数字电子技术实验讲义.doc
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1、预备实验 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. 熟悉示波器使用方法。二、 实验仪器及材料双踪示波器74LS00 四2输入与非门 2片74LS20 二4输入与非门 1片74LS86 四2输入异或门 1片三、 预习规定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。图0-1四、 实验内容实验前先检查电源是否正常,然后选择实验用的集成电路,按自己的实验接线图接好连线,特别注意Vcc及地线不能接错。先接好后经实验指导教师检查无误后可通电实验。实验中改动接线须先断开电源,接好线后再通电实验。1. 测试门电路
2、逻辑功能1) 选用74LS20按图0-1接线输入端接S1-S4(电平开关输出插口),输出端接电平显示发光二极管(D1-D8任意一个)。2) 将电平开关按表0-1置位,分别测出电压及逻辑状态。表0-1输 入输 出1234Y电压(V)HHHHLHHHLLHHLLLHLLLL2. 异或门逻辑功能测试1) 选74LS86按图0-2接线输入端1、2、4、5接电平开关,输出端A、B、Y接电平显示发光二极管。2) 将电平开关按表0-2置位,将结果填入表中。图0-2表0-2输 入输 出ABYLLLLHLLLHHLLHHHLHHHHLHLH3. 逻辑电路的逻辑关系1) 用74LS00按图 0-3,0-4接线,将
3、输入输出逻辑关系分别填入表0-3,0-4中。2) 写出上面两个电路逻辑表达式。图 0-3表0-3输 入输 出ABYZLLLHHL图 0-4HH表0-4输 入输 出ABYZLLLHHLHH4. 运用与非门控制输出用74LS00按图0-5接线,S接任一电平开关用示波器观测S对输出脉冲的控制作用。5. 用与非门组成其它门电路并测实验证1) 组成或非门:用一片四2输入与非门组成或非门,画出电路图,测试并填表0-5。2) 组成异或门:将异或门表达式转化为与非门表达式后,画出逻辑电路图,测试并填表0-6。表0-6输 入输 出ABY00011011表0-5输 入输 出ABY00011011图 0-5五、 实
4、验报告1. 按各环节规定填表并画出逻辑图。2. 思考题1) 如何判断门电路逻辑功能是否正常?2) 与非门的一个输入接连续脉冲,其余端什么状态时允许脉冲通过?什么状态时严禁脉冲通过?3) 异或门又称可控反相门,为什么?实验一 TTL与非门重要参数测试一、 实验目的掌握TTL与非门电路重要参数的意义及测试方法。二、 实验仪器及材料双踪示波器 1台直流稳压电源 1台直流表(A/mA) 各1只万用表 1只三、 实验内容测试表所列TTL与非门的各项参数,记录测试结果。待测参数符号测试条件测试电路测试结果输入短路电流待测输入接地,其余开路,空载0.22输入交叉漏电流待测输入接+5V,其余接地,空载X输出高
5、电平待测输入接地,其余开路。4.37输出低电平待测输入接+1.8V,其余开路,负载接380。0.37开门电平待测输入端接可变电源,输出接等效负载,时1.28关门电平待测输入端接可变电源,输出时1.07扇出系数待测输入接+1.8V,调,保证输出电压,10ma空载通导功耗输入端所有开路,输出空载1ma空载截止功耗待测输入端短路,输出空载同上平均传输延迟时间X注:平均延迟时间及其测试原理平均延迟时间图1-1 平均传输延迟时间如图1-1所示,是输出脉冲下降到0.5相对于输入脉冲上升到0.5的延迟,叫做导通延迟时间。是输入脉冲上升到0.5相对于输出脉冲下降到0.5的延迟,叫做截止延迟时间。测试可用环形振
6、荡器法,电路如图1-2(a)所示。这种方法是用奇数个与非门组成环形振荡器。图1-2(a)是用三个与非门组成环形振荡器,1-2(b)是各点的波形,由波形图可见,由三个与非门组成的环形振荡器的输出波形(图中3点波形)的周期,正好是三个与非门的平均延迟时间的2倍,即,其中T由示波器测定。四、 实验报告1. 记录TTL与非门的各项参数的测试结果。2. 思考题1) 根据测得的开门电平和关门电平分别求出电路的高电平噪声容限和低电平噪声容限。2) 为什么一个与非门的扇出系数仅由输出为低电平时的扇出系数来决定?3) 能否将两个TTL与非门的输出端并接在一起工作?为什么?(a)tpd测试电路图1-2 环形振荡器
7、及各点波形实验二组合逻辑电路(半加器全加器及逻辑运算)一、 实验目的1. 掌握组合逻辑电路的功能测试。2. 验证半加器和全加器的逻辑功能。3. 学会二进制数的运算规律。二、 实验仪器及材料74LS00四2输入与非门3片74LS86四2输入异或门1片74LS54四组输入与或非门1片三、 预习规定1. 预习组合逻辑电路的分析方法。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、 实验内容图2-1 74LS00逻辑电路功能测试1. 组合逻辑电路功能测试。 1) 用2片74LS00组成图2-1所示逻辑电路。为便于接线和检查,在图中要注明芯片编号及各引脚相应的编号
8、。2) 图中A、B、C接电平开关,Y1、Y2接发光管电平显示。3) 按表2-1规定,改变A、B、C的状态填表并写出Y1、Y2逻辑表达式。4) 将运算结果与实验比较。表2-1输 入输 出ABCY1Y2000001011111110100101010图2-22. 测试用异或门(74LS86)和与非门组成的半加器的逻辑功能。根据半加器的逻辑表达式可知,半加器Y是A、B的异或,而进位Z是A、B相与,故半加器可用一个集成异或门和二个与非门组成如。1) 用异或门和与门接成以上电路。A、B接电平开关S。Y、Z接电平显示。2) 按表2-2规定改变A、B状态,填表。表2-2输入端A0101B0011输出端YZ图
9、 2-33. 测试全加器的逻辑功能。1) 写出图 2-3电路的逻辑表达式。2) 根据逻辑表达式列真值表。3) 根据真值表画逻辑函数Si、Ci的卡诺图。Y= Z= X1= X2=X3= Si= Ci= BiCi-1Ai0001111001BiCi-1Ai0001111001Si= Ci=4) 填写表 2-3各点状态表2-3AiBiCi-1YZX1X2X3SiCi0000101001100010111011115) 按原理图选择与非门并接线进行测试,将测试结果记入表2-4,并与上表进行比较看逻辑功能是否一致。4. 测试异或、与或非门和非门组成的全加器的逻辑功能。全加器可以用两个半加器和两个与门一个
10、或门组成,在实验中,常用一块双异或门、一个与或非门和一个与非门实现。1) 画出用异或门、与或非门和非门实现全加器的逻辑电路图,写出逻辑表达式。2) 找出异或门、与或非门和与门器件按自己画出的图接线。接线时注意与或非门中不用的与门输入端接地。3) 当输入端Ai、Bi及Ci-1为下列情况时,用万用表测量Si和Ci的电位并将其转为逻辑状态填入下表。表2-4AiBiCi-1CiSi000010100110001011101111输入端Ai00001111Bi00110011Ci-101010101输出端SiCi五、实验报告1. 整理实验数据、图表并对实验结果进行分析讨论。2. 总结组合逻辑电路的分析方
11、法。实验三 组合逻辑电路设计一、 实验目的掌握组合逻辑电路的设计方法。二、 实验仪器及材料74LS20 二4输入与非门 3只74LS00 四2输入与非门 3只三、 实验任务1. 设计一个数字锁设该锁网络示意图如图3-1, 其中A、B、C、D是四个二进制代码输入端,E为开锁控制输入端。每把锁都有规定的四位数字代码(设该锁的数字代码为1011),若输入代码符合该锁代码,开锁(控制输入端E=1)时,锁才被打开(F1=1);若不符,开锁时,电路将发出报警信号(F2=1),规定用最少的与非门实现。图3-1 数字锁示意图1) 设计规定写出逻辑表达式,画出实验电路图。2) 搭试电路进行验证。2. 按表3-1
12、的规定设计一个逻辑电路1) 设计规定输入信号仅提供原变量,规定用最少数量的与非门实现,写出逻辑表达式,画出逻辑图。2) 搭试电路验证逻辑功能,记录实验结果。表3-1输 入输出输 入输出ABCDFABCDF000001000000010100100010010100001101011101000110000101111011011001110101111111103. 用三只74LS00实现一个全加器1) 设计规定写出设计过程,画出实验电路图。2) 搭试电路进行验证,记录实验结果。实验四 时序逻辑电路设计一、 实验目的掌握同、异步时序逻辑电路的设计方法。二、 实验设备与器材频率计 1台双踪示波器
13、 1台三、 实验环节与任务1. 用JK触发器设计一个8421码十进制同步计数器。1) 设计规定:A. 写出设计过程;B. 画出实验电路。2) 按设计的逻辑图搭试电路,用单次脉冲作为计数输入脉冲,计数状态用发光二极管监测。3) 逐个输入计数脉冲,观测并记录结果。4) 用1KHz(或100KHz)时钟作为计数输入脉冲CP,用示波器观测并记录CP及计数器各输出端的相应波形。2. 用JK触发器设计一个8421码十进制异步加法器。规定同1。3. 用D触发器设计一个同步四相对钟发生器,其输入输出波形分别如图4-1所示。图4-1 四相发生器的示意图及输入输出波形图1) 设计规定:A. 写出设计过程;B. 画
14、出实验电路。2) 试搭接电路,其中四相对钟的时钟为100KHz的时钟脉冲,用示波器观测并画出CP、的相应波形。实验五 顺序脉冲和脉冲分派器电路一、 实验目的通过实验进一步掌握顺序脉冲发生器和脉冲分派器等电路的原理,学会自行设计和使用这类电路。二、 实验设备与器材TTL芯片:74LS112 双下降沿触发J-KFF 1片74LS160/161 十进制/十六进制同步计数器 1片74LS00 四2输入与非门 1片 74LS10 3输入三与非门 2片74LS04 六反相器 1片CMOS芯片:CD4013 双D触发器 2片三、 实验任务 图5-1 顺序脉冲发生器1. 顺序脉冲发生器的功能测试如图5-1所示
15、电路为扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器。图中FF2、FF1用边沿J-KFF74LS112。完毕电路连接。在CP端加点脉冲,测出电路的的状态变化顺序,画出状态转换图形式。在CP端加连续脉冲,观测并记录和CP的波形,画出时序图。2. 顺序脉冲发生器的设计试用DFF设计一个能自启动的环形计数器,电路的输出为一组顺序脉冲,脉冲宽度为2ms,脉冲的高低电平值分别为5V和0V。试自行设计电路,合理选取器件。完毕电路的连接,测试电路的功能。3. 脉冲分派电路的设计三相六拍步进机的脉冲分派电路的状态转换图5-2所示。C为控制变量,当C=0时,步进机正转,C=1时,步进机反转。试设计该电路,画出电路图。完毕电路
16、的接线,测试电路的功能,检查所设计的电路能否自启动?4. 序列脉冲发生器图5-3 序列脉冲发生器电路图5-3所示为一个序列脉冲发生器电路。图中芯片使用74LS160同步计数器。在CP端加点脉冲,观测芯片和Y的状态变化,说明电路在CP的作用下Y端能输出什么样的脉冲序列?若希望输出端能周期性的输出的脉冲序列,则电路应当如何改接?试实验之。四、 思考题1. 顺序脉冲发生器的特点是什么?可用哪几种方法实现?各有何优缺陷?2. 步进机的脉冲分派电路的自启动问题你认为应如何解决?以实验角度考虑,尚有别的办法吗?3. 试设计一个四相八拍的步进机脉冲分派电路,并通过实验验证电路的功能。4. 试用74LS161
17、芯片和部分门电路设计一个脉冲序列电路。规定电路的输出端Y在时钟CP的作用下,能周期性地输出01的脉冲序列。实验六 用TTL与非门构成脉冲电路一、 实验目的1. 掌握用集成与非门构成的单稳态触发器和自激多谐振荡器的工作原理。2. 学习单稳态触发器和多谐振荡器的设计方法和实验调整方法。二、 实验设备与器材 双踪示波器 1台; 1K电位器 1只; 74LS00(四2输入TTL与非门) 1只; 电阻、电容 若干。三、 实验环节与任务1. 微分型单稳态触发器1) 按照图6-1接好线路,将100KHz的脉冲作为输入信号。图6-1 微分型单稳态触发器2) 用示波器分别测量、,并按同一时间坐标画出各点波形。3
18、) 按表6-1选取时钟频率和定期元件参数,用示波器分别测量各情况下的脉宽,将结果填入表内与理论值进行比较。表6-1时钟频率R()C(F)测量值计算值100KHz5105100P100KHz5103300P1KHz3300.472. 设计一个积分型单稳态触发器用100KHz的时钟作为触发信号,规定输出脉冲宽度,选择定期电容C为3300p,通过调整定期电阻,使实际电路符合设计规定。测量并记录定期电阻值。3. 用74LS00设计一个多谐振荡器使其周期T=15。取C=0.01,通过调整定期电阻使电路符合设计规定。测量并记录电阻值。四、 思考题1) R取值受何限制?为什么?2) 单稳态触发器是上升沿还是
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