数字电路实验指导书20131021.doc

数 字 电 路
实验指导书

上海大学精密机械工程系
2010年10月

目 录
概 述 3
实验一 基本电路逻辑功能实验 5
实验二 编码器门电路实验 7
实验三 编码器应用实验 9
实验四 译码器门电路实验 11
实验五 译码器应用实验 12
实验六 比较器门电路实验 13
实验七 比较器应用实验 14
实验八 加法器门电路实验 16
实验九 加法器应用实验 17
实验十 寄存器门电路实验 18
实验十一 寄存器应用实验 19
实验十二 计数器触发器实验 20
实验十三 计数器应用实验 21
附录一 数字电路实验基本知识 22
附录二 常用实验器件引脚图 26
附录三 实验参考电路 39
附录四 信号定义方法与规则 44
附录五 DS2018实验平台介绍 46

概 述
《数字电路A》课程是机电工程及自动化学院机械工程自动化专业和测控技术与仪器专业的学科基础必修课。课程介绍数字电路及控制系统的基本概念、基本原理和应用技术，使学生在数字电路方面具有一定的理论知识和实践应用能力。该课程是上海大学和上海市教委的重点课程建设项目和上海大学精品课程，课程教学内容和方式主要考虑了机械类专业对电类知识的需求特点，改变了电子专业类（如信息通信、电气自动化专业）这门课比较注重教授理论性和内部电路构成知识的方式，加强应用设计性实验，主要目的是让学生能在理论教学和实验中学会解决简单工程控制问题的基本方法和技巧，能够设计基本的实用逻辑电路。
本书是《数字电路A》的配套实验指导书，使用自行开发的控制系统设计实验箱，所有实验与课堂理论教学相结合，各实验之间相互关联，通过在实验箱上设计构建不同的数字电路功能模块，以验证理论教学中学到的各模块作用以及模块的实际设计方法。在所有功能模块设计结束后，可以将各模块连接在一起，配上输入输出装置，构成一个完整的工程控制系统。
为本课程配套的输入输出装置是颗粒糖果自动灌装控制和一维直线运动控制，颗粒糖果自动灌装系统的框图如下图所示：

颗粒糖果灌装系统框图
本套实验需要设计的功能模块包括：编码器、寄存器、译码器、比较器、加法器、计数器、光电编码器辩向处理电路、步进电机旋转控制环形分配电路等。
上述各电路模块和完整的颗粒糖果灌装和一维直线运动控制系统可以由实验箱上的可编程逻辑器件完整实现。系统中各功能模块是独立的，在分别用小规模的数字电路集成芯片设计了各个独立的模块并通过调试后，可以将所设计的电路与实验箱上的可编程逻辑器件按预定规则连接，即可看到整个控制系统的工作状态，了解分模块实验中设计的模块电路在整个控制系统中所起的作用。建立实用工程系统设计的基本的设计理念。
实验中所需要的常用集成电路芯片引脚信息、实验箱的使用说明等资料可以在本指导书后面的附录中查找。
实验一 基本电路逻辑功能实验
一、 实验目的
学习简单的逻辑电路的设计方法
二、 实验仪器和器件
1、 DG2018数字电路实验系统
2、 74LS00二输入与非门
3、 74LS06非门
4、 万用表
三、 实验内容和步骤
1、 实验内容：参考教科书p34的信息，设计楼梯灯控制电路
2、 实验要求：（1）用与门和或门设计 （2）用与非门设计 （3）用或非门设计（实验室可用的集成电路芯片型号和引脚图见附录）
3、 在DG2018数字电路实验系统上分别接好设计好的电路，两个开关变量分别接在两个逻辑开关上，输出接发光二极管指示器L，并将集成电路芯片的Vcc、地（GND）分别与电源的+5V和地接通。
4、 改变逻辑开关K，实现各输入高、低电平变换，用发光二极管L观察输出逻辑状态，并用万用表测量输出电平值，记录输入输出关系，写出逻辑表达式。
四、预习内容
1、熟悉有关门电路的内容，预习实验指导书后附录所给出的实验箱的使用说明。
2、按三、2中要求，列出3种形式的逻辑表达式，画出逻辑电路图，从实验指导书后列出的可用的集成电路芯片中选择芯片，设计出接线图，设计实验结果记录表。
五、实验报告要求
分别写出（2）中要求设计的3种形式的逻辑表达式、逻辑电路图、接线图；在DG2018数字电路实验系统上进行功能测试的实验记录。

实验二 编码器门电路实验
一、 实验目的
1、 了解编码器工作原理与实现方法并通过实验验证
2、 学会用基本的门电路设计简单的编码器的方法
二、 实验仪器和器件
1、 DG2018数字电路实验系统
2、 74LS00二输入与非门
3、 74LS08二输入与门
4、 74LS06非门
5、 万用表
三、实验内容和步骤
1、采用74LS00、74LS08和74LS06等逻辑门芯片设计一个四-二编码器。在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字编码器功能，信号输入接拨码开关SW1~SW4，输出信号接LED0~LED1。
四、预习内容
1、设计所需逻辑电路，画出逻辑电路图和接线图。设计实验结果记录表。
2、掌握实验原理
五、实验报告要求
1、编写四-二编码器的真值表与逻辑表达式，并画出逻辑门实现电路。
2、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
预习：如何实现用多块集成电路芯片实现多位编码器（位数扩展）
实验三 编码器应用实验
一、 实验目的
a) 了解编码器工作原理与实现方法并通过实验验证
b) 学会集成电路编码器的使用及设计
c) 如何实现用多块集成电路芯片的设计多位编码器
二、 实验仪器和器件
1、 DG2018数字电路实验系统
2、 74LS00二输入与非门
3、 74LS08二输入与门
4、 74LS06非门
5、 74LS148八-三编码器
6、 万用表
三、 实验内容和步骤
1、 设计优先编码器，如下图所示：

2、采用74LS148和逻辑门芯片设计一个十位输入四位输出的优先编码器，实现按键/拨码开关的数字编码功能。编码器在我们设定的系统中的功能是将用拨码开关输入的每瓶要灌装的颗粒数转换为对应的二进制编码或BCD码。在此规定SW0优先权最低。SW9有最高优先权。
3、编写四位数字编码器的逻辑关系并写出逻辑表达式。
4、在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字编码器功能，信号输入接拨码开关SW1~SW9，输出信号接LED0~LED3。
5、改变拨码开关，实现各输入信号的改变，用发光二极管L观察输出逻辑状态，并用万用表测量输出电平值，记录输入输出关系，并做好实验记录。
6、连接到灌装装置，观察设计电路在系统中的作用，系统接线图如下所示：
系统信号引脚
对应的信号
说明
F1
iReg0
4位编码数据，输出到系统
F2
iReg1
F3
iReg2
F4
iReg3
SW1
SW1
设定每瓶糖果数量（8位数据）
SW2
SW2
SW3
SW3
SW4
SW4
SW5
SW5
SW6
SW6
SW7
SW7
SW8
SW8
SW9
SW9
四、实验内容和步骤
1、设计所需逻辑电路，画出逻辑电路图和接线图。设计实验结果记录表。
2、掌握实验原理
五、实验报告要求
1、画出实现用74LS148和逻辑门芯片设计的十位数字编码器的逻辑电路图。
3、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
思考题：如何用74LS148设计编码器，使拨动开关输入范围扩大至两位十进制数？
实验四 译码器门电路实验
一、实验目的
用基本逻辑门实现简单的译码器并通过实验验证
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、万用表
三、实验内容和步骤
1、采用74LS00、74LS06和74LS08等逻辑门芯片设计一个二位译码器，输入为inRegH[1..0]，输出为oLightH[4..0]。在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字译码器功能，输入信号inRegH[1..0]分别接拨码开关SW0~SW1，输出信号oLightH[3..0]连接到LED0~LED3。
四、预习内容
1、熟悉有关门电路的内容
2、掌握实验原理
五、实验报告要求
1、编写二位译码器的真值表与逻辑表达式，并画出逻辑门实现电路。
2、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
实验五 译码器应用实验
一、实验目的
用集成电路译码器芯片设计实现多位译码器
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、74LS247 BCD译码器
4、万用表
三、实验内容和步骤
1、采用74LS247和逻辑门芯片设计BCD到七位数码管的译码器，能够将拨动开关设置的的每瓶装的糖果的数量在数码管中显示出来，要求将编码器给出的输入数据（二进制）译码为两个LED数码管的控制信号，即两位十进制数。输入为inRegH[3..0]和inRegL[3..0]，分别表示保存在寄存器中每瓶装的糖果的数量的十位数和个位数，采用BCD码表示；输出为oLightH[6..0]和oLightL[6..0]，分别表示十位数数码管的控制信号和个位数数码管的控制信号。

2、编写数字译码器的逻辑关系并写出逻辑表达式。
3、在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字译码器功能，输入信号inRegH[3..0]和inRegL[3..0]分别接拨码开关SW0~SW3和SW5~SW8，输出信号oLightH[6..0]连接到LED0~LED6，oLightL[6..0]连接到LED8~LED14。
4、改变拨码开关，实现各输入信号的改变，用发光数码管观察输出逻辑状态，记录输入输出关系，并做好实验记录。
5、连接到灌装装置，观察设计电路在系统中的作用，连接方式如下表所示：
试验箱对应的引脚
信号
说明
F5
oReg0
寄存器8位数据，系统提供
F6
oReg1
F7
oReg2
F8
oReg3
F9
oReg4
F10
oReg5
F11
oReg6
F12
oReg7
F56
LA0
静态LED0

F54
LB0
F52
LC0
F50
LD0
F48
LE0
F46
LF0
F44
LG0
F55
LA1
静态LED1
F53
LB1
F51
LC1
F49
LD1
F47
LE1
F45
LF1
F43
LG1

四、预习内容
1、熟悉有关74148集成电路芯片的引脚设置
2、画出真值表、设计接线图
五、实验报告要求
1、采用74LS247和逻辑门芯片实现数字译码器，画出实现电路，列出各真值表。
2、根据实测结果整理出各项测试结果记录。
六、思考题
数字译码器在颗粒糖果自动灌装系统中的作用。

实验六 比较器门电路实验
一、实验目的
了解比较器工作原理与实现方法并通过实验验证
复习和巩固逻辑芯片的设计与使用方法
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、万用表
三、实验内容和步骤
1、采用74LS00、74LS06和74LS08等逻辑门芯片设计一个两位数据A、B比较器，输入为A1，A0和B1，B0，输出为C2（A大于B），C1（A等于B），C0（A小于B）。在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字译码器功能，输入信号A1，A0和B1，B0分别接拨码开关SW0~SW1和SW3~SW4，输出信号C2~C0接发光二极管LED2~LED0。
四、预习内容
1、熟悉比较器工作原理
2、按实验内容设计比较器，画出逻辑电路图和接线图
3、设定比较数据和预期的输出结果
五、实验报告要求
1、写出两位比较器的真值表与逻辑表达式，并画出逻辑电路图和接线图。
2、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
实验七 比较器应用实验
一、实验目的
了解比较器工作原理与实现方法并通过实验验证
复习和巩固逻辑芯片的设计与使用方法
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、74LS85四位比较器
4、万用表
（74LS85等逻辑芯片的引线和逻辑图见附录）
三、 实验内容和步骤

1、设计比较器，如下图所示：

设计一个八位数比较器，输入为糖果计数器输出信号counter[7..0]和寄存器信号binReg[7..0],输出信号为数据相等信号bEQU 。具体功能要求如下：两个输入数据为相等时，相等信号bEQU输出为1，否则输出为0。
2、采用74LS85和逻辑门芯片设计八位数比较器，在示例系统中，比较起的作用是判断下落的糖果数与预定的每瓶糖果颗粒数是否相等。因此比较器的输入之一是8位二进制计数器输出信号（计下落的糖果颗粒数），另一组输入是预定值（8位二进制），比较器输出为两数相等信号。

3、在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现比较器功能，两组输入信号分别接拨码开关SW0~SW7和SW8~SW15，输出信号接发光二极管LED0。
4、改变拨码开关，实现各输入信号的改变，用发光二极管观察输出逻辑状态，并用万用表测量输出电平值，记录输入输出关系，并做好实验记录。
5、连接到罐装，观察设计电路在系统中的作用，系统接线图如下所示
控制箱信号
对于模块信号
说明
F5
Counter0
计数器，系统提供
F6
Counter1
F7
Counter2
F8
Counter3
F9
Counter4
F10
Counter5
F11
Counter6
F12
Counter7
F13
binReg0
16进制寄存器数据，系统提供
F14
binReg1
F15
binReg2
F16
binReg3
F17
binReg4
F18
binReg5
F19
binReg6
F20
binReg7
F30
bEQU
1：计数器数据与寄存器数据相等信号，表示已满屏

四、预习内容
1、熟悉比较器工作原理
2、按实验内容设计比较器，画出逻辑电路图和接线图
3、设定比较数据和预期的输出结果
五、实验报告要求
1、画出采用74LS85和逻辑门芯片实现数字比较器的接线图。
2、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
实验八 加法器门电路实验
一、实验目的
了解加法器工作原理，用基本逻辑门的实现方法并通过实验验证
学习集成电路加法器设计、调试多位加法器的方法
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、万用表
三、实验内容和步骤
1、采用74LS00、74LS06和74LS08等逻辑门芯片设计一个两位数加法器，输入为加数A和被加数B，输出为和S及进位C。在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字加法器功能，输入信号A和B分别接拨码开关SW0~SW1和SW0~SW1，输出信号S和C分别连接发光二极管LED0~LED1和LED8。
四、预习内容
1、复习多位数加法器工作原理
2、画出实验要求的逻辑电路图和接线图
3、预设输入输出数据和预计的输出结果
五、实验报告要求
1、给出两位数加法器的真值表与逻辑表达式，画出逻辑电路和连线图。
2、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
六、选作题
设计两位BCD码加法器
实验九 加法器应用实验
一、实验目的
了解加法器工作原理，用基本逻辑门的实现方法并通过实验验证
学习集成电路加法器设计、调试多位加法器的方法
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、74LS283四位二进制加法器
4、万用表
（74LS283等逻辑芯片的引线和逻辑图见附录）
四、 实验内容和步骤

1、设计加法器，如下图所示：

输入为计数器的输出结果信号counter[7..0]和寄存器数据Reg[7..0],输出为加法结果addResult[7..0]和进位C8。加法器功能要求如下：counter[7..0]与Reg[7..0]相加，输出结果addResult[7..0]和进位C8。

2、采用74LS283和逻辑门芯片设计一个8位二进制加法器，在示例系统中，加法器统计总灌装糖果数量，所以输入为当前灌装的糖果计数信号和已经灌装的糖果数,输出为加法结果和进位C。

3、在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字加法器功能，输入信号分别接拨码开关SW0~SW7和SW8~SW15，输出信号和进位信号分别连接发光二极管LED0~LED7和LED8。
4、改变拨码开关，实现各输入信号的改变，用发光二极管观察输出逻辑状态，并用万用表测量输出电平值，记录输入输出关系，并做好实验记录。
5、连接到罐装，观察设计电路在系统中的作用，系统接线图如下所示
试验箱信号
信号
说明
F5
Counter0
计数器，
F6
Counter1
F7
Counter2
F8
Counter3
F9
Counter4
F10
Counter5
F11
Counter6
F12
Counter7
F13
Reg0
16进制总数寄存器低八位，
F14
Reg1
F15
Reg2
F16
Reg3
F17
Reg4
F18
Reg5
F19
Reg6
F20
Reg7
F21
addResult0
8位加法结果
F22
addResult1
F23
addResult2
F24
addResult3
F25
addResult4
F26
addResult5
F27
addResult6
F28
addResult7
F1
C8
进位标志，

四、预习内容
1、复习多位数加法器工作原理
2、画出实验要求的逻辑电路图和接线图
3、预设输入输出数据和预计的输出结果
五、实验报告要求
1、给出两位数加法器的真值表与逻辑表达式，画出逻辑电路和连线图。
2、画出用74LS283和逻辑门芯片实现数字加法器的实现电路。
3、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
实验十 寄存器实验
一、实验目的
在了解寄存器的工作原理的基础上用集成电路触发器芯片和基本逻辑门设计多位数寄存器并通过实验验证寄存器的工作情况
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、74LS74 双D触发器
4、万用表
三、实验内容和步骤
采用74LS00、74LS06和74LS08等逻辑门芯片设计一个二位数字寄存器，具有数据锁存功能。输入信号包括两位数字输入、置位信号和清零信号，两位输出信号。在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字寄存器功能，数字输入信号、置位和复位信号接拨码开关SW1~SW4，输出信号接发光二极管LED0~LED1。
四、预习内容
1、复习寄存器构成和工作原理、工作条件
2、设计寄存器逻辑电路图和引脚连接图
五、实验报告要求
1、给出两位数字寄存器的状态/特征表与特征方程，并画出逻辑电路图和引脚连接图。
2、整理出各项测试结果记录，根据实测结果填写所设计的数字寄存器的特征表（状态表），与预先设计的状态表对照，写出实验结论。
思考题：
用多块集成电路寄存器芯片设计多位寄存器

实验十一 寄存器应用实验
一、实验目的
用指定的4位集成电路寄存器芯片设计多位数据寄存器
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、74LS74 双D触发器
3、74LS194双向四位数字寄存器
4、万用表
三、实验内容和步骤
1、设计寄存器：
采用74LS194和逻辑门芯片设计一个四位输入八位输出的数字寄存器，输入为实验二所设计的编码器的四位输出信号以及锁存时钟PULSE3和清零信号Reset，输出信号为寄存器8位数据。其功能要求如下：当清零信号Reset为0时寄存器数据输出为0；其它情况下，当锁存时钟PULSE3下降沿时，寄存器读入第一组输入数据，并保存在数据寄存器的低四位，当锁存时钟PULSE3上升沿时，读入第二组数据，并保存到数据寄存器的高四位。
2、写出数字寄存器的逻辑关系并写出特征方程。
3、在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字寄存器功能，四位数据输入信号、锁存信号PULSE3和清零信号Reset接拨码开关SW1~SW6，输出信号接发光二极管LED0~LED7。
4、改变拨码开关，实现各输入信号的改变，用发光二极管观察输出逻辑状态，并用万用表测量输出电平值，记录输入输出关系，并做好实验记录。
5、连接到罐装，观察设计电路在系统中的作用，系统接线图如下所示：
对应试验箱引脚
信号
说明
F1
coder0
4位编码数据，由系统提供
F2
coder1
F3
coder2
F4
coder3
F5
Reg0
寄存器8位数据，输出到系统
F6
Reg1
F7
Reg2
F8
Reg3
F9
Reg4
F10
Reg5
F11
Reg6
F12
Reg7
PULSE3

锁存时钟
F29
SW11(Reset)
清零信号

四、预习内容
1、指定寄存器集成电路芯片的功能引脚图和工作条件
2、设计寄存器逻辑电路图和引脚连接图
五、实验报告要求
1、采用74LS194和逻辑门芯片实现数字寄存器的实现电路图。
2、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出实测状态/特征表。
3、将实验结果与设计时的理论结果进行比对，写出分析报告

注：本实验的输入信号是前面编码器应用实验的输出，应为先后两组数据，代表两位十进制数字的BCD码，因此应与实验三的实验电路相关联，考虑先后输入的两组数据（个位和十位表示）怎样才能正确地在寄存器输出端输出。
实验十二 计数器实验
一、实验目的
学习用集成电路触发器芯片设计、调试计数器的方法，通过实验验证计数器功能
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、74LS74 双D触发器
4、万用表
三、实验内容和步骤
1、采用上述给定的D触发器和基本逻辑门电路设计一个二位计数器，输入为计数脉冲PULSE0、清零信号CLR，输出为两位计数值。在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字译码器功能，输入计数脉冲PULSE0和清零信号CLR分别接拨码开关SW0~SW1，输出信号连接发光二极管LED0~LED1。
四、预习内容
1、有关触发器工作原理。
2、画出两位计数器逻辑图和接线图。
五、实验报告要求
1、列出两位计数器的状态表与特征方程，画出逻辑电路和接线图。
2、整理出各项测试结果记录，根据实测结果填写电路的状态表，并与预先设计的理论结果相对照，写出实验分析报告。
实验十三 计数器应用实验
一、实验目的
用多块集成电路芯片设计多位计数器
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、74LS74 双D触发器
4、74LS161四位计数器
5、万用表
三、实验内容和步骤
1、设计计数器，如下图所示：

输入为灌装颗粒计数脉冲信号PULSE0、瓶到位信号PULSE1（计数器启动信号）、比较器相等（灌装颗粒数到达预定值）输出信号bEQU（用于计数器停止计数，同时启动换瓶）和总清零信号sW11，输出信号为计数信号Counter[7..0]，该信号作为比较器的输入信号之一（另一个输入为寄存器输入信号）。计数器具体功能要求如下：当总清零信号sW11为0时，计数器强制清零（输出全零）；用实验箱上的脉冲输入信号PULSE0模拟计数脉冲（颗粒灌装过程），PULSE0脉冲信号PULSE0下降沿时，计数器计数；当比较器输出相等信号（bEQU为1）时，计数器停止计数并输出换瓶信号（可使用同一控制信号）；当瓶到信号PULSE1为1时，计数器清零，重新开始计数。
2、采用74LS161和逻辑门芯片设计上述计数器。输入为计数脉冲信号PULSE0、计数使能信号EA、计数器清零信号输出信号为8位计数信号。具体要求如下：计数开始前，计数器清零（输出全零）；当计数使能信号EA为1时，计数器开始计数；使能信号为1时，计数器停止计数；其它情况下，在糖果计数脉冲信号PULSE0上升沿时，计数器计数（十六进制计数）。
3、在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字计数器功能，计数输入脉冲信号接PULSE0，使能信号、清零信号分别接拨码开关SW0，SW1，输出信号连接发光二极管LED0~LED7。
4、设置拨码开关不同状态（计数使能、清零），用PULSE0输入计数脉冲，用发光二极管观察输出逻辑状态，并用万用表测量输出电平值，记录输入输出关系，并做好实验记录。
6、连接到灌装装置，观察所设计电路在系统中的作用，系统接线图如下所示
试验箱信号
信号
说明
F5
Counter0
计数器，
F6
Counter1
F7
Counter2
F8
Counter3
F9
Counter4
F10
Counter5
F11
Counter6
F12
Counter7
PLUSE0

糖果计数脉冲信号
PLUSE1

瓶到信号
F30
bEQU
1：计数器数据与寄存器数据相等信号，表示已满瓶

F29
sW11
总清零

四、预习内容
1、有关计数器工作原理。
2、按实验要求设计计数器的电路
五、实验报告要求
1、采用74LS161和逻辑门芯片实现数字计数器，画出实现电路。
2、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出电路的状态/特征表。
附录一 数字电路实验基本知识
一、数字集成电路封装
中、小规模数字IC中最常用的是TTL电路和CMOS电路。TTL器件型号以74(或54)作前缀，称为74／54系列，如74LSl0、74F161、54S86等。中、小规模CMOS数字集成电路主要是4XXX／45XX(X代表0-9的数字)系列，高速CMOS电路HC(74HC系列)，与TTL兼容的高速CMOS电路HCT(74HCT系列)。TTL电路与CMOS电路各有优缺点，TTL速度高，CMOS电路功耗小、电源范围大、抗干扰能力强。由于TTL在世界范围内应用极广，在数字电路教学实验中，我们主要使用TTL74系列电路作为实验用器件，采用+5V作为供电电源。
数字IC器件有多种封装形式。为了教学实验方便，实验中所用的74系列器件封装选用双列直插式。图1是双列直插封装的正面示意图。

图1 双列直插式封装图
双列直插封装有以下特点：
1．从正面(上面)看，器件一端有一个半圆的缺口，这是正方向的标志。缺口左边的引脚号为1，引脚号按逆时针方向增加。图1中的数字表示引脚号。双列直插封装IC引脚数有14、16、20、24、28等若干种。
2．双列直插器件有两列引脚。引脚之间的间距是2．54毫米。两列引脚之间的距离有宽(15．24毫米)、窄(7．62毫米)两种。两列引脚之间的距离能够少做改变，引脚问距不能改变。将器件插入实验台上的插座中去或者从插座中拨出时要小心，不要将器件引脚搞弯或折断。
3．74系列器件一般左下角的最后一个引脚是GND，右上角的引脚是Vcc。例如，14引脚器件引脚7是GND，引脚14是Vcc；20引脚器件引脚10是GND，引脚20是Vcc。但也有一些例外，例如16引脚的双JK触发器74LS76，引脚13(不是引脚8)是GND，引脚5(不是引脚16)是Vcc。所以使用集成电路器件时要先看清它的引脚图，找对电源和地，避免因接线错误造成器件损坏。
一、 数字电路测试及故障查找、排除
设计好一个数字电路后，要对其进行测试，以验证设计是否正确，测试过程中，发现问题要分析原因，找出故障所在，并解决它。数字电路实验也遵循这些原则。
1．数字电路测试
数字电路测试大体上分为静态测试和动态测试两部分。静态测试指的是，给定数字电路若干组静态输入值，测试数字电路的输出值是否正确。数字电路设计好后，在实验台上连接成一个完整的线路。把线路的输入接逻辑开关输出，线路的输出接电平指示灯，按功能表或状态表的要求，改变输入状态，观察输入和输出的关系是否符合设计要求。静态测试是检查设计是否正确，接线是否无误的重要一步。
在静态测试基础上，按设计要求在输入端加动态脉冲信号，观察输出端波形是否符合设计要求，这是动态测试。有些数字电路只需要进行静态测试即可，有些数字电路则必须进行动态测试。一般地说，时序电路应进行动态测试。
2．数字电路的故障查找和排除
在数字电路实验中，出现问题是难免的。重要的是分析问题，找出出现问题的原因，然后解决它。一般地说，主要有四个方而的原因产生问题(故障)：器件故障、接线错误、设计错误和测试方法不确。在查找故障过程中，首先要熟悉经常发生的典型故障。
(1)器件故障
器件故障是器件失效或器件接插问题引起的故障，表现为器件工作不正常。不言而喻，器件失效肯定会引起工作不正常，这需要更换一个好器件。器件接插问题，如管脚折断或者器件的某个(或某些)引脚没插到插座中等，也会使器件工作不正常，对于器件接插错误有时不易发现，需仔细检查。判断器件失效的方法是用集成电路测试仪(例如ALL-07／1 l或者SUPER PRO系列编程器等)测试器件。需要指出的是，一般的集成电路测试仪只能检测器件的某些静态特性。对负载能力等静态特性和上升沿、下降沿、延迟时间等动态特性，一般的集成电路测试仪不能测试。测试器件的这些参数，须使用专门的集成电路测试仪。
(2)接线错误
接线错误是最常风的错误。据有人统计，在教学实验中，大约百分之七十以上的故障是由接线错误引起的。常见的接线错误包括忘记接器件的电源和地：连线与插孔接触不良：连线经多次使用后，有可能外面塑料包皮完好，但内部线断；连线多接、漏接、错接；连线过长、过乱造成干扰。接线错误造成的现象多种多样，例如器件的某个功能块不工作或工作不正常，器件不工作或发热，电路中一部分工作状态不稳定等。解决方法大致包括：熟悉所用器件的功能及其引脚号，知道器件每个引脚的功能；器件的电源和地一定要接对、接好：检查连线和插孔接触是否良好；检查连线有无错接、多接、漏接：检查连线中有无断线。最重要的是接线前要画出接线图，按图接线。不要凭记忆随想随接；接线要规范、整齐，尽量走直线、短线，以免引起干扰。
(3)设计错误
设计错误自然会造成与预想的结果不一致，原因是对实验要求没有吃透，或者是对所用器件的原理没有掌握。因此实验前一定要理解实验要求，掌握实验线路原理，精心设计。初始设计完成后一般应对设计进行优化。最后画好逻辑图及接线图。
(4)测试方法不正确
如果不发生前面所述三种错误，实验一般会成功。但有时测试方法不正确也会引起观测错误。例如，一个稳定的波形，如果用示波器观察，而示波器没有同步或者同步设置有问题，则造成波形不稳的假象。因此要学会证确使用所用仪器、仪表。在数字电路实验中，尤其要学会正确使用示波器。在对数字电路测试过程中，由于测试仪器、仪表加到被测电路上后，对被测电路相当于一个负载，因此测试过程中也有可能引起电路本身工作状态的改变，这点应引起足够注意。不过，在数字电路实验中，这种现象很少发生。但是对于高频电路，示波器探头一般要采用高阻档，否则会造成比较严重的波形失真。
当实验中发现结果与预期不一致时，千万不要慌乱。应仔细观察现象，冷静思考问题所在。首先检查仪器、仪表的使用是否正确。在正确使用仪器、仪表的前提下，按逻辑图和接线图逐级查找问题出现在何处。通常从发现问题的地方，一级一级向前测试，直到找出故障的初始发生位置。在故障的初始位置处，首先检查连线是台正确。前面已说过，实验故障绝大部分是由接线错误引起的，因此检查一定要认真、仔细。确认接线无误后，检查器件引脚是否全部正确插进插座中，有无引脚折断、弯曲、错插问题。确认无上述问题后，取下器件测试，以检查器件好坏，或者直接换一个好器件。如果器件和接线都正确，则需考虑设计问题。

附录二 常用实验器件引脚图
1、 四2输入正与非门74LS00

2、 四2输入正或非门74LS02

3、六反相器74LS04

4、74LS06 非门

5、二输入与门74LS08

或门

6、双J—K触发器（带消除端）74LS73A

7、双D型正边沿触发器（带预置和清除端）74LS74

8、四位比较器74LS85

9、四2输入异或门74LS86

10、三态输出的四总线缓冲器74LS125

11、三—八译码器74LS138

12、双2-4线译码器/分配器74LS139

13、八-三编码器74LS148

14、八选一数据选择器74LS151

15、双4—1线数据选择器/多路开关74LS153

16、四位计数器74LS161

17、同步十进制计数器74LS162

18、可逆计数器74LS193

19、四位数字寄存器74LS194

20、BCD译码器74LS247

21、四位加法器74LS283

附录五 DS2018实验平台介绍

1、实验平台硬件的介绍
DS2018实验的硬件平台基本功能分布图如下所示：

图1 实验平台功能分布图
上图中，IC为开头的区域是用于单逻辑芯片的组合实验中使用的，共有12个区域，其中有4个14引脚，3个16引脚，2个20引脚，1个24引脚，1个28引脚，1个40引脚的插座，用于单逻辑器件的实验使用；拨动开关区有16个开关，用于输入开关量信号使用；单脉冲区有4个单脉冲按钮，用于输入单脉冲量信号使用；4X4的键盘区，用于键盘实验；液晶显示区，用于液晶的显示使用；发光二极管区域共有16个发光二极管，可以用于信号的显示；静态数码管，有两个七段数码管，可以显示2位的数字；主控CPLD和CPU负责实验过程某些过程的功能实验；主控CPLD区的上下两端，各有扩展总线，可以连接额外的FPGA或CPLD，可以进行FPGA或CPLD的实验；另外实验平台上还有光电开发，直流电机，步进电机的模块，可以进行相关的实验。
在器件的周围有对应管脚的插孔连线，用于不