数字电路与逻辑设计实验new

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1、数字电路与逻辑设计实验指导书1.数字电路与逻辑设计实验基本知识在进行数字电路与逻辑设计实验之前，首先介绍一些基本知识。1．1数字集成电路集成电路(IntegratedCircuit)是相对分离元件而言的，简称IC。它将若干没有封装的电路元件(如晶体管、电阻等)不可分割地联在一起，并在电学上加以互连，以完成特定的功能。数字集成电路是指完成数字逻辑功能的集成电路。在数字电路与逻辑设计教学实验中，经常使用的是中、小规模数字集成电路。小规模数字集成电路主要是一些门电路，如四2输入与非门74LS00、六反相器74LS04等。中规模数字集成电

2、路是指计数器、数据选择器等。综合实验中用到的是大规模数字集成电路，主要是CPLD和GAL。具体地说，根据集成度的大小,集成电路分成SSI、MSI、LSI和VLSI四种，早期的小规模集成电路SSI(Small—ScaleIntegration)中封装的是单门、双门、四门或多个门及双触发器、四触发器等。随着半导体集成工艺的进展及一些逻辑部件的标准化和系列化，出现了中规模集成器件MSI(Medium—SI)和大规模集成器件LSl(Large-SI)。一般MSI每片器件上集成的门数在100个以下，LSI每片器件集成的门数在100个以上，而

3、当今超大规模集成器件VLSI(VeryLarge-SI)中的门数已可做到数百万个。通常VLSI是一些专门功能的电路、微处理机、存储器等器件。组合电路设计方法，多数是以SSI器件为基础。目前在数字系统中均广泛地采用以LSI及MSI为基础，辅以一些SSI。在设计过程中主要是理解和分析清楚设计要求，选择合适的LSI或MSI器件，辅以一些SSI器件将它们组成符合设计要求的电路。采用MSI器件为基础的设计，主要考虑的是所设计的电路能否满足功能要求、可靠性要求及价格要求，尽量减少集成器件的个数(而不是门数)。目前LSI及MSI产品主要有两大系

4、列：TTL逻辑系列及MOS逻辑系列(ECL系列仅在少数超高速电路中应用)。TTL系列用得较广泛，目前MOS工艺不断进展，其器件速度也已逐步赶上TTL系列．由于它功耗低、价格低，目前已应用得很广泛。从逻辑设计的方法上看，应用哪一系列并无大的差别。目前国内外常用的TTL／SSI和TTL／MSI集成电路系列是SN54／74系列(或简称54／74系列)。54系列是军用产品，工作温度范围宽(-55℃～125℃)、功耗小、速度高，当然价格也很高。74系列是民用产品，上述指标均较54系列低，但价格相对低廉。SN54／74系列中又分四档，即SN5

5、4／74系列，SN54H／74H高速系列、SN54S／74S肖特基系列及SN54LS／74LS低功耗肖特基系列。中、小规模数字IC中最常用的是TTL电路和CMOS电路。TTL是晶体管—晶体管逻辑的简称，CMOS是互补金属氧化物半导体工艺的简称。中、小规模CMOS数字集成电路主要是4XXX／45XX(X代表0到9的数字)系列。TTL电路与CMOS电路各有优缺点。TTL速度高，CMOS电路功耗小、电源范围大、抗干扰能力强。由于TTL在世界范围内应用极广，获得了广泛应用，八九十年代发展起了高速CMOS电路HC(74HC系列)，以及与TT

6、L兼容的高速CMOS电路HCT(74HCT系列)。这些电路以单一的+5V或者+3V做供电电源。在数字电路及逻辑设计教学实验中，我们采用+5V作为供电电源，主要使用TTL的74系列电路作为实验用器件。数字IC器件有多种封装形式。为了教学实验方便，实验中所用的74系列器件封装选用双列直插式。图1．1是双列直插封装的正面示意图。双列直插封装有以下特点：(1)从正面(上面)看，器件一端有一个半圆的缺口，这是正方向的标志。缺口左下的引脚号为1，引脚号按逆时针方向增加。图12．1中的数字表示引脚号。双列直插封装IC引脚数有14，16，20，2

7、4，28等若干种。(2)双列直插器件有两列引脚。引脚之间的间距是2．54毫米。两列引脚之间的距离有宽(1．24毫米)、窄(7．62毫米)两种。两列引脚之间的距离能够作较小改变，引脚间距不能改变。将器件插入实验台上的插座中去或者从插座中拔出器件时要小心，不要将器件引脚搞弯或折断。(3)74系列器件一般左下角的最后一个引脚是GND，右上角的引脚是Vcc。例如，14引脚的器件，引脚7是GND，引脚14是Vcc；20引脚器件的引脚10是GND，引脚20是Vcc。但也有一些例外，例如16引脚的双JK触发器74LS76，引脚13（不是引脚8）

8、是GND，引脚5(不是引脚16)是Vcc，，所以使用集成电路器件时要先看清它的引脚图，找对电源和地，避免因接线错误造成器件损坏。数字电路综合实验中，使用的复杂可编程逻辑器件MACH4-64／32(或者ISPl016)是44引脚的PLCC(Plast