数字电路与逻辑设计实验指导与习题解析——基于虚拟仿真实验

本书是《数字电路与逻辑设计（微课版）》配套的实验指导与习题解析参考书。全书分为3部分6章。第一部分包括1~3章。第1章小规模电路分析，帮助学生通过虚拟平台搭建和验证简单的数字电路，掌握芯片测试，电路搭建和实验记录的基本过程和方法。第2章组合逻辑电路设计和第3章时序逻辑电路设计从常用的数字电路设计着手，通过电路设计、仿真和验证等训练过程，帮助读者掌握简单数字电路的设计和仿真过程。第一部分可以作为理论课程课中、课后的练习，与教学过程相配合，加深学生对电路分析和设计过程的理解。第二部分主要是第4章数字系统的设计，这里提供了多个具备实用性、趣味性，且综合性较强的实际应用电路实例，引导学生从电路的设计要求出发，设计总体方案，确定各个子模块电路功能，最终完成电路设计。第二部分实验可以选作课程实验或者课程设计的内容。第三部分是第5章习题答案与解析，为配套教材课后习题的参考答案，为理论课程的学习提供帮助。另外，附录是实验平台，对本书中使用的实验平台进行了简要的介绍，帮助读者快速掌握实验平台的基本操作方法。

于俊清，博士，华中科技大学计算机科学与技术学院教授，博士生导师，国家一流课程负责人，湖北省优秀基层教学组织负责人，智能媒体计算与网络安全研究团队负责人，华中科技大学副校长。开设“数字电路与逻辑设计”“多媒体基础”“搜索引擎技术基础”三门慕课课程。主要研究方向为智能媒体计算、计算机网络、教育信息化等，主持多项国家重点研发计划、国家自然科学基金和省杰出青年基金等科研课题，发表论文200 余篇，授权发明专利和软件著作权60余项，获得省部级教学和科研奖励4项，荣获2021年高校计算机专业优秀教师，华中科技大学青年教师教学竞赛一等奖和教学成果一等奖等。

目 录 前　言　1 第　1章 小规模数字电路分析　8 1.1　集成门电路　8 1.1.1　实验目的　8 1.1.2　背景知识　8 1.1.3　实验平台和元器件　8 1.1.4实验内容　9 1.1.5实验思考　10 1.2　集成触发器　10 1.2.1　实验目的　10 1.2.2　背景知识　10 1.2.3　实验平台及器材　11 1.2.4　实验内容　11 1.2.5　实验思考　13 1.3　组合逻辑电路的险象　13 1.3.1　实验目的　13 1.3.2　实验平台及器材　13 1.3.3　背景知识　14 1.3.4　实验内容　14 1.3.5　实验思考　15 1.4　译码器　15 1.4.1　实验目的　15 1.4.2　背景知识　15 1.4.3　实验平台及器材　17 1.4.4　实验内容　17 1.4.5　实验思考　19 1.5　多路选择器　19 1.5.1　实验目的　19 1.5.2　背景知识　19 1.5.3　实验平台及器材　20 1.5.4　实验原理　20 1.5.5　实验内容　21 1.5.5　实验思考　23 1.6　四位二进制并行加法器　23 1.6.1　实验目的　23 1.6.2　背景知识　23 1.6.3　实验平台及器材　24 1.6.4　实验内容　24 1.6.5　实验思考　25 1.7比较器　26 1.7.1　实验目的　26 1.7.2背景知识　26 1.7.3　实验平台及器材　27 1.7.4　实验内容　27 1.7.5　实验思考　28 1.8　计数器　28 1.8.1实验目的　28 1.8.2　背景知识　29 1.8.3　实验平台及器材　31 1.8.4　实验内容　31 1.8.5　实验思考　35 1.9　寄存器　35 1.9.1　实验目的　35 1.9.2背景知识　35 1.9.3　实验平台及器材　36 1.9.4　实验内容　37 1.9.5　实验思考　38 第　2章 组合逻辑电路设计　39 2.1　代码转换电路　39 2.1.1　实验目的　39 2.1.2　实验平台及元器件　39 2.1.3　实验内容　39 2.1.4　实验原理　40 2.1.5　实验思考　40 2.2　多人表决电路　40 2.2.1　实验目的　40 2.2.2　实验平台及元器件　41 2.2.3　实验内容　41 2.2.4　实验原理　44 2.2.5　实验思考　44 2.3　血型配对电路　45 2.3.1　实验目的　45 2.3.2　实验平台及元器件　45 2.3.3　实验内容　45 2.3.4　实验原理　46 2.3.5　实验思考　46 2.4　加/减可控电路　46 2.4.1　实验目的　46 2.4.2　实验平台及元器件　47 2.4.3　实验内容　47 2.4.4　实验原理　50 2.4.5　实验思考　51 2.5　4位二进制并行加法器　51 2.5.1　实验目的　51 2.5.2　实验平台及元器件　51 2.5.3　实验内容　52 2.5.4　实验原理　55 2.5.5　实验思考　55 2.6　译码器　55 2.6.1　实验目的　55 2.6.2　实验平台及元器件　55 2.6.3　实验内容　56 2.6.4　实验原理　58 2.6.5　实验思考　60 2.7　多路选择器　60 2.7.1　实验目的　60 2.7.2　实验平台及元器件　60 2.7.3　实验内容　61 2.7.4　实验原理　63 2.7.5　实验思考　65 2.8　比较器　65 2.8.1　实验目的　65 2.8.2　实验平台及元器件　65 2.8.3　实验内容　66 2.8.4　实验原理　69 2.8.5　实验思考　69 2.9　编码器　69 2.9.1　实验目的　69 2.9.2　实验平台及元器件　69 2.9.3　实验内容　70 2.9.4　实验原理　71 2.9.5　实验思考　72 第3章　时序逻辑电路设计　73 3.1　同步计数器　73 3.1.1　实验目的　73 3.1.2　实验平台及元器件　73 3.1.3　实验内容　73 3.1.4　实验原理　75 3.1.5　实验思考　76 3.2　异步的计数器　76 3.2.1　实验目的　76 3.2.2　实验平台及元器件　77 3.2.3　实验内容　77 3.2.4　实验原理　79 3.2.5　实验思考　82 3.3　同步序列检测器　82 3.3.1　实验目的　82 3.3.2　实验平台及元器件　83 3.3.3　实验内容　83 3.3.4　实验原理　83 3.3.5　实验思考　85 3.4　异步序列检测器　85 3.4.1　实验目的　85 3.4.2　实验平台及元器件　85 3.4.3　实验内容　86 3.4.4　实验原理　86 3.4.5　实验思考　88 3.5　代码检测器　89 3.5.1　实验目的　89 3.5.2　实验平台及器件　89 3.5.3　实验内容　89 3.5.4　实验原理　89 3.5.5　实验思考　92 3.6　移位寄存器　93 3.6.1　实验目的　93 3.6.2　实验平台及器件　93 3.6.3　实验内容　93 3.6.4　实验原理　95 3.6.5　实验思考　96 3.7　篮球30S倒计时电路　97 3.7.1　实验目的　97 3.7.2　实验平台及器件　97 3.7.3　实验内容　97 3.7.4　实验原理　99 3.7.5　实验思考　99 3.8　自动售货机　100 3.8.1　实验目的　100 3.8.2　实验平台及器件　100 3.8.3　实验内容　100 3.8.4　实验原理　101 3.8.5　实验思考　103 第4章　数字系统设计　104 4.1　交通灯控制系统设计　104 4.1.1　实验目的　104 4.1.2　实验平台及元器件　104 4.1.3　实验内容　104 4.1.4　实验原理　110 4.1.5　实验思考　118 4.2　运动码表　118 4.2.1　实验目的　118 4.2.2　实验平台及元器件　118 4.2.3　实验内容　119 4.2.4　实验原理　125 4.2.5　实验思考　128 4.3　多功能电子钟　129 4.3.1　实验目的　129 4.3.2　实验平台及元器件　129 4.3.3　实验内容　129 4.3.4　实验原理　141 4.3.5　实验思考　143 4.4　汽车尾灯控制电路　143 4.4.1　实验目的　143 4.4.2　实验平台及元器件　143 4.4.3　实验内容　144 4.4.4　实验原理　145 4.4.5　实验思考　147 第5章　课后习题答案与解析　148 5.1　第 1章习题解析　148 5.2　第 2章习题解析　151 5.3　第3章习题解析　162 5.4　第4章习题解析　164 5.5　第5章习题解析　184 5.6　第6章习题解析　192 5.7　第7章习题解析　219 5.8　第8章习题解析　223 5.9　第9章习题解析　225 附录　实验平台　226 附录A　Logisim软件　226 A.1　Logisim的安装和使用　226 A.2使用Logisim搭建电路　227 A.3　组合逻辑电路的自动生成　229 A.4　电路中线路的状态　231 A.5　电路仿真　232 A.6　电路封装和调用　233 A.7　常见问题　234 附录B　数字电路虚拟实验平台　237 附录C　头歌实践教学平台　243 C.1　使用步骤　243 C.2　借助Excel设计状态转换组合逻辑电路　243 C.3　常见问题　245