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数字电子技术基础实验多媒体讲义 实验安排 实验一组合逻辑电路设计 1 第8周实验二组合逻辑电路设计 2 第10周实验三时序逻辑电路设计第12周实验四计数器及其应用第14周实验五555集成定时器及其应用第16周实验六数字电路综合设计第16周 1 进入实验室必须穿鞋套或专用工作鞋 2 学生进入实验室后按学号次序对号入座 一人一组 3 学生入座后应首先按照指导教师提示检查本次实验所需的仪器 元件是否完整 如发现缺失或损坏立即报告指导教师处理 实验开始后出现仪器 元件问题的 由本次实验者负责 实验室管理规定 4 实验中如果出现仪器故障 应立即断电并向指导教师如实报告情况 对隐瞒不报者 一经查出 将追究其责任 并视情节给予处分 5 爱护公物设施 严格按照实验要求和操作规程进行实验 因违章操作造成设备损坏需按学校规定进行赔偿 并视情节给予处分 6 实验完成后应关掉仪器及电路电源 将实验台整理干净 仪器 元件 导线摆放整齐 凳子归位 经指导教师检查同意后方可离开 7 自觉保持环境卫生 不得在实验室内吃零食 乱扔纸屑 不要将水杯带入实验室 不得上网或玩游戏 8 如发现不遵守规定或其它影响实验室正常工作的行为指导教师可进行批评教育直至取消其实验资格 10 不预习者 不得进行实验 9 实验报告应于实验完成后2天内由课代表负责收齐交到办公室 503房间 并在下次实验前2天取回 关于实验报告书写法 本实验报告书分预习报告与实验报告两部分 一 预习报告的内容主要包括 1 实验目的2 实验内容 题目 所需的电路图 器材 预期结果 3 实验指导书预习要求中所要求回答的问题预习报告应在实验进行前完成 在到达实验室时交实验教师检查 二 实验报告的内容包括 1 仪器与材料 实际用到的 2 实验题目 真值表 表达式 电路图及测试数据 3 分析 讨论和结论 即实验结果 误差原因的分析 故障分析 实验的收获心得体会 对实验的建议等 4 思考题 数字电子技术实验的一般过程 1 预习 主要完成理论准备和实验设计 2 仿真 初步验证实验方法设计的正确性 并进行必要的修改 3 实物连接并进行实测 进一步检验实验设计的正确性并获得实验数据 4 完成实验报告 5 总结实验经验 一 数字万用表简介 测电压 测电阻 交 直流转换 本次实验设备自检项目 电压测量功能检查 电阻测量功能检查 导线好坏检查 实验前 用万用表 欧姆挡 检测导线 每次使用完 应将万用表置于测电压档位 注意事项 本次实验设备自检项目 实验箱 5V直流电压源 16路逻辑电平开关信号检查高电平检查 将所有开关置高电平位置 用万用表电压档测每个开关对实验箱地的电压应为5V 低电平检查 再将所有开关置低电平位置 测每个开关对实验箱 5V的电压应为5V A C A B A B B F 集成电路块使用时的注意事项 必须接5V直流电源 且电源极性不能接反 多输入端门电路中不使用的输入管脚或控制管脚应按照实际有效状态可靠接地或接高电平 门电路的输出管脚不可直接接电源端 包括电源正极或接地端 或信号源端 对于门电路 可通过检查其基本逻辑状态来检验其好坏 1 熟悉集成门电路的使用方法 2 掌握用中 小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法 3 了解排除组合逻辑电路故障的一般方法 一 实验目的 实验一组合逻辑电路的设计 1 二 实验设备和器材 数字实验箱万用表计算机74LS1381片74LS201片74LS002片导线 若干 三 实验内容 一 基本内容1 检查与非门 2 半加器 3 74LS138功能测试二 设计内容4 用74LS138和74LS20设计全减器 完成测试状态表 四组 5 用74LS138和74LS00设计比较器 完成测试状态表 四组 设计性题目实验报告写法 例 用74LS138和74LS20设计一位全加器 1 根据题目要求写出 全加器的 真值表为 2 再写出74LS138的功能表 根据功能表写出逻辑函数式 假设 用A2 A1 A0分别表示A B CI 根据逻辑函数式画出电路图 SCO CI B A 按电路图接线并测试四组数据 一位全加器功能测试表 任选四组数据 经接线测试 能够满足设计要求 设计完成 组合逻辑电路常见故障的预防和解决方法 接线错误造成故障按原理图逐层检查电路连线 检查集成电路各控制管脚 悬空管脚是否按要求接高 低电平 集成电路电源管脚是否正确连接 接触不良造成故障接线前用万用表检测导线 检查集成电路管脚与插座连接是否可靠 对于已接好的电路 可按逻辑传递方向逐层检测各门电路输入 输出逻辑是否正确 找出故障点 芯片损坏造成故障实验前检测门电路基本逻辑状态是否正确 用集成电路测试仪检测芯片 下次实验预习实验2 1 掌握数据选择器的功能和使用方法 2 熟悉全加器的使用方法 3 了解显示译码器的功能和方法 一 实验目的 实验二组合逻辑电路的设计 2 二 实验设备和器材 数字实验箱万用表计算机74LS002片74LS2831片74LS1531片74LS1511片导线 若干 A1B1 A4A3A2A1B4B3B2B1Ci M4M3M2M1 用一片四位并行全加器74LS283接成一个余3码转换成8421代码的转换电路 74LS283输入常数的方法 1101 用二片四位并行全加器74LS283和必要的门电路设计一个8421BCD码的加法器 设 加数与被加数都是8421BCD码 74283 74283 Ai Bi Ai Bi Si 判别逻辑 9时 6 9时 0 Co Ci Co 判别逻辑 Co Si 是否 6是否修正控制 F co1 S41 S31 S41 S21进位输出修正 CO CO1 CO2 F 八选一数据选择 74LS151 双四选一数据选择 74LS153 Y A1A0 D0 A1A0 D1 A1A0 D2 A1A0 D3 一位全加器真值表 转换真值表 利用双4 1数据选择器构成一位全加器 一位全加器真值表 转换真值表 Si AiBiCi 1 AiBiCi 1 AiBiCi 1 AiBiCi 11Q A1A0 1D0 A1A0 1D1 A1A0 1D2 A1A0 1D31D0 1D3 Ci 11D1 1D2 Ci 1 Ci ABCi 1 ABCi 1 ABCi 1 ABCi 1 AB 0 AB 2D1 AB 2D2 AB 12D0 02D1 2D2 Ci 12D3 1 一位全加器真值表 转换真值表 全加器 三 实验内容 一 基本内容1 检查与非门 2 半加器 二 设计内容1 用74LS138和74LS20设计全减器 完成测试状态表 四组 2 用74LS138和74LS00设计比较器 完成测试状态表 四组 3 用74LS151设计公共场所电灯控制逻辑电路 完成测试状态表 四组 4 用双4选1数据选择器74LS153和门电路74LS00实现全加器 完成测试状态表 四组 5 用一片四位并行全加器74283设计一个余3码转换成8421代码的转换电路 完成测试状态表 四组 6 用二片四位并行全加器74283和必要的门电路设计 个8421BCD码的加法器电路 完成测试状态表 四组 其中1 5必做 6选做 下次实验预习时序逻辑设计 示波器触发的准备知识 示波器触发的作用 触发的作用在于通过每次的显示开始于波形上的同一点从而同步波形的显示 显示波形的特点和细节 触发系统可以稳定周期波形的显示 通过触发系统可以从信号中获得你所需要观测的部分 从而避免您所不关心的部分影响你的观测 数字示波器的高阶触发功能可以帮助从波形中分离出所需要的部分 比如单次触发可以捕捉到只发生一次的波形 脉宽触发可以从一串脉冲序列中获得你所关心的那部分脉冲等等 合理的利用示波器 尤其是数字示波器 的触发功能可以使测量工作变得简单 甚至使不可能的测量变为可能 触发单元控制部分 触发电平控制旋钮 触发菜单按钮 打开触发菜单 选择触发类型 触发源和触发模式等 触发菜单包括以下几种触发方式的选择 和各种方式的参数设定 边沿触发 edge 在输入信号的边缘处触发 可选择触发信号来源 source 和触发的模式 mode 耦合 coupling 和边沿的选择 slope 视频触发 具有与电视信号同步的功能 用于观测电视信号 可以设置信号源 信号制式 极性 指定视频图场的特定的扫描线或触发视频信号的所有扫描线 脉宽触发 可以在一个范围内触发特定宽度的正或负的脉冲高阶延迟触发 包括一个起始触发信号和第二触发源 主触发 起始触发信号由外部触发产生 可延迟波形的采集时间到用户设定时间或用户设定的在起始触发信号后触发的次数 按键可选三种触发 时间延迟 事件延迟和TTL ECL User 触发电平旋钮的使用 触发电平的位置指示 触发点是指波形满足触发条件的起始点 由此来决定波形上的每个点在显示时的位置 改变触发电平的位置 可以改变显示波形的起始位置 通过合理的调整触发电平可以保证波形在屏幕上稳定的显示 通过调节触发电平来控制波形的显示是示波器的传统方式 调节电平旋钮时此处会显示触发电平值 没有触发到时的情况 设定自动触发方式没有触发时的波形显示 波形不能稳定的显示 设定自动触发方式触发后波形能稳定的显示 设定为普通触发方式时 没有触发就没有波形的显示 设定为普通触发方式时稳定触发以后的波形显示 触发菜单的操作 触发耦合方式 触发信号源 上升沿下降沿的显示 触发方式和触发模式的显示 触发菜单 通过按触发菜单按钮可以选择触发菜单 触发状态的指示 Trig d显示表示有触发信号 Trig d 显示表示等待触发信号Auto显示表示触发信号是内部自动产生的 自动设置键 注意事项 1 被测量波形电压范围 25VPP 2 红夹子通过导线接被测信号端 黑夹子接公共接地端 不可接反 3 不可用圆珠笔 钢笔或其它硬物刮 划显示屏 CP为1000HZ 观察CP和Q0的波形 D T 实验三时序逻辑电路设计 一 实验目的1 掌握同步时序逻辑电路的设计方法 2 熟悉集成触发器的逻辑功能及使用 二 实验仪器及器件1 数字实验箱2 数字示波器3 74LS74 双D触发器 74LS76 双JK触发器 4 74LS00 与非门 5 74LS04 六反相器 6 74LS32 或门 7 74LS08 与门 三 实验内容1 用JK触发器设计一个8421码十进制同步加法器 仿真 2 用D触发器设计一个110串行序列信号检测器 接线 3 用D触发器设计一个同步四相时钟发生器 其输入时钟CP及各输出波形如图4 7 2 仿真 其中 1 2必做 3选做 同步时序逻辑电路的设计过程 设计示例 用D触发器设计一个同步四相时钟发生器 设计步骤 根据题意可知 电路是在时钟信号控制下自动从1001 0011 0110 1100 1001循环变化 电路没有输入变量 设输出变量为 Q4 Q3 Q2 Q1 画出状态转换图 规定如果起始状态不是有效状态 则下一状态自动进入1001状态 以保证电路自动进入有效循环 1001 1100 0011 0110 0001 0010 0100 0101 0111 1000 1010 1011 1101 1110 1111 0000 Q2 Q1 Q4 Q3 3 状态化简由于电路次态Q4 n 1 Q3 n 1 Q2 n 1 Q1 n 1 只取决于电路现态Q4 n Q3 n Q2 n Q1 n 的取值 根据状态转换图可得现态逻辑函数和次态逻辑函数的卡诺图 为了化简方便 将上图分解为四个卡诺图分别表示Q4 n 1 Q3 n 1 Q2 n 1 Q1 n 1 Q2 Q1 Q4 Q3 Q4 n 1 Q2 Q1 Q4 Q3 Q3 n 1 Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 n 1 Q2 Q1 Q4 Q3 Q1 n 1 4 由各卡诺图化简可得以下逻辑函数式 Q4 n 1 Q1 Q3 Q4Q2 Q4Q2Q3 n 1 Q4Q3Q2Q1 Q4Q3Q2Q1Q2 n 1 Q4Q3Q2Q1 Q4Q3Q2Q1Q1 n 1 Q2 Q4 Q3Q1 Q3Q1选择触发器D触发器 Q n 1 DJK触发器 Q n 1 JQn KQn将输出表达式化为所选触发器的形式D4 Q1 Q3 Q4Q2 Q4Q2D3 Q4Q3Q2Q1 Q4Q3Q2Q1D2 Q4Q3Q2Q1 Q4Q3Q2Q1D1 Q2 Q4 Q3Q1 Q3Q15 根据表达式画出电路图 1001 0011 0110 0001 0010 0100 0101 0111 1000 0000 同步十进制加法计数器 Q2 Q1 Q4 Q3 3 状态化简由于电路次态Q4 n 1 Q3 n 1 Q2 n 1 Q1 n 1 只取决于电路现态Q4 n Q3 n Q2 n Q1 n 的取值 根据状态转换图可得现态逻辑函数和次态逻辑函数的卡诺图 为了化简方便 将上图分解为四个卡诺图分别表示Q4 n 1 Q3 n 1 Q2 n 1 Q1 n 1 Q2 Q1 Q4 Q3 Q1 n 1 Q1n 1 Q1n Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 n 1 Q2 n 1 Q2nQ1n Q4nQ2nQ1n Q2 Q1 Q4 Q3 Q3 n 1 Q3 n 1 Q3nQ2nQ1n Q3nQ2n Q3nQ1n Q2 Q1 Q4 Q3 Q4 n 1 Q4 n 1 Q4nQ1n Q4nQ3nQ2nQ1n 4 由各卡诺图化简可得以下逻辑函数式 Q4 n 1 Q4nQ1n Q4nQ3nQ2nQ1nQ3 n 1 Q3nQ2nQ1n Q3nQ2n Q3nQ1nQ2 n 1 Q2nQ1n Q4nQ2nQ1nQ1 n 1 Q1n选择触发器JK触发器 Qn 1 JQn KQn将输出表达式化为所选触发器的形式J4 Q3 Q2 Q1K4 Q1J3 K3 Q2 Q1J2 Q4 Q1K2 Q1J1 K1 15 根据表达式画出电路图 三 实验内容1 用JK触发器设计一个8421码同步十进制加法器 仿真 2 用D触发器设计一个110串行序列信号检测器 接线 3 用D触发器设计一个同步四相时钟发生器 其输入时钟CP及各输出波形如图4 7 2 仿真 其中 1 2必做 3选做 实验四计数器及其应用 一 实验目的1 学习用集成触发器构成计数器的方法 2 掌握中规模集成计数器的使用方法及功能测试方法 二 实验仪器及器件1 数字电路实验箱2 数字示波器3 74LS74 双D触发器 4 74LS192 同步十进制加 减可逆法计数器 5 74LS08 2输入与门 输入输出管脚图与74LS00相同 6 74LS00 74LS161 同步十六进制加法计数器 三 实验内容1 用D触发器构成3位二进制加法计数器 参照图4 8 其中CP接1HZ或1KHZ时钟信号 Q0 Q1 Q2接指示灯 分别用指示灯和示波器观察计数结果 并画出波形图 CP为1000HZ 观察CP和Q0的波形 D T 2 测试74LS192和74LS161集成计数器的逻辑功能 74192的功能表 异步清零异步置数 Q3 Q2 Q1 Q0 Rd CPu LD 1 有效状态 0000 0101 CPd 1 CP Q3 Q2 Q1 Q0 Rd CPu LD 0 有效状态 0001 0101 D3 D2 D1 D0 1 CPd CP 1 74lLS161功能表 异步清零 同步置数 3 设计任意进制计数器 1 分别用74LS192和74LS161用置数法设计模为6的计数器 有效序列为1 6循环 要求用2HzCP脉冲观察计数结果 2 用74LS192用复位法设计模为12的计数器 有效序列为0 11循环 要求用2HzCP脉冲观察计数结果 3 用两片74LS192组成2位十进制加法计数器 输入1Hz连续脉冲 进行00 99累加计数 输出接数码管 4 计数器应用 见实验讲义 测试题 1 用74LS161用置数法设计模为4的计数器 有效序列为2 5循环 要求用2HzCP脉冲观察计数结果 再用1KHzCP脉冲观察CP和Q0的波形 读出周期和幅值 2 用74LS192用复位法设计模为12的计数器 有效序列为0 11循环 要求用2HzCP脉冲观察计数结果 下次实验做实验教材的实验5和实验6预习要求 提前设计实验6 实验五用555定时器及其应用 一 实验目的 1 熟悉555定时器的工作原理2 熟悉555定时器的功能及使用方法3 熟悉由555定时器组成的脉冲信号产生与变换电路及定时电阻 电容对振荡周期和脉冲宽度的影响 二 实验器材1 数字电路实验箱2 示波器3 555定时器1个4 集成电路插座1个5 5 1K电阻模块2个 2K电阻模块1个6 47uF 0 1uF 0 01uF电容模块各1个7 10K电位器模块1个 555定时器 电压比较器的功能 v v vO 1 v v vO 0 两个电压比较器 Q Q 三 实验内容1 555定时器功能测试 仿真 2 555构成单稳态出发器 接线 要求 输入信号为1KHz 5Vpp 偏移量为2 5V的方波信号 电阻R分别取5 1K和2K 观测2 3管脚及0 1uF电容上的电压波形 标出周期 电压的最大 最小值 测量tw 并与理论值相比较 3 555构成多谐振荡器 接线 要求 观测3号管脚及0 1u