数字电路逻辑与设计实验一 门电路逻辑功能及测试

一、实验目的和要求

实验目的：

1. 熟悉门电路的逻辑功能，逻辑表达式，逻辑符号；
2. 掌握数字电路实验箱及示波器的使用方法；
3. 学会检测基本门电路的方法

实验要求：

1. 掌握门电路工作原理及相应逻辑表达式；

     2. 掌握双踪示波器的使用方法。

二、实验环境

数字电路实验箱

三、实验内容与过程

实验仪器及材料

1．实验仪器设备：双踪示波器、数字万用表、数字电路实验箱

2．器件及其引脚描述如图 1-1 所示。

74LS00 二输入端四与非门 2 片

74LS20 四输入端双与非门 1 片

74LS86 二输入端四异或门 1 片

74LS04 六反相器               1 片

3.器件详细资料

（1）74LS00 功能：二输入端四与非门，其内部结构及真值表如图 1-2 所示

（2）74LS20 功能：四输入端双与非门，其内部结构及真值表如图 1-3 所示

（3）74LS86 功能：二输入端四异或门，其内部结构及真值表如图 1-4 所示

（4）74LS04 功能：六反相器，其内部结构及真值表如图 1-5 所示

实验内容

1. 与非门电路逻辑功能的测试

（1）选用双四输入与非门 74LS20 一片， 按图 1-7 接线、输入端接 S1～S4（电平开 关输出插口），输出端接电平显示发光二极管（D1～D8任意一个）。

（2）将电平开关按表 1.1 置位，分别测输出电压及逻辑状态。

输入				输出
1	2	4	5	Y	电压值
H	H	H	H	0	0.089
L	H	H	H	1	4.46
L	L	H	H	1	4.46
L	L	L	H	1	4.46
L	L	L	L	1	4.46

表 1.1 74LS20 输入输出状态表 

2. 异或门逻辑功能的测试

（1）选二输入四异或门电路 74LS86，按图 1-8 接线，输入端 1、2、4、5 接逻辑开 关(S1～S4)，输出端 A、B、Y 接电平显示发光二极管.

（2）将逻辑开关按表 1.2 的状态，将结果填入表中。

输入				输出
1（S1)	2(S2)	4(S3)	5(S4)	A	B	Y	电压（V）
L H H H H L	L L H H H H	L L L H H L	L L L L H H	0 1 0 0 0 1	0 0 0 1 0 1	0 1 0 1 0 0	0.121 4.46 0.121 4.47 0.121 0.121

表 1.2 74LS80 输入输出状态表

3. 逻辑电路的逻辑关系

（1）用 74LS00、按图 1-9、1-10 接线，将输入输出逻辑关系分别填入表 1.3、表 1.4 中。

（2）写出上面两个电路逻辑表达式。

输入		输出
A	B	Y
L L H H	L H L H	1 1 0 0

表 1.3 图 1-5 输入输出表

输入		输出
A	B	Y	Z
L L H H	L H L H	1 1 1 1	1 0 0 1

 表 1.4 图 1-6 输入输出表

4. 逻辑门传输延迟时间的测量

用六反相器（非门）按图 1-11 接线，输入 80KHz 连续脉冲，用双踪示波器测输入， 输出相位差，计算每个门的平均传输延迟时间的 tpd 值。

5. 利用与非门控制输出

用一片 74LS00 按图 1-12 接线，S 接任一电平开关，用示波器观察 S 对输出脉冲的控制作用。

6. 用与非门组成其它门电路并测试验证

（1）组成或非门

用一片二输入端四与非门组成或非门，画出电路图，测试并填表 1.5。

（2）组成异或门

（a）将异或门表达式转化为与非门表达式。

异或门（XOR 门）的逻辑表达式为：

使用与非门（NAND 门）进行转换，将每个与门转换为与非门：

最终的与非门表达式为：

（b）画出逻辑电路图，测试并填表 1.6。

输入		输出
A	B	Y
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

表 1.5 或非门表格

输入		输出
A	B	Y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

表 1.6 异或门表格

四、实验结果与分析

（1）怎样判断门电路逻辑功能是否正常？

1. 理解理论逻辑功能：首先需要明确所使用的门电路的理论逻辑功能和逻辑表达式。例如，与门的逻辑功能是所有输入都为高电平时输出才为高电平。
2. 构建测试电路：使用数字电路实验箱将门电路接入，并连接输入和输出端。确保电源和地线连接正确。
3. 应用输入信号：根据门电路的逻辑功能，为其提供各种可能的输入组合。例如，对于一个两输入的与门，需要分别提供 (0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1) 四种组合的输入。
4. 测量输出信号：使用双踪示波器或逻辑分析仪测量并记录每种输入组合下的输出信号。
5. 比对结果：将测量的输出信号与理论上的逻辑输出进行比对。如果实际输出与理论输出一致，说明门电路工作正常；如果不一致，可能存在电路故障或接线问题。

（2）与非门一个输入接连续脉冲，其余端什么状态时允许脉冲通过？什么状态时禁

止脉冲通过？

1. 其余输入端为高电平时：
   • 当脉冲输入为高电平（1）时，所有输入都是高电平，输出为低电平（0），脉冲信号不通过。
   • 当脉冲输入为低电平（0）时，至少有一个输入为低电平，输出为高电平（1），脉冲信号被反转通过。
2. 其余输入端为低电平时：
   • 无论脉冲输入为高电平（1）还是低电平（0），至少有一个输入为低电平，输出一直为高电平（1），连续脉冲信号通过但被反转为高电平。

（3）异或门又称可控反相门，为什么？

异或门（XOR 门）的逻辑功能是当输入端数量为偶数时，若输入中有奇数个高电平，输出为高电平；若输入中有偶数个高电平，输出为低电平。

1. 单输入情况下的反相功能：对于一个输入端，异或门的输出是输入的反相。例如，输入为0时输出为1，输入为1时输出为0。
2. 多输入情况下的可控性：当一个输入端固定为高电平（1）时，异或门的输出会反映其他输入端的反相。例如，若其中一个输入端固定为高电平（1），而另一个输入端变化时，输出是另一个输入端的反相。因此，可以通过控制一个输入端的电平状态来实现对其他输入端信号的反相功能。