电子信息技术专业《数字电子技术实验讲义》

实验十一 LSTTL与非门的参数测量

一．实验目的

了解TTL与非门参数的物理意义和测试方法

二．电路介绍

与非门是逻辑电路中应用最广的一种门电路，其输入输出之间满足逻辑关系Y=A?B。A、B代表输入变量，Y代表输出变量。了解与非门的参数和测量方法是十分必要的，在数字实验电路中，大都采用低功耗肖特基TTL电路（即LSTTL电路），与非门采用74LS00的二输入端四与非门，逻辑图及外引线排列见下图所示。

典型参数：tpd =9.5ns PD=2mw/每门

三．实验内容与方法

数字集成电路的性能，可以由它的参数来表示。各种参数可以从产品手册中查到，也可以通过专门的仪器测得。下面主要测量与非门的几个主要参数。

1．空载导通功耗PON——静态工作、输出为低电平时的功耗，即电源电压VCC和导通电源电流ICCL的乘积。测试电路见图11-1。

图11-1 PON 测试图 PON=VCCL ╳ICCL = 5 ICCL

46

2．输入短路电流IIS——任何一个输入端接地时，流经这个输入端的电流（其余输入端悬空或接高电平）。测试电路见图11-2。 IIS = mA。

图11-2 II S 测试图 图11-3 II H 测试图 3．输入漏电流IIH——任何一个输入端接高电平时（其余端接地）的输入电流。测试电路见图11-3。IIH = μA。

4．输入关门电平VOFF及输出高电平VOH——当输出电压为额定输出高电平VOH的90% 时，相应的输入电平，称为输入关门电平VOFF 。当输入端之中任何一个接低电平时的输出电平为输出高电平VOH。

测量电路见图11-4，方法是将电路在一输入端与地之间，接入0.8V电压,其余输入端开路,输出接规定负载RL,测出VOH (RL= VOH/NIIH=3.2/(8╳50)=8KΩ)。由0逐渐增大输入电压,当V0H下降至VOH的90% 时,测得输入电压为VOFF 。VOFF= （V）。 5．输入开门电压VON及输出低电平VOL——使与非门处于导通状态的最低输入高电平称为开门电平VON。当输入端全部为高电平时的输出端电平，称为输出低电平VOL。

测量方法如图11-5所示。将输入端接到3.2V（最低输出高电平），输

-3

出端接规定负载RL（RL=（VCC—VOL）NIIS =（5—0.3）/8╳1.2╳10≈500Ω），测出输出低电平VOL= （V）。然后再由3.2V逐渐降低输入电压，测出使VOL保持不变的最低输入电压，即VON= （V）。

图11-4 VOFF 和VOH测试图 图11-5 VON和VOL 测试图

6．扇出系数N——当电路所接负载为同型号的组件时所能带动的最多个数。测量电路见图 11-6。逐渐调节RPL，使IL增大至VOL=0.3V时，读

47

出IL值，N= IL /IIS = 。

图11-6 N测试图 图11-7 逐点描绘测试图 7．电压传输特性曲线——输出电压VO随输入电压VI变化，用一条曲线定量地表示出来。 （1）．逐点描绘法。

测量电路如图11-7所示。改变RP使VI 由小变大，读出相应的VO值，根据曲线特点测出若干点。但在VO由高电平变到低电平的过程中，要多测几个点，以好画曲线。将测量数据填入表中。 VI（V） VO（V） VI（V） VO（V） (2)．用示波器显示曲线。

0.5 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 图11-8 图示法测试图

测量电路如图11-8所示。用一扫描电压作为输入电压，荧光屏上就会扫出一条稳定的电压输出曲线，但要注意输入信号电压的峰值应小于5V（有效值小于3.5V）。

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调节示波器，使曲线稳定不动，然后再用电压比较法测出与非门的VOH、VOL、VON和VOFF 。与实验内容4、5测量结果作比较。VOH = ，VOL = ，VON = ，VOFF = 。 8．平均传输延时时间tpd——输出电压对输入电压有一定时间的延时，等于导通时间和截止时间的平均值。

测量电路如图11-9所示，采用环形振荡器法测量tpd，用示波器观察由三个与非门组成的环形振荡器输出波形周期，由周期T算出tpd值。T= ，tpd =1/6T = 。

图11-9 t pd 测试图

四．实验报告

1．整理实验数据，以表格形式列出参数测试条件与结果。

2．根据实验数据，画出传输特性曲线，并与图示法测得的曲线比较分析。

3．与标准TTL“与非门”参数比较说明LSTTL“与非门”电路的优点。

五．实验设备与器材 1．数字电子技术学习机(面包板) 2．双踪示波器 3．万用表 4．74LS00

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实验十二 门电路

一、实验目的

熟悉主要门电路的逻辑功能

二、电路介绍

主要的门电路包括与非门、或非门和与或非门。在数字电路中广泛应用。无论大规模集成电路多么复杂，但内部也还是由这些基本电路构成，因此熟悉它们的功能十分重要。本实验与非门采用74LS20的四输入二与非门；或非门采用74LS02二输入四或非门；与或非门采用74LS54。逻辑图及外引线排列图见下图所示。

三．实验内容与方法

1． 测量与非门的逻辑功能

（1）．将74LS20插入面包板（或IC插座），输入端分别接“逻辑电平输出”，由逻辑开关控制，接高电平“1”或低电平“0”。输出端接至LED“逻辑电平显示”输入端。当与非门输出高电平时，LED亮，输出低电平时LED灭。按图12-1接线，检查无误后方可通电。与非门四个输入端1、2、4、5分别为表格所列状态时，读出输出端6的逻辑状态，填入表12-1内。

（2）按图12-2接线。一个输入端接1Hz“连续脉冲”输出，另一端接“逻辑电输出平”，其余输入端接Vcc电源。输入端“1”送入f=1Hz方波，使输入端2按表12-2状态改变，将输出端6的逻辑状态，填入表12-2内，并细致观察，解释现象。

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图12-1 图12-2

表12—1

1 输入端 2 4 5 输出端 LED 逻辑状态 1 0 0 0 0

1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 表12-2

输入端 输出端 1

2 0 1 LED 逻辑状态 47

2． 测量或非门的逻辑功能。

（1）将74LS02插入实验面包板（或IC插座），输入端分别接“逻辑电平输出”，由逻辑开关控制，输出端接至LED的“逻辑电平显示”输入端。按图12-3接线，检查无误方可开启电源。或非门输入端2、3分别为表12-3所列状态时，读出输出状态。填入表12-3内。

图12-3 图12-4 表12-3

输入端 输出端 2 0 0 1 1

3 0 1 0 1 LED 逻辑状态 （2）按图12-4接线，输入端3送入1Hz方波，输入端2分别为高电平和低电平，将输出端1的状态填入表12-4内。并细致观察，解释现象。

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表12-4

输入端 输出端 3 2 0 1 LED 逻辑状态

3． 测量与或非门的逻辑功能。

（1）将74LS54与或非门插入实验面包板（或IC插座），输入端1、2、12、13分别接四个“逻辑电平输出”，由逻辑开关控制，其余输入端接地（不允许输入端悬空），输出端接至LED的“逻辑电平显示”输入端。按图12-5接线，检查无误方可开启电源。由逻辑电平开关控制，使输入端1、2、12、13分别为表12-5所列状态，将输出端显示逻辑状态，填入表12-5内。

图12-5 图12-6

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表12-5

输入端 输出端 3 4 5 9 10 11 1 2 12 13 LED 逻辑状态 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 （2）按图12-6接线，输入端1、2连接后接逻辑电平输出，输入端12接另一逻辑电平输出，输入端13接f=1Hz的连续脉冲，其余输入端接地。完成表12-6的内容。

表12-6

3、4、5、 9、10、11 输入端 13 12 1、2 输出端 LED 逻辑状态 0 0 0

0 0 1 50

0 1 0 0 1 1 4． 与非门的简单应用电路。

（1）用与非门分别组成一个与门、或门。

要求：写出逻辑表达式、画出逻辑图并列表验证功能。

（2）用四个与非门组成一个异或门。

要求：写出逻辑表达式、画出逻辑图并列表验证功能。

四．实验报告要求

1．写出74LS54集成电路的逻辑函数表达式。 2．分析“与非门”、“或非门”、“与或非门”对1Hz信号的控制作用。 3．从实验结果找出这三种电路，是如何处理不用的输入端的？

五．实验设备与器材

1．数字电子技术学习机（面包板） 2．万用表

51

3．74LS02、74LS20、74LS54、74LS00

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实验十三 组合逻辑电路

一． 实验目的

1．熟悉简单组合逻辑电路的分析方法和设计方法。 2．掌握测量电路逻辑关系的方法。 二．实验原理

1．组合逻辑电路的分析方法

所谓分析一个给定的逻辑电路，就是要通过分析找出电路的逻辑功能来。通常采用的分析方法是从电路的输入到输出逐级写出逻辑函数式，最后得到表示输出与输入关系的逻辑函数式。经化简可使逻辑关系简单明了；为了使逻辑电路的逻辑功能更直观，通常把逻辑函数式转换为真值表。 2．组合逻辑电路的设计方法

根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简逻辑电路，这就是组合逻辑电路的设计。其设计方法为： （1）列真值表

① 分析事件的因果关系，确定输入变量和输出变量。 ② 逻辑状态赋值。 ③ 列出真值表。

（2）写出逻辑函数表达式 （3）选定器件类型

（4）将逻辑函数化简或变换成适当的形式 （5）画逻辑图

三．实验内容与方法

1．分析与测量逻辑电路的逻辑关系 （1）分析图13－1的逻辑关系 ① 写出图13－1的逻辑函数表达式 ② 根据表达式列出真值表13－1 （2）测量图13－1的逻辑关系

将集成电路74LS00插入实验面板或IC插座，按图13－1连接，输入端A、B分别接“逻辑电平输出”，输出Y和C分别接LED“电平显示”。

46

将测量结果与表13－1比较。

图13-1 表13－1

输 入 端 A 0 0 1 1

2．由与非门设计一个三变量的多数表决电路。当输入变量A、B、C有两个或两个以上为“1”时输出为“1”，否则，输出为“0”。

（1）列真值表13-2

（2）写出表决电路的最简与或表达式Y＝

（3）在图13－2位置上画出逻辑图（用与非门实现） （4）以实验验证电路的逻辑功能。

图13－2

B 0 1 0 1

C 输 出 端 Y Y 47

表13－2

输 入 端 A 0 0 0 0 1 1 1 1

B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 输 出 端 Y LED 逻辑状态 四．实验报告要求

整理测试数据，小结真值表、逻辑表达式和逻辑图之间的转换规律。 五．实验设备与器材

1．数字电子技术学习机（面包板） 2．万用表

3．74LS00、74LS20

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实验十四 加法器

一．实验目的

1．掌握组合逻辑电路的分析方法。 2．熟悉半加器和全加器的逻辑功能。

3．了解集成单元四位二进制全加器的逻辑功能。

二．电路分析

实验中使用的二输入四异或门的电路型号为74LS86，四位二进制全加器的型号为74LS83A，其外引线排列及逻辑图如下图所示。

典型参数：tpd=10ns PD=7.5mW/门 tpd=10ns PD=24mW/门 74LS83A是一个内部超前进位的高速四位二进制串行进位全加器,它接收两个四位二进制数(A1---A4,B1---B4),和一个进位输入(C0),并对每一位产生二进制和(∑1---∑4)输出,还有从最高有效位(第四位)产生的进位输出(C4)。该组件有越过所有四个位产生的内部超前进位的特点，提高了运算速度。另外不需要对逻辑电平反相，就可以实现循环进位。

三．实验内容和方法

1．用异或门和与非门设计一个一位半加器，设Ai 、Bi 分别为某位的被加数和加数，Si 和Ci 分别为该位的和以及向高一位的进位。 （1）列出真值表14-1。

（2）写出半加器的逻辑函数表达式。 Si＝ Ci＝

（3）在图14－1位置上画出逻辑图。 （4）以实验验证其逻辑功能。

46

表14-1

输入 输出 Ai 0 0 1 1

Bi 0 1 0 1 Si Ci 图14-1

2．用异或门和与或非门设计一个一位全加器 ，设Ai、Bi、Ci-1分别为某位的被加数、加数和低一位来的进位，Si和Ci分别为该位的和以及向高一位的进位。

（1）列真值表14-2。

（2）写出全加器的逻辑函数表达式。 Si＝ Ci＝

（3）在图14－2位置上画出逻辑图。 （4）以实验验证其逻辑功能。

47

表14-2

输入 Ai 0 0 0 0 1 1 1 1

图14-2

3．测量四位二进制全加器的逻辑功能。

输出 Ci-1 0 1 0 1 0 1 0 1 Bi 0 0 1 1 0 0 1 1 Si Ci 图14-3

48

（1）将集成电路74LS83A插入实验面包板（或IC插座），并按图14－3连接线路，输入端A1/A3、A2/A4、B1/B3、B2/B4分别接四个“逻辑电平输出”，C0进位输入接“1”或“0”（接+5V和地）， 四个输出端∑1---∑4及进位输出C4都接LED显示。检查无误，然后开启学习机电源。 （2）输入端按表14-3要求送入二进制数，将输出的逻辑状态填入表14-3内。

表14-3

输入 C0=0 A1/B1/A2/B2/A3 B3 A4 B4 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 输出 C0=1 ∑4 ∑3 ∑2 ∑1 C4 ∑4 ∑3 ∑2 ∑1 C4 49

0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4．加法器在二进制数码转换中的应用。 以8421BCD码和余三码之间的转换为例，8421码至余三码的转换是采用加3（0011）来完成的，见图14-4所示。而余三码至8421码的转换是采用减3，实际上是加3的二进制补码（1101）来完成的，见图14-5所示。

图14-4 图14-5

（1）按图14-4连接电路，在D、C、B、A输入端输入8421码，则d、c、b、a输出为余三码。将测得的数据填入表14-4内。

（2）按图14-5连接电路，在d、c、b、a端用逻辑开关输入余三码，则输出D、C、B、A为8421码。将测得的数据填入表14-5内。

50

表14-4

十进制数 D 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 输入 8421码 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 A 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

输出 余3码 d c b a 51

表14-5

十进制数 d 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

输入 余3码 c 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 b 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 a 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 D 输出 8421码 C B A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 四．实验报告要求

1．小结组合逻辑电路的设计方法。 2．小结四位二进制加法器的使用方法。 五．实验设备与器材

1．数字电子技术学习机（面包板） 2．万用表

3．74LS00、74LS54、74LS86、74LS83A

52

实验十五 减法器

一．实验目的

1．掌握组合逻辑电路的分析方法。 2．熟悉半减器和全减器的逻辑功能。

二．实验内容与方法

1．用异或门和与非门设计一个一位半减器，设A、B分别为某位的被减数、减数，Y和C分别为该位的差和向高一位的借位。 （1）列真值表15-1。 （2）写出逻辑函数表达式。 Y＝ C＝

（3）在图15－1位置上画出逻辑图。 （4）以实验验证其逻辑功能。

表15-1

输入 A 0 0 1 1

图15-1

输出 B 0 1 0 1 Y C 46

2．测量全减器的逻辑功能。

（1）将集成电路74LS86和74LS02插入实验面包板（或IC插座），按图15－2连接线路，检查无误，然后开启电源。

（2）按表15-2的要求，测量全减器的逻辑功能，将输出的差Y和借位C填入表15-2内。

图15-2中的“A-B半减器”与图15-1相对应。

图15-2

表15-2

输入借位 输入 输出差 输出借位 C0 A B Y C 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

47

四．实验报告要求

1．整理实验报告数据、图表，对实验结果进行分析和讨论。 2．小结组合逻辑电路的分析方法。 五．实验设备与器材

1．数字电子技术学习机（面包板） 2．万用表

3．74LS86、74LS02

48

实验十六 比较器实验

一．实验目的

1．了解数码比较器的工作原理。 2．了解四位大小比较器的逻辑功能。

二．电路介绍

74LS85是四位二进制数大小比较器，其引线排列及逻辑图如下图所示。

四位数比较器有八个数码输入端（A3、A2、A1、A0、B3、B2、B1、B0），三个输出端（A>B、A

比较器的比较方法是先比较最高位，如果最高位相等，则必须比较下一位来决定两数的大小，以下几位类推。

46

三．实验内容与方法

1．测量一位数码比较器的逻辑功能。

图16-1 表16-1

输入 A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 A=B 输出 A>B A

（1）将集成电路74LS00和74LS02插入实验面包板（或IC插座），按图16－1连接线路，检查无误，然后开启电源。

（2）按表16-1的要求，测量比较器的逻辑功能，将计较结果填入表16-1内。

2．测量四位数码比较器的逻辑功能。

（1）将四位大小比较器74LS85插入实验面包板（或IC插座），按图16－2连接线路， Vcc和GND（地）分别接+5V和学习机上的地。检查无误，然后开启电源。

47

（2）按表16-2对输入端的要求，将比较结果填入表16-2内。

图16-2

表16-2

输入 A3/A2/B3 B2 A>B AB AB A

╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ 0 1 ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ ╳ 0 0 A=B A>B A=B AB A=B A=B AB A=B A=B A=B A

A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B A=B 其中：“╳”任意值。

四．实验报告要求

0 ╳ 1 0 0 ╳ 1 0 1 1 0 0 1．写出四位大小比较器74LS85输出端（A>B、A=B、A

2．分析讨论该实验。

3．如何应用74LS85组成24位数码比较器？试画出逻辑图。 五．实验设备与器材

1．数字电子技术学习机(面包板) 2．万用表

3．74LS00、74LS02、74LS85

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实验十七 触发器

一．实验目的

1．熟悉触发器逻辑功能与测量结果。 2．熟悉触发器之间的转换方法。

二．实验原理

1．触发器的逻辑功能分类。 （1）RS触发器

在CP脉冲的操作下，根据输入信号R、S情况的不同，凡是具有置“0”、置“1”和保持功能的电路，都叫做RS触发器。特性方程为：

__n?1??Q?S?RQn ?

?RS?0? （2）D触发器

在CP脉冲的操作下，根据输入信号D情况的不同，凡是具有置“0”、

置“1”功能的电路，都叫做D型触发器。特性方程为： Q?D （3）T型触发器

在CP脉冲的操作下，根据输入信号T情况的不同，凡是具有保持和翻转功能的电路，都叫做T型触发器。特性方程为： Q （4）T型触发器

在CP脉冲的操作下，只具有翻转功能的电路叫做T型触发器。特性方程为：

Q （5）JK触发器

在CP脉冲的操作下，根据输入信号J、K情况的不同，凡是具有置“0”、置“1”、翻转和保持功能的电路，都称为JK触发器。特性方程为： Q

n?1’

nn?1?T?Qn

'n?1?Q

__n?JQ?KQn

46

___n__ 2．不同类型时钟触发器间的转换方法。

所谓转换方法，就是求转换逻辑的步骤，也就是求已有触发器驱动方程的步骤。

常用的方法有公式法和图形法。

例如，将JK型触发器转换成RS触发器，JK触发器特性方程为： Qn?1?JQ?KQn （1）

___n__ RS触发器的特性方程为

__n?1??Q?S?RQn ? （2）

?RS?0? 在利用公式法求转换逻辑时（即求出驱动方程——J、K的表达式），

先将（2）式变成与（1）相似的标准式。

Q

n?1?S?RQ?S(Q?Qn)?RQn___n___n___nn__n___n__nn____n___n__?SQ?SQ?RQ?SQ?RQ?SQ(R?R)?SQ?RQn?RSQn?RSQn?SQ?RQ?RSQ?SQ?RQn__nn___n______

再和JK触发器的特性方程相比较，即可得到转换逻辑。

?J?S ?

K?R? 其逻辑图为：

3．实验用触发器电路介绍

RS触发器采用两个与非门交叉耦合组成，J-K触发器采用74LS76，D

触发器采用74LS74。

47

74LS76是双J-K触发器，有单独的J、K、CP、Sd和Rd等输入端，CP是下降沿触发；74LS74 是双D触发器，有独立的D、Sd、Rd输入端，CP是上升沿触发。其引脚排列及逻辑图如下图所示。

三．实验内容与方法

1．测量R-S触发器的逻辑功能。

（1）将74LS00插入实验面包板（或IC插座），按图17－1连接线路，输入端分别接“逻辑电平输出”，输出端分别接LED“电平显示”。检查无误，然后开启电源。

（2）按表17-1的要求，改变R、S的状态，观察并记录输出端的逻辑状态，填入表17-1内。

____

图17-1

48

表17-1

输入端 __输出端 Q Q __R __S 0 1 1

1 0 1 2．测量J-K触发器的逻辑功能。

（1）将74LS76插入实验面包板（或IC插座），按图17－2连接线路，J、K端和Sd、Rd端分别接四个“逻辑电平输出”开关，控制其逻辑电平。CP端接至一组手动脉冲输出，控制CP端输入时钟信号。Q和Q输出端分别接LED“电平显示”输入端。Vcc和GND（地）分别接+5V和地。检查无误，然后开启电源。

（2）按表17-2的要求改变Sd、Rd、J、K和CP的逻辑状态，并记录输出，填入表17-2内。

__ Rd 、Sd 、J、K：接逻辑电平 Rd 、Sd 、D：接逻辑电平 图17-2 图17-3

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表17-2

各控制端 Sd 0 1 0 1 1 1 1 1

3．测量D触发器的逻辑功能。

输出端 J K ╳ ╳ ╳ 0 0 1 1 ╳ Q Q __Rd 1 0 0 1 1 1 1 1 CP ╳ ╳ ╳ ↓ ↓ ↓ ↓ 1 ╳ ╳ ╳ 0 1 0 1 ╳ （1）将74LS74双D触发器插入实验面包板（或IC插座），使用其中的一个D触发器，按图17－3连接线路，D端和Sd、Rd端分别接“逻辑电平输出”开关，CP端接至一组手动脉冲输出。Q和Q输出端分别接LED“电平显示”输入端。Vcc和GND（地）分别接+5V和地。检查无误，然后开启电源。

（2）按表17-3所列要求，改变Sd、Rd、D端的电平，然后手控CP脉冲，观察并记录Q和Q的状态，填入表17-3内。

____ 50

表17-3

各控制端 Sd 0 1 0 1 1 1 Rd 1 0 0 1 1 1 CP ╳ ╳ ╳ ↓ ↓ 0 D ╳ ╳ ╳ 1 0 ╳ 输出端 Q Q __

’

4．由JK触发器转换成D、T、T触发器。

要求：写出转换逻辑式、在图17-4处分别画出逻辑图、列表验证功能。

图17-4

51

四．实验报告要求

1．分析实验结果，根据真值表分别写出R-S、J-K和D触发器的特性方程，说明各具有什么逻辑功能。

2．分析CP端具有的作用和Rd、Sd端具有的作用。 3．小结触发器之间的转换方法。

五．实验设备与器材

1．数字电子技术学习机（面包板） 2．万用表

3．74LS76、74LS74、74LS00

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实验十八 计数器

一．实验目的

（1）了解触发器在计数电路中的应用 （2）熟悉异步二进制计数器的电路构成 （3）熟悉异步二——十进制计数器的功能

二．实验原理

把T触发器一级一级地串联起来，且将高位触发器的时钟脉冲输入端接到低位触发器的输出端，就构成了异步二进制计数器。其级间连接规律是：

连接规律 加法计数器 减法计数器 T触发器的触发沿 上升沿 CPi =Qi?1____ ’’

下降沿 CPi =Qi?1 CPi =Qi?1 ____CPi =Qi?1 三．实验内容与方法 1．利用74LS76设计一个四位二进制加法计数器。 （1〕在图18－1处画出逻辑图。 （2）按表18－1内容验证功能。

(a)将74LS76插入实验面包板（或IC插座），按图18－1接线。将四位触发器的四个输出端QA 、QB、 QC 、QD分别接到LED显示输入，清零端连接逻辑开关，使电平处于“1”，清零时接“0”电平，然后回到“1”电平，CP端接至手动单脉冲或1Hz连续脉冲计数，Sd端都置“1”。VCC和GND接5V和地。检查线路无误，然后开启电源。

图18－1

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(b)先清零，然后输入手动脉冲，按表18－1把触发器各输出逻辑状态填入表内。

表18－1 输入二进制码输出 CP数 QD QQB QC A 十进输入二进制码输出 十进制数 CP数 QD QQB QA 制数 C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2．利用74LS76设计一个四位异步二进制减法计数器。 （1）在图18－2处画出逻辑图。

（2）按表18－2内容验证功能（自拟步骤）。

图18－2

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表18-2

输入二进制码输出 CP数 QD QQB QC A 十进制数 输入二进制码输出 十进CP数 QD QQB QA 制数 C 0 1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14 15 3．异步二------十进制加法计数器

（1）按图18-3将电路接成异步二进制加法计数器（码8421 BCD计数器），输入端CP1接至手动单脉冲或1Hz连续脉冲，四个触发器输出端接至LED显示，清零端接逻辑开关，并置“1”，Sd也都置“1”，电源接法不变。检查无误，然后打开电源。

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图18-3

（2）先清零，在CP1端输入手动单脉冲或1Hz连续脉冲，按表18-3的要求，填入输出端的逻辑状态。

（3）在CP1端输入1KHz连续脉冲，用双踪示波器观察QA 、QB 、QC 、QD的波形，并对应画在图18-4中。其方法是双踪示波器同时可以观察两个波形，使用时按图18-5接线，YA观察CP1脉冲，YB分别观察QA 、QB 、QC 、QD的波形。当内触发不能使波形稳定时，可由输入的计数脉冲引入触发。

表18-3

输入二进制码输出 CP数 QD QQB QC A 十进制数 输入二进制码输出 十进CP数 QD QQB QA 制数 C 0 1 2 3 4 5

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6 7 8 9 10

QA QB QC QD

图18-4

图18-5

4．异步二------十进制减法计数器。

（1）按图18-6改接线路，三个与非门采用一块74LS00。检查线路确认无误，然后打开电源。

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图18-6

（2）先清零，在CP1端输入1Hz连续脉冲，按表18-4的要求，填入输出端QA 、QB 、QC 、QD的逻辑状态。

表18-4

输入二进制码输出 CP数 QD QQB QC A 十进制数 输入二进制码输出 十进CP数 QD QQB QA 制数 C 0 1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 （3）在CP1端输入1KHz连续脉冲，用S双踪示波器观察QA 、QB 、QC 、QD的波形，并对应画在18-7中。

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QA QB QC QD

图 18-7

四．实验报告要求

1．写出异步二进制加法计数器的驱动方程和状态方程。 2．总结一下计数器的大致分类和计数器的作用。

五．实验设备与器材

1．数字电子技术学习机（面包板） 2．双踪型示波器 3．万用表

4．74LS76、74LS00

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实验十九 集成计数器

一．实验目的

1．熟悉集成单元计数器的使用。

2．掌握使用集成计数器构成的N进制计数器的方法。

二．电路分析

1．74LS93电路介绍

实验使用的集成单元计数器是二进制计数器，型号为74LS93，它是由四个主从触发器和附加选通电路组成的，如果使用该计数器的最大计数长度（四位二进制），可将BiN输入同QA输出连接，由AiN输入计数脉冲。74LS93的逻辑图外引线排列图如图所示。

74LS93 逻辑图 典型参数：f=32MHz P=30mW

图19-1

2．利用集成计数器构成N进制计数器原理

利用反馈归零法由集成计数器可得到N进制计数器。 （1）基本步骤

如果用S0 表示0，S1表示1，------， SN-1 表示N—1，SN 表示N ，那么反馈归零的方法可归纳如下： ①写出SN的二进制代码

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②求出反馈归零逻辑——Rd的表达式 ③画出逻辑图 （2）反馈归零的公式

所谓反馈归零逻辑，也就是集成计数器异步复位端Rd的函数表达式：

Rd =P=?Q

1?n________1 式中P是状态SN 的译码，?Q是SN时状态为1的各个触发器Q端

1?n1的连乘积。

例如，利用74LS93构成十二进制计数器。 （1）写出SN的二进制代码 N=12

SN =S12 =1100 （2）求反馈归零逻辑

Rd??Q?Q4Q3

1?4_______1______ （3）画出逻辑图

如果集成计数器采用74LS93，因 P?R1R2 故，由上式可求出：

_______?R1?Q3?QC ?R?Q?Q4D?2

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其逻辑图为：

三．实验内容与方法

1．验证74LS93的记数功能。

（1）按图19-1将集成电路74LS93插入实验面包板（或IC插座），然后连接线路，QA、QB、QC和QD分别接四个LED“逻辑电平显示”，R1、R2分别接“逻辑开关”，输入Bin和QA连接构成四位二进制计数器，在输入Ain端接至手动脉冲，Vcc和GND分别接+5V和地。检查无误，然后开启电源，使学习机正常工作。

（2）按照置零/计数功能表，测试R1、R2端逻辑功能。

（3）先清零，然后按表19-1的要求，在AIN输入端送入手动单脉冲。将QA、QB、QC和QD的逻辑状态填入表中，观察其计数周期。

图19-1

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表19-1

输入二进制码输出 十进输入二进制码输出 十进CP数 QD QC QB QA 制数 CP数 QD QC QB QA 制数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2．计数周期分别为6、10、7、14的二进制计数器。

参照步骤1的方法，对以下计数器电路进行测试，并将QA、QB、QC和QD的逻辑状态填入相应的表格内。

图19-2 二---六进制计数器

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表19-2

输入 CP数 0 1 2 3 4 5 十进 制数 二进制码 QD QC QB 图19-3 二---十进制计数器

表19-3

输入 CP数 0 1 2 十进 制数 QD 二进制码 QC QB QA 50

3 4 5 6 7 8 9

图19-4 二---七进制计数器

表19-4

输入 CP数 0 1 2 十进 制数 QC 二进制码 QB QA 51

3 4 5 6 图19-5 二---十四进制计数器

表19-5

输入二进制码输出 十进输入十进CP数 QD QC QB QA 制数 CP数 QD QC QB QA 制数 0 1 2 3 4 5 6

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7 8 9 10 11 12 13 3．设计两个计数周期分别为9和15的二进制计数器。

利用74LS93四位二进制计数器，应用反馈归零法设计两个计数周期分别为9和15的计数器，画出逻辑图并作出真值表。

图19-6 二—九进制计数器

表19-6 二—九计数器真值表

图19-7 二—十五进制计数器

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