《數位電路分析》
實驗指導書與報告冊
《數位電路分析》課程包開發專案組
2023年8月
一、實驗原理
整合邏輯閘電路是最簡單、最基本的數字整合元件。任何複雜的組合電路和時序邏輯電路都可通過閘電路適當的組合連線起來。常用的有ttl閘電路和cmos閘電路。
在數位電路中，所謂「門」 就是實現一些基本邏輯關係的電路。最基本的邏輯關係有與、或、非三種，所以最基本的邏輯門有與門、或門和非門。
與門是執行與功能的邏輯部件，其邏輯關係的特點是：只有當全部輸入端都是高電平時，輸出才是高電平；只要有乙個輸人端為低電平，輸出端就為低電平。例如邏輯表示式可寫為：y=ab。
或門是執行或功能的邏輯部件。其邏輯關係的特點是：只要有乙個輸入為高電平，輸出就是高電平；只有全部輸入為低電平，輸出才是低電平。邏輯表示式可寫為：y=a+b
非門是執行非功能的邏輯部件。其邏輯關係的特點是：輸入端為高電平，輸出才是低電平；輸入為低電平時，輸出端為高電平。邏輯表示式為：y=。
在閘電路中，應用最廣泛的是與非門，把與門和非門連線起來就是與非門。其邏輯關係的特點是：只有當全部的輸入端都為高電平時，輸出才是低電平。
只要有乙個輸入為低電平，輸出就是高電平。2輸入端與非門的邏輯表示式可寫成：y=，其邏輯功能如表9-1。
同理，將或門同非門連線起來，就可構成或非門，其邏輯關係特點是：只有當全部的輸入為低電平時，輸出才是高電平，只要有乙個輸入為高電平，輸出就是低電平。2輸入端或門的邏輯表示式可寫成：
y=。說明：在數字電子技術裡面，常常要遇到高電平、低電平這一術語，高電平指電壓為2.4v以上的輸入輸出，低電平常為低於0.8v，但由於器件件製造中的差異，輸出高、低電平略有不同。
表1-1 2輸入端與非門功能表
二、實驗目的
1．掌握真值表的查閱方法；
2．掌握數字電子技術實驗箱的基本使用方法；
3．掌握數字積體電路的基本使用；
4．熟悉並掌握閘電路邏輯功能的測試、功能轉換及測試方法；
5．學會用與非門構成其他閘電路邏輯功能的方法。
三、實驗儀器及裝置
四、實驗內容及步驟
1.教師先介紹數位電路實驗箱的使用方法。
2.與非門邏輯功能的測試
任選74ls00中乙個獨立的與非門，輸入分別接高、低電平（在本實驗教材中，輸入高、低電平由資料邏輯開關的輸出提供）。輸出接電平顯示器發光二極體，當光二極體發光時，表示輸出為高電平；如果發光二極體不亮則表示輸出為低電平。並用萬用表測試輸出端的電壓，並將結果填入表1-2中
表1-2 74ls00功能測試表
3．或非門功能測試
任選取74ls02中的乙個獨立的或非門，其輸入端分別輸入高低電平，輸出接發光二極體，測試其功能並填入表1-3中。
表1-3 或非門功能測試
4．用與非門構成其它功能邏輯門
(1) 用二輸入與非門構成二輸入與閘電路，並將結果填入表1-4中：
表1-4 與門功能測試表
(2) 用二輸入與非門構成或非門電路，將其結果填入表1-5中。
表1-5 或非門功能測試表
(3) 組成異或門電路，將其結果填入表1-6中。
表1-6 異或門功能測試表
五、實驗問題與分析
1. 在什麼情況下與非門輸出高電平或低電平？其電壓值分別是多少？
2. 在什麼情況下或非門輸出高電平或低電平？其電壓值分別是多少？
3. 若用或非門實現本次實驗要求的邏輯關係，應該如何完成功能轉換？作出轉換的邏輯電路圖。
一、實驗原理
組合邏輯電路的設計，就是如何根據文字描述的邏輯功能要求，設計出能實現該功能而採用器件最少的最佳電路。組合邏輯電路是最常見的邏輯電路，其特點是任何時刻的輸出訊號（狀態）僅取決於該時刻的輸入狀態，而與訊號作用前電路原來狀態無關
組合邏輯電路的設計步驟真值表
如圖2-1所示，先根據設計
任務要求，列出真值表，然後
利用卡諾圖或代數法求出最簡邏輯表示式卡諾圖
的邏輯表示式，進而畫出邏輯
電路圖，並用邏輯門或元件構
成實際電路，最後由測試驗證簡化的邏輯表示式
實際電路其邏輯功能，如符合
要求，即完成了設計邏輯圖
圖2-1 組合邏輯電路設計的步驟
組合邏輯電路設計步驟：
（1）根據設計任務設定開關變數。
（2）列真值表
（3）化簡，用卡洛圖或代數化簡方法化簡。
（4）對應每乙個輸出寫出邏輯函式最小項之和的表示式（與非項之和）。
列出表示式後，接著進行化簡，然後根據最簡的邏輯表示式畫出邏輯圖。最後，還要根據使用場合和技術要求等多方面因素，如對電路的速度、功耗、成本、可靠性、邏輯功能的靈活性合理地選取器件，才算完成設計任務。
二、實驗目的
1．掌握組合邏輯電路的設計原理與步驟和功能測試的基本方法；
2．驗證所設計的組合邏輯電路（如三人表決器等）的功能；
3．了解數位電路的合理佈線方法；
4．學習數位電路簡單故障的檢測方法。
三、實驗裝置與器材
四、實驗內容及步驟
以下列出的實驗課題共五個，
1.三人多數表決電路，表決結果用指示燈顯示，當多數贊成則指示燈亮，反之則不亮。
要求：用74ls00實現。
2.最少的與非門組成半加器電路。
要求：用74ls00實現。
3.某車間有三颱機器，用紅、綠二個故障指示燈表示機器的工作情況。當只有一台機器有故障時，綠燈亮；若有二台機器有故障時，紅燈亮；只有當三颱機器都發生故障時，才使紅、綠兩燈都亮；設計乙個控制電路實現對上述控制。
要求：用74ls00實現。使用的積體電路器件的片數最少。
4.設計乙個能判別一位二進位制數a和b大小的比較電路。畫出邏輯電路圖用l1、l2、l3分別表示三種狀態，即l1（a>b），l2（a要求：用74ls00實現。
5.設計乙個字元顯器，要求輸入為a、b，輸出用共陰極數碼管的各段顯示l、h、e、f，見表2-1所示：
表2-1 字元顯示器
所設計電路邏輯表示式及電路圖（要求用直尺、鉛筆畫圖）：
五、實驗問題與分析
1．總結設計組合邏輯電路的方法。
2．若用或非門實現實驗所設計的電路，比用與非門實現的電路，哪一種簡單？試畫出電路圖。
3．總結本次實驗過程中所遇到的問題，分析其原因，以及最後解決的方案。
一、實驗原理
1．555電路的工作原理
555電路的內部電路方框圖如圖3-1所示。它含有兩個電壓比較器，乙個基本rs觸發器，乙個放電開關管t，比較器的參考電壓由三隻5k的電阻器構成分壓器提供。它們分別使高電平比較器a1的同相輸入端和低電平比較器a2的反相輸入端的參考電平為2/3vcc和1/3vcc。
a1與a2的輸出端控制rs觸發器狀態和放電管開關狀態。當輸入訊號自6腳，即高電平觸發輸入並超過參考電平2/3vcc時，觸發器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電開關管導通；當輸入訊號自2腳輸入並低於1/3vcc時，觸發器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電開關管截止。
復位端，當＝0，555輸出低電平。平時端開路或接vcc。
vc是控制電壓端(5腳)，平時輸出2/3vcc作為比較器a1的參考電平，當5腳外接乙個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接乙個0.01μf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩定。
圖3-1 555定時器內部框圖及引腳排列
t為放電管，當t導通時，將給接於7腳的電容器提供低阻放電通路。555定時器主要是與電阻、電容構成充放電電路，並由兩個比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關的通斷。這就很方便地構成從微秒到數十分針的延時電路，可方便地構成單穩態觸發器，多諧振盪器，施密特觸發器等脈衝產生或波形變換電路。
數位電路實驗指導書
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數位電路實驗指導書 選
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