數字邏輯電路
實驗指導書
2023年6月
前言數字邏輯電路是電腦科學與技術及相關專業的一門專業基礎課，是一門重點課程。在計算機硬體的各個領域中均會用到數字邏輯的有關知識。本實驗課程的主要目的是使學生通過實驗手段掌握各種積體電路及其設計，同時訓練學生一定的實驗動手能力，也使學生系統科學地受到分析問題和解決問題的訓練。
本實驗指導書的內容主要包括閘電路邏輯功能及測試、組合邏輯電路的分析與設計、解碼器、選擇器、觸發器、計數器、時序邏輯電路的分析與設計等的綜合實驗。實驗的重點是通過實驗認識並驗證各種整合晶元工作原理及其相關注意事項；實驗的難點也在於用所學知識設計綜合性實驗。
數字邏輯電路實驗作為計算機各專業數字邏輯課程的乙個重要環節。在這一環接中，數字邏輯側重討論各種整合晶元，學會設計簡單的電路。因此，它的先修課程是計算機基礎、離散數學、大學物理、模擬電子線路等。
本實驗指導書以素質教育為目標，力求使學生通過實驗加深對基礎知識的理解，同時強化實際的動手能力，切實做到理論與實際應用相結合。本書中所涉及的實驗都是以啟東市東疆計算機****生產的dj-sd型數字邏輯實驗箱為模板進行講解，由於編者水平有限，書中難免存在紕漏之處，懇請各位同仁賜教。
實驗須知
數字邏輯電路實驗課程是一門專業基礎課，具有很強的實踐性，是數字邏輯電路教學中必不可少的環節。使學生通過實驗手段掌握各種積體電路及其設計，同時訓練學生一定的實驗動手能力，也使學生系統科學地受到分析問題和解決問題的訓練，為後續專業課的學習打下堅實的基礎。在實驗的過程中需要注意一下兩點問題：
一、實驗要求：
1．做好課前的預習準備工作。
為了能夠保證實驗的順利進行，且提高實驗效率，實驗前必須做好充分的預習，仔細閱讀將要做的實驗內容，複習相關理論知識，明確實驗目的和要求，熟悉實驗要用到的晶元功能及各引腳的作用，熟悉實驗原理、實驗步驟和實驗注意事項，對思考題、實驗的結果和可能出現的問題進行分析和預估，並將相應的預習結果記錄下來，以備使用。
2．按時進入實驗室進行實驗，並在實驗開始之前，認真檢查實驗儀器，領取實驗要用的晶元，如有問題及時向老師反應，未經許可，不得擅自更換實驗裝置。
3．實驗過程中，認真按照實驗步驟和老師的要求完成，並記錄資料，實事求是。
4．接線和拆線時要輕拿輕放，不能死拉硬拽；連線晶元時要注意接地和接電源的引腳位置，防止反接時晶元過熱燒毀，接通電源之前再次檢查電路連線是否正確，儘量減少導線和晶元等耗材的損壞。
5．實驗過程中，要保持實驗室的乾淨和整潔，不准將零食帶入實驗室，不准吸菸，不可大聲喧嘩、隨意談笑。
6．實驗結束，要將所用的實驗儀器、試驗箱、導線整理好，將晶元放回原處。
二、安全用電：
安全用電是實驗中始終需要注意的重要問題，在實驗的過程中，為了防止觸電事故的發生，確保人身和裝置安全，必須做到以下幾點：
1．注意要先連線再通電，先斷電再拆線，嚴禁帶電接線、改線、拆線，接通電源之前須通知同組同學，以防觸電事故。
2．嚴禁在實驗過程中觸及帶電部位，一旦遇到觸電事故，應立即切斷電源。
3．實驗過程中，要隨時注意裝置儀器的工作情況，如果發現有超流量、過熱、異味、冒煙等現象，應立即切斷電源。
三、實驗報告書寫要求：
書寫實驗報告是實驗課的主要環節之一，通過實驗報告的書寫，可以系統的梳理和分析實驗課中所獲得的知識，以及實驗中的不足之處，同時提高了學生的總結能力。實驗報告主要包括以下內容：
1） 實驗目的；
2） 實驗儀器；
此項內容要清楚羅列出實驗要用到的儀器和晶元型號、個數。
3） 實驗內容；
此項中概述本次實驗中需要做的實驗專案。
4） 實驗步驟；
詳細介紹實驗過程、需要用到的電路圖、如何連線、資料的預估及實驗結果、錯誤分析等。
5） 思考題；
通過實驗，認真思考和解答實驗指導書中所列的思考題。
6） 總結
該項是學生寫出對本次實驗的總體感受，如學到什麼、個人在實驗中有什麼不好的習慣、在連線除錯時發現了什麼錯誤、如何處理錯誤、在後繼的實驗中還要注意那些不足等。
目錄實驗一門電路邏輯功能及測試 6
實驗二組合邏輯電路的分析與設計 13
實驗三編碼器和解碼器 17
實驗四資料選擇器和數值比較器 21
實驗五觸發器（一） 25
實驗六觸發器（二） 30
實驗七時序電路分析和設計 33
實驗八移位暫存器功能測試及其應用 36
實驗九計數器 40
實驗十 555定時器功能測試及其應用 45
附錄 50
實驗一門電路邏輯功能及測試
一、實驗目的
1．熟悉數位電路箱的結構、基本功能和使用方法；
2．熟悉各種邏輯閘電路的邏輯符號和邏輯功能；
3．掌握各種常用整合閘電路邏輯功能的驗證方法；
4．熟悉所用積體電路的引腳位置及各引腳用途。
5．了解由與非門所組成的其他閘電路的分析方法；
6．掌握由與非門組成非門的三種方法及其構造原理。
二、實驗儀器
1．數字邏輯電路實驗箱；
2．配套晶元： 74ls00 二輸入端四與非門 2個
74ls10 三輸入端三與非門 1個
74ls20 四輸入端二與非門 1個
74ls86 二輸入端四異或門 1個
3．導線若干。
三、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，是數字邏輯電路的基本組成但願，任何複雜的組合電路和時序電路都可用邏輯門通過適當的組合連線而成。雖然中、大規模積體電路相繼問世，但組成某一系統時，仍少不了各種閘電路。因此,掌握邏輯門的工作原理，熟練、靈活地使用邏輯門是數字技術工作者所必備的基本功之一。
另外，閘電路也是開關電路的一種，它具有乙個或多個輸入端，只有乙個輸出端，當乙個或多個輸入端有訊號時其輸出才有訊號。閘電路在滿足一定條件時，按一定規律輸出訊號，起著開關作用。基本閘電路有與門、或門、非門三種，也可將其組合而構成與非門、或非門、異或門、同或門和與或非門五種常用的組合邏輯門。
本實驗中主要選用了ttl74ls系列與非門和異或門進行引數的實驗測試，以掌握閘電路的主要引數的意義和測試方法。
圖1-1為74ls00晶元的引腳圖，圖1-2為其中乙個與非門電路原理圖，其基本功能是：只有在輸入訊號a、b全為高電平時輸出才為低電平，否則，輸出都為高電平。輸出與輸入的邏輯關係為：。
74ls10和74ls20晶元的基本原理與74ls00一致，只是輸入端的個數不同，74ls10是三個輸入端的與非門晶元，74ls20是四個輸入端的與非門晶元。
圖1-1 74ls00晶元引腳圖圖1-2 兩輸入與非門原理圖
74ls86為異或門晶元（圖1-3 74ls86晶元引腳圖），其中有四個異或門，如圖1-4所示，每個異或門有兩個輸入端和乙個輸出端，其基本功能是：當兩個輸入端相異(即乙個為『0』，另乙個為『1』)時，輸出為『1』；當兩個輸入端相同時（同為『0』或者同為『1』），輸出為『0』。即：
y=ab=a』b+ab』。
圖1-3 74ls86晶元引腳圖圖1-4 兩輸入與非門原理圖
四、預習要求
1．複習各種閘電路的工作原理及相應的邏輯表示式；
2．熟悉所用積體電路的引線位置及各引線的功能、用途；
3．將各門電路理論值標在真值表上，以便在實驗中驗證；
4．閱讀本節實驗說明，預習相關內容。
五、實驗內容
1．熟悉數字邏輯電路實驗箱的使用方法；
2．檢測晶元的邏輯功能（74ls00、74ls10、74ls20、74ls86）；
3．用與非門組成其他閘電路，並測試驗證。
六、實驗步驟
實驗前先檢查數位電路實驗箱的電源是否正常，然後選擇實驗將要使用的整合晶元進行實驗。
1． 數位電路實驗箱的介紹
dj-sd型數字邏輯實驗儀是dj系列產品之一，它適用於數字邏輯電路、脈衝電路等課程的教學實驗，同時也適用於相關電子課程設計、產品開發及科研。該實驗儀在吸取國內外同類產品優點的基礎上設計定型的，它具有設計精良、效能穩定、接觸可靠、使用方便等特點，為開發型實驗創造了理想的實驗環境，是廣大高等院校實驗室首選產品。
dj-sd系列數字邏輯實驗儀主要由電源介面、通用電路單元、麵包板、各式ic插座等組成。通用電路包括四位8421bcd碼led顯示器，1位led顯示器，時鐘電路，時序啟停電路，手動單脈衝電路，可調連續脈衝發生器，頻率計，十六位二進位制電平顯示開關，十六位二進位制電平輸入開關，邏輯筆、電位器組等。
dj-sd1實驗箱的系統結構框圖如1-5所示：
圖1-5 dj-sd1實驗箱的系統結構框圖
2． 檢測晶元的邏輯功能
為了驗證某一種閘電路功能，首先選定元件型號，並正確連線好元件的工作電壓端。
（1）選用兩輸入與非門74ls00乙隻，插入實驗板上的ic插座，在斷電的情況下，按圖1-2接線，輸入端a、b分別接k1～k2（電平開關輸出插口，每個端都可以獨立提供邏輯「0」和「1」兩種狀態），輸出端接電平顯示發光二極體（l1～l16中任意乙個），特別注意vcc及地線不能接錯。
表1-1 真值表
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