、生節(jié)拍脈沖和脈沖序列等。例如，計算機中的時序發(fā)生器、分頻器、指令計數(shù)器等都要使用計數(shù)器。計數(shù)器的種類很多。按構(gòu)成計數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個時鐘脈沖源來分，可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；按進位體制的不同，可分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器和任意進制計數(shù)器；按計數(shù)過程中數(shù)字增減趨勢的不同，可分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器；還有可預置數(shù)等等。三、實驗設(shè)備與器件1、硬件：計算機2、軟件：Multisim四、實驗內(nèi)容及實驗步驟1、驗證 JK 觸發(fā)器邏輯功能分析將 74LS112 的、J 和 K 連接到邏輯開關(guān)，Q 和 Q 端分別接邏輯電平顯示端口，CP 接單次脈沖，接通電源，按照表中的要求，改

16、變、J、K 和 CP 的狀態(tài)。在 CP 從 1 到 0 跳變時，觀察輸出端Q n+1 的狀態(tài)，并將測試結(jié)果填入表。2、采用JK觸發(fā)器的模4計數(shù)器的設(shè)計與分析模4計數(shù)器要求在X輸入為0時，按照自加1遞增計數(shù)，當X輸入為1時，按照自減1遞減計數(shù)，按照同步時序邏輯電路設(shè)計方法和步驟完成電路設(shè)計，并分析電路功能。輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)Xy2y1000001010011100101110111五、思考題1、請用D觸發(fā)器（74LS74）實現(xiàn)以上模4計數(shù)器功能。2、請用JK觸發(fā)器實現(xiàn)011序列檢測器的功能，輸入序列如101011100110實驗五 集成電路多種計數(shù)器綜合應(yīng)用一、實驗目的 1. 熟悉集成計數(shù)器邏輯功能和

17、各控制端作用。 2. 掌握計數(shù)器使用方法。二、實驗儀器及材料1、硬件：計算機2、軟件：Multisim3、器件 74LS290 二一五十進制計數(shù)器 2片 共陰LED數(shù)字顯示管 2只三、實驗內(nèi)容及步驟 1. 集成計數(shù)器74LS290功能測試。74LS290是二一五一十進制異步計數(shù)器，邏輯簡圖為圖5.1所示。74LS290具有下述功能：圖5.1 74LS290邏輯圖直接置0（R0(1),R0(2)=1）,直接置（S0(1),S0(2)=1）二進制計數(shù)（CP1輸入QA輸出）五進制計數(shù)（CP1輸入QA QB QC輸出）十進制計數(shù)（兩種接法如圖5.2A、B所示）按芯片引腳圖分別測試上述功能，并填入表5.

18、1、表5.2、表5.3中。圖5.2 十進制計數(shù)器2. 計數(shù)器級連分別用2片74LS290計數(shù)器級連成二一五混合進制、十進制計數(shù)器。（1）畫出連線電路圖。（2）按圖接線，并將輸出端接到LED數(shù)碼顯示器的相應(yīng)輸入端，用單脈沖作為輸入脈沖驗證設(shè)計是否正確。（3）畫出四位十進制計數(shù)器連接圖并總結(jié)多級計數(shù)級連規(guī)律。表5.1 功能表R0(1) R0(2) S0(1) S0(2)輸出QD QG QB QA H H L XH H X LX X H HX L X LL X X LX L L X表5.2 二一五混合時制計數(shù)輸出QAQDQGQB0123456789表5.3 十進制計數(shù)輸出QDQGQBQA012345

19、67893. 任意進制計數(shù)器設(shè)計方法采用脈沖反饋法（稱復位法或置位法），可用74LS290組成任意（M）計數(shù)器，圖5.3是用74LS290實現(xiàn)模7計數(shù)器的兩種方案，圖（A）采用復位法，即計到M異步置0，圖（B）采用置位法，即計數(shù)計到M-1異步置0。圖5.3 74LS290實現(xiàn)七進制計數(shù)方法當實現(xiàn)十以上進制的計數(shù)器時可將多片級連使用。圖5.4是45進制計數(shù)的一種方案，輸出為8421 BCD碼。圖5.4圖5.5 LED七段顯示引腳圖（1）按圖5.4接線，并將輸出接到LED顯示器上驗證。（2）設(shè)計一個六十進制計數(shù)器并接線驗證。（3）記錄上述實驗各級同步波形。四、實驗報告 1. 整理實驗內(nèi)容和各實驗數(shù)據(jù)。 2. 畫出實驗內(nèi)容1、2所要求的電路圖及波形圖。 3. 總結(jié)集成芯片使用。實驗六 計數(shù)、譯碼和顯示電路一、實驗目的1. 了解用JK觸發(fā)器組成的同步五進制計數(shù)器的工作原理。2. 觀察譯碼顯示電路的工作情況。3. 進一步熟悉基本元器件的選取和電路的連接方法。4. 學會直流電源、時鐘脈沖源的使用方法。5. 學習Multisim中函數(shù)信號發(fā)生器、示波器、邏輯分析儀等虛擬儀器的使用方法。6