《电子技术实验2》指导书.docx
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《电子技术实验2》指导书
《电子技术》
实验2
福建工程学院电子信息与电气工程系
电子技术教研室
2007年3月
目录
实验一TTL逻辑门主要参数测试1
实验二三人无弃权表决电路设计8
实验三数码管字符显示电路设计12
实验四逻辑函数发生器设计13
实验五译码显示电路设计15
实验六集成触发器功能测试16
实验七异步计数器设计17
实验八序列脉冲检测器设计18
实验九八进制计数器设计19
实验十集成计数器应用20
实验十一移位彩灯电路设计21
实验十二脉冲波形发生与整形电路设计22
实验十三数字计时与报警电路设计23
实验十四交通灯电路设计25
实验十五竞赛抢答器设计26
附录一数字电子技术实验箱使用说明27
附录二DM74LS00主要参数29
附录三实验报告格式30
附录四数字电子技术实验注意事项31
实验一TTL逻辑门主要参数测试
一、实验目的
1、掌握TTL逻辑门主要参数和特性的含义。
2、掌握TTL逻辑门主要参数和特性的测试方法。
3、熟悉数字电子技术实验箱的使用方法。
二、实验内容
1、验证与非门的逻辑功能，用真值表记录实验结果，输入信号由电平开关提供，输出用发光二极管作为指示灯，灯亮为高电平“1”状态，灯灭为低电平“0”状态。
2、主要参数测试
（1）空载导通电流ICCL，测试电路图如图1-1所示。
（2）低电平输入电流IIL，测试电路图如图1-2所示。
（3）高电平输入电流IIH，测试电路图如图1-3所示。
（4）扇出系数NO
R1：
100Ω，R2：
22KΩ电位器。
通过调节R2电位器可以改变灌入输出端的电流。
随着该电流的增加，输出端的电压上升，到达低电平VOL时对应的值为IOL。
扇出系统可以根据式1-1计算。
测试电路图如图1-4所示。
手册值_________，
测试值_________。
3、电压传输特性
按图1-5连接电路，其中RW为22KΩ的电位器。
调节Rw，使得Vi从“0”伏至“2.4”伏变化，逐点测出Vi和Vo，并记录在表1-1中，在坐标纸上作出电压传输特性曲线。
并求出VOH，VOL，VT，VON，VOFF，以及低电平噪声容限VNL=VOFF-VOL和高电平噪声容限VNH=VOH-VON。
表1-1电压传输特性的输入电压与输出电压对应表
Vi（V）
0
2.4
Vo（V）
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、双踪示波器一台
3、万用表一台
4、74LS00一片
四、预习要求
1、熟悉数字电子技术实验箱的结构，功能，及使用方法（附录1）。
2、复习TTL逻辑门的主要参数和特性的意义。
3、熟悉TTL逻辑门主要参数和特性的测试电路。
4、了解74LS00芯片的引脚分配和封装外形，查阅74LS00的主要参数指标。
五、报告要求
1、简述所测试参数的意义，记录所测参数74LS00数据手册中数值。
2、画出测试电路，记录测试结果，并在坐标纸上画出电压传输特性曲线，计算出相关的参数值。
3、将所测的主要参数及计算值列表，并与手册标准值比较，分析所测芯片的性能。
六、实验注意事项
1、将待测的与非门74LS00插在面包板上，按照测试电路图接线，检查无误后再接通电源，然后进行实验。
对于初学者来讲，容易认错集成块的引脚，因此必须认真检查，如果发现集成块发热，应立即关断电源，发热的原因一般是接反了电源，或者输出端对地短接。
2、每个74LS00芯片包含4个独立的两输入与非门（电源部分共用），可以任意选择一个与非门进行测试。
3、TTL与非门的输入端悬空相当于逻辑“1”电平。
七、实验原理
在双极型集成逻辑门电路中应用最广泛的是TTL电路。
要选择和使用集成芯片，必须了解它的主要参数和特性。
TTL集成与非门是数字电路中广泛使用的一种基本逻辑门。
本次实验采用TTL集成二输入四与非门74LS00作为测试芯片，以掌握TTL逻辑门主要参数和特性的含义及其测试方法。
本课程采用的芯片封装形式均为双列直插，以方便实验的进行。
74LS00的封装外形如图1-6（a）所示，引脚图如图1-6（b）所示。
TTL集成芯片以左边的缺口为标示，缺口左边为第1引脚，引脚号按逆时针方向递增。
1、与非门的主要参数
（1）空载导通电流ICCL和空载截止电流ICCH
ICCL是指输入端全部悬空，输出端空载，与非门处于导通状态时，电源供给的电流。
ICCH是指输入端接低电平，输出端空载，与非门处于截止状态时，电源供给的电流。
ICCL和ICCH的大小标志着与非门电路在静态情况下功耗的大小，空载导通功耗PON=ICCL*VCC和空载截止功耗POFF=ICCH*VCC。
PON和POFF二者越小越好。
集成芯片数据手册给出的功耗通常是指PON，因为门电路在导通状态时ICCL较大。
（2）低电平输入电流IIL
IIL是指当一个输入端接地，而其它输入端悬空时，流向接地端的电流，又称输入短路电流。
IIL的大小关系到前一级门电路能带动负载的个数。
IIL过大或过小都不好。
若IIL太大，增加了前一级的负载，使前一级可驱动门的个数减少；而IIL太小，说明集成电路也有问题，不能正常工作。
（3）高电平输入电流IIH
IIH是指当一个输入端接高电平，而其它输入端接地时，流向高电平输入端的电流。
IIH主要作为前级门输出为高电平时的拉电流。
当IIH太大时，会因为“拉出”的电流太大，而使前级门输出高电平降低。
（4）输入开门电平VON和关门电平VOFF
VON是指与非门输出端接额定负载时，使输出处于低电平状态时所允许的最小输入电压。
即为了使与非门处于导通状态，输入电平必须大于VON。
VOFF是指使与非门处于高电平状态所允许的最大输入电压。
TTL与非门电路的电压传输特性，表示输入电压从零电压逐渐升到高电平时，输出电压的变化。
在TTL与非门的电压传输特性中，若VON和VOFF两个数值越接近同一数值（阀值电压VT），就说明与非门电路的特性曲线转换愈陡，抗干扰能力愈强。
（5）输出高电平VOH和输出低电平VOL
VOH是指与非门一个以上的输入端接低电平或接地时，输出电压的大小。
此时门电路处于截止状态。
如输出空载，VOH在3.4伏左右，当输出端接有拉电流负载时，VOH将降低。
VOL是指与非门的所有输入端均接高电平时，输出电压的大小。
此时门电路处于导通状态。
VOL的大小主要由T管饱和程序和外接负载的灌电流决定。
（6）扇出系数NO和IOL
NO是说明输出端负载能力的一项参数。
它表示驱动同类型门电路的数目。
NO的大小主要受输出低电平时，输出端所允许灌入的最大电流的限制。
输出为高电平时的扇出系统一般较高。
如灌入电流超出该数值，输出低电平将显著抬高，造成下一级逻辑电路的错误动作。
IOL是指输出低电平时，输出端所允许灌入的最大电流的值。
扇出系数可以通过公式1-1估算。
NO≈NOL=IOL（驱动门）/IIL（负载门）式1-1
（7）平均传输迟延时间tpd
tpd时指输出波形相对于输入端波形的延时。
如图1-7所示，VI为输入波形，VO为输出波形。
TPHL为输出波形下降沿的50%相对于输入波形上升沿50%之间的时间间隔，TPLH为输出波形上升沿的50%相对于输入波形下降沿50%之间的时间间隔。
平均传输延迟时间tpd为两者的算术平均值，由公式1-2计算。
tpd=0.5*（tPHL+tPLH）式1-2
平均传输延迟时间是衡量门电路开关速度的一个重要指标。
TTL电路的tpd一般在10ns到40ns之间。
74LS00为中速的与非门。
附录二给出美国仙童公司DM74LS00数据手册中有关TTL逻辑门主要参数部分的内容。
实验二三人无弃权表决电路设计
一、实验目的
1、掌握组合逻辑电路的设计原理。
2、熟悉组合逻辑电路的调试方法。
3、熟悉利用基本逻辑门设计组合逻辑电路的方法。
二、实验选题
设计一个三人无弃权表决电路（不能投弃权票，多数赞成则提案通过）。
要求利用基本逻辑门设计电路原理图，并连接电路，验证其功能。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、数字万用表一台
3、基本逻辑门集成芯片可选
四、预习要求
1、根据实验选题要求，参照本次实验例题，设计满足要求的电路原理图，选择合适的基本逻辑门集成芯片，熟悉芯片功能和引脚排列，计算出所需芯片数量。
2、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，画出引脚图。
2、写出设计全过程，包含逻辑变量定义，真值表，卡诺图，最简逻辑函数，逻辑电路原理图。
3、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验原理
组合逻辑电路是常见的逻辑电路。
其特点是在任何时刻电路的输出仅取决于该时刻的输入信号，而与信号作用前电路原来所处的状态无关。
1、组合逻辑电路设计一般包括以下几个步骤：
（1）分析设计要求
一般逻辑问题叙述有这样可能情况：
一是用逻辑函数式直接表示，二是将设计用文字说明。
在后一种情况下，题中常常不是直接将所有情况完成讲清，而是仅说明一些重要条件，这就要求设计者去领会，理解一切可能的情况，从而推出那些未明确规定的条件是否为无关项。
（2）用真值表表示设计要求
对问题进行分析之后，可根据设计要求列出真值表。
列真值表必须注意一切可能的情况。
此外，设计问题有时需要几个输出量，而对应于一切可能的输入条件，各输出变量必有一定给定值，对此，真值表应全面予以表达。
（3）根据真值表写出逻辑表达式。
（4）简化逻辑函数。
（5）用逻辑电路实现简化后的逻辑函数。
2、将逻辑函数中变量作为电路的输入，逻辑函数如F作为输出，自输入到输出用相应的逻辑门逐一将各逻辑关系表示出来，如此构成的电路能反映逻辑函数所表达的关系。
不过以上的（3）和（4）两步，有时也并为一步，即直接由真值表画出卡诺图并进行化简得到逻辑函数。
为了使电路结构简单和使用器件少，往往要求逻辑表达式尽可能简化。
由于实际使用时要考虑电路的工作速度和稳定可靠等因素，在较复杂的电路中，还要求逻辑清晰易懂，所以最简化的设计不一定是最佳的。
但一般来说，在保证速度，稳定可靠与逻辑清楚的条件下，尽量使用最小的器件，以降低成本，是逻辑电路设计者的任务。
3、组合逻辑设计过程举例说明
例题：
某一机械装置有四个传感器为A，B，C，D，如果传感器A输出为1，同时B，C，D三个中有两个的输出为1，整个装置即处于正常工作状态，否则该装置工作异常，报警设备应发声。
试设计输出报警信号的组合逻辑电路，并用基本逻辑门电路实现。
解：
（1）由题意可知，输出报警信号逻辑电路的输入变量有四个，即A，B，C，D。
若令其输出变量为F，且令装置工作异常时F=1，那么可列出真值表，如表2-1所示。
表2-1输出报警信号逻辑电路真值表
A
B
C
D
F
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
（2）由真值表可直接画出卡诺图，如图2-1所示。
图2-1输出报警信号逻辑电路卡诺图
（3）对图2-1所示卡诺图化简后，得到最简与或表达式如式2-1所示。
（4）根据以上逻辑函数式，设计出满足题目要求的逻辑电路图。
（只需要三个非门，三个两输入与门，一个四输入或门，逻辑电路图略）。
实验三数码管字符显示电路设计
一、实验目的
1、掌握利用基本逻辑门芯片设计简单组合逻辑电路的方法。
2、掌握七段数码管的显示原理和显示字符的方法。
3、熟悉七段数码管的引脚排列。
二、实验选题
设计一个字符显示电路。
要求采用共阳极七段数码管显示字符“E”、“F”、“P”、“H”。
电路要求采用基本逻辑门构成。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、数字万用表一台
3、基本逻辑门集成芯片可选
四、预习要求
1、选择合适的基本逻辑门集成芯片，熟悉芯片功能和引脚排列。
2、设计电路原理图。
3、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出功能表。
2、画出电路原理图。
3、提供共阳极数码管引脚图及接线方法。
4、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
实验箱的数码管区有一个译码方式的选择开关，本实验要求选择“段译码”方式。
实验四逻辑函数发生器设计
一、实验目的
1、掌握组合逻辑电路的设计方法。
2、掌握自拟实验步骤、测试以及故障的检查和排除方法。
3、掌握集成芯片的选择方法和灵活应用。
二、实验选题
设计一个故障指示电路，用红、黄灯显示三台设备的故障。
要求实现：
1、只有一台设备故障时，黄灯亮；
2、有两台设备故障，红灯亮；
3、三台设备同时有故障时，红灯和黄灯均亮。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、数字万用表一台
3、中小规模数字集成芯片可选
四、预习要求
1、选择合适的中小规模数字集成芯片，熟悉芯片功能和引脚排列。
2、完成逻辑变量定义，列出真值表，写出逻辑函数表达式。
3、设计电路框图和电路原理图。
4、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出功能表。
2、提供电路框图，简要分析各个部分的功能，提供电路原理图。
3、写出设计全过程，包含逻辑变量定义，真值表，最简逻辑函数。
4、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
实验五译码显示电路设计
一、实验目的
1、掌握显示译码芯片的使用方法。
2、熟悉BCD拨码盘的使用方法。
3、熟悉数字电子实验箱的使用方法。
二、实验选题
设计一个译码显示电路。
利用7447译码器将两位BCD拨码盘的数据，分别显示在两位数码管上。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、数字万用表一台
3、7447两片
四、预习要求
1、熟悉7447芯片功能和引脚排列。
2、设计电路框图和电路原理图。
3、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述7447的功能，引脚图，列出功能表。
2、简述BCD拨码盘功能和应用。
3、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
实验箱的数码管区有一个译码方式的选择开关，本实验要求选择“段译码”方式。
实验六集成触发器功能测试
一、实验目的
1、掌握集成JK、D触发器逻辑功能及特点。
2、利用示波器观察触发器的输入输出波形。
二、实验选题
1、测试JK触发器的直接复位端与直接置位端功能，以及在CP脉冲作用下，JK端不同状态下的输出状态变化情况，总结出JK触发器的功能，列出功能表。
2、测试D触发器的直接复位端与直接置位端功能，以及在CP脉冲作用下，D端不同状态下的输出状态变化情况，总结出D触发器的功能，列出功能表。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、双踪示波器一台
3、集成JK触发器，D触发器芯片自选
四、预习要求
1、选择合适的JK，D触发器集成芯片，熟悉芯片功能和引脚排列。
2、拟定实验方法和实验步骤，列出实验表格。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出测试功能表。
2、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
实验所需的上升沿时钟或下降沿时钟可以由实验箱的单脉冲输出接线插座提供。
实验七异步计数器设计
一、实验目的
1、掌握D触发器和JK触发器的应用。
2、掌握利用多位触发器构成异步计数器的设计方法。
3、掌握异步计数器对时钟脉冲的要求。
二、实验选题
利用三个D触发器或JK触发器，组成七进制异步计数器。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、双踪示波器一台
3、中小规模数字集成芯片可选
四、预习要求
1、选择合适的D触发器或JK触发器，熟悉芯片功能和引脚排列。
2、设计电路原理图，检查计数器是否具有“自启动”能力。
3、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出功能表。
2、提供电路原理图。
3、总结说明异步计数器对时钟脉冲信号的要求。
3、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
计数器所需要的时钟脉冲可以由实验箱的1Hz脉冲信号提供，也可以由单脉冲信号提供。
实验八序列脉冲检测器设计
一、实验目的
1、掌握同步时序逻辑电路的设计方法和步骤。
2、掌握序列脉冲检测器的工作原理。
3、熟悉触发器的应用。
二、实验选题
设计一个“011”序列脉冲检测器。
该检测器有一个输入端X和一个输出端Z。
输入X为一串随机信号，当输入出现“011”序列时，输出Z为1，其它情况Z为0。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、双踪示波器一台
3、中小规模数字集成芯片可选
四、预习要求
1、选择合适的中小规模数字集成芯片，熟悉芯片功能和引脚排列。
2、完成序列脉冲检测器的设计，并根据设计结果和所选芯片，画出电路原理图。
3、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出功能表。
2、写出序列脉冲检测器的设计过程。
3、提供电路原理图。
4、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
实验九八进制计数器设计
一、实验目的
1、掌握D触发器和JK触发器的应用。
2、掌握利用多位触发器构成同步计数器的设计方法。
二、实验选题
设计八进制同步计数器，利用三个D触发器或JK触发器实现。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、双踪示波器一台
3、中小规模数字集成芯片可选
四、预习要求
1、选择合适的D触发器或JK触发器及其它集成芯片，熟悉芯片功能和引脚排列。
2、设计电路原理图。
3、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出功能表。
2、提供电路原理图。
3、总结说明同步计数器对输入信号的要求。
3、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
计数器所需要的时钟脉冲可以由实验箱的1Hz脉冲信号提供，也可以由单脉冲信号提供。
实验十集成计数器应用
一、实验目的
1、掌握任意进制计数器的设计方法。
2、掌握十进制计数器和十六进制计数器的应用方法。
3、熟悉同步清零，异步清零，同步置数，异步置数的不同。
二、实验选题
1、利用两片集成计数器74LS90，设计一个24进制的计数器。
2、利用两片集成计数器74LS161，设计一个24进制的计数器。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、双踪示波器一台
3、中小规模数字集成芯片可选
四、预习要求
1、选择合适的芯片，熟悉芯片功能和引脚排列。
2、设计电路框图和电路原理图。
3、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出功能表。
2、提供电路框图，简要分析各个部分的功能。
3、提供电路原理图。
4、说明同步清零，异步清零，同步置数，异步置数的区别。
5、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
计数器的输出直接接至实验箱的数码管，选择“BCD”译码方式。
实验十一移位彩灯电路设计
一、实验目的
1、掌握移位寄存器的功能和应用。
2、掌握移位彩灯电路的功能和设计方法。
3、熟悉时序逻辑电路设计的特点。
二、实验选题
设计一个彩灯循环控制电路。
电路共有8只彩灯，可以通过逻辑电平开关设置其初始状态，在按下启动脉冲后，彩灯实现循环亮灯。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、双踪示波器一台
3、中小规模数字集成芯片可选
四、预习要求
1、选择合适的中小规模数字集成芯片，熟悉芯片功能和引脚排列。
2、设计电路原理图。
3、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出功能表。
2、提供电路原理图，简要分析电路的功能。
3、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
电路所需要的时钟脉冲可以由实验箱的1Hz脉冲信号提供，也可以由单脉冲信号提供。
实验十二脉冲波形发生与整形电路设计
一、实验目的
1、掌握脉冲波形发生器的设计方法。
2、掌握脉冲整形电路的应用。
3、熟悉脉冲波形发生器的参数计算方法。
二、实验选题
1、利用NE555设计一个单稳态电路。
2、利用NE555设计一个多稳振荡器，即方波发生器。
3、利用NE555设计一个施密特触发器，实现波形的整形。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、双踪示波器一台
3、NE555一片
4、电阻，电容，二极管可选
四、预习要求
1、熟悉NE555芯片功能和引脚排列。
2、设计电路原理图，选择合适的电阻电容等元件，并计算相关参数。
3、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出功能表。
2、提供电路原理图，简要分析电路的功能。
3、记录实验结果，画出实验所测波形，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
整形电路所需要的输入波形可以由实验箱的正弦波或三角波提供。
实验十三数字计时与报警电路设计
一、实验目的
1、掌握小型数字电路系统的设计原理。
2、掌握中小规模数字集成芯片的选择与应用。
3、熟悉数字电路的调试方法。
二、实验选题
设计一个闹钟电路，实现以下功能：
1、计时显示：
时钟、分钟分别在两位数码管上显示，秒钟通过发光二极管显示；
2、报警设置：
通过两位BCD拨码盘分别设置时钟与分钟，且到达设定时间后，蜂鸣器报警。
三、实验仪器
1、数字电子技术实验箱一台
2、双踪示波器一台
3、中小规模数字集成芯片可选
四、预习要求
1、选择合适的中小规模数字集成芯片，熟悉芯片功能和引脚排列。
2、设计电路框图和电路原理图。
3、拟定实验方法和实验步骤。
五、报告要求
1、简述所选芯片的功能，引脚图，列出功能表。
2、提供电路框图，简要分析各个部分的功能。
3、提供电路原理图。
4、记录实验结果，分析实验中出现的异常现象。
六、实验注意事项
1、实验箱可提供1Hz、100Hz等不同的计时脉冲。
选择1Hz计时脉冲时为正常显示，选择100Hz或其它计时脉冲可以提高实验的效率。
2、实验箱提供四个共阳极LED数码管。
3、数字电子技术实验箱仅提供两位BCD拨码盘，设定闹钟时，时钟与分钟只能各设定一位。
4、可以通过电平开关控制时钟的清零或复位。
实验十四交通灯电路设计
一、实验目的
1、掌握数字电子电路综合设计的方法
2、掌握数字电子电路综合调试的方法。
二、实验选题
设计一个十字交叉路口纵向、横向交通灯自动控制电路。
要求红灯，绿灯，黄灯在时间上的分配比例为：
3：
2：
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