数字电子技术实验指导书.docx

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数字电子技术实验指导书

《数字电子技术》

实验指导书

安阳工学院

电子信息与电气工程学院

实验要求

一、实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。

二、用仪器和实验箱前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在操作时应严格遵守。

三、实验时接线要认真，相互仔细检查，确定无误才能接通电源。

四、实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象，例如元件冒烟、发烫或有异味等，应立即关断电源，保持现场，报告指导老师。

找出原因、排除故障，经指导老师同意后再继续做实验。

五、实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线，使用自锁紧插头时，严禁用力拉线，拆线时，应手捏线端并旋转轻微向上用力拔起，以防线被拉断。

六、实验过程中要仔细观察实验现象，记录实验结果（数据、波形、现象）。

所记录的实验结果经指导老师审阅签字后再拆除实验线路。

七、实验结束后，必须关断电源、拔出电源插头，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理。

八、实验后每个学生必须按要求独立完成实验报告。

数字电路实验箱使用说明

本实验箱可以完成数字电路课程实验，由实验板和保护箱组成。

该实验箱的实验板采用独特的两用板工艺，正面贴膜，印有原理图及符号，反面为印制导线并焊有相应元器件，需要测量及观察的部分装有自锁紧式接插件，使用直观、可靠。

一、技术性能及配置

1、电源

输入:

AC220V士10％。

输出:

DC5V/1A、DC1、25V～15V/0、2A（两路）有过载保护及自动恢复功能。

2、信号源

单脉冲:

为消抖动脉冲，可同时输出正负两个脉冲，前后沿≤20ns，脉冲宽度≤0、2μs，脉冲幅值为TTL电平。

连续脉冲：

两组，一组为4路固定频率的方波。

其频率分别为200KHZ、100KHz、50KHz、25KHz。

另一组为:

1Hz～5KHz连续可调方波，分二档由开关切换，两路输出均为TTL电平。

3、八组逻辑电平开关:

可输出“O”、“1”电平。

置于H时输出为+5V，置于L时输出为0。

4、八位电平显示:

由红色LED及驱动电路组成。

当政逻辑“1”电平送入时LED亮，反之不亮。

5、数码显示:

由二位7段LED数码管及二一十进制译码器组成。

6、元件库:

由开关、电位器、扬声器、二极管、阻容元件构成,其参数均在面扳上标明。

7、圆孔型双列直插式集成电路插座:

14脚10只，16只脚3只，20脚1只。

二、电路原理

本实验箱有电源、信号源、电平指示、电平开关、数码管等部分组成。

相应电路及器件在面板背面的印制电路板上。

三、使用方法

1、将标有220V的电源插入市电插座，接通开关，面板指示灯亮，表示实验箱电源正常工作。

2、连接线：

实验箱面板上的插孔应使用专用的连接线，该连接线插头可叠插使用，顺时针向下旋转即锁紧，逆时针向下旋转即可松开。

拔出时不要直接拉导线。

3、面板上IC插座均未接电源，实验时应按插入IC的引脚接好相应的电源线才能正常工作。

4、IC插入插座前应调整好双列引线间距，仔细对准插座后均匀压入，拔出时需用螺丝刀从旁边轻轻翘起。

5、实验时应先阅读实验指导书，在断开电源开关的状态下按实验线路接好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值在接到实验电路中），检查无误后接通电源。

6、实验时要更改接线或元器件，应先关断电源开关，插错或多余的线要拔去，不能一端插在电路上，另一端悬空，防止碰到电路其他部分。

为保证实验顺利进行，要注意所有集成电路的使用规则，特别是对输入空端和多余电路单元要按规定接相应电平。

目录

实验一门电路逻辑功能测试……………………………………………………1

实验二组合逻辑电路设计………………………………………………………5

实验三译码器和数据选择器……………………………………………………8

实验四集成触发器的应用……………………………………………………11

实验五时序逻辑电路设计与分析……………………………………………14

实验六555集成定时器的应用………………………………………………16

实验七集成计数器的应用……………………………………………………18

实验八D/A和A/D转换电路……………………………………………………20

实验九四路优先抢答器设计…………………………………………………23

实验十交通控制器设计（PFGA）………………………………………………24

附录……………………………………………………………………………25

实验一门电路逻辑功能及测试

一、实验目的

1．掌握集成门电路的逻辑功能和主要参数的测试方法。

2．熟悉数字电路实验箱及示波器使用方法。

3．学会如何使用集成门电路。

二、实验仪器及材料

1．双踪示波器

2．器件74LS00二输入端四与非门2片

74LS20四输入端双与非门1片

74HC86二输入端四异或门1片

74LS04六反相器1片

三、预习要求

1.复习门电路的工作原理及相应逻辑表达式。

2．熟悉所用集成电路的引线位置及各引线用途。

3.了解双踪示波器使用方法。

四、实验内容

实验前按学习机使用说明先检查学习机电源是否正常。

然后选择实验用的集成电路，按自己设计的实验接线图接好连线，特别注意Vcc及地线不能接错。

线接好后经实验指导教师检查无误方可通电实验。

实验中改动接线须先断开电源，接好线后再通电实验。

1.测试门电路逻辑功能

（1）选用双四输入与非门74LS20一只，插入面包板，按图1.1接线：

输入端（第1、2、4、5管脚）接电平开关，输出端（第6管脚）接电平显示发光二极管（注意：

74LS20第7管脚接地，第14管脚接电源）。

（2）将电平开关按表1.l置位，分别测输出电压及逻辑状态。

表1.1

输入

输出

1

2

4

5

6

电压（V）

H

H

H

H

L

H

H

H

L

L

H

H

L

L

L

H

L

L

L

L

图1.174LS20功能测试图

2.异或门逻辑功能测试

（1）选二输入四异或门电路74HC86,按图1.2接线，输入端1、2、4、5接电平开关，输出端A、B、Y接电平显示发光二级管。

图1.274HC86连接图

（2）将电平开关按表1.2置位，将结果填入表中。

表1.2

输入

输出

1

2

4

5

A

B

Y

Y电压（V）

L

L

L

L

H

L

L

L

H

H

L

L

H

H

H

L

H

H

H

H

L

H

L

H

3．逻辑电路的逻辑关系

（1）用74LS00，按图1.3接线，将输入输出逻辑关系分别填入表1.3中。

（2）写出电路逻辑表达式。

图1.374LS00连接图

表1.3

输入

输出

A

B

Y

0

0

0

1

1

0

1

1

4．用与非门组成其它门电路

（1）用一片二输入端四与非门74LS00组成或非门

。

（2）画出电路图，测试其功能并填表1.4。

表1.4

输入

输出

A

B

Y

0

0

0

1

1

0

1

1

5．平均传输延迟时间tpd的测试（选做）

用六反相器74LS04按图1.4接线，观察电路输出波形，并测量反相器的平均传输延迟时间。

设各个门电路的平均传输延迟时间为tpd，用奇数个非门环形连在一起，电路会产生一定频率的自激振荡。

如果用示波器测出输出波形的周期T，就可以间接地计算出门电路的平均传输延迟时间：

tpd=T/（2n），式中n是连接成环形的门的个数。

图1.4奇数个非门连成振荡器

五、实验报告

1．按各步聚要求记录实验测得的数据、写表达式、画电路图。

2．回答问题：

（1）怎样判断门电路逻辑功能是否正常?

（2）与非门一个输入接连续脉冲，其余端什么状态时允许脉冲通过？

什么状态时禁止脉冲通过？

（3）异或门又称可控反相门，为什么？

实验二组合逻辑电路设计

一、实验目的

1．掌握组合逻辑电路的功能测试方法。

2．验证半加器和全加器的逻辑功能。

3．掌握组合逻辑电路的设计方法。

4．加深理解典型组合逻辑电路的工作原理。

二、实验仪器及材料

器件74LS00二输入端四与非门3片

74HC86二输入端四异或门1片

74LS54四组输入与或非门1片

三、预习要求

1．预习组合逻辑电路的分析方法和设计方法。

2．预习用与非门和异或门构成的半加器、全加器的工作原理。

3．预习二进制数的运算。

四、实验内容

1．组合逻辑功能测试

（1）用两片74LS00组成图2.1所示的逻辑电路。

（2）A、B、C接开关电平，Y1、Y2接发光二极管电平显示。

（3）按表2.1要求，改变A、B、C的状态并填表，写出Y1、Y2表达式。

图2.174LS00组成的组合逻辑电路

表2.1

输入

输出

0

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

2.半加器设计及功能测试

（1）用与非门74LS00和异或门74HC86设计一个半加器。

（2）组装所设计的半加器电路，并验证其功能是否正确，填表2.2。

（3）写出输出与输入之间的逻辑表达式。

表2.2

输入端

A

0

1

0

1

B

0

0

1

1

输出端

S（和）

CO（进位）

3.全加器设计及功能测试

（1）用与非门74LS00和与或非门74LS54设计一个全加器。

（2）组装所设计的全加器电路，并验证其功能是否正确，填表2.3。

（3）写出输出与输入之间的逻辑表达式。

表2.3

Ai

Bi

Ci-i

Ci（进位）

Si（和）

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

五、实验报告

1.写出实验电路的设计过程，并按要求画出设计电路图。

2．记录所设计电路的实验结果，并与设计要求进行比较。

实验三译码器和数据选择器

一、实验目的

1.加深理解译码器和数据选择器的逻辑功能。

2.掌握译码器和数据选择器的使用方法。

二、实验仪器及材料

1.双踪示波器

2.器件74LS1392—4线译码器1片

74LS153双4选1数据选择器1片

74LS00二输入端四与非门1片

三、预习要求

1．熟悉74LS139和74LS153的功能及引脚排列。

2．根据实验相关内容，画出逻辑电路图。

3．用Multisim软件对所设计的电路进行仿真，验证其功能。

四、实验内容

1.译码器功能测试

将74LS139译码器按图3.1接线，按表3.1所示输入电平的状态分别置位相应的电平开关，填输出状态表。

图3.174LS139接线图

表3.1

输入

输出

使能

选择

G

B

A

Y0

Y1

Y2

Y3

H

X

X

L

L

L

L

L

H

L

H

L

L

H

H

2.译码器转换

将双2—4线译码器74LS139转换为3—8线译码器。

（1）画出转换电路图。

（2）组装所设计电路，并验证设计是否正确。

（3）设计并填写该3—8线译码器功能表。

3.数据选择器的测试及应用

（1）将双4选1数据选择器74LS153参照图3.2接线，测试其功能并填写功能表3.2。

（2）将实验箱脉冲信号源中固定连续脉冲4个不同频率的信号接到数据选择

器4个输入端，输出端1Y接示波器，将选端择置位，利用示波器观察输出波形，填表3.3。

（3）分析上述实验结果并总结数据选择器作用。

图3.274LS153接线图

表3.2

控制端

数据输入端

输出控制

输出

BA

C0C1C2C3

G

Y

XX

XXXX

H

LL

LXXX

L

LL

HXXX

L

LH

XLXX

L

LH

XHXX

L

HL

XXLX

L

HL

XXHX

L

HH

XXXL

L

HH

XXXH

L

表3.3

数据输入端

选择端

输出控制

输出

C0C1C2C3

BA

G

Y

C0=25kHz

C1=50kHz

C2=100kHz

C3=200kHz

LL

L

LH

L

HL

L

HH

L

4.数据选择器转换

设计一个电路，将74LS153转换成8选1数据选择器。

（1）画出转换电路图。

（2）组装所设计电路，并验证设计是否正确。

（3）设计并填写该8选1数据选择器的功能表。

五、实验报告

1.画出实验要求的转换电路图。

2.设计并填写实验所要求的功能表。

3.总结译码器和数据选择的使用体会。

实验四集成触发器的应用

一、实验目的

1．加深理解触发器的逻辑功能，掌握触发器的功能转换。

2．加深理解触发器的电平触发方式和边沿触发方式的特点。

3．学习集成触发器的应用。

二、实验仪器及材料

1．双踪示波器

2．器件74LS00二输入端四与非门1片

74LS74双D触发器1片

74LS112双JK触发器1片

三、预习要求

1．熟悉74LS74和74LS112的功能及引脚排列。

2．根据实验相关内容，画出逻辑电路图。

3．用Multisim软件对所设计的电路进行仿真，验证其功能。

四、实验内容

1．测试双D触发器74LS74的逻辑功能

双D触发器74LS74的逻辑符号如图4.1所示。

图4.174LS74逻辑符号

试按下面步骤做实验：

（1）分别在CLR′、PR′端加低电平，观察并记录Q、Q′端的状态。

（2）令CLR′、PR′端为高电平，D端分别接高，低电平，用点动脉冲作为CLK，

观察并记录当CLK为O、↑、1、↓时Q端状态的变化。

整理上述实验数据，将结果填入下表4.1中。

表4.1

CLR′

PR′

CLK

D

Q

Q*

0

1

×

×

0

1

1

0

×

×

0

1

1

1

0

×

0

1

1

1

1

×

0

1

1

1

×

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

0

1

2.测试双JK触发器74LS112的逻辑功能

双JK负边沿触发器74LS112芯片的逻辑符号如图4.2所示。

（1）分别在CLR′、PR′端加低电平，观察并记录Q、Q′端的状态。

（2）令CLR′、PR′端为高电平，J、K端分别接高，低电平，用点动脉冲作为

CLK，观察并记录当CLK为O、↑、1、↓时Q端状态的变化。

整理上述实验数据，并将结果填入4.2中。

图4.274LS112逻辑符号

表4.2

CLR′

PR′

CLK

J

K

Q

Q＊

0

1

×

×

×

×

1

0

×

×

×

×

1

1

1

×

×

0

1

1

1

×

×

1

1

1

0

×

×

0

1

1

0

×

×

1

1

1

×

×

0

1

1

×

×

1

1

1

0

×

0

1

1

1

×

0

1

1

×

0

1

1

1

×

1

1

3．触发器功能转换

（1）将D触发器转换成JK触发器，列出表达式，画出实验电路图。

（2）自拟实验数据表并填写之，比较两者关系。

4．触发器应用（选做）

用双D触发器74LS74设计一个单次脉冲发生器。

该电路的功能要求是：

在高频系列脉冲和手动脉冲的共同作用下，只要手动脉冲作用一次，不管手动脉冲的周期多长，电路只输出一个高频系列脉冲周期宽度的脉冲信号。

画出电路连接图，并测试其逻辑功能。

五、实验报告

1．整理实验数据并填表。

2．写出实验电路的设计过程，并画电路图。

3．整理实验数据，并对结果进行分析。

4．总结各类触发器特点。

实验五时序逻辑电路设计与分析

一、实验目的

1．加深理解时序逻辑电路的工作原理。

2．掌握时序逻辑电路的设计方法。

3．学习时序逻辑电路的功能测试方法。

二、实验仪器及材料

1．双踪示波器

2．器件74LS00二输入端四与非门1片

74LS175四D触发器1片

74LS112双J-K触发器2片

74LS11三输入端三与门1片

三、预习要求

1．熟悉所用集成电路的逻辑功能及引脚排列。

2．根据实验相关内容，画出逻辑电路图。

3．用Multisim软件对所设计的电路进行仿真，验证其功能。

四、实验内容

1．同步二进制加法计数器设计

（1）用2片双J-K触发器74LS112设计一个4位同步二进制加法计数器。

（2）验证所设计的同步二进制加法计数器功能，记录实验结果。

2.同步十进制加法计数器设计

（1）用2片双J-K触发器74LS112和1片三输入与门74LS11设计一个8421BCD码的同步十进制加法计数器。

（2）验证所设计的同步十进制加法计数器功能，记录实验结果。

3.环形计数器设计

（1）利用1片四D触发器74LS175设计一个环形计数器。

（2）将触发器的初始状态设置为1000，用单脉冲计数，观察各触发器的状态。

（3）采用连续脉冲计数，并将其中一个状态为“0”的触发器置为“1”（模

拟干扰信号作用的结果）。

观察计数器能否正常工作。

分析原因。

五、实验原理与说明

1.时序逻辑电路的设计方法

（1）分析题意，确定输入、输出变量，画出状态转换图。

（2）进行状态化简，选定所需的状态数和触发器个数。

（3）状态分配，将所需状态用各触发器的输出组合来表示。

（4）列出初态到次态的状态转换以及实现转换对个触发器输入端的要求。

（5）求出个触发器的驱动方程和输出方程。

（6）画电路图。

（7）检查电路能否自启动。

2.时序逻辑电路的功能测试

时序逻辑电路的功能测试可以通过数码管、LED来静态测试，也可以通过示波器来进行动态测试。

以十进制加法计数器为例，其实验过程如下：

（1）连接好电路，输出连数码管，用手控脉冲作为计数脉冲输入进行调试。

（2）触发器的输出连数码管模块的DCBA输入，计数脉冲采用1Hz的方波，观察数码管的显示结果。

（3）计数脉冲采用1KHz的脉冲信号，用示波器观察CLK端机4个触发器输出端的波形。

（4）检查电路能否自启动。

在CLK脉冲未加入前，先将输出置成循环状态以外的无效态，然后再加入计数脉冲，观察电路能否进入有效循环状态。

六、实验报告

1．写出实验电路的设计过程，列出逻辑函数式，画出设计电路图。

2．记录所设计电路的实验结果，并与设计要求进行比较。

3．问题讨论：

在用示波器观察时序逻辑电路的输出波形时，如何观察CLK及各个输出地时序关系？

实验六555集成定时器的应用

一、实验目的

1．熟悉555集成定时器的组成及工作原理。

2．掌握555集成定时器的典型应用。

3．掌握555集成定时器应用电路的测量和调试方法。

二、实验仪器及材料

1．双踪示波器

2．器件LM555CN集成定时器1片

电阻

电容

三、预习要求

1．复习集成定时器的内容，掌握集成定时器的工作原理及引脚排列。

2．根据实验相关内容，画出逻辑电路图。

3．用Multisim软件对所设计的电路进行仿真，验证其功能。

四、实验内容

1．用555集成定时器构成SR锁存器

（1）用LM555CN集成定时器设计一个SR锁存器。

（2）测试所设计的SR锁存器的功能，记录实验结果。

2.用555集成定时器构成单稳态触发器

（1）用LM555CN集成定时器设计一个单稳态触发器，要求脉冲宽度为10ms。

（2）测试所设计的单稳态触发器功能，用示波器观察输入信号和输出信号的电压波形，记录波形，并在波形中标出周期、幅度和脉宽。

3.用555集成定时器构成施密特触发器

（1）用LM555CN集成定时器设计一个施密特触发器。

（2）测试所设计的施密特触发器的功能，用示波器观察输入信号和输出信号的电压波形，记录波形，求出施密特触发器的正向和反向阈值电压，并计算回差电压。

4.用555集成定时器构成多谐振荡器

（1）用LM555CN集成定时器设计一个占空比可调的多谐振荡器。

（2）用示波器观察高触发端（TH）和输出端的电压波形，记录波形，并在波形中标出周期、幅度和脉宽。

五、实验报告

1．写出实验电路的设计过程，简述各电路的工作原理。

2．记录所设计电路的实验结果，并与设计要求进行比较。

3．将脉宽、周期等指标的实测值和理论值进行比较，分析产生误差的原因。

实验七集成计数器的应用

一、实验目的

1．加深理解中规模集成计数器的工作原理。

2．掌握集成计数器的反馈清零、反馈置数和级联等功能扩展方法。

3．掌握任意进制计数器的构成方法。

二、实验仪器及材料

1．双踪示波器

2．器件74LS192同步十进制可逆计数器2片

74LS00二输入端四与非门1片

三、预习要求

1．复习集成定时器的内容，掌握集成定时器的工作原理及引脚排列。

2．根据实验相关内容，画出逻辑电路图。

3．用Multisim软件对所设计的电路进行仿真，验证其功能。

四、实验内容

1.测试74LS192的逻辑功能

2．利用反馈清零法构成计数器

（1）利用反馈清零法将74LS192设计成一个七进制计数器。

（2）连接所设计的电路，测试其功能。

3.利用反馈置数法构成计数器

（1）利用反馈置数法将74LS192设计成一个九进制计数器。

（2）连接所设计的电路，测试其功能。

4.利用级联法构成计数器

（1）利用级联方法将2片74LS192设计成60进制的计数器。

（2）用两位LED数码管显示计数结果。

（3）用红色发光二极管指示进位信号。

五、实验报告

1．写出测试74LS192逻辑功能的方法。

2.写出实验电路的设计过程，画出设计电路图。