数电实验教案.docx

1、数电实验教案实验一 门电路一、实验目的 熟悉门电路的逻辑功能。二、实验原理TTL集成与非门是数字电路中广泛使用的一种基本逻辑门。使用时，必须对它的逻辑功能、主要参数和特性曲线进行测试，以确定其性能的好坏。与非门逻辑功能测试的基本方法是按真值表逐项进行。但有时按真值表测试显得有些多余。根椐与非门的逻辑功能可知,当输入端全为高电平时，输出是低电平；当有一个或几个输入端为低电平时，输出为高电平。可以化简逻辑函数或进行逻辑变换。三、实验内容及步骤图1 首先检查5V电源是否正常，随后选择好实验用集成块，查清集成块的引脚及功能然后根据自己的实验图接线， 特别注意Vcc及地的接线不能接错(不能接反且不能短接

2、)，待仔细检查后方可通电进行实验，以后所有实验均依此办理。(一)、测与非门的逻辑功能1、选择双4输入正与非门74LS20，按图1接线； 2、输入端、输出端接LG电平开关、LG电平显示元件盒上；集成块及逻辑电平开关、逻辑电平显示元件盒接上同一路5V电源。3、拨动电平开关，按表1中情况分别测出输出电平.表1输入端输出端1 电位(V)逻辑状态1lllO111OO1l0001O0OO(二)、测试与或非门的逻辑功能l、选两路四输入与或非门电路1个74LS55，按图2接线： 、输入端接电平的输出插口，拨动开关当输入端为下表情况时分别测试输出端(8)的电位，将结果填入表2中：表2输入端 输出端 1 3 10

3、111213 8电位 (V)逻辑状态l111000Ol1110001000O1ll11OO01l110OOlO0Ol0OOOOOO0(三)、测逻辑电路的逻辑关系 用74LS00电路组成下列逻辑电路，按图3、图4接线，写出下列图的逻辑表达表并化简，将各种输入电压情况下的输出电压分别填入表3、表4中，验证化简的表达式。Z 表3输 入 输 出ABZ0OO1lO11 表4输 入输 出ABZ0OO1lO11(四)、观察与非门对脉冲的控制作用 选一块与非门74LS20按下面两组图5(a)、(b)接线，将一个输入端接连续脉冲用示波器观察两种电路的输出波形。 在做以上各个实验时,请特别注意集成块的插入位置与接

4、线是否正确，每次必须在接线后经复核确定无误后方可通电实验，并要养成习惯。四、实验仪器与器材 1、JD-2000通用电学实验台一台 2、CA8120A示波器一台 3、DT930FD数字多用表一块4、主要器材 74LS00 2片， 74LS55 1片，74LS20 1片， 逻辑开关盒1个五、实验报告要求 整理实验数据,并对数据及波形进行一一分析，比较实验结果，分析“与非门”的逻辑功能并作讨论!六：注意事项： l、接拆线都要在断开电源(5V)的情况下进行。2、TTL电路电源电压Vcc = +5V；检查电源是否为5V(不要超过+5V)。 七、实验思考题l、与非门什么情况下输出高电平?什么情况下输出低电

5、平?与非门不用的输入端应如何处理? 2、与或非门在什么情况下输出高电平?什么情况下输出低电平?与或非门中不用的与门输入端应如何处理?不用的与门应如何处理?3、如果与非门的一个输入端接连续时钟脉冲，那么：(1)其余输入端是什么状态时，允许脉冲通过?脉冲通过时，输出端波形与输入端波形有何差别?(2)其余输入端是什么状态时，不允许脉冲通过?这种情况下与非门输出是什么状态? 实验二、组合逻辑电路的设计与调试（一）一、实验目的1、熟悉EWB软件的仿真实验方法，加深理解组合逻辑电路的分析与设计方法。2、测试所设计电路的逻辑功能。二、预习要求 1、复习组合电路的设计方法。按设计步骤，设计实验内容的逻辑电路图

6、。 2、认真阅读附录A，熟悉Electronics Workbench（简称EWB）软件的使用方法。三、设计要求与技术指标 1、设计一个三人表决电路，A，B，C三人对某一提案进行表决，如多数赞成，则提案被通过，表决机以指示灯亮来表示；反之指示灯不亮。根据所设计的电路进行仿真实验，检查是否符合设计要求。2、设计一个能判断一位二进制数A与B大小的比较电路。画出逻辑图(用Ll、L2、L3分别表示三种状态，即Ll(AB)，L2(AB)L2(A=24 N取2状态编码S000S101S210S311故编码为：表1 状态编码表3、画出状态卡诺图，并写出状态方程和输出方程： 表2 状态卡诺图 Q1nQ2n01

7、0011011100 Q2n+1=Q2n + Q1nQ1n+1=C = Q1n Q0n 4、选择JK-FF，特性方程为： Qn+1 = J + Qn比较可得： J2=Q1n， K2=Q1n , J1=K1=1 5、逻辑图：6、按图接线并进行电路测试，得出结论如表3所示。表3 实验结论输入脉冲数Q1nQ0nC00001010210031114000 实验五 多谐振荡器与单稳态触发器的设计本实验为设计性实验。一、实验目的1、熟悉多谐振荡器的工作原理。2、熟悉单稳态触发器的工作原理。3、熟悉555的内部结构以及工作原理。二、设计任务1、用555设计多谐振荡器，要求振荡频率为500Hz,占空比为2/3

8、；2、用555设计单稳态触发器，要求振荡周期为0.1ms；3、用555设计“警铃电路”。三、设计方案（一）555设计的多谐振荡器：1、画出所设计的电路图；2、确定R1、R2、C的值；3、按所设计的电路接线，测试，并记录输出的电压波形；4、在电路中，改变R1、R2、C的值，观察振荡周期的变化，并测出振荡周期，记入下表。表1R1R2CT 1K13K0.1F20K4K0.1F （二）555设计的单稳态触发器： 1、画出所设计的电路图； 2、确定R、C（C取0.01F、0.1F或1F）的值； 3、按所设计的电路接线，用示波器观察输出端的波形，并测出输出脉冲的宽度Tw； 4、若想使Tw=10s怎样调整电

9、路？测出此时各有关的参数值。（三）用两个555构成低频对高频调制的“救护车警铃电路”。 1、画出所设计的电路图； 2、按图接线，注意扬声器先不接； 3、用示波器观察输出波形并记录； 4、接上扬声器，调整参数到声响效果满意。四、设计提示1、利用闭合回路中的正反馈作用可以产生自激振荡，利用闭合回路中的延迟负反馈作用同样也能产生自激振荡，只要负反馈信号足够强。2、由于门电路的传输延迟时间极短，TTL电路自有几十纳秒，所以想获得稍低一些的振荡频率是很困难的，而且频率不易调节。3、在电路中接入RC电路可以有助于获得较低的振荡频率，而且通过改变R、C的数值可以很容易实现对振荡频率的调节。4、单稳态触发器有

10、稳态和暂稳态两个不同的工作状态。5、在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，在自动返回稳态。6、暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。7、单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过程来维持的。根据RC电路的不同接法，把单稳态触发器分为微分型和积分型两种。8、NE555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。9、多谐振荡器的周期只由R1、R2、C决定，占空比：q =（R1+R2）/（R1+2R2）10、设计举例：【例1】：用555定时器构成施密特触发器将555定时器的vI1和vI2两个输入端连在一起作为信号输

11、入端，如图1所示，即可得到施密特触发器。由于比较器C1和C2的参考电压不同，因而基本RS触发器的置0信号(vc1=0)和置1信号(vc2=0)必然发生在输入信号vI的不同电平。因此，输出电压vO由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的vI值也不相同，这样就形成了施密特触发特性。为提高比较器参考电压VR1和VR2的稳定性，通常在VCO端接有001F左右的滤波电容。 图1 用555定时器构成的施密特触发器首先我们来分析vI从0逐渐升高的过程： 当vI1/3Vcc时，vC1=1、vC2=0，Q=l，故vO=VOH； 当1/3VccvI2/3Vcc以后，vC1=0，vC2=1，Q=0，故vO=V

12、OL。因此，VT+=2/3VCC。其次，再看vI从高于2/3 VCC开始下降的过程：当1/3VCC2/3VCC时，vC1=vC2=1，故vO=VOL不变；当vI1/3VCC以后，vC1=1，vC2=0 ，Q=l，故vO=VOH。因此，VT-=1/3VCC。由此得到电路的回差电压为： VT= VT+ - VT-=1/3VCC 图2 图1电路的电压传输特性图2是图1电路的电压传输特性，它是一个典型的反相输出施密特触发特性。如果参考电压由外接的电压VCO供给，则不难看出这时VT+=VCO，VT-= 1/2VCO，VT= 1/2VCO。通过改变VCO值可以调节回差电压的大小。【例2】：用两个555构成

13、低频对高频调制的“救护车警铃电路”。参考电路为： 图3 555组成的警铃电路555定时器的电源电压范围较宽,可在+3-+18v范围内使用,电路的输出有缓冲器,因而有较强的带负载能力,双极性定时器最大的灌电流和拉电流都在200mA左右,因而可直接推动TTL或CMOS电路中的各种电路,包括能直接推动蜂鸣器等器件。五、实验报告要求1、测试电路，记录数据，并对实验结果进行分析。2、设计任务要有设计过程。3、分析讨论实验中发生的现象和问题。4、总结本次实验体会。六、实验思考与总结1、思考题a)据观察到的波形和测量结果，分析多谐振荡器输出波形的周期由什么决定？b)单稳态触发器输出脉冲的宽度又有什么决定？c

14、)用NE555如何构成施密特触发器？2、提出自己的设计观点。用到的知识点总结。 实验六 交通灯控制电路一、实验目的 1、巩固数字逻辑电路的理论知识。 2、学习将数字逻辑电路灵活运用于实际生活。 二、预习要求 1、复习数字系统设计基础。 2、复习多路数据选择器、计数器的工作原理。 3、根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图。三、设计任务与要求 1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。 2、要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道； 3、黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。四、设计提示在城镇街道的十字交叉路口，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。1、分析系统的逻辑功能，画出其框图 交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信