数字电路实验指导书

数字电路实验指导书武夷学院电子工程系2012年3月实验须知※实验要求1、实验前，做好充分预习，预画电路，列好数据表格。2、按时参加实验，遵守实验室纪律，注意人身安全、器件安全。3、实验时认真操作，导线、集成器件插拔按规范操作。连接线路尽量用不同颜色区别输入、输出、控制端及电源地等，做好相应的原始数据记录；遵守实验操作规程，若因未按要求操作而引起的仪器损坏，应做相应赔偿。4、电源电压值严格按要求，电路检查无误后，再加电源，有问题先断电！5、实验结束时，原始数据、实验器材经指导老师检查签字后，各组整理好仪器、实验台等，并做好实验签到、登记，方可离开实验室。※实验报告要求（按以下项目写）实验？：实验题目同组姓名：一、实验目的二、实验原理(含连接线路图)三、实验器件四、实验内容步骤(不简单抄写指导书，按实验时的实际操作步骤写)五、实验数据处理、分析/结论六、注意事项七、实验体会或小结八附：（指导教师签字的）实验原始数据注：每次实验报告在进行下一个实验时交（由学习委员统一收齐）33目录实验1组合逻辑电路的设计与测试....................1实验3触发器及其应用.............................9实验4计数器及其应用............................16实验5555时基电路及其应用......................21实验6数字电子钟的设计..........................26附录常用芯片资料................................2911实验1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5二、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如图1－1所示。图1－1组合逻辑电路设计流程图根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式。并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。根据简化后的逻辑表达式，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。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”门设计一个表决电路。当四个输入端中有三个或四个为“1”时，输出端才为“1”。设计步骤：根据题意列出真值表如表1－1所示，再填入卡诺图表1－2中。表1－1输入A0000000011111111B0000111100001111C0011001100110011D0101010101010101输出Z000000010001011122表1－2CDAB000111100001111111101由卡诺图得出逻辑表达式，并演化成“与非”的形式Z＝ABC＋BCD＋ACD＋ABD＝ABCACDBCDABC根据逻辑表达式画出用“与非门”构成的逻辑电路如图1－2所示。图1－2表决电路逻辑图用实验验证逻辑功能，在实验装置适当位置选定三个14P插座，按照集成块定位标记插好集成块CC4012。按图1－2接线，输入端A、B、C、D接至逻辑开关输出插口，输出端Z接逻辑电平显示输入插口，按真值表（自拟）要求，逐次改变输入变量，测量相应的输出值，验证逻辑功能，与表1－1进行比较，验证所设计的逻辑电路是否符合要求。三、实验设备与器件1、＋5V直流电源2、逻辑电平开关3、逻辑电平显示器4、直流数字电压表5、CC4011×2（74LS00）CC4012×3（74LS20）CC4030（74LS86）CC4081（74LS08）74LS54×2(CC4085)CC4001(74LS02)四、实验内容1、设计用与非门组成的半加器电路。2、设计用与非门及异或门组成的半加器电路。3、要求按本文所述的设计步骤进行，直到测试电路逻辑功能符合设计要求为止。设计一个一位全加器，要求用异或门、与非门组成。4、可自选电路设计，并根据已有的器件转换实现、验证逻辑功能。334*、设计一个对两个两位无符号的二进制数进行比较的电路；根据第一个数是否大于、等于、小于第二个数，使相应的三个输出端中的一个输出为“1”，要求用与门、与非门及或非门实现。五、实验预习要求1、根据实验任务要求设计组合电路，并根据所给的标准器件画出逻辑图。2、如何用最简单的方法验证“与或非”门的逻辑功能是否完好？3、“与或非”门中，当某一组与端不用时，应作如何处理？六、实验报告1、列写实验任务的设计过程，画出设计的电路图。2、对所设计的电路进行实验测试，记录测试结果。3、组合电路设计体会。注：四路输入与或非门74LS54引脚排列逻辑图逻辑表达式JIHGFEDCBAY······44实验2常用组合逻辑电路及其应用（如译码器）一、实验目的1、掌握中规模集成芯片（译码器）的逻辑功能和使用方法2、熟悉数码管的使用二、实验原理译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代码进行“翻译”，变成相应的状态，使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途，不仅用于代码的转换、终端的数字显示，还用于数据分配，存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器。1、变量译码器（又称二进制译码器），用以表示输入变量的状态，如2线－4线、3线－8线和4线－16线译码器。若有n个输入变量，则有2n个不同的组合状态，就有2n个输出端供其使用。而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。以3线－8线译码器74LS138为例进行分析，图2－1(a)、(b)分别为其逻辑图及引脚排列。其中A2、A1、A0为地址输入端，0Y～7Y为译码输出端，S1、2S、3S为使能端。表2－1为74LS138功能表，当S1＝1，2S＋3S＝0时，器件使能，地址码所指定的输出端有信号（为0）输出，其它所有输出端均无信号（全为1）输出。当S1＝0，2S＋3S＝X时，或S1＝X，2S＋3S＝1时，译码器被禁止，所有输出同时为1。(a)(b)图2－13－8线译码器74LS138逻辑图及引脚排列55表2－1输入输出S12S+3SA2A1A00Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111100××××11111111×1×××11111111二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，器件就成为一个数据分配器(又称多路分配器)，如图2－2所示。若在S1输入端输入数据信息，2S＝3S＝0，地址码所对应的输出是S1数据信息的反码；若从2S端输入数据信息，令S1＝1、3S＝0，地址码所对应的输出就是2S端数据信息的原码。若数据信息是时钟脉冲，则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。根据输入地址的不同组合译出唯一地址，故可用作地址译码器。接成多路分配器，可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点。二进制译码器还能方便地实现逻辑函数，如图2－3所示，实现的逻辑函数是:图2－2作数据分配器图2－3实现逻辑函数Z(C,B,A)=CBA+CBA+CBA+CBA66利用使能端能方便地将两个3/8译码器组合成一个4/16译码器，如图2－4所示。图2－4用两片74LS138组合成4/16译码器2、数码显示译码器a、七段发光二极管(LED)数码管LED数码管是目前最常用的数字显示器，图2－5(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，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就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。(a)共阴连接（“1”电平驱动）(b)共阳连接（“0”电平驱动）(c)符号及引脚功能图2－5LED数码管b、BCD码七段译码驱动器此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用CC4511BCD码锁存／七段译码／驱动器。驱动共阴极LED数码管。图2－6为CC4511引脚排列。77其中A、B、C、D—BCD码输入端；a、b、c、d、e、f、g—译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。LT—测试输入端，LT＝“0”时，译码输出全为“1”BI—消隐输入端，BI＝“0”时，译码输出全为“0”LE—锁定端，LE＝“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE＝0时的数值，LE＝0为正常译码。表2－2为CC4511功能表。CC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。表2－2输入输出LEBILTDCBAabcdefg显示字形××0××××1111111×01××××0000000消隐0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111××××锁存锁存图2－6CC4511引脚排列88在本数字电路实验装置上已完成了译码器CC4511和数码管BS202之间的连接。实验时，只要接通+5V电源和将十进制数的BCD码接至译码器的相应输入端A、B、C、D即可显示0～9的数字。四位数码管可接受四组BCD码输入。CC4511与LED数码管的连接如图2－7所示。图2－7CC4511驱动一位LED数码管三、实验设备与器件1、＋5V直流电源2、双踪示波器3、连续脉冲源4、逻辑电平开关5、逻辑电平显示器6、拨码开关组7、译码显示器8、74LS138×2CC4511四、实验内容1、数据拨码开关的使用。将实验装置上的四组拨码开关的输出Ai、Bi、Ci、Di分别接至4组显示译码／驱动器CC4511的对应输入口，LE、BI、LT接至三个逻辑开关的输出插口，接上+5V显示器的电源，然后按功能表3-2输入的要求揿动四个数码的增减键（“＋”与“－”键）和操作与LE、BI、LT对应的三个逻辑开关，观测拨码盘上的四位数与LED数码管显示的对应数字是否一致，及译码显示是否正常。2、74LS138译码器逻辑功能测试将译码器使能端S1、2S、3S及地址端A2、A1、A0分别接至逻辑电平开关输出口，八个输出端70YY依次连接在逻辑电平显示器的八个输入口上，拨动逻辑电平开关，按表3－1逐项测试74LS138的逻辑功能。3、用74LS138构成时序脉冲分配器参照图2－2和实验原理说明，时钟脉冲CP频率约为10KHz，要求分配器输出端07YY的信号与CP输入信号同相。画出分配器的实验电路，用示波器观察和记录在地址端A2、A1、A0分别取000～1118种不同状态时07YY端的输出波形，注意输出波形与CP输入波形之间的相位关系。4、用两片74LS138组合成一个4线—16线译码器，并进行实验。五、实验预习要求1、复习有关译码器和分配器的原理。2、根据实验任务，画出所需的实验线路及记录表格。六、实验报告1、画出实验线路，把观察到的波形画在坐标纸上，并标上对应的地址码。2、对实验结果进行分析、讨论。99实验3触发器及其应用一、实验目的1、掌握基本RS、JK、D和T触发器