数字逻辑与组成原理实践教程
[工学]数字逻辑实验指导书
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《数字逻辑实验指导书》实验一组合逻辑电路分析与设计一、实验目的：1、掌握PLD实验箱的结构和使用；2、学习QuartusⅡ软件的基本操作；3、掌握数字电路逻辑功能测试方法；4、掌握实验的基本过程和实验报告的编写。
二、原理说明：组合电路的特点是任何时刻的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，而与信号作用前电路的状态无关。
(一)组合电路的分析步骤：（二）组合逻辑电路的设计步骤首先根据给定的实际问题进行逻辑抽象，确定输入、输出变量，并进行状态赋值，再根据给定的因果关系，列出逻辑真值表。
然后用公式法或卡诺图法化简逻辑函数式，以得到最简表达式。
最后根据给定的器件画出逻辑图。
三、实验内容(一)组合逻辑电路分析：1.写出函数式，画出真值表；2.在QuartusⅡ环境下用原理图输入方式画出原理图，并完成波形仿真；3.将电路设计下载到实验箱并进行功能验证，说明其逻辑功能。
（必做）(二)1. 设计一个路灯的控制电路，要求在四个不同的路口都能独立地控制路灯的亮灭。
(用异或门实现)画出真值表，写出函数式，画出实验逻辑电路图。
在Quartus Ⅱ环境下实现设计，完成对波形的仿真，并将设计下载到实验箱并进行功能验证。
（必做）要求：用四个按键开关作为四个输入变量；用一个LED 彩灯（发光二极管）来显示输出的状态，“灯亮”表示输出为“高电平”，“灯灭”表示输出为“低电平”。
2. 设计一个保密锁电路，保密锁上有三个键钮A 、B 、C 。
要求当三个键钮同时按下时，或A 、B 两个同时按下时，或按下A 、B 中的任一键钮时，锁就能被打开；而当不符合上列组合状态时，将使电铃发出报警响声。
试设计此电路，列出真值表，写出函数式，画出最简的实验电路。
(用最少的与非门实现)。
在Quartus Ⅱ环境下实现设计，完成对波形的仿真，并将设计下载到实验箱并进行功能验证。
（选做）(注：取A 、B 、C 三个键钮状态为输入变量，开锁信号和报警信号为输出变量，分别用F 1用F 2表示。
0级《数字逻辑电路》实验指导书 1
课程名称：数字逻辑电路实验指导书课时：8学时集成电路芯片一、简介数字电路实验中所用到的集成芯片都是双列直插式的，其引脚排列规则如图1－1所示。
识别方法是：正对集成电路型号（如74LS20）或看标记（左边的缺口或小圆点标记），从左下角开始按逆时针方向以1，2，3，…依次排列到最后一般排在左上端，接地一脚（在左上角）。
在标准形TTL集成电路中，电源端VCC，7脚为GND。
若集端GND一般排在右下端。
如74LS20为14脚芯片，14脚为VCC成芯片引脚上的功能标号为NC，则表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。
二、TTL集成电路使用规则1、接插集成块时，要认清定位标记，不得插反。
2、电源电压使用范围为＋4.5V～＋5.5V之间，实验中要求使用Vcc＝＋5V。
电源极性绝对不允许接错。
3、闲置输入端处理方法(1)悬空，相当于正逻辑“1”，对于一般小规模集成电路的数据输入端，实验时允许悬空处理。
但易受外界干扰，导致电路的逻辑功能不正常。
因此，对于接有长线的输入端，中规模以上的集成电路和使用集成电路较多的复杂电路，所有控制输入端必须按逻辑要求接入电路，不允许悬空。
（也可以串入一只1～10KΩ的固定电阻）或接至某一固定(2)直接接电源电压VCC电压(＋2.4≤V≤4.5V)的电源上，或与输入端为接地的多余与非门的输出端相接。
(3)若前级驱动能力允许，可以与使用的输入端并联。
4、输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。
当R ≤680Ω时，输入端相当于逻辑“0”；当R≥4.7KΩ时，输入端相当于逻辑“1”。
对于不同系列的器件，要求的阻值不同。
5、输出端不允许并联使用（集电极开路门(OC)和三态输出门电路(3S)除外）。
否则不仅会使电路逻辑功能混乱，并会导致器件损坏。
6、输出端不允许直接接地或直接接＋5V电源，否则将损坏器件，有时为了使后，一般取R＝3～5.1K 级电路获得较高的输出电平，允许输出端通过电阻R接至VccΩ。
计算机组成原理补-数字逻辑2
译码器
常见的MSI二进制译码器 二进制译码器： ♦ 常见的MSI二进制译码器： 2-4线(2输入4输出)译码器 (2输入 输出) 输入4 3-8线(3输入8输出)译码器 (3输入 输出) 输入8 4-16线(4输入16输出)译码器等。 16线(4输入16输出 译码器等。 输入16输出)
例：3－8译码器
① 分析： 分析： A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3……A0 A设备 0 B设备 0 C设备 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 X X X X X X X X X X X X Y2 Y4 Y7
用3：8译码器实现
例）
译码器应用
② 设计： 设计：
74LS138
A6 A5 A4 A7 A8 A9 C B A G1 G2A G2B
§2.1 组合逻辑电路的分析方法
给定—— 给定—— 逻辑图 待求—— 待求—— 真值表 步骤： 步骤： 1. 根据逻辑图写出表达式 2. 根据表达式化简 3. 根据最简表达式列真值表 4. 根据真值表说明逻辑功能 5. 对电路进行评价和改进
例 1:
F1 +
F2 F1
F2
A 表达式为： 表达式为： F1=AB F2=A+B =AB
B
A
B
真值表 AB F2F1 00 0 0 01 0 1 10 1 0 11 0 0
A<B F2F1 =01 A=B F2F1 =00 A>B F2F1 =10
2.2 组合逻辑电路的设计方法
已知—— 已知—— 设计要求 待求—— 待求—— 逻辑图 步骤： 步骤： 1. 根据设计要求确定 根据设计要求 设计要求确定 2. 根据真值表 3. 化简 4. 按设计要求，变换逻辑表达式 按设计要求， 5. 画出逻辑图 真值表 卡诺图(表达式) 卡诺图(表达式)
计算机组成原理算术逻辑运算实验
实验2 算术逻辑运算实验一、实验目的1.掌握简单运算器的组成以及数据传送通路2.验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能二、实验设备74LS181（两片）,74LS273(两片), 74LS245(一片),开关若干,灯泡若干,单脉冲一片三、实验原理实验中的运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。
运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关用来给出参与运算的数据(A和B)，并经过一个三态门（74LS245）和数据显示灯相连，显示结果。
74LS181：完成加法运算74LS273：输入端接数据开关，输出端181。
在收到上升沿的时钟信号前181和其输出数据线之间是隔断的。
在收到上升沿信号后，其将输出端的数据将传到181，同时，作为触发器，其也将输入的数据进行保存。
因此，通过增加该芯片，可以通过顺序输入时钟信号，将不同寄存器中的数据通过同一组输出数据线传输到181芯片的不同引脚之中74LS245：相当于181的输出和数据显示灯泡组件之间的一个开关，在开始实验后将其打开，可以使181的运算结果输出并显示到灯泡上四、实验步骤1. 选择实验设备：根据实验原理图，将所需要的组件从组件列表中拖到实验设计流程栏中。
2. 搭建实验流程：将已选择的组件进行连线（鼠标从一个引脚的端点拖动到另一组件的引脚端，即完成连线）。
搭建好的实验流程图如图2所示。
具体操作如下:①将74LS273芯片的0-7号引脚（数据端从低到高）及9号引脚（复位端）接到开关上，8号引脚接至单脉冲组件，左右两个74LS273芯片分别保存参与运算的数据A和B。
接着把两个74LS273组件的11-14号引脚（数据的低四位）分别接到74LS181组件（左）的0-7号引脚上，其中0－3号引脚为A的低四位，4－7号引脚为B的低四位。
数字逻辑与计算机组成原理：第一章 计算机系统概论
的通用电子数字计算机方案EDVAC，这就是人们
通常所说的冯·诺依曼型计算机。
该计算机采用“二进制”代码表示数据和指 令，并提出了“程序存储”的概念，它奠定 了现代电子计算机的基础。
2．计算机的发展阶段
从第一台电子计算机的诞生到现在，人们根 据计算机所采用的电子器件的变化，将计算 机的发展分为四个时代。
1946年 美国 ENIAC 1955年退役
十进制运00 5 000
多个电子管 多个继电器 千瓦 吨 平方英尺 次加法／秒
用手工搬动开关和拔插电缆来编程
IBM 360计算机
IBM公司1964年推出的IBM360是影响最大的最早采 用集成电路的第三代计算机
Intel 公司的典型微处理器产品
8080 8086 80286 80386 80486 Pentium Pentium Pro Pentium Ⅱ Pentium Ⅲ Pentium Ⅳ
8位 16位 16位 32位 32位 64位（准） 64位（准） 64位（准） 64位（准） 64位
计算机硬件系列课程结构
计算机系统结构
计算机系统的 软硬件功能分配
计算机组成原理 数字逻辑
计算机系统的 逻辑实现 计算机组成的 物理实现
数字逻辑与计算机组成原理 的关系
数字逻辑是计算机组成原理的先修课程
计算机组成原理课程中经常出现的译码器、 编码器、数据选择器、数据分配器、队列、 堆栈、锁存器、寄存器等术语，必须在数字 逻辑课程中牢固掌握基本概念。
➢ 1958年，德克萨斯仪器公司的基尔白(Clair Kilby)、仙 童半导体公司的诺依斯(Robert Noyce)等人研究实现了 集成电路。以后集成度越来越高，出现了超大规模集成 电路，这是电子学的又一次革命，也是近代科学技术发 展的新的标志。
数字逻辑与计算机组成原理
数字逻辑与计算机组成原理数字逻辑和计算机组成原理是计算机科学中非常重要的两个学科，它们涉及到计算机硬件的设计、逻辑电路的实现以及计算机的组成和工作原理。
数字逻辑主要关注数字信号的处理和逻辑运算，而计算机组成原理则着眼于计算机内部各个部件的组成和相互协作。
一、数字逻辑1.1 逻辑门逻辑门是数字逻辑中的最基本组成部分，它通过将输入信号按照逻辑运算规则进行处理，生成输出信号。
常见的逻辑门包括与门、或门、非门、异或门等。
这些逻辑门可以通过晶体管、集成电路等电子器件来实现。
1.2 组合逻辑电路组合逻辑电路由多个逻辑门组成，用于实现特定的逻辑功能。
在组合逻辑电路中，输入信号即时产生输出信号，不受过去输入组合的影响。
常见的组合逻辑电路有译码器、编码器、多路选择器等。
1.3 时序逻辑电路时序逻辑电路是基于组合逻辑电路的基础上加入了时钟信号的逻辑电路。
它不仅根据输入信号产生输出信号，还受到时钟信号的控制。
时序逻辑电路常用于存储器、寄存器、时序器等的设计。
二、计算机组成原理2.1 计算机的基本组成计算机由中央处理器（CPU）、存储器（内存）、输入设备、输出设备以及各种外部设备组成。
中央处理器是计算机的核心，负责进行各种运算和控制操作。
存储器用于存储程序和数据，可以分为主存储器和辅助存储器。
2.2 指令执行过程计算机的指令执行过程包括取指令、译码指令、执行指令和写回结果四个阶段。
取指令阶段从主存储器中读取指令，并将其送入指令寄存器。
译码指令阶段对指令进行译码，确定其操作类型和操作数。
执行指令阶段根据指令的操作类型进行相应的运算。
最后，在写回结果阶段将运算结果写入存储器或寄存器。
2.3 数据通路与控制器计算机的数据通路用于传输和处理数据，包括算术逻辑单元（ALU）、寄存器、数据总线等部件。
控制器负责控制数据通路和各个部件的工作，根据指令的要求生成控制信号。
三、数字逻辑与计算机组成原理的关系数字逻辑和计算机组成原理密切相关，二者相互依存。
数字逻辑与数字电路试验指导书
数字逻辑与数字电路实验指导书（2013-2014下第四版）主编：张婧婧计算机与信息工程学院数字电路使用手册1. 信号源：、100KHz 、2. 指示灯：L0—L11十二个指示灯可作为 输出指示，当输出为高电平时红灯亮，当输出为低电平时绿 灯亮。
3. 数码管：板上共有数码管六个，其对应的输入为 8421码的数据线，分别为Dx 、Cx 、Bx 、 Ax 下标分别对应六个数码管，数码管为 共阴极，对应的公共端为LEDx ，将LEDx 接地对应的数码管点亮，用Dx 、Cx 、Bx 、 Ax 进行编码，得到从“0——F ”的显示 4. 单脉冲：板上有单脉冲输出端分别为P+、P-,当按下相 应按键时P+由低变高，P-由高变低。
(见第1 图左右两侧)5. 电源：除+5v 电源外，在箱子的正上方有两个 可调电源输出端口。
分别在+5~+15及-5~-15范围 内可调。
6. 开关：在箱子的右下方有k0—k11十二个拨动开关。
拨下输出低电平，拨上输出高电平。
(ELL-3数字逻辑实验箱面板图见下页)RGRRRRRRRGGGGGGGRGRGRGRGLED5LED5LED5LED5LED5LED5..................实验一简易的数码管电路一、实验目的1、通过数码管显示电路了解数码管的显示原理；2、熟悉数字电路的仿真环境；3、学习在实验箱上铺设简单的数码管显示电路。
二、实验原理字形3、实验的仿真电路4、在试验箱中搭建数码管显示电路实验二组合逻辑电路的设计与测试一、实验目的掌握组合逻辑电路的设计与测试方法二、实验原理1．使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。
设计组合电路的一般步骤是：(1)根据设计任务的要求，列出真值表。
(2)用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式。
(3)根据逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成电路。
(4)最后，用实验来验证设计的正确性。
2．组合逻辑电路设计举例用“与非”门设计一个四人表决电路。
数字逻辑电路实验教案
绪论数字逻辑电路是高等学校计算机科学技术专业中的一门主要的技术基础课程，它是为培养计算机科学技术专业人才的需要而设置的，它为计算机组成原理、微型机及其应用等后续课程打下牢固的硬件基础。
数字逻辑电路是一门理论性和实践性均较强的专业基础课，实验是数字逻辑电路课程中极其重要的实践环节。
通过数字逻辑电路实验可以使学生真正掌握本课程的基本知识和基本理论，加强对课本知识的理解，有利于培养各方面的能力；有利于实践技能的提高；有利于严谨的科学作风的形成。
一、常用电子仪器的使用1、示波器2、THD—4型数字电路实验箱3、万用表二、实验课的程序1．实验预习由于实验课的时间有限，因此，每次实验前要作好预习，写好预习报告。
预习的要求：a．理解实验原理，包括所用元器件的功能。
b．粗略了解实验具体过程。
c．根据实验要求，画好实验线路及数据表格。
2．实验操作每次测量后，应立即将数据记录下来，并由实验老师签字。
实验操作一般步骤：（1）在连接实验线路之前，必须保证“数字电路实验箱”所有电源关闭；（2）按所画的实验线路图连接实验线路，所用短路线必须事先用万用表检查，以减少故障点；（3）实验线路连接完成后，必须仔细检查实验线路，以保证实验线路连接无误；（4）实验线路连接正确后，接通电源，进行具体实验。
（5）如变动实验线路，必须从（1）重新进行。
故障检查方法及处理：（1）检查元器件的接入电源是否正确；（2）使实验线路处于静态，用万用表“直流电压挡”，从输入级向输出级逐级检查逻辑电平，确定故障点；（3）关闭“数字电路实验箱”电源，用万用表“欧姆挡”，检查实验线路连接是否正确，确定故障点；（4）关闭“数字电路实验箱”电源，按实验操作一般步骤（2）（3）（4）将故障排除。
3．实验报告写实验报告应有如下项目：（1）实验目的（2）实验内容（3）实验设备及元器件（4）实验元器件引脚图（5）实验步骤、实验线路及实验记录等（6）实验结果及故障处理分析、讨论和体会等（7）“思考题”要求同学在完成基本实验内容的前提下去做，并将实验内容、实验所用器件、线路、结果及分析等做副页附在实验报告最后，其副页由实验老师签字确认。
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数字逻辑与组成原理实践教程
数字逻辑和组成原理实践教程是计算机科学中一门重要的课程，它涵盖了许多关于数字逻辑和计算机体系结构的基本理论和概念。
数字逻辑和组成原理实践教程不仅是计算机科学专业学生的必修课，同时也是其他相关学科如电子工程、通信工程等专业的必修课。
本篇文章将会介绍数字逻辑与组成原理实践教程的重要性，课程内容以及学习该课程的方法和技巧。
一、数字逻辑与组成原理实践教程的重要性
数字逻辑与组成原理实践教程是计算机科学专业中最基本的课程之一，它贯穿了计算机科学教育的始终。
对于计算机科学专业的学生来说，数字逻辑和组成原理实践教程提供了一种深入了解数字电子技术的机会。
这些知识包括数字逻辑电路设计原理、数字电路的设计和测试方法、数字信号处理方案设计等等。
学生可以在课程中通过理论学习和实践操作，从根本上掌握计算机组成原理和数字逻辑设计原理。
这对于从事计算机科学工作的学生来说十分重要。
数字逻辑和组成原理实践教程同时也是其他领域的必修课。
例如，电子工程、电气工程、通信工程等专业需要涉及到数字电子技术，因此学生在此课程中能够学到相关知识，有助于提高其在这些相关领域中的能力和竞争力。
职场中需要操作数字电路的也比比皆是，只有学会了计算机组成原理和数字逻辑设计原理，才能够真正做到“以用为主，以学为基”。
二、数字逻辑与组成原理实践教程的内容
数字逻辑和组成原理实践教程一般分为两个部分：数字逻辑和计算机组成原理。
数字逻辑是指电子数字电路用于处理不同类型的信息的技术，如布尔代数，逻辑门，计数器等等。
学生在数字逻辑学习中将掌握以下内容：
1. 布尔代数的基本概念，包括逻辑运算符、逆运算符、与门、或门等等。
2. 逻辑组合电路：逻辑门、等价变换、 Karnaugh 图等等。
3. 同步和异步电路：同步和异步电路之间的区别和优缺点。
计算机系统由许多不同的组成部分组成。
在计算机组成原理学习中，学生将掌握以下内容：
1. 计算机体系结构：CPU、内存、输入/输出等组成部分的概念和原理。
2. 计算机指令集和存储器：CPU、RAM、ROM等计算机组成部分的介绍。
3. 输入/输出：从处理器到其它设备的数据传输方法。
4. 性能分析：硬件和软件的效能分析，吞吐量，延迟等等。
5. 系统设计：使用电子数字电路设计计算机系统。
三、学习这门课程的方法和技巧
学习数字逻辑与组成原理实践教程需要依据以下学习方法和技巧：
1. 系统和有计划地学习：在学习前花时间整理好课程要点和大纲，制定一个有计划的学习计划，系统地向课程学习。
2. 基础理论必须牢固：由于数字逻辑和组成原理实践教程是计算机科学专业的基础课程，因此学习者需要深入理解相关的基础理论知识。
3. 关注实践操作环节：数字逻辑和组成原理实践教程不仅要求掌握理论知识，还需要掌握实践操作的技能。
4. 做好笔记：数字逻辑和组成原理实践教程相当复杂，需要在学习过程中及时记录笔记，以便于日后的复习和掌握。
5. 有疑问就问：学习者应该充分利用教授办公时间、问答环节及网络参考书籍等资源，当遇到不理解的知识点时尽快寻求帮助。
总结
数字逻辑和组成原理实践教程是学习计算机科学的重要课程，它主要涵盖数字逻辑和计算机组成原理的基础知识。
学生通过系统地学习课程，精通基础理论，掌握实践技能，将更加容易地掌握数字逻辑和计算机组成原理的知识。
在应用实践中，数字逻辑和组成原理实践教程的掌握将有助于学生更好地发挥其计算机科学的才能，提高其个人竞争力和职业素质。