数字逻辑与数字系统实验指导书(2013版)

数字逻辑实验

《数字逻辑》 实 验 指 导 书

计算机科学系硬件教研室

二○一三年三月

数字逻辑实验

实验一 基本逻辑门和组合逻辑

一、实验目的

1．掌握TTL与非门、或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系； 2．掌握组合逻辑电路的分析方法；

3．熟悉TTL小规模数字集成电路的外型、引脚和使用方法；

4．掌握“TDS-4数字系统综合实验平台”和常规实验仪器的使用方法。 二、实验器件和设备

1．四2输入与非门74LS00 2．四2输入或非门74LS28 3．四2输入异或门74LS86 4．TDS-4数字系统综合实验平台 5．万用表 6．逻辑笔 三、实验内容

1．测试四2输人与非门74LS00一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系； 2．测试四2输入或非门74LS28一个或非门的输入和输出之间的逻辑关系； 3．测试四2输入异或门74LS86一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系； 4．测试并分析下图1.1逻辑电路的功能。

1片 1片 1片 1台 1个 1个

图1.1 组合逻辑电路

四、实验提示

1．将被测器件插入实验台上的14芯插座中；

2．将器件的引脚7与实验台的“地(GND)”连接，引脚14与实验台的+5V连接；

3．用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入，拨动开关，则改变器件的输入电平； 4．将被测器件的输出引脚与实验台上的电平指示灯连接，指示灯亮表示输出电平为1，指示灯灭表示输出电平为0；

5．用万用表的电压档测量被测器件的输入引脚和输出引脚的电压值。 五、实验报告要求

1．画出实验内容1～3的接线示意图，分别用电压值表和真值表的形式表示实验结果； 2．用真值表的形式表示实验4的结果，写出电路的逻辑函数并分析其功能。

数字逻辑实验

实验二 译码器、数据选择器和组合逻辑设计

一、实验目的

1．掌握译码器、数据选择器的逻辑功能和使用方法； 2．掌握TTL中规模集成电路的应用方法； 3．掌握组合逻辑设计的基本方法。 二、实验所用器件和设备

1．双2-4线译码器74LSl39 2．双4选1数据选择器74LSl53 3．四2输入与非门74LS00 4．TDS-2数字电路实验系统 5．万用表或逻辑笔 6．示波器 三、实验内容

1．测试74LSl39中一个2-4线译码器的逻辑功能。使能端G和编码输入端B、A分别接电平开关，4个译码输出端YO～Y3分别LED指示灯。改变G、B、A的电平，产生8种组合，观察并记录输出指示灯的显示状态；

2．测试74LSl53中一个4选1数据选择器的逻辑功能。使能端G、数据选择端B、A和数据输入端CO-C3分别接电平开关，输出端Y接LED指示灯。改变使能端G、数据选择端B、A数据输入端C0-C3的电平，观察并记录输出指示灯的显示状态；

3．设计一个三人多数表决器，并用1片双4选1数据选择器74LSl53和1片与非门实现。 四、实验提示

74LSl53内部的2个4选1数据选择器使用了相同的数据选择信号B、A。考察其中一个4选1选择器，输出Y BAD0 BAD1 BAD2 BAD3。若另Ci=1，则Y BA BA BA BA，即Y为B、A两个变量所有最小项之和。若令D0=0，D1=1，D2=1，D3=0，则Y BA BA B A，可见当通过将D0～D3设为不同的值后，输出Y可以是两个变量B和A的任意最小项之和。若令

F CY1 CY

2

1片 1片 1片 1台 1个 1台

，当两个选择器的数据输入端Di=1时，Y1=Y2，即F CY CY，可见此时F为C、

B、A三个变量所有最小项之和。 五、实验报告要求

1．画出实验接线图；

2．记录实验结果，并根据实验结果写出74IS139和74LSl53的真值表； 3．分析74LS139和74LSl53中引脚G的功能；

4．写出三人多数表决器的设计过程，画出逻辑电路图，并以真值表的形式表示测试结果。

数字逻辑实验

实验三 触发器和寄存器

一、实验目的

1．掌握RS触发器、D触发器、JK触发器的工作原理和使用方法。 二、实验所用器件和设备

1．四2输人正与非门74LS00 1片 2．双D触发器74LS74 2片 3．双JK触发器74LS73 1片 4．TDS-2数字电路实验系统 1台 5．双踪示波器 1台 三、实验内容

1．用74LS00构成一个RS触发器。R、S 端接电平开关输出，Q、Q端接电平指示灯，改变R、S 的电平，观测并记录Q、Q的值；

2．测试双D触发器74LS74中一个D触发器的功能。 (1) 将CLR（复位）、PR（置位）引脚接实验台电平开关输出，Q、Q引脚接电平指示灯。改变CLR、PR的电平，观察并记录Q、Q的值。

(2) 置CLR、PR引脚为高电平，D（数据）引脚接电平开关输出，CLK（时钟）引脚接单脉冲。在D分别为高电平和低电平的情况，按单脉冲按钮，观察Q、Q的值，并记录。

3．参考2，制定对双JK触发器74LS73的一个JK触发器的测试方案，并进行测试。

4．下图2.1为由D触发器（74LS74A）构成的4位扭环形计数器，Clear为异步清零端，当Clear为低电平时计数器清零，正常工作时Clear接高电平，用实验的方法做出其状态转移图（时钟Clock用手动脉冲）。

图2.1 扭环形计数器

四、实验提示

1．74LS73引脚11是GND，引脚4是VCC。

2．D触发器74LS74是上升沿触发，JK触发器74LS73是下降沿触发。 五、实验报告要求

1．画出实验内容1的原理图，写出其真值表；

2．写出实验内容2、3各步的现象，按如下形式写出实验内容2的真值表。

数字逻辑实验

实验四 计数器

一、实验目的

1．掌握计数器74LSl62的功能和级连方法。 2．掌握任意模计数器的构成方法。 3．熟悉数码管的使用。 二、实验说明

计数器器件是应用较广的器件之一。它有很多型号，各自完成不同的功能，供不同的需要选用。本实验选用十进制BCD同步计数器74LSl62作为实验用器件，其引脚图见附录A。Clock是时钟输入端，上升沿触发计数触发器翻转。使能端P和T均为高电平时允许计数，使能端T为低电平时禁止进位Carry产生。同步预置端Load加低电平时，在下一个时钟的上升沿将计数器置为预置数据端的值。清除端Clear为同步清除，低电平有效，在下一个时钟的上升沿将计数器复位为0。在计数值等于9时，进位位Carry为高，脉宽是1个时钟周期，可用于级联。 三、实验所用器件和设备

1．同步4位BCD计数器74LS162 2．二输入四与非门74LS00 3．示波器 4．TDS-2数字电路实验系统 四、实验内容

1．用1片74LSl62和1片74LS00采用复位法构一个模7计数器。用单脉冲做计数时钟，观测计数状态，并记录。

2．用1片74LSl62和1片74LS00采用置位法构一个模7计数器。用单脉冲做计数时钟，观测计数状态，并记录。

3．用2片74LSl62和1片74LS00构成一个模60计数器。2片74LSl62和QD、QC、QB、QA

分别接两个数码管的D、B、C、A。用单脉冲做计数时钟，观测数码管数字的变化，检验设计和接线是否正确。 五、实验报告要求

1．画出复位法构成的模7计数器的电路图，写出单脉冲做计数脉冲时，QD、QC、QB、QA

的状态转移表。画出连续计数脉冲下QD、QC、QB、QA波形图。

2．画出置位法构成的模7计数器的电路图，写出单脉冲做计数脉冲时，QD、QC、QB、QA

的状态转移表。画出连续计数脉冲下QD、QC、QB、QA波形图。

3．画出模60计数器电路图

2片 1片 1台 1台

数字逻辑实验

一、实验目的

1．以GAL16V8为例，了解GAL的工作原理、特点、引脚和使用方法。

2．初步掌握使用ABEL语言编程方法，使用ABEL语言编程实现较复杂的逻辑功能。 二、实验所用器件和设备

1．GALl6V8 2．GAL编程器 3．示波器 4．TDS－2数字电路实验系统 三、实验内容

1．设计一个4-1数据选择器并测试其功能； 2．设计一个3-8译码器并测试其功能； 3．设计一个8-3编码器并测试其功能。 四、实验提示

1）首先按功能要求设计逻辑函数，然后用ABEL-HDL语言描述；

2）用ispExpert软件实现设计输入和编译综合，生成JEDEC类型的文件； 3）用编程器将JEDEC文件写入GALl6V8器件，然后进行测试并记录。 四、实验报告要求

1．画出格雷码计数器的逻辑电路图。

2．写出实现格雷码计数器的ABEL程序。

3．根据自己的设计，简述使用可编程逻辑器件GAL实现数字逻辑功能有哪些特点。

1片 1套 1台 1台

数字逻辑实验

一、实验目的

1．以GAL16V8为例，了解GAL的工作原理、特点、引脚和使用方法。

2．初步掌握使用ABEL语言编程方法，使用ABEL语言编程实现较复杂的逻辑功能。 二、实验所用器件和设备

1．GALl6V8 2．GAL编程器 3．示波器 4．TDS－2数字电路实验系统 三、实验内容

1．设计一个4位格雷码计数器。格雷码的编码规则规则，任何相邻的两个编码中只有1个二进制位状态不同，表2给出两组最常用的格雷码的编码值，本实验只要求实现一种格雷码方案，从上面两个方案中任选其一。

表2 格雷码

1片 1套 1台 1台

2．设计一个4位可逆BCD计数器，使用方程式语句或状态图语句描述。 四、实验提示

1）首先按功能要求设计逻辑函数，然后用ABEL-HDL语言描述；

2）用ispExpert软件实现设计输入和编译综合，生成JEDEC类型的文件；

3）用编程器将JEDEC文件写入GALl6V8器件，然后进行测试（用单脉冲）并记录。 五、实验报告要求

1．画出格雷码计数器的逻辑电路图。

2．写出实现格雷码计数器的ABEL程序。

3．根据自己的设计，简述使用可编程逻辑器件GAL实现数字逻辑功能有哪些特点。

数字逻辑实验

附录A 常用实验器件引脚图

1、四2输入正与非门74LS00

1A VCC 1B 4B 1Y 4A 2A 4Y Y

2B 3B Y A B

2Y 3A GND

3Y

2、六反向器74LS04

1A VCC 1Y 6A 2A 6Y Y

2Y 5A 3A

5Y Y A

3Y 4A GND

4Y

3、四2输入正或非门74LS28

1Y VCC 1A 4Y 1B 4B A 2Y 4A B

Y

2A

3Y Y A B

2B 3B GND

3A

4、四2输入异或门74LS86

1A VCC 1B 4B 1Y 4A A 2A 4Y B

Y

2B 3B Y A B

2Y 3A GND

3Y

5、双J-K触发器（带清除端）74LS73A

1CLK 1J 1CLR 1K 1Q Vcc GND Q 2CLK 2K 2CLR

2Q 2J

6、双D正边沿触发器（带预置和清除端）74LS74

1CLR

Vcc 1D 2CLR 1CLK 2D 1PR 2CLK CLK

D Q 1Q 2PR

2Q GND

数字逻辑实验

7、三态输出的四总线缓冲器74LS125

1C VCC 1A 4C 1Y 4A Y

2C 4Y 2A 3C Y=A

2Y 3A C为高时输出禁止

GND

3Y

8、双2:4线译码器/分配器74LS139

1G VCC 1A 2G 1B 2A 1Y0 2B 1Y1 2Y0 1Y2 2Y1 1Y3 2Y2 GND

2Y3

真值表

9、GAL16V8

I/CLK

VCC I I/O/Q I I/O/Q I I/O/Q I I/O/Q I I/O/Q I I/O/Q I I/O/Q

I I/O/Q GND

I/OE

10、双4:1线数据选择器/多路开关74LS153

1G VCC B 2G 1D3 A 1D2 2D3 1D1 2D2 1D0 2D1 1Y 2D0 GND

2Y

真值表

11、同步十进制计数器74LS162

Clear VCC

Clock

Carry A QA B QB C QC D QD

Enable P Enable T GND

Load

⑴ Clock为计数时钟，上升沿计数。 ⑵ Clear为同步清除，低电平有效。 ⑶ Load为同步预置，低电平有效。 ⑷ D、C、B、A为数据预置端，D为最高位。 ⑸ QD、QC、

QB、QA为计数输出，QD为最高位。 ⑹ Carry为进位输出，高电平有效，其宽度与QA

相等。

⑺ Enable T和Enable P为高时，允许计数， Enable T为低时，禁止Carry输出。