数字电路基础实验.docx

1、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A B C DF1 1 1 10 1 1 11 0 1 11 1 0 11 1 1 0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1TTL与非门逻辑功能测试按表1-1的要求测74LS20逻

2、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）。2TTL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

3、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1-1 ICCL，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）00.40.81.11.21.31.351.41.52.02.42.73.0V0（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：N

4、O=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

5、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)+2tpd3tpd3=1/2f(tpd1+tpd2) 或者 tpd3=T/2(tpd1+tpd2)4CMOS或非门电路的测试（注意CMOS器件使用规则）图1-5 CMOS门传输特性测试电路图（1）传输特性测量 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。

6、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。 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A BF0 00 11 01 1五、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

7、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1OC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

8、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2-1 OC门“线与”功能测试电路 四、预习要求（1）阅读O

9、C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

10、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3-1DCBAF000000001000101001110100001010011000111110000100101010110110110011101111101111115. 按表3-1设计一个组合逻辑电路。 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。 搭试电路，进行静态

11、测试，验证逻辑功能，记录测试结果。 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。 在A端输入f =100kHz1MHz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。 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

12、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

13、。当A0A1A2=000111时，测试相应的Q0Q7的输出。 图4-1 74LS48功能测试连线图 图4-2 74LS42 用作数据分配器 A3端输入秒脉冲（周期T1秒）信号，列表整理测试结果。 A3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，IC1、IC6的DCBA输入均为0，IC2、IC3、IC4、IC5的DCBA输入不为全0； =1， =1，IC1，IC2、IC5、IC6的DCBA输入均为0，

14、IC3、IC4的DCBA输入不为全0； =1， =1，IC1IC6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

15、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=AC+A+BC+AB （5-2） F3=BC+AC+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5-2G1G0F00110101AABABA+B表5-1A2 A1 A0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Y0 0 001 0 1 0 1 0 1 00 0 101 0 1 0 1 0 1 00

16、 1 001 0 1 0 1 0 1 00 1 101 0 1 0 1 0 1 01 0 001 0 1 0 1 0 1 01 0 101 0 1 0 1 0 1 01 1 001 0 1 0 1 0 1 01 1 101 0 1 0 1 0 1 0X X X1X X X X X X X X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D0D7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

17、”，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

18、功能，将结果填入表6-1中。2. 表6-2 JK触发器功能测试表JKCPQn=0Qn=1Qn+1Qn+1100101110111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000110113. 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

19、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

20、中。表7-1 74LS194功能测试表CPS1S0D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3CPS1S0D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3送数0101左移SL=Q000101010X右移SR=Q30010XXXXXX保持0110XX2. 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。 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。 并行输入、串行输出：设并行输

21、入1001。采用左移方式，实现串行输出。 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8-1 74LS390逻辑功能测试表CPQDQCQBQA0123456789本实验

22、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

23、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12Hz）。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

24、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。 实验电路如图9-2所示。 用示波器显示并画出A，B，D，E各点和输出V0的波形。 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

25、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.

26、 图10-1 555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(R1R2)C脉冲间隙Td=0.7R2C脉冲周期T=0.7(R12R2)C555电路要求R1和R2均应大于或等于1k ，但R1R2应小于或等于3.3M 。表10-1R1(k)R2(k)C(F)Tp(s)Td(s)T(s)理 论 值实 测 值理 论 值实 测 值理 论 值实 测 值4.74.70.01104.70.0222. 图10-2构成间隙声响发生器，调节元件W使振荡器频率为

27、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 (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，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