数字电子技术实验指导书B5.docx
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数字电子技术实验指导书B5
第一章数字电子技术基础
实验1.1实验设备认识及门电路功能测试
一、实验目的
1.熟悉万用表及电子技术综合实验平台的使用方法；
2.掌握门电路逻辑功能测试方法；
3.了解TTL器件和CMOS器件的使用注意事项。
二、实验原理
门电路的逻辑功能。
三、实验设备与器件
1.电子技术综合实验平台一台
2.万用表一块
3.器件
（1）74LS02一片（四二输入或非门）
（2）74HC86一片（四二输入异或门）
（3）74LS03一片（四二输入与非门（OC））
（4）74LS00一片（四二输入与非门）
四、实验内容和步骤
1.测试74LS02和74HC86的逻辑功能。
注意CMOS电路的多余输入端不得悬空，应按需要接成相应的高低电平。
表中VO为不加负载时的电压，即开路输出电压。
表1.1-1
74LS02
74HC86
输入
输出
输入
输出
A
B
Y
VO（V）
A
B
Y
VO（V）
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
2.OC门上拉电阻计算及逻辑功能测试
2.1OC门上拉电阻的计算
OC门输出端可以并联连接，即OC门可以实现“线与”逻辑，但必须接一个合适的上拉电阻RL，计算方法如下：
式中：
—负载门总输入端数
—OC门并联的个数
—负载门个数
IOH—OC门输出管截止时的漏电流（对于74LS03按IOH=50μA计算）
ILM—OC门输出管导通时允许的最大灌电流（按VOL≤0.3V，ILM≤7.8mA估算）
IIH—负载门每个输入端的高电平输入电流（对于74LS00按IIH=0.01μA）
IIL—每个负载门的低电平输入电流（对于74LS00按IIL=-0.25mA估算）
VCC—电源电压（5V）VOH—输出高电平（按3V估算）
VOL—输出低电平（按0.3V估算）
表1.1-2
A
B
C
Z
Y1
Y2
0
0
0
1
×
×
×
1
×
×
×
1
图1.1-1
2.2OC门“线与”应用
将各OC门输入端A、B和C分别接逻辑开关；Z、Y1和Y2分别接LED指示灯，连接电路图如图1.1-1所示。
当输入端A、B和C取不同值时，观察Z、Y1和Y2的变化情况，填入表1.1-2中。
五、预习要求
1.阅读实验指导书，了解电子技术综合实验平台的结构；
2.了解所有器件（74LS00，74LS02，74HC86，74LS03）的引脚结构；
3.熟悉门电路的输入和输出特性。
4.熟悉OC门上拉电阻RL的计算方法及逻辑功能，并求出RL的值。
5.了解TTL电路和CMOS电路的使用注意事项。
六、思考题
1.试写出图1.1-1中Y1和A、B、C的逻辑关系（设RL取值适当）。
2.OC门亦能形成总线结构，试简述TS门和OC门构成总线结构的特点。
实验1.2Multisim软件应用—逻辑函数的化简与变换
一、实验目的
1.学习使用电子设计与仿真软件Multisim；
2.学习使用Multisim中“逻辑转换器”完成逻辑函数的化简与变换。
二、实验原理
逻辑函数的表示方法和化简方法。
三、实验设备及器件
1.计算机一台
四、实验内容及要求
启动Multisim以后，计算机屏幕上将出现如图1.2-1所示的用户界面。
这时电路图设计窗口是空白的。
在右侧的仪表工具栏中找到“LogicConverter”（逻辑转换器）按钮，单击此按钮后拖拽到电路图设计窗口，然后单击放置在合适位置。
双击逻辑转换器图标，屏幕上便会弹出逻辑转换器的操作窗口“LogicConverter–XLC1”。
图1.2-1Multisim用户界面
逻辑转换器对于数字信号的分析是非常方便的，它可以通过与电路的连接导出真值表、逻辑表达式，也可以从真值表、逻辑表达式导出电路的连接。
控制面板如图1.2-2所示，左侧为真值表输入、显示栏；右侧控制按钮功能自上而下分别为：
电路转换为真值表、真值表转换为逻辑表达式、真值表转化为最简逻辑表达式、逻辑表达式转换为真值表、逻辑表达式转换为与、或、非门组成的电路图、逻辑表达式转换为与非门电路图。
1.从真值表、逻辑表达式导出电路图
（1）将表2.15-1所示的真值表键入到逻辑转换器操作窗口左半部分的表格中。
如图2.15-2所示，单击A、B、C、D四个按钮启动输入端，Y的值通过单击右边的小问号来选择需要的值。
然后点击逻辑转换器操作窗口右半部分的上边第二个按钮
，即可完成从真值表到逻辑式的转换。
转换结果显示在逻辑转换器操作窗口底部的一栏中，得到
（1.15.1）
从本例可知，从真值表转换来的逻辑式是以最小项之和形式给出的。
表1.2-1函数真值表
A
B
C
D
Y
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
1
×
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
图1.2-2把真值表输入逻辑转换器
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
×
1
1
0
0
×
1
1
0
1
0
1
1
1
0
×
1
1
1
1
1
图1.2-3将真值表转换为最简逻辑表达式
（2）为了将式（1.15.1）化为最简与或形式，只需要点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第三个按钮
，化简结果便立刻出现在操作窗口底部的一栏中，如图1.2-3所示。
得到的化简结果为
。
（3）为了将上述逻辑表达式转化为基本的与、或、非门组成的电路图，只需要点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第五个按钮
，电路图便立刻出现在电路图设计窗口上，如图1.2-4所示。
（4）如果将上述逻辑表达式转化为与非门组成的电路图，只需要点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第六个按钮
，电路图便立刻出现在电路图设计窗口上，如图1.2-5所示。
（5）如需将某个逻辑表达式转化为真值表，需在逻辑转换器操作窗口的底部一栏中输入逻辑表达式，然后点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第四个按钮
图1.2-4与、或、非门组成的电路图图1.2-5与非门组成的电路图
2.从电路图导出真值表、逻辑表达式
如需将某个电路图转化为真值表，需首先将电路中的输入节点连接到逻辑转换器相应的输入节点上，将电路中的输出节点连接到逻辑转换器右上角的输出节点上，如图1.2-6所示。
然后点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第一个按钮
，真值表便会在逻辑转换器上显示出来；如需得到此电路图的逻辑表达式，则点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第二个按钮
，如图1.2-7所示。
图1.2-6电路图与逻辑表达式相连接图1.2-7从电路图导出的真值表、逻辑表达式
五、预习要求
1.逻辑代数的基本原理及逻辑函数的化简和表示方法；
2.学习软件Multisim的基本操作方法。
六、思考题
1.利用软件Multisim将下列逻辑表达式转换为最简与或形式，并画出全部由与非逻辑单元组成的逻辑电路图。
2.利用软件Multisim写出图1.2-8所示逻辑电路的输出逻辑函数式。
图1.2-8
实验1.3门电路的电压传输特性和输入负载特性测试
一、实验目的
1.掌握门电路的电压传输特性和输入负载特性的测试方法；
2.了解TTL器件和CMOS器件的使用特点。
二、实验原理
门电路的电压传输特性和输入负载特性。
三、实验设备与器件
1.电子技术综合实验平台一台
2.万用表两块
3.器件
（1）74LS04一片（六反向器）
（2）74HC04一片（六反向器）
（3）74LS00一片（四二输入与非门）
四、实验内容和步骤
1.测试非门的电压传输特性。
按图1.3-1连好线路。
调节10K电
位器，使VI在0~+5V间变化，记录相
应的输入电压
和输出电压
的值填
入表1.3-1中，并画出相应的电压传输
特性曲线。
图1.3-1
表1.3-1
输入
VI（V）
0
0.4
0.8
1
1.4
2
2.5
3
3.4
4
4.6
5
74HC04
VO（V）
74LS04
VO（V）
2.测试四二输入与非门74LS00的输入负载特性。
2.1测试电路如图1.3-2所示。
请用万用表测试，将V随R变化
的值填入表1.3-2中。
万用表内
阻为10MΩ。
图1.3-2
表1.3-2
R（
）
100
240
1K
4.7K
5.1K
6.2K
10K
V（V）
2.2测试电路如图1.3-3所示。
请用万用表测试，将V和VO随R变化的值填入表1.3-3中。
注意电压源使用模拟信号源。
图1.3-3
表1.3-3
电路图
a图
b图
c图
VI
悬空
0.2V
3.4V
0.2V
3.4V
0.2V
3.4V
理论值
V（V）
VO（V）
实测值
V（V）
VO（V）
五、预习要求
1.了解所有器件（74LS00，74HC04，74LS04）的引脚结构；
2.熟悉门电路的输入负载特性。
六、思考题
1.简述表1.3-3中b图和c图理论值的推导过程。
2.在图1.3-3中，若门电路换成74HC00，试将表1.3-3中的理论值写出来。
并简述推导过程。
实验1.4译码器
一、实验目的
1.学习并掌握中、小规模芯片（MSI&SSI）实现各种组合逻辑电路的方法；
2.学习格雷码转换二进制代码；
3.学习用低电平驱动LED的方法。
二、实验原理
1.流水灯原理
流水灯，即使输出端的八个LED发光二极管依次点亮、熄灭，形成流水状。
原理如图1.4-1所示。
图1.4-1
三、实验设备及器件
1.电子技术综合实验平台一台
2.74HC138一片（3线8线译码器）
3.74HC86一片（四二输入异或门）
四、实验内容及要求
1.流水灯
（1）用异或门将三位格雷码转换为二进制代码。
格雷码和二进制代码的对照关系参照表1.4-1。
表1.4-1
格雷码
二进制代码
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
转换电路由同学们自己完成。
连接电路时，先在电路图上标明引脚号再连接电路，这样效率比较高。
（2）转换的二进制代码作为三八译码器的输入端，将三八译码器的输出端接显示模块的发光二极管点阵（将显示模块后面发光二极管点阵的跳线全部跳到CP端，变成共阳极）。
按格雷码顺序拨动开关即可看到流水灯现象。
这部分电路自己完成。
要求将设计过程写在实验报告上。
五、预习要求
1.提前预习实验内容及相关知识。
2.自行设计电路，画出接线图（用指定器件设计）。
六、思考题
1．简述流水灯实验中输入端采用格雷码的好处。
实验1.5数据选择器
一、实验目的
1.学习并掌握中、小规模芯片（MSI&SSI）实现各种组合逻辑电路的方法；
2.了解卡诺图化简中约束项的意义。
二、实验原理
1.用门电路及数据选择器设计带约束项组合逻辑电路原理
给定逻辑函数
，约束条件
。
2.化简逻辑函数
先将逻辑函数化为与或形式
，然后画出卡诺图。
图1.5-1求Di的方法
以A、B、C作为地址输入端，求出Di。
方法两种，如图1.5-1所示，可按常规方法画出卡诺图求出Di，也可将地址项A、B、C放在一起求出Di。
当Di含有约束项时，Di取值将不唯一，可将该项接拨动开关，以随时调整其值。
3.构造逻辑函数的约束项。
构造约束项，使约束项的输出端与数据选择器的输出端相与。
三、实验设备及器件
1.电子技术综合实验平台一台
2.74HC00一片（四二输入与非门）
3.74HC151一片（八选一数据选择器）
4.74HC32（可选）一片（四二输入或门）
5.74HC51（可选）一片（3-3、2-2输入与或非门）
6.74HC08（可选）一片（四2输入与门）
四、实验内容及要求
1.数据选择器设计带约束项组合逻辑电路
（1）选定A、B、C为地址输入端，画出卡诺图，求出Di。
当Di不能固定时，可通过拨动开关来选择。
（2）设计约束电路。
方法一是将约束电路的输出端与数据选择器的输出端相与，此处可通过与或非门来实现。
方法二是将约束电路的输出端接入数据选择器的控制端来实现，此处可通过与或门来实现。
原理如图1.5-2所示。
图1.5-2用数据选择器实现带约束项逻辑函数原理图
（3）改变Di中不确定值的逻辑状态，看一下对输出值是否有影响。
体会一下什么是约束。
五、预习要求
1.提前预习实验内容及相关知识。
2.自行设计电路，画出接线图（用指定器件设计）。
六、思考题
1.简述数据选择器的工作原理。
实验1.6代码转换显示实验
一、实验目的
1.学习并掌握中、小规模芯片（MSI&SSI）实现各种组合逻辑电路的方法；
2.学习二进制代码转换8421BCD码；
3.学习数码管显示的方法。
二、实验原理
1.代码转换
将四位二进制代码转换为5位8421BCD代码。
2.代码显示
将输出的8421BCD码通过显示译码器74LS48显示。
三、实验设备及器件
1.电子技术综合实验平台一台
2.74LS85一片（数值比较器）
3.74LS283一片（超前进位加法器）
四、实验内容及要求
1.测试74LS85的逻辑功能
表1.6-1
2.代码转换
将四位二进制代码转换为5位8421BCD代码。
真值表见表1.6-2所示。
由表1.6-2可以看到，二进制代码在0～9时，8421BCD码与二进制代码相同，当二进制代码在10～15时，8421BCD码等于二进制代码加6。
F4为产生的进位。
因此可利用数值比较器和加法器实现上述的转换过程。
表1.6-2
二进制代码
8421BCD码
二进制代码
8421BCD码
D3
D2
D1
D0
F4
F3
F2
F1
F0
D3
D2
D1
D0
F4
F3
F2
F1
F0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
3.代码显示
将得到的8421BCD码接到译码显示模块，使用之前先熟悉一下74LS48的功能。
验证
、
和
的功能（在模块上改变相应引脚跳线的位置即可）。
译码显示模块如图4-4-1所示，其中L1～L4为左侧数码管的输入数据接口，R1～R4为右侧数码管的输入数据接口，8421BCD码的低四位接R4～R1，高位接L1，其余L2～L4接地。
这样就可将输入的四位二进制代码转换为8421BCD码并用数码管显示了。
控制管脚说明如下：
（1）控制引脚中L代表左，R代表右。
图1.6-1
（2）LT引脚：
跳线帽跳到左边接高电平1，跳到右边接低电平0。
（3）RBI引脚：
跳线帽跳到左边接高电平1，跳到右边接低电平0。
（4）BI/RBO引脚：
当作为输入引脚BI时，跳线帽跳到上边接低电平0，跳到下边接高电平1。
当作为输出引脚RBO使用时，跳线帽跳到中间，左边的香蕉头为其接入孔。
五、预习要求
1.提前预习实验内容及相关知识。
2.自行设计电路，画出接线图（用指定器件设计）。
六、思考题
1．简述共阴极数码管的显示原理。
2．简述显示译码器控制端的功能及使用方法。
实验1.7编码器实验
一、实验目的
1.学习并掌握集成编码器74HC148；
2.学习组合电路尤其是输入或输出含有低电平有效信号的组合逻辑电路的设计方法。
二、实验原理
设计列车发车系统，给出发车信号。
要求：
①动车组申请发车时，不管特快、快车、普快是否申请发车，只允许给动车组发车信号；
②动车组没有申请发车，若特快申请时，不管快车、普快是否申请，只允许给特快发车信号；
③动车组和特快都没有申请发车，若快车申请时，不管普快是否申请，只允许给快车发车信号；
④动车组、特快、快车都没有申请发车，只有普快申请时，才允许给普快发车信号；
⑤当动车组、特快、快车和普快都没有申请发车时，没有任何发车信号。
原理框图如图1.7-1所示：
图1.7-1
三、实验设备及器件
1.电子技术综合实验平台一台
2.74HC148一片（优先编码器）
3.可选芯片：
（1）输出高电平有效时：
74HC04、74HC08、74HC11
（2）输出低电平有效时：
74HC04、74HC32
四、实验内容及要求
由于只有四种火车，即四个输入信号，故只需74HC148的4个输入即可，此处四种火车的申请按钮
分别接
（四种输入情况只需两个输出引脚），只需
和
两位输出即可。
当
分别输入为0时，输出
分别为00，01，10，11。
注意：
选用
时，
引脚接高、低电平均可；选用
时，
引脚必须接成1。
实验一：
以
代表输出的4个指示灯，高电平有效，列出
与
的逻辑表达式，这部分同学们自己完成。
当四种火车申请的按钮均未按下时，四个指示灯应全不亮，74HC148的输出端
应为11，与普快按下按钮的状态相同，需加以区分，可利用输出控制端
或
来实现。
这部分电路同学们自己完成。
发车信号用LED显示，实验时，需将显示模块背面的跳线全部跳到CN端。
实验二：
以
代表输出的4个指示灯，低电平有效，可得
与
的逻辑表达式，这部分同学们自己完成。
同实验一一样，当四种火车申请的按钮均未按下时，与普快按下按钮的状态相同，需加以区分。
方法同实验一。
实验时，需将显示模块背面的跳线全部跳到CP端。
五、预习要求
1.提前预习实验内容及相关知识。
2.写出完整的推导过程，自行设计电路，画出接线图（用指定器件设计）。
六、思考题
1．真值表如表1.7-1所示，试写出逻辑表达式。
表1.7-1
A'
B
Y'
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
实验1.8抢答器实验
一、实验目的
1.掌握集成触发器的逻辑功能测试方法；
2.学习用D触发器构成时序逻辑电路的方法；
3.学习扬声器的驱动方法。
二、实验原理
1.每个参赛者控制一个按钮，用按动按钮的方式发出抢答信号；
2.竞赛主持人另有一个按钮，用于将电路复位。
3.竞赛开始后，先按动按钮者将对应的一个发光二极管点亮，同时扬声器发出响声，此后其他2人再按动按钮对电路不起作用。
4*．有人抢答时扬声器发出2秒钟、1KHZ的音响（扬声器可由100Hz的矩形脉冲直接驱动）。
（选做）
基本要求部分参考电路如图1.8-1所示。
图1.8-1
图1.8-1设置了四个按钮，K0、K1和K2由三个参赛控制者控制（按下为“1”），J由主持人控制（按下为“0”）。
扬声器的使用方法：
①左下角两个跳线帽同时跳到左边，实现普通声源的功能，需要在输入端加脉冲才能让扬声器发声；②左下角两个跳线帽同时跳到右边，实现报警声源的功能，在输入端加高电平就能让扬声器发声。
实验时，两种方法用一种即可。
（1）竞赛开始前，主持人按一下按钮J，
，使三个触发器均清零（指示灯不亮），各
端均为1，这三个1信号一方面控制扬声器不发声，另一方面使G1门打开门，CLK脉冲可以加到各触发器的脉冲输入端C1端。
（2）竞赛开始，任一按钮按下，相应触发器置1（相应指示灯亮），其
，该0信号一方面使扬声器发声，另一方面封锁G1门，CLK脉冲加不到各触发器的C1端，其他参赛者再按下按钮已经不起作用。
（3）主持人按下按钮J，给出
信号，恢复抢答前的状态。
三、实验设备及器件
1.电子技术综合实验平台一台
2.74HC175一片（四D触发器）
3.74HC20一片（二4输入与非门）
四、实验内容及要求
1.D触发器逻辑功能测试
将CLK接窄脉冲输出端，
和1D端节逻辑开关，1Q端接LED指示灯。
实验数据写入表1.8-1。
表1.8-1
CLK
D
Q
Q*
×
×
×
×
Q
×
0
×
×
↑
1
0
0
↑
1
0
1
↑
1
1
0
↑
1
0
1
2.抢答器
（1）按图1.8-1接线。
（2）将K0、K1、K2和J分别接到逻辑开关上。
（3）按照设计要求，检查电路的功能。
填写表1.8-2。
表1.8-2
J
K0
K1
K2
Q0
Q1
Q2
扬声器
0
×
×
×
1
0
0
0
1
1（先）
×
×
1
×
1（先）
×
1
×
×
1（先）
五、预习要求
1.提前预习实验内容及相关知识
升级会员 