数字电子技术实验指导书

1数字电子技术实验指导书（韶关学院自动化专业用）自动化系2014年1月10日实验室：信工4052数字电子技术实验必读本实验指导书是根据本科教学大纲安排的，共计14学时。第一个实验为基础性实验，第二和第七个实验为设计性实验，其余为综合性实验。本实验采取一人一组，实验以班级为单位统一安排。1．学生在每次实验前应认真预习，用自己的语言简要的写明实验目的、实验原理，编写预习报告，了解实验内容、仪器性能、使用方法以及注意事项等，同时画好必要的记录表格，以备实验时作原始记录。教师要检查学生的预习情况，未预习者不得进行实验。2．学生上实验课不得迟到，对迟到者，教师可酌情停止其实验。3．非本次实验用的仪器设备，未经老师许可不得任意动用。4．实验时应听从教师指导。实验线路应简洁合理，线路接好后应反复检查，确认无误时才接通电源。5．数据记录记录实验的原始数据，实验期间当场提交。拒绝抄袭。6．实验结束时，不要立即拆线，应先对实验记录进行仔细查阅，看看有无遗漏和错误，再提请指导教师查阅同意，然后才能拆线。7．实验结束后，须将导线、仪器设备等整理好，恢复原位，并将原始数据填入正式表格中，经指导教师签名后，才能离开实验室。3目录实验1TTL基本逻辑门功能测试实验2组合逻辑电路的设计实验3译码器及其应用实验4数码管显示电路及应用实验5数据选择器及其应用实验6同步时序逻辑电路分析实验7计数器及其应用4实验1TTL基本逻辑门功能测试一、实验目的1、熟悉数字电路试验箱各部分电路的基本功能和使用方法2、熟悉TTL集成逻辑门电路实验芯片的外形和引脚排列3、掌握实验芯片门电路的逻辑功能二、实验设备及材料数字逻辑电路实验箱，集成芯片74LS00（四2输入与非门）、74LS04（六反相器）、74LS08(四2输入与门)、74LS10（三3输入与非门）、74LS20（二4输入与非门）和导线若干。三、实验原理1、数字电路基本逻辑单元的工作原理数字电路工作过程是数字信号，而数字信号是一种在时间和数量上不连续的信号。（1）反映事物逻辑关系的变量称为逻辑变量，通常用“0”和“1”两个基本符号表示两个对立的离散状态，反映电路上的高电平和低电平，称为二值信息。（2）数字电路中的二极管有导通和截止两种对立工作状态。三极管有饱和、截止两种对立的工作状态。它们都工作在开、关状态，分别用“1”和“0”来表示导通和断开的情况。（3）在数字电路中，以逻辑代数作为数学工具，采用逻辑分析和设计的方法来研究电路输入状态和输出状态之间的逻辑关系，而不必关心具体的大小。2、TTL集成与非门电路的逻辑功能的测试TTL集成与非门是数字电路中广泛使用的一种逻辑门。实验采用二4输入与非门74LS20芯片，其内部有2个互相独立的与非门，每个与非门有4个输入端和1个输出端。74LS20芯片引脚排列和逻辑符号如图2-1所示。5图2-174LS20芯片引脚排列和逻辑符号与非门的逻辑功能是：“输入信号只要有低电平，输出信号为高电平；输入信号全为高电平，输出则为低电平”（即有0得1，全1得0）。在测试与非门的逻辑功能时，输入端接至逻辑拨位开关，开关向上为逻辑“1”，相应灯亮；开关向下为逻辑“0”，相应灯不亮。输出端接发光二极管显示，亮为逻辑“1”，不亮则为逻辑“0”。四、实验内容实验逻辑门集成芯片插在扩展板上。芯片Vcc电源为+5V，“GND”为地。74LS20芯片按图2—1所示连接，二进制的输入端A、B、C、D接逻辑拨位开关，灯亮为高电平逻辑“1”，灯灭为低电平逻辑“0”，输出端Y接发光二极管显示。按照真值表逐项测试。但是，对于74LS20芯片有4个输入端的与非门，有16个最小项，根据与非门的逻辑功能，只要按表2—1所示的5项进行测试，便能判断与非门的逻辑功能是否正常。表2-1双4输入与非门74LS20功能测试输入端输出端ABCDY11110111101111011110同理，测试集成逻辑门芯片74LS00、74LS04、74LS08、74LS10，分别自拟真值表，记录实验状态，总结各逻辑门的逻辑功能。五、预习要求6（1）复习TTL集成逻辑门的有关内容，认真阅读使用TTL门的注意事项。（2）了解数字电路实验箱的结构、功能及使用方法。（3）写出集成芯片74LS00（四2输入与非门）、74LS04（六反相器）、74LS08（四2输入与门）、74LS10（三3输入与非门）、74LS20（二4输入与非门）的真值表。六、实验报告与思考题(1)列表记录74LS00、74LS04、74LS08、74LS10、74LS20实验结果，写出各芯片的逻辑功能。(2)怎样判断门电路逻辑功能是否正常？(3)与非门一个输入端接连续脉冲，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？附：实验TTL集成芯片引脚排列和逻辑符号7实验2组合逻辑电路的设计一、实验目的1、加深理解组合逻辑电路的特点和一般分析方法。2、掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。二、实验设备及材料数字逻辑电路实验箱，集成芯片74LS00（四2输入与非门）、74LS04（六反相器）、74LS10（三3输入与非门）、74LS20（二4输入与非门）和导线若干。三、实验原理组合逻辑电路的设计是指根据已知条件和所需实现的逻辑功能，设计出最简单的逻辑电路图。设计思想如图2-1所示，用门电路设计组合逻辑电路的步骤为1、根据题目逻辑问题的要求，确定输入变量和输出变量“0”和“1”的含义，列出真值表。2、由于真值表写出逻辑函数表达式，或者直接画出函数的卡诺图。3、对逻辑函数化简或变换，得到所需的最简表达式。4、由最简表达式用给定的或相应的逻辑门构成电路，画出逻辑电路图。5、验证设计的正确性。图2-1组合逻辑电路的设计思路与步骤四、实验内容组合逻辑电路的设计：4位代码数字锁设计电路。使用最少的与非门、非门设计一把四位输入数字锁，如图所示，A,B,C,D为输入的四个代码。每把锁有四位数字代码（如0101，1001等）。不开锁时，既没有输入（A,B,C,D均为零），信号输出为0（Z1=0，Z2=0）。如果输入代码符合该锁的8代码时，锁才能被打开（Z1=1，Z2=0）；如果不符，开锁时，电路发出报警信号（Z1=0，Z2=1）。五、预习要求1、复习各种基本门电路的功能。2、设计4位代码数字锁设计电路，要求写出步骤（真值表、卡诺图、逻辑表达式），用实验给定的集成芯片实现逻辑电路。3、把所设计的逻辑电路利用multisim软件实现仿真并验证电路的正确性。9实验3译码器及其应用一、实验目的1、掌握3线-8线译码器的逻辑功能。2、掌握3线-8线译码器的应用。3、掌握用中规模集成芯片74LS138实现逻辑函数和数据分配器的方法。二、实验设备及材料数字逻辑电路实验箱，集成芯片74LS20、74LS138三、实验原理译码器是编码的逆过程，将二进制代码所表示的信息翻译出来，称为译码。实现译码功能的电路称为译码器。译码器在数字电路中应用广泛，不仅用于代码转换、终端的数字显示，还用于数据分配、存储器寻址和组合控制信号等。常用的译码器有二进制译码器，二—十进制译码器和七段译码器。不同的功能可选用不同种类的译码器。二进制译码器是将n位二进制代码译成电路的2n种输出状态。一般原理如图3-1所示。图3-1译码器原理图中规模3线－8线译码器集成芯片74HC138含有输入使能端，n个输入端，2n个输出端。当使能输入端满足要求时，输入一组代码，输出对应十进制的只有一个低电平为有效电平，其余的输出为无效状态高电平。每一组输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器，若利用使能端中的一个输入端输入数据信息，器件就称为一个数据分配器（又称为多路数据分配器）。中规模集成译码器74LS138：74LS138是集成3线－8线译码器，在数字系统中应用比较广泛。10图3-274LS138译码器引脚排列图图3－2是其引脚排列。其中A2、A1、A0为地址输入端，为译码输出端，为使能端。四、实验内容1、74LS138译码器逻辑功能测试（验证性实验）集成芯片74LS138的8脚接地，16脚接电源（+5V），使能端E3接高电平，使能端为低电平，输出端分别接到8个发光二极管显示，以低电平灭灯显示十进制数，输入端接逻辑拨位开关，输入二进制数据。实验结果记入表3-1中。表3-1测试译码器74LS138逻辑功能表使能端输入端输出321A2A1A001234567╳1╳╳╳╳╳╳1╳╳╳100000100001100010100011100100100101100110100111112、集成芯片74LS138译码器的应用（设计性实验）利用74LS138译码器和74LS20实现逻辑函数：利用3线－8线译码器能够产生3变量函数的全部最小项，实现3变量的逻辑函数。用74LS138实现逻辑函数ABCCBACBACBAF。画出实现电路原理图，并利用multisim软件实现仿真，通过实验进行验证。自拟表格记录实验数据（表格必须有使能端、输入端、输出端的数据）五、预习要求1、复习有关译码器的原理2、根据实验任务，画出所需的实验线路及记录表格，实验前并利用multisim软件实现仿真六、实验报告与思考题1、画出实验的原理图，记录实验结果，进行分析和小结。2、掌握用3线-8线译码器实现逻辑函数的方法。12实验4数码管显示电路及应用一、实验目的1、熟悉七段共阴、共阳LED数码管的结构及其使用方法。2、熟悉共阴译码驱动电路的原理及使用方法。3、掌握数码显示电路的应用。二、实验设备及材料数字逻辑电路实验箱共阴数码管，4线—七段译码/驱动器74LS48。三、实验原理4线—七段译码/驱动器是对给定的代码进行翻译，直观地用七段显示数字。显示与译码是配套使用的。在数字测量仪表和各种数字系统中，将数字量直观地显示出来。人们一方面可直接读取测量和运算的结果；另一方面可用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成的。如图4-1所示。图4-1数字显示电路组成方框图1、LED数码管数码的显示方式一般有三种：①字型重叠显示式；②分段显示式；③点阵显示式。以分段显示式应用最为普遍。主要器件是七段发光二极管（LED）显示器。它可分为两种形式：一种是共阳极显示器，另一种是共阴极显示器。如图4-2，4-3所示。（a）七段共阴发光二极管（b）共阴引脚图图4-2七段共阴数码管13（a）七段共阳发光二极管（b）共阳引脚图图4-3七段共阳数码管一个数码管可以显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5英寸和0.36英寸）每段发光二极管的正向压降，随着显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同而略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字需要有一个专门的译码器，该译码器不但要有译码功能，还要有相当的驱动能力。2、译码驱动器（1）4线—七段显示共阴极译码驱动器74LS48半导体数码管可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动，为此就需要用显示译码器将BCD代码译成数码管所需的驱动信号，以便使数码管用二进制数字显示出BCD代码所表示的数值。74LS48是BCD输入，有上拉电阻能够配合七段发光二极管工作的4线—七段译码/驱动器，它的逻辑符号如图4-4（b）所示。D、C、B、A是BCD码的输入端，Ya,Yb,Yc,…Yg,是译码输出，用“1”表示数码管中笔段的点亮状态，用“0”表示数码管中笔段的熄灭状态，译码/驱动器集成芯片引脚排列如图4-4（a）所示。为试灯端、为灭零输入端，它们都是低电平有效。当为低电平、为高电平时，数码管输出全为1，显示笔段“”字。当为低电平且DCBA为0000时，数码管不显示，处于灭零状态。为灭灯输入/灭零输出。为灭灯输入端，当是输出全为零；为灭零输出端，该器件处于灭零状态时，，否则，。主要是用来控制相邻的灭零功能。14(a）引脚排列(b)逻辑符号图4-44线—七段译码/