数 字 电 子 技 术 基 础实验指导书

I数字电子技术基础实验指导书安阳工学院电子信息与电气工程学院电工电子教研室二〇一一年五月II实验要求一、实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。二、用仪器和实验箱前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在操作时应严格遵守。三、实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源。四、实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象，例如元件冒烟、发烫或有异味等，应立即关断电源，保持现场，报告指导老师。找出原因、排除故障，经指导老师同意后再继续做实验。五、实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线，使用自锁紧插头时，严禁用力拉线，拆线时，应手捏线端并旋转轻微向上用力拔起，以防线被拉断。六、实验过程中要仔细观察实验现象，记录实验结果（数据、波形、现象）。所记录的实验结果经指导老师审阅签字后再拆除实验线路。七、实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。八、实验后每个学生必须按要求独立完成实验报告。III数字电路实验箱使用说明本实验箱可以完成数字电路课程实验，由实验板和保护箱组成。该实验箱的实验板采用独特的两用板工艺，正面贴膜，印有原理图及符号，反面为印制导线并焊有相应元器件，需要测量及观察的部分装有自锁紧式接插件，使用直观、可靠。一、技术性能及配置1、电源输入:AC220V士10％。输出:DC5V/1A、DC1、25V～15V/0、2A(两路)有过载保护及自动恢复功能。2、信号源:单脉冲:为消抖动脉冲，可同时输出正负两个脉冲，前后沿≤20ns，脉冲宽度≤0、2μs，脉冲幅值为TTL电平。连续脉冲：两组，一组为4路固定频率的方波。其频率分别为200KHZ、100KHz、50KHz、25KHz。另一组为:1Hz～5KHz连续可调方波，分二档由开关切换，两路输出均为TTL电平。3、八组逻辑电平开关:可输出“O”、“1”电平。置于H时输出为+5V，置于L时输出为0。4、八位电平显示:由红色LED及驱动电路组成。当政逻辑“1”电平送入时LED亮，反之不亮。5、数码显示:由二位7段LED数码管及二一十进制译码器组成。6、元件库:由开关、电位器、扬声器、二极管、阻容元件构成,其参数均在面扳上标明。7、圆孔型双列直插式集成电路插座:14脚10只，16只脚3只，20脚1只。IV二、电路原理本实验箱有电源、信号源、电平指示、电平开关、数码管等部分组成。相应电路及器件在面板背面的印制电路板上。三、使用方法1、将标有220V的电源插入市电插座，接通开关，面板指示灯亮，表示实验箱电源正常工作。2、连接线：实验箱面板上的插孔应使用专用的连接线，该连接线插头可叠插使用，顺时针向下旋转即锁紧，逆时针向下旋转即可松开。拔出时不要直接拉导线。3、面板上IC插座均未接电源，实验时应按插入IC的引脚接好相应的电源线才能正常工作。4、IC插入插座前应调整好双列引线间距，仔细对准插座后均匀压入，拔出时需用螺丝刀从旁边轻轻翘起。5、实验时应先阅读实验指导书，在断开电源开关的状态下按实验线路接好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值在接到实验电路中），检查无误后接通电源。6、实验时要更改接线或元器件，应先关断电源开关，插错或多余的线要拔去，不能一端插在电路上，另一端悬空，防止碰到电路其他部分。为保证实验顺利进行，要注意所有集成电路的使用规则，特别是对输入空端和多余电路单元要按规定接相应电平。V目录实验一:门电路逻辑功能测试…………………………………………1实验二:组合逻辑电路设计……………………………………………5实验三：译码器和数据选择器…………………………………………8实验四：集成触发器的应用……………………………………………11实验五：时序逻辑电路设计与分析……………………………………146实验一门电路逻辑功能及测试一、实验目的1．熟悉门电路逻辑功能。2．熟悉数字电路学习机及示波器使用方法。3．学习基本门电路特性参数的测试方法。二、实验仪器及材料1．双踪示波器2．器件74LS00二输入端四与非门2片74LS20四输入端双与非门1片74HC86二输入端四异或门1片74LS04六反相器1片三、预习要求1.复习门电路工作原理及相应逻辑表达式。2．熟悉所用集成电路的引线位置及各引线用途。3.了解双踪示波器使用方法。四、实验内容实验前按学习机使用说明先检查学习机电源是否正常。然后选择实验用的集成电路，按自己设计的实验接线图接好连线，特别注意Vcc及地线不能接错。线接好后经实验指导教师检查无误方可通电实验。实验中改动接线须先断开电源，接好线后再通电实验。1245674LS20图1.174LS20功能测试图1.测试门电路逻辑功能（1）选用双四输入与非门74LS20一只，插入面包板，按图1.1接线：输入端（第1、2、4、5管脚）接电平开关，输出端（第6管脚）接电平显示发光二极管（注意：74LS20第7管脚接地，第14管脚接电源）。（2）将电平开关按表1.l置位，分别测输出电压及逻辑状态。表1.17输入输出1245Y电压（V）HHHHLHHHLLHHLLLHLLLL2.异或门逻辑功能测试123U1A74HC86456U1B74HC869108U1C74HC86ABY图1.274HC86连接图(1)选二输入四异或门电路74HC86,按图1.2接线，输入端1、2、4、5接电平开关，输出端A、B、Y接电平显示发光二级管。(2)将电平开关按表1.2置位，将结果填入表中。表1.2输入输出1245ABYY电压(V)LLLLHLLLHHLLHHHLHHHHLHLH3．逻辑电路的逻辑关系(1)用74LS00，按图1.3接线，将输入输出逻辑关系分别填入表1.3中。(2)写出电路逻辑表达式。123U1A74LS00564U1B74LS008910U1C74LS00111213U1D74LS00123U2A74LS00ABY8图1.374LS00连接图表1.3输入输出ABY000110114．平均传输延迟时间tpd的测试用六反相器74LS04按图1.4接线，设各个门电路的平均传输延迟时间为tpd，用奇数个门环形连在一起，电路会产生一定频率的自激振荡。如果用示波器测出输出波形的周期T，就可以间接地计算出门电路的平均传输延迟时间：tpd=T/(2n)，式中n是连接成环形的门的个数。12U1A74LS0434U1B74LS041011U1E74LS0456U1C74LS0489U1D74LS04图1.4奇数个门连成振荡器5．用与非门组成其它门电路(1)用一片二输入端四与非门74LS00组成或非门'')'(BABAY(2)画出电路图，测试其功能并填表1.4。表1.4输入输出ABY00011011五、实验报告1．按各步聚要求记录实验测得的数据、写表达式、画电路图。2．回答问题：(1)怎样判断门电路逻辑功能是否正常?(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？(3)异或门又称可控反相门，为什么？9实验二组合逻辑电路设计一、实验目的1．掌握组合逻辑电路的功能测试方法。2．验证半加器和全加器的逻辑功能。3．掌握组合逻辑电路的设计方法。4．加深理解典型组合逻辑电路的工作原理。二、实验仪器及材料器件74LS00二输入端四与非门3片74HC86二输入端四异或门1片74LS54四组输入与或非门1片三、预习要求1．预习组合逻辑电路的分析方法和设计方法。2．预习用与非门和异或门构成的半加器、全加器的工作原理。3．预习二进制数的运算。四、实验内容1．组合逻辑功能测试(1)用两片74LS00组成图2.1所示的逻辑电路。（2）A、B、C接开关电平，Y1、Y2接发光二极管电平显示。（3）按表2.1要求，改变A、B、C的状态并填表，写出Y1、Y2表达式。123U1A74LS00564U1B74LS008910U1C74LS00111213U1D74LS00123U2A74LS00564U2B74LS008910U2C74LS00ABCY1Y2图2.174LS00组成的组合逻辑电路表2.1输入输出ABCY1Y2102.半加器设计及功能测试(1)用与非门74LS00和异或门74HC86设计一个半加器。（2）组装所设计的半加器电路，并验证其功能是否正确，填表2.2。（3）写出输出与输入之间的逻辑表达式。表2.2输入端A0101B0011输出端SCO3.全加器设计及功能测试(1)用与非门74LS00和与或非门74LS54设计一个全加器。（2）组装所设计的全加器电路，并验证其功能是否正确，填表2.3。（3）写出输出与输入之间的逻辑表达式。表2.3AiBiCi-iCiSi000010100110001011101111五、实验报告1.写出实验电路的设计过程，并按要求画出设计电路图。2．记录所设计电路的实验结果，并与设计要求进行比较。3.问题讨论：00000101001110010111011111（1）如何用异或门来实现全加器？（2）如何用两个半加器和一个或门来实现全加器电路？实验三译码器和数据选择器一、实验目的1.加深理解译码器和数据选择器的逻辑功能。2.掌握译码器和数据选择器的使用方法。二、实验仪器及材料1.双踪示波器2.器件74LS1392—4线译码器1片74LS153双4选1数据选择器1片74LS00二输入端四与非门1片三、预习要求1．熟悉74LS139和74LS153的功能及引脚排列。2．根据实验相关内容，画出逻辑电路图。3．用Multisim软件对所设计的电路进行仿真，验证其功能。四、实验内容1.译码器功能测试将74LS139译码器按图3.1接线，按表3-1所示输入电平的状态分别置位相应的电平开关，填输出状态表。图3.174LS139接线图表3.1输入输出使能选择GBAY0Y1Y2Y3HXX12LLLLLHLHLLHH2.译码器转换将双2—4线译码器转换为3—8线译码器。(1)画出转换电路图。(2)组装所设计电路，并验证设计是否正确。(3)设计并填写该3—8线译码器功能表，画出输入、输出波形。3.数据选择器的测试及应用(1)将双4选1数据选择器74LS153参照图3.2接线，测试其功能并填写功能表3.2。(2)将实验箱脉冲信号源中固定连续脉冲4个不同频率的信号接到数据选择器4个输入端，输出端1Y接示波器，将选端择置位，利用示波器观察输出波形，填表3.3。(3)分析上述实验结果并总结数据选择器作用。表3.2图3.2数据输入端选择端输出控制输出C0C1C2C3BAGY25KHz50KHzLLLLHL13表3.34.数据选择器转换设计一个电路，实现4选1转换为8选1数据选择器。(1)画出转换电路图。(2)组装所设计电路，并验证设计是否正确。(3)设计并填写该8选1数据选择器的功能表。五、实验报告1.画出实验要求的波形图。2.画出实验内容2的接线图。3.总结译码器和数据选择的使用体会。实验四集成触发器的应用一、实验目的1．加深理解触发器的逻辑功能，掌握触发器的功能转换。2．加深理解触发器的电平触发方式和边沿触发方式的特点。3．学习集成触发器的应用。二、实验仪器及材料1．双踪示波器2．器件74LS00二输入端四与非门1片74LS74双D触发器1片74LS112双J-K触发器1片三、预习要求1．熟悉74LS139和74LS153的功能及引脚排列。2．根据实验相关内容，画出逻辑电路图。3．用Multisim软件对所设计的电路进行仿真，验证其功能。四、实验内容1．测试双D触发器74LS74的逻辑功能双D触发器74LS74的逻辑符号如图4.1所示。100KHz200KHzHLLHHL1474LS74N1D21Q5~1Q6~1CLR11CLK3~1PR4图4.174LS74逻辑符号试按下面步骤做实验：（1）分别在CLR′、PR′端加低电平，观察并记录Q、Q′端的状态。（2）令CLR′、PR′端为高电平，D端分别接高，低电平，用点动脉冲作为CLK，观察并记录当CLK为O、↑、1、↓时Q端状态的变化。（3）当CLR′===PR′=1、CLK=0（或CLK=1