数字电路基础实验.docx
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数字电路基础实验
集成逻辑门测试（含4个实验项目）
一、实验目的
（1）深刻理解集成逻辑门主要参数的含义和功能。
（2）熟悉TTL与非门和CMOS或非门主要参数的测试方法，并通过功能测试判断器件好坏。
二、实验设备与器件
本实验设备与器件分别是：
表1-1与非门功能测试表
输入
输出
ABCD
F
1111
0111
1011
1101
1110
实验设备：
自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、数字频率计、数字万用表及工具；
实验器件：
74LS20两片，CC4001一片，500左右电阻和10k左右电阻各一只。
三、实验项目
1．TTL与非门逻辑功能测试
按表1-1的要求测74LS20逻辑功能，将测试结果填入与非门功能测试表中（测试F=1、0时，VOH与VOL的值）。
2．TTL与非门直流参数的测试
测试时取电源电压VCC=5V；注意电流表档次，所选量程应大于器件电参数规范值。
（1）导通电源电流ICCL。
测试条件：
输入端均悬空，输出端空载。
测试电路按图1-1（a）连接。
（2）低电平输入电流IiL。
测试条件：
被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空，输出空载。
测试电路按图1-1（b）连接。
（3）高电平输入电流IiH。
测试条件：
被测输入端通过电流表接电源（电压VCC），其余输入端均接地，输出空载。
测试电路按图1-1（c）连接。
（4）电压传输特性。
测试电路按图1-2连接。
按表1-2所列各输入电压值逐点进行测量，各输入电压值通过调节电位器W取得。
将测试结果在表1-2中记录，并根据实测数据，做出电压传输特性曲线。
然后，从曲线上读出VOH，VOL，Von，Voff和VT，并计算VNH，VNL等参数。
图1-1ICCL，IiL和IiH测试电路图1-2电压传输特性测试电路
表1-2与非门电压传输特性测试表
Vi（V）
0
0.4
0.8
1.1
1.2
1.3
1.35
1.4
1.5
2.0
2.4
2.7
3.0
V0（V）
图1-3扇出系数测试电路
（5）扇出系数NO。
测试条件：
所有输入端悬空，负载RL为可变电阻。
测试电路按图1-3连接。
调节RL，使输出电压VOL=0.4V，测出此时的IOL，再按下式：
NO=IOl/IiL
求得NO。
3．平均延迟时间tpd的测试
现一般采用环形振荡器法测tpd，测试原理电路及波形如图1-4（a）和（b）所示。
图1-4（a）中与非门1、与非门2为标准门的tpd1和tpd2是已知的（可预先在高精度的双踪示波器上测出），与非门（3）是被测门。
三个与非门构成一个环形振荡电路。
点（3）和点（3）的波形是同一波形，由图1-4（b）可知，振荡波形的周期为：
图1-4平均延迟时间测试电路及波形
T=tPHL1+tPHL2+tPHL3+tPLH1+tPLH2+tPLH3=2tpd1+2tpd2+2tpd3
（在一个振荡周期内每个门经过两次延迟时）
从数字频率计上可以读出振荡频率f（也可用示波器测出周期T），即可算出被测门的平均延时时间为：
T=1/f=2（tpd1+tpd2）+2tpd3
tpd3=1/2f－（tpd1+tpd2）
或者tpd3=T/2－（tpd1+tpd2）
4．CMOS或非门电路的测试（注意CMOS器件使用规则）
图1-5CMOS门传输特性测试电路图
（1）传输特性测量
①调节电位器W，选择若干个输入电压值，测量相应的输出电压值，然后由测得的数据作出曲线，并从曲线中求得VoH、VoL、Von和VoFF等参数值。
注意，测量输出端的电压时，要选用高阻抗的直流电压表，最好用直流数字电压表。
通常取Von为0.1VoH时对应的输入电平值，VoFF为0.9VOH对应的输入电平值。
②将两个输入端并联在一起，重复上述测试，比较两种情况下电压传输特性和噪声容限的差异。
③测试电源电压的影响：
将VDD依次调节至5V和15V，观察电路的逻辑功能以及输出高电平VoH值。
（2）逻辑功能测试
选CC4001按图1-5电路接线。
断开与电位器W连接的输入端和接地输入端，在两个输入端分别送入表1-3中所列出的输入状态，测试其输出相对应的逻辑值。
表1-3或非门功能测试表
输入
输出
AB
F
00
01
10
11
五、预习要求
（1）阅读TTL与非门主要参数的含义及CMOS门电路的特点。
（2）熟悉CMOS电路和TTL电路的使用规则。
（3）设计实验电路，提出器件清单。
（4）拟定实验方案和调测步骤。
三态门、OC门的功能测试及其应用（含2个实验项目）
一、实验目的
（1）熟悉OC门和三态门的功能及应用。
（2）掌握OC门负载电阻选择方法。
二、实验设备与器件
本实验的实验设备和器件为：
实验设备：
自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、脉冲信号发生器、万用表及工具；
实验器件：
74LS20，74LS00，74LS01，74LS05，CC4011，CC4069和电阻若干。
三、实验项目
1．OC门实验
（1）OC门“线与”电路功能测试：
将两个OC门进行“线与”连接，以驱动三个TTL与非门，如图2-1所示。
EC=+5V，要求VOH=3.6V，VOL=0.3V，工作速度无严格要求。
试在负载电阻允许值范围，选取RL值接入电路，并测试其逻辑功能，列表记录测试结果。
（2）用实验方法确定RLmax和RLmin，要求VOH=3.6V，VOL=0.3V。
实验电路按图2-2连接，加+5V电源后，调节电位器W，先使电路输出为高电平（即F=3.6V），测得此时的RL值为RLmax。
再使电路输出为低电平（即F=0.3V），测得此时的RL值为RLmin。
（3）用OC电路实现TTL与非门驱动CMOS与非门（CC4011）的电平转换电路。
取VDD=10V，确定电阻值接入电路，然后在输入端加一个方波信号（fi=1kHz），用示波器观察A点、B点、C点的波形幅度值的变化。
图2-1OC门“线与”功能测试电路
四、预习要求
（1） 阅读OC门和三态门的工作原理，根据任务要求计算RL的取值范围（即RLmax与RLmin）。
（2）设计实验电路，提出器件清单。
（3）拟定实验方案和调测步骤。
组合逻辑电路的设计及功能测试（含5个实验项目）
一、实验目的
（1）掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。
（2）观察组合逻辑电路的冒险现象。
（3）熟悉消除冒险现象的常用方法。
二、实验设备与器件
本实验的设备和器件如下：
实验设备：
自制数字实验平台、双踪示波器、脉冲信号发生器、万用表及工具；
实验器件：
74LS00，74LS10，74LS20，74LS04，74LS32。
三、实验项目
1.用TTL与非门设计一个4人控制表决器。
4人表决的结果用指示灯显示，多数赞成则指示灯亮，反之，则灯不亮。
2.设计一个全加器。
3.设计一个四舍五入电路，输入信号为8421BCD码，输出结果用指示灯显示。
4.设计一个组合逻辑电路，它接收3位二进制数B2B1B0，仅当B2B1B0对应的十进制数大于2小于6时，输出Y才为1。
表3-1
D
C
B
A
F
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
5.按表3-1设计一个组合逻辑电路。
①设计要求：
输入信号仅提供原变量，反变量由电路自行产生，给定与非门为74LS00、74LS20，画出逻辑图。
②搭试电路，进行静态测试，验证逻辑功能，记录测试结果。
③分析输入端D、C、B各处于什么状态下能观察到输入端A信号变化时产生的冒险现象。
④在A端输入f=100kHz～1MHz的方波信号，观察电路的冒险现象，记录A和F点的工作波形图。
⑤观察：
用增加校正项的方法，消除由输入端A信号变化所引起的冒险现象。
画出此时的电路图，并记录消除冒险后A和F点的波形图。
四、预习要求
（1）必须在预习报告中写出设计全过程，画出设计电路图。
（2）什么叫冒险现象？
如何判断一个组合逻辑电路中是否存在冒险现象？
（3）设计实验电路，提出器件清单。
（4）拟定实验方案和调测步骤。
译码器及其应用（含4个实验项目）
一、实验目的
（1）掌握译码器功能测试方法和灵活应用。
（2）熟悉多位译码显示电路的设计方法及工作原理。
二、实验设备与器件
本实验的设备与器件如下：
实验设备：
自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、万用表及工具；
实验器件：
74LS00，74LS48，BS201/202等。
三、实验任务
1.七段显示译码器74LS48的功能测试
实验电路按图4-1连接。
测试时，各输入端按表4-1中相应状态输入信号。
观察各输出情况，列表记录并将结果与给出的功能表做比较。
2.采用TTL与非门设计一个输入两位二进制码，显示十进制数的七段显示译码器（要求使用共阴发光二极管作为显示器）。
3.实验电路示意图如图4-2所示。
A3作为数据输入端，A0、A1、A2作为地址。
当A0A1A2=000～111时，测试相应的Q0～Q7的输出。
图4-174LS48功能测试连线图图4-274LS42用作数据分配器
①A3端输入秒脉冲（周期T≈1秒）信号，列表整理测试结果。
②A3端输入约2kHz连续脉冲，观察并记录A0A1A2的输入、输出波形。
4.采用74LS48和共阴数码管构成一个多位显示电路，并按以下要求完成实验。
分别按下列要求输入信号，观察记录其相应的显示情况，并分析所观察到的现象产生的原因。
①
=1，
=1，IC1、IC6的DCBA输入均为0，IC2、IC3、IC4、IC5的DCBA输入不为全0；
②
=1，
=1，IC1，IC2、IC5、IC6的DCBA输入均为0，IC3、IC4的DCBA输入不为全0；
③
=1，
=1，IC1～IC6的DCBA输入均为0。
四、预习要求
（1）熟悉74LS48的功能和使用方法，拟好实验电路和记录表格。
（2）复习译码显示原理和数据分配器的工作原理。
（3）设计实验电路，提出器件清单。
（4）拟定实验方案和调测步骤。
数据选择器及应用（含6个实验项目）
一、实验目的
（1）掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能及其测试方法。
（2）熟悉数据选择器的应用。
三、实验设备与器件
本实验设备和器件如下：
实验设备：
自制数字实验平台、双踪示波器、万用表及工具；
实验器件：
74LS151，74LS153，74LS390和74LS00等。
四、实验任务
1.按表5-1测试74LS151的逻辑功能，在测试中注意
（使能端）的作用。
2.采用74LS151和74LS153，并利用降维图法实现下列逻辑函数：
F1=ABD+BCD+ACD+ABC（5-1）
F2=A
C+A
+
BC+AB
（5-2）
F3=
BC+A
C+AB
+ABC（5-3）
3.用74LS153扩展成八选一的电路。
4.用数据选择器和与非门实现8421码转换成5421码中权值为2的码位变换。
5.
表5-2
G1
G0
F
0
0
1
1
0
1
0
1
A
AB
AB
A+B
表5-1
A2A1A0
D7D6D5D4D3D2D1D0
Y
000
0
10101010
001
0
10101010
010
0
10101010
011
0
10101010
100
0
10101010
101
0
10101010
110
0
10101010
111
0
10101010
XXX
1
XXXXXXXX
设计一个多功能电路，其功能如表5-2所示，选用一片八选一数据选择器和与非门实现电路。
（6）用74LS151八选一电路和74LS390组成一个图形发生器。
由74LS390产生一个固定周期的选择信号，只要将D0～D7置成不同的电平，在输出端Q就会输出不同波形，若假定D0D3D4D6为“1”，D1D2D5D7为“0”，观察Q端波形。
四、预习要求
（1）熟悉74LS151和74LS153的工作原理及使用方法。
（2）根据实验内容要求，设计实验电路，提出器件清单。
（3）拟定实验方案和调测步骤。
集成触发器（含6个实验项目）
一、实验目的
（1）掌握用与非门组成的基本RS触发器的特征。
（2）掌握集成JK触发器、D触发器的逻辑功能和使用方法。
（3）熟悉各种触发器的应用。
二、实验设备及器件
本实验的设备及器件如下：
实验设备：
自制数字实验平台、双踪示波器、万用表；
图6-1基本RS触发器
实验器件：
74LS00，74LS73，74LS74，74LS373等。
三、实验任务
1.如图6-1，用与非门组成一个基本RS触发器，测试其逻辑功能，将结果填入表6-1中。
2.
表6-2JK触发器功能测试表
J
K
CP
Qn=0
Qn=1
Qn+1
Qn+1
1
0
0
↑
↓
1
0
1
↑
↓
1
1
0
↑
1
1
1
↑
↓
注：
Q端起始状态Qn仅为第一个CP信号加入前的原态。
测试JK触发器（74LS73）的逻辑功能，将测试结果填入表6-2中。
表6-1基本RS触发器真值表
Q
触发器状态
0
0
0
1
1
0
1
1
3.用74LS73设计一个异步四进制计数器，并用双踪示波器观察输入输出波形。
（CP、1Q、2Q）
4.由D触发器和按钮开关S组成的电路图如图6-2所示，测试其输入CP和输出Q1，U0（Q2）的对应波形图，并说明此电路的逻辑功能。
5.
图6-2
试设计一电路，将D触发器（74LS74）转换为JK触发器。
6.测试74LS373的逻辑功能。
四、预习要求
（1）熟悉各类触发器的逻辑功能。
（2）了解各类触发器之间的类型转换方法。
移位寄存器及移存型计数器的应用（含3个实验项目）
一、实验目的
（1）掌握中规模集成电路74LS194四位双向移位寄存器的逻辑功能。
（2）熟悉74LS194的应用。
（3）熟悉实用性移存型计数器的逻辑设计方法。
二、实验设备与器件
本实验设备与器件如下：
实验设备：
自制数字实验平台、示波器、万用表及常用工具；
实验器件：
四位双向移位寄存器74LS194一片、与非门74LS00，74LS10各一片。
四、实验任务
1.测试四位双向移位寄存器74LS194的逻辑功能，测试结果填入表7-1中。
表7-174LS194功能测试表
CP
S1S0
D0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3
CP
S1S0
D0D1D2D3
Q0Q1Q2Q3
送数
0101
左移
SL=Q0
0010
1010
X
右移
SR=Q3
0010
X
X
X
X
X
X
保持
0110
X
X
2.用74LS194及与非门设计一个具有自启动功能的四位右移的环形计数器，记录电路的全部状态，观测并画出输入与输出波形（CP，Q0，Q1，Q2，Q3）。
3.二进制数码的串←→ 并转换及传输
令74LS194的Q0为最低位，Q3为最高位，串行输入或输出一个四位二进制数。
①串行输入、并行输出：
设串行输入为0101。
先用右移方式，后用左移方式，实现并行输出。
②并行输入、串行输出：
设并行输入1001。
采用左移方式，实现串行输出。
③二进制数码在两片74LS194中传输：
任选一组四位二进制数码，在图7-2所示电路中实现数据传输。
要求所选的代码“1”在八位逻辑指示中，按环形移位显示。
四、预习要求
（1）熟悉74LS194的工作原理。
（2）复习环形计数器的自启动反馈逻辑设计方法，按实验内容画出实验电路。
（3）设计实验电路，提出器件清单。
（4）拟定实验方案和调测步骤。
计数器及其应用（含5个实验项目）
一、实验目的
（1）熟悉同步、异步计数器的工作原理及应用。
（2）掌握任意进制计数器的设计方法。
二、实验设备与器件
表8-174LS390逻辑功能测试表
CP
QD
QC
QB
QA
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
本实验的设备与器件如下：
实验设备：
自制数字实验平台、双踪示波器及常用仪表和工具；
实验器件：
74LS390，74LS00，74LS162A，74LS192等。
三、实验任务
1.将计数器（74LS390）的QA端与CPB端相连，测试其逻辑功能，结果填入表8-1中，然后，用示波器观测CP，QA，QB，QC及QD的波形并与理论分析的工作波形相比较，若有明显不同，必须分析原因，查找故障，直至正常。
2.用74LS390和与非门74LS00设计一个模24的计数器，用灯显区LED显示计数器状态并记录，观察计数器输入输出波形。
3.用74LS162A设计一个模8的同步计数器，计数状态从0001开始。
4.设计模60计数器，并用显示译码器、七段LED数码管配合显示计数过程（时钟脉冲频率用1～2Hz）。
5.用74LS192设计一个模11的减法计数器，用灯显区LED显示计数器状态并记录，观察计数器输入输出波形。
五、预习要求
（1）根据指定的任务和要求设计电路，画出逻辑图及理论分析的工作波形，以便与实验波形比较。
（2）设计实验电路，提出器件清单。
（3）拟定实验方案和调测步骤。
脉冲信号的产生与整形电路（含3个实验项目）
一、实验目的
1．掌握脉冲信号的产生与整形方法。
2．熟悉输出波形与定时元件RC的关系。
3．熟悉改善波形上升沿的方法。
二、实验设备与器件
本实验的设备与器件如下：
实验设备：
自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、万用表及工具；
实验器件：
74LS00，74LS390，晶体2MHz，电阻，电容，电位器R=1k等若干。
三、实验项目
1.用与非门、电阻组成一个2MHz的晶体振荡电路，并用74LS390设计100分频输出电路。
用双踪示波器观察并画出两级十分频波形图（1CPA，1QD，2CPA，2QD），并标出振荡波形的周期。
2.用集成与非门构成的环形多谐振荡器性能测试。
①实验电路如图9-2所示。
②用示波器显示并画出A，B，D，E各点和输出V0的波形。
③将电位器R从大到小和从小到大旋动。
观察V0的脉宽tp和周期T随R的变化情况，做出定性的结论。
当R旋到最大（R=1k）时，用示波器测出V0的周期T并与理论估算T值进行比较。
3.设计一个用与非门组成的自激多谐不对称振荡器，要求其工作频率为10kHz。
通过实验调整元件参数。
四、预习要求
（1）根据所给题目指标，设计并画好实验电路，提出器件清单。
（2）考虑电路中各点波形对应处的坐标象限，拟定坐标轴（输入、输出波形的坐标轴必须上下对齐）。
（3）拟定实验方案和调测步骤。
集成定时器555及其应用（含3个实验项目）
一、实验目的
（1）熟悉集成定时器555电路原理及其功能。
（2）掌握集成定时器555电路的典型应用。
二、实验设备及器件
本实验的设备及器件如下：
实验设备：
双踪示波器、自制数字实验平台、万用表；
实验器件：
集成定时器555、74LS390。
三、实验项目
1.
图10-1555自激多谐振荡器
用集成定时器555设计的自激多谐振荡电路如图10-1所示，按表10-1中所给的元件值计算出振荡波形的参数，并用示波器测试出振荡电路中a，b，c各点的波形，计算公式为：
脉冲宽度TP=0.7（R1＋R2）C
脉冲间隙Td=0.7R2C
脉冲周期T=0.7（R1＋2R2）C
555电路要求R1和R2均应大于或等于1k，但R1＋R2应小于或等于3.3M。
表10-1
R1（kΩ）
R2（kΩ）
C（μF）
Tp（μs）
Td（μs）
T（μs）
理论值
实测值
理论值
实测值
理论值
实测值
4.7
4.7
0.01
10
4.7
0.022
2.图10-2构成间隙声响发生器，调节元件W使振荡器频率为1kHz，并经5分频后输出，以1Hz信号控制振荡器的复位端
，当1Hz/S信号为高电平时，振荡器振荡，当1Hz/S信号为低电平时，振荡器停振，这样扬声器发出间隙声响。
测出A，A′点波形图。
3.用集成定时器555构成单稳态触发器，用无抖动开关电路（采用单次CP信号）实现触发，以控制其他自动化系统工作，要求输出脉宽（即定时时间）为1ms，1s，试确定相应的电阻、电容值，用示波器观测其输出波形，并与理论值比较分析。
要求有设计全过程说明（含参数估算）。
图10-3间隙声响发生器
四、预习要求
（1）单稳态触发器有哪些特点？
（2）熟悉集成定时器555构成的多谐振荡器输出信号的脉宽TWH，周期T和频率f的计算方法。
（3）设计实验电路，提出器件清单。
（4）拟定实验方案和调测步骤。
大规模集成存储器EEPROM的应用（含3个实验项目）
一、实验目的
（1）了解大规模集成存储器EEPROM。
（2）通过实验熟悉它们的工作特性，使用方法及其应用。
二、实验原理
EEPROM（ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory），电可擦可编程只读存储器——一种掉电后数据不丢失的存储芯片，是可用户更改的只读存储器（ROM），其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程（重写）。
EEPROM一般用在即插即用；常用在接口卡中，用来存放硬件
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