数字电路实验仪器说明.docx
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数字电路实验仪器说明
2.1实验仪器的使用及门电路逻辑功能的测试
一、实验目的
(1熟悉实验仪器和实验箱的使用。
(2掌握TTL集成电路的使用规则与逻辑功能的测试方法。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱,万用表。
(2实验器件:
74LS00、74LS02各一片。
三、实验内容任务1~5
1.示波器的使用2.数字实验箱的检查
3.测试74LS00(2输入4与非门)的逻辑功能4.利用门电路控制输出5.组合电路逻辑功能分析
四、思考题:
(1、(2
五.实验仪器简介
(一)数字实验箱ET-3200B1.面板设置及使用
(1电源:
±12V、+5V→TTL。
(2数据开关SW1~SW4:
置上:
逻辑“1”(+5V),置下:
逻辑“0”(0V)。
(3单脉冲开关:
拨动一次,插座A输出一个正脉冲,插座A输出一个负脉冲。
拨一下,插座输出
正脉冲负脉冲
图1单脉冲开关
(4时钟
频率:
1HZ、1kHZ、100kHZ,由开关切换。
注意市电频率方波为50或60HZ,不要用。
(5电平指示器
输入逻辑“1”:
LED发光,
输入逻辑“0”:
LED不发光。
(6接插实验板
2.注意事项
①接地点多处,便于接线。
②电源、时钟、数据开关、单脉冲开关输出各自间或相互间不能有短路现象。
③连线拔除时应按住插座,以防插座被带出。
(二)示波器1.常用开关(1扫描方式
√自动扫描(AUTO——无输入也可显示扫描光迹。
一旦有输入信号时,电路自动转为触发扫描状态,调节触发电平得到稳定波形。
适于观察50Hz以上的信号。
常态(NORM)——无输入信号时,无光迹。
有输入信号时,调节触发电平使电路触发扫描。
适于观察50Hz以下的信号。
(2与波形稳定有关的控制开关
①触发源:
√CH1通道信号、√CH2通道信号、电源、外接信号4种
双踪显示时适于作触发源的条件是:
(1
周期长者;
(2时间导前者;
(3)波形边沿陡峭、幅值较大、波数少者。
沟槽
孔横向不通
图2接插板结构
Q
fCH1CH2――触发源
BS601选择内触发“INT”。
②触发信号耦合方式:
选“AC”。
③触发电平:
调节触发点以稳定波形。
(3垂直通道控制①衰减开关:
调节波形的Y向显示幅值,读数时微调旋纽顺时针至底。
②输入信号耦合方式:
显示时基线——GND;显示信号波形——DC。
③Y位移:
调节波形于Y方向的位置。
④显示方式:
按“CH1”——CH1通道波形;按“CH2”——CH2通道波形,其中:
“CH2反相”——CH2的信号被反相,抬起信号正常。
同按“CH1”与“CH2”——显示双踪波形,其中“交替(ALT)”——高频双踪;
“断续”(CHOP)”——低频双踪。
直接为双踪显示按键。
(4水平通道控制
①扫描时间:
调节波形的X向疏密程度,读数时微调旋纽顺时针至底。
②水平扩展:
波形在X向显示幅值×5。
③X位移:
调节波形于X方向的位置。
(5校正信号:
1kHz,0.5VP-P方波,用于标定时间、电压刻度值,或检查示波器的工作是否正常。
(6高频探头探头有1∶1√和10∶1两种衰减档可以调节。
2.注意事项
(1开机前将亮度旋纽逆时针至较小处,使用中亮度不要太亮,且避免长时间显示单一光点。
(2输入端子禁止接220V高压。
(3面板开关操作时,不要用力过猛。
3.数字万用表
(1严禁表笔插电流孔时去测非电流信号。
实验不测电流,表笔始终插电压/欧姆孔。
(2不用后关闭电源。
六、数字电路实验方法
图示展示了电路实验系统的构成及各部分间的关系。
图3电路实验系统的构成
2.2TTL与非门应用
一、实验目的
(1进一步掌握门电路逻辑功能的测试。
(2熟悉用与非门构成其它逻辑门电路的方法。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱、万用表。
(2实验器件:
74LS00若干
三、实验内容
任务1,2必做,任务3选做。
1.用与非门组成非门、与门、或门、或非门、异或门2.用与非门组成半加器3.用与非门组成全加器
四、思考题:
见教材。
用或非门实现非门、或门、与门、与非门。
要求写出表达式,画出逻辑原理图。
五、实验原理
1.门电路多余端的处理
对于TTL电路,多余输入端悬空可等效为高电平。
但因悬空端易受干扰影响,所以在实际应用时应进行处理。
BA1
B
A
2.与非门应用①→Y最简与或式②YY→→与非—与非③逻辑原理图
④实验图(原理图上标注型号、管脚编号(包括电源与地脚)实例1:
BAY∙→+=
实例:
异或门电路方案比较:
①Y=AB+ABBA∙=——需5个与非门,两片74LS00实现;
③Y=AAB+BAB=∙——需4个与非门,一片74LS00实现。
YU—2U:
74LS00(电源14脚,地7脚)
B
B
A0B
A
2.4组合电路的设计
一、实验目的
(1掌握组合电路逻辑功能的设计方法。
(2观察组合电路的竞争冒险现象,探讨解决方法。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱、万用表、示波器。
(2实验器件:
自定。
三、实验内容
任务1、3必做,任务4选做。
1.设计一个ABC三人表决电路。
表决原则:
少数服从多数,但A具有一票否决权,用与非门实现。
3.设计一把数字保密锁。
锁上有A、B、C三个按键,此外还有一个开锁总控制开关F。
当F=0时,按键不起作用;当F=1时,锁处于开启状态。
开启状态下只有同时按下B、C键时锁才可打开,按错则报警。
电路器件自定。
4.竞争冒险现象的观察与消除。
四、思考题
是否所有的竞争冒险现象都会影响电路的正常工作?
试举例说明。
五、实验原理
实例:
某电子锁有A、B、C三键控制,只有同时按下3键锁才开,否则发出报警信号,要求用与非门实现。
设计步骤:
(1确定输入、输出变量及变量赋值0锁不开0键开开锁信号Y1锁开输入:
三键状态A、B、C输出0不报警1键合报警信号1报警(2真值表(3最简函数式
ABCY=,∑+=61(mmZ→化简或合并“0”得ABCZ+=或逻辑
归纳得(CBAYZ++=
(4逻辑图与实验图
2.5编码器
一、实验目的
(1熟悉编码器的工作原理及逻辑功能。
(2掌握编码器的设计方法及应用。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱,万用表。
(2实验器件:
自定。
三、实验内容
1.4线-2线普通编码器
根据表1设计。
要求写出设计过程,画出实验图,实验验证。
表1
2.8线-3线优先编码器
根据表2设计。
要求同任务1。
表2
3.编码器应用
用任务2完成的8线-3线优先编码器设计一个病房优先呼叫器。
每一个病房有一个按键,当1#键按下时,1#灯亮,且其它按键不起作用;当1#键没按下时,2#键按下,2#灯亮,且不响应3#键;只有1#、2#键均没按下,3#键按下,3#灯亮。
要求画出实验电路图(允许添加门电路),实验验证。
四.思考题
(1假设某一编码器不具有优先级别,那末它对输入信号有何要求?
五、实验原理
对不同事件编制不同的二进制代码的器件称
编码器。
图1为线-2线普通编码器的逻辑符号。
注意:
普通编码器限定某时刻只允许一个输入申请有效,故表中输入的取值组合均不允许出现。
图2为8线-3线优先编码器的逻辑符号。
其
与普通编码器的区别在于多个输入申请可同时有
效,但电路只对优先级别高的申请有效。
如当7I=0时,此时无论其它输入端有无申请,电路只对7I编码,即2Y1Y0Y=000;而若使6I的申请有效,则必须满足比其优先级别高的输入端无编码申请。
利用SY与EXY信号可实现多个电路的级连,扩展输入端数。
工作状态及编码见表.2。
I0I1I2I3
4个待编码申请输入
(高电平申请有效)2位二进制编码输出
图14线-2线普通编码器逻
辑符号
S片选端,低电平有效(工作)
I0I1I2I3
Y2Y1
I4I5I6I7
Y0YSYEX
8个待编码申请输入(低电平申请有效)
级低级高3位二进制编码输出(反码)
图28线-3线优先编码器逻辑符号
SY=0无申请
EXY=0有申请
2.6译码器及数码显示
一、实验目的
(1熟悉译码器的种类及逻辑功能。
(2
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱,万用表。
(2实验器件:
74LS139一片,BS211一个,三极管3DG6两个,门电路、电阻若干。
三、实验内容
任务1、2、3(1~(3。
1.测试74LS139的逻辑功能
2.将74LS139扩展成3线-8线译码器
3.显示器译码电路设计:
代码为001时,显示“一”,代码为010时,显示“二”,代码为011时,显示“三”。
四、思考题:
(1、(3
(1集成电路的各控制端能否悬空?
为什么?
(3用于驱动共阳极数码管的译码驱动器,它的输出是高电平有效,还是低电平有效?
驱动共阴极的呢?
五、实验原理
1.74LS139逻辑符号的意义及逻辑功能功能表
输出逻辑表达式:
01200mAAA==„,iim=――称最小项译码器。
二进制代码输入图1逻辑符号
片选控制端低电平有效译码输出端低电平有效
2.译码器的扩展:
3线-8线译码器→4线-16线译码器
(14线-16线译码器逻辑符号
(2电路结构3.用译码器设计组合电路
(1实现原理
①组合电路函数由最小项构成:
∑=miY④译码器输出最小项:
iim=⑤译码器输出管脚组合→组合电路函数(2实例:
用3线-8线译码器实现3变量函数。
Y=ABC+ABC,令A2=A,A1=B,A0=C,则Y=m2+m5=52mm⋅=52YY⋅→实验图4.数码管及等效电路
(1共阳极数码管的结构及等效电路(2数码管的工作参数
每个笔段工作电流约10mA,工作压降约2.4V。
5.数码管驱动电路
VI=3.6V→T饱和,VCE≈0→Rc=(5-2.4/Ic=0.43KΩIB>Ic/β=0.06mA,RB<(3.7-0.7/IB=50KΩ6.数码显示器的设计
(1根据驱动电路,确定控制数码管逻辑电平;(2用3线-8线译码器设计显示器译码电路;(3确定驱动电路的各阻值。
0„78„15
3210图2(b)逻辑图
gfV+ab
图3(a)外形图
V+=
+Vcc
(b)等效电路
CV
图4驱动电路
+2.4V-
图2(a)框图
2.7数据选择器
一、实验目的
(1熟悉数据选择器的工作原理和逻辑功能。
(2了解数据选择器的应用。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱、万用表。
(2实验器件:
74LS153一片,门电路若干。
三、实验内容任务1~3。
1.测试并验证74LS153的逻辑功能2.将74LS153扩展成8选1数据选择器
3.用8选1数据选择器实现可控式运算电路:
当M=0时,输出Y=ABC;当M=1时,输出Y=A+B+C。
四、思考题
如何将任务2的8选1数据选择器设计为具有选通控制端功能的器件?
画出逻辑图。
五、实验原理
1.74LS153逻辑符号的意义及逻辑功能
功能表
等效:
双刀4位开关
4路数据输入口
2D3
2D2
2Y2D12D01D31D21Y1D11D0A1A0图174LS153逻辑符号
通道地
址代码
2.数据选择器的扩展:
8选1数据选择器→16选1数据选择器。
(116选1数据选择器逻辑符号设计(2扩展图
3.用数据选择器设计组合电路(1构成原理
如用4选1数据选择器,当=0时,输出Y的表达式为:
Y=[D0(1A0A)+D1(1AA0)+D2(A10A)+D3(A1A0)],若设:
A1、A0——2个输入变量
D0~D3——第三个输入变量的适当形式:
原、反变量,0,1Y为3变量组合逻辑函数
同理用8选1数据选择器可实现4变量组合逻辑函数。
(2实例
用4选1数据选择器实现Y函数步骤:
Z=AB+AB→0110⋅+⋅+⋅+⋅ABAB,令A1=A,A0=B,D0=D3=0,D1=D2=1则Y=Z
D0
Y
D15
A3A2A1A0
图216选1数据选择示意图
D0
D
D8D15
图3扩展图
AB
图4组合电路
2.8RS触发器与D触发器
一、实验目的
(1掌握RS触发器与D触发器的逻辑功能和测试方法。
(2熟悉RS触发器与D触发器的基本应用。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱,双踪示波器。
(2实验器件:
74LS00、74LS74各一片,电阻3kΩ两个,微动开关一只。
三、实验内容
任务1、2、4、5。
1.测试基本RS触发器的逻辑功能2.单脉冲发生器
4.测试74LS74(双D触发器)的逻辑功能5.用74LS74设计二分频与四分频电路
四、思考题:
(1、(2
(1用与非门构成的基本RS触发器的约束条件是什么?
如果改用或非门构成基本RS触发器,其约束条件又是什么?
(2机械开关能否用来做单脉冲开关?
为什么?
五、实验原理
特性表
1.基本RS触发器电路结构及逻辑功能
2.用消除机械开关抖动电路(单脉冲开关)
DS
DR
图1基本RS触发器
置0端
置1端低电平有效
输出端,
触发器输出
3.边沿
D触发器逻辑符号的意义及逻辑功能
功能表
4.分频电路
2分频:
D触发器→T’触发器∵D触发器特性方程:
Qn+1=D
T’触发器特性方程:
5.强调
(1器件的控制输入端应严格按照其逻辑要求接入电平,决不允许悬空处理。
(2CP单脉冲必需由无抖动的单脉冲开关提供。
图2(a)消抖动电路
DR
DS
Q重复置1重复置0
与保持与保持
图2(b)波形图
D
图3逻辑符号
同步输入端时钟控制端
异步复位端
1端低电平有效Q
CP
图4(a分频器
Q(1/2f
图.4(b波形图
Qn+1∴——驱动方程
2.9JK触发器
一、实验目的
(1掌握JK触发器的逻辑功能和测试方法。
(2了解触发器逻辑功能的转换。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱,双踪示波器。
(2实验器件:
74LS00、74LS112(或74LS73)各一片、按钮、电阻若干。
三、实验内容任务1~3
1.测试74LS112(或74LS73)触发器的逻辑功能2.触发器逻辑功能的转换3.计数电路分析4.简易2人抢答器:
(1)每位参赛者控制一个抢答按钮,按动按钮发出抢答信号;
(2)竞赛开始后,先按动按钮者抢答成功,对应发光二极管指示,并使对方的
按钮不作用;
(3)竞赛主持人另有一个复位按钮,用于将电路复位。
要求设计并画出实验图,实验验证。
四、思考题
如何将D触发器转换为JK触发器和T、T′触发器?
请画出逻辑原理图。
五、实验原理
1.JK触发器逻辑符号的意义及逻辑功能功能表
2.触发器逻辑功能的转换
已有触发器的特性方程=待求触发器的特性方程→转换方程→实验图实例:
D触发器→JK触发器D触发器特性方程(Qn+1=D
图1逻辑符号
J
KCP
图2触发器逻辑功能转换电路
=JK触发器特性方程(Qn+1=JQ+KQn∴D=n
2.11移位寄存型计数器
一、实验目的
(1掌握移位寄存型计数器的组成、工作特点。
(2分析并解决时序电路的自启动问题。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱、示波器。
(2实验器件:
自定。
三、实验内容
任务1(1~(3,任务2(1~(3。
1.由D触发器构成4位环形计数器(用预置初态法实现自启动)2.由D触发器构成4位扭环形计数器(用自启动设计法实现自启动)四、思考题
时序电路自启动的作用是什么?
是否可以用人工预置的方法代替自启动功能?
五、实验原理
1.由D触发器构成3位环形计数器
(1原理图
状态转换表
(2状态转换表根据D触发器特性方程:
Q1n+1=D1=Q3nQ2n+1=D2=Q1nQ3n+1=D3=Q2n
CP
图1由D触发器构成的3位环形计数器原理
3进制计数器
进制数=触发器个数
(3状态转换图
2.自启动设计Q1n+1Q2n+1Q3n+1
(1电路次态Q1n+1Q2n+1Q3n+1的卡诺图
Q2n+1的卡诺图
Q3n+1的卡诺图
(2无效状态进入有效循环状态的入口设计
为使电路最简,仍设:
Q2n+1=D2=Q1n→画圈,确定取1的任意项。
Q3n+1=D3=Q2n→画圈,确定取1的任意项。
状态转换图011→101110
图2(b无效循环
000111
图2(c死循环
100→010001
图2(a有效循环
按自启动确定Q1n+1函数。
3.由D触发器构成3位扭环形计数器
(1逻辑图
(2状态转换图
进制数=2×触发器个数=6
(3用预置初态法实现自启动
CP
图3由D触发器构成的3位扭环形计数器原理图
状态转换图000→100→110→111
001←011
图4(a有效循环
010→101
图4(b无效循环
Q1n+1=Q1nQ2n=Q1+Q2=D1
35v
2.10集成计数器及应用
一、实验目的
(1掌握MSI计数器的逻辑功能及应用。
(2熟悉用MSI计数器获得任意进制计数器的方法。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱。
(2实验器件:
74LS161(或74LS160两片,门电路、译码器、发光二极管、电阻若干。
三、实验内容任务1~4
1.测试74LS161(或74LS160的逻辑功能2.测试计数器的进制数
3.设计一个20制计数器,两片之间为10进制关系4.设计一个彩灯循环闪烁控制电路
四、思考题:
(1、(2
(1从功能、动作特点上说明控制端D
、D
有何差别?
(2画出用2片同步十进制计数器74LS160实现60进制计数的逻辑图,2片之间要求为十进制关系。
五、实验原理
1.74LS161(或74LS160逻辑符号的意义及逻辑功能
功能表
01
23数据输入端
图1逻辑符号
计数值输出进位输出
QQQQCET同步置数端EP
21
提示:
单步测试时,CP单脉冲由单脉冲开关提供。
数据开关具有抖动性。
2.用MSI计数器获得任意进制计数器实例1:
74LS160→5进制计数器(1状态转换图(2构成
实例2:
2×74LS161→30进制计数器,两片间为10进制关系:
(1构成原理
(2构成
S0→S1→„S4
S5图2状态转换图
图3(a5进制计数器(置数法
图3(b快速自启动置数法
图3(c复位法
进位连接
30=10×3
计满值为9
计满值为2
2片计满值=9×1+2×10=29,逢30回零,∴30进制
22
3.彩灯循环闪烁控制电路的设计2位二进制计数器的4个二进制输出代码作为2线——4线译码器的输入地址码,通过译码器的译码对应选中译码器的对应4路输出的某路,使之为低电平,对应灯亮。
1H图5彩灯循环闪烁控制电路
图4(a30进制计数器(串行进位)
图4(b并行进位
图4(c整体置0数
23
2.12时序电路的设计
一、实验目的
(1掌握时序电路的设计方法。
(2提高分析、动手解决实际逻辑问题的能力。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱。
(2实验器件:
自定。
三、实验内容任务1、2。
1.设计并安装一个广告灯控制电路。
该电路的三个灯在CP脉冲作用下亮、暗的时序按000→010→101→111→000循环。
2.设计并安装一位计数译码显示器。
要求任选一种MSI计数器构成一位8421BCD码10进制计数器,计数值通过MSI译码/驱动器,在共阳极数码管上显示。
四、实验原理
1.设计一个6进制加法计数器的步骤:
(16状态的编码及状态转换图设计
S0——000S1——001S2——010
:
:
S5——101
图1(a状态编码
000→001→010→011
↖↙
101←100
图1(b状态转换图
24
(2次态Q3n+1Q2n+1Q1n+1卡诺图与最简状态方程
(4自启动检查
110→111→100进入有效循环
3.一位计数译码显示器原理框图
图2一位译码显示器框图
Q3n+1=Q3n1n+Q2nQ1nQ2n+1=3nQ2nQ1n+Q2n1nQ1n+1=1n
(3触发器的驱动方程若选D触发器,则
Q3n+1=Q3n1n+Q2nQ1n=D3Q2n+1=3n2nQ1n+Q2n1n=D2Q1n+1=Q1n=D1
25
2.14555定时器及其应用
一、实验目的
(1掌握555定时器的逻辑功能。
(2熟悉555定时器的应用。
二、实验仪器与器件
(1实验仪器:
数字实验箱。
(2实验器件:
自定。
三、实验内容任务1~4
1.闪光灯电路2.报警电路的设计3.“嘀-嘀”声响器的设计
4.“嘀嘟”声响器的设计5..烟雾监测报警器
其功能是:
当空气中的烟雾浓度超过设定值时,报警器灯光闪烁,并发出报警声。
图2为气体取样电路。
虚框内元件为半
导体烟雾传感器,5V为元件灯丝的加热电
压,Rx为元件体电阻。
当空气中的烟雾浓度升高时,烟雾传感器的体电阻下降,取样电路的输出电压增大。
实验时取样电路的输出
电压可用电位器提供