数字电路实验PPT课件

-,1,数字电路实验,-,2,实验一与非门测试,实验三MSI组合逻辑电路,实验五计数译码显示电路,实验七数模转换器,实验九智力竞赛抢答的设计,实验十多位LED显示器的动态扫描驱动电路,实验二SSI组合逻辑电路,实验四触发器,实验六555集成定时器及应用,实验八电子秒表,目录,-,3,数字电路实验,主讲：李金田,-,4,实验一与非门测试,一、实验目的,熟悉数字万用表和数字电路实验箱的使用方法。学会使用TTL、CMOS逻辑电路芯片。,掌握TTL、CMOS与非门主要参数的测试方法。掌握TTL、CMOS与非门电压传输特性的测试方法。,-,5,二、预习要求,1.复习示波器的使用方法。2.写出TTL、CMOS与非门主要参数（VOH、VOH、IIS、N、电压传输特性）的定义和意义。,3.熟悉各测试电路，了解测试原理及测试方法。4.熟悉TTL与非门74LS00、CMOS与非门CC4011的外引线排列。5.自拟实验步骤和测试数据表格。,-,6,三、实验内容与要求,1、测量TTL与非门的主要参数,（1）输出高电平VOH测试（图1.1）,（2）输出低电平VOL测试（图1.2）,-,7,TTL与非门的电源电压只能是+5VTTL与非门多余输入端处理：接+5V、并联、悬空。,（3）输入短路IIS测试（图1.3）,-,8,（4）扇出系数N的测试（图1.4）,NIOL/IIS8为合格,-,9,2.测量TTL与非门的电压传输特性,在示波器上用X-Y显示方式观察曲线，并用坐标纸描绘出特性曲线，在曲线上标出VOH、VOL、VON、VOFF，计算VNH、VNL。如图1.5所示。,如图1.5,-,10,测试要点：1、首先：观察Vi、VO波形（直流耦合方式）。2、示波器作为“X/Y”显示方式。3、找到电压传输特性的坐标原点。4、画出特性曲线并标上出所有参数。,如何找“X、Y”轴坐标原点？,-,11,3.与非门的逻辑功能要求：（p113）,(1)SW1接1kHz正方波，SW2接+5V电压时，画出L的波形。,(2)SW1接1kHz正方波，SW2接地时，画出L的波形。,按与非门真值表逐项验证即可。,4.动态测试TTL与非门逻辑功能（p115）,-,12,5、CMOS与非门的主要参数,(1)输出高电平VOH,输出高电平VOH是指在规定的电源电压(例如5V)下，输出端开路时的输出高电平通常VOHVDD。,(2)输出低电平VOL,输出低电平VO是指在规定的电源电压(例如5V)下，输出端开路时的输出低电平通常VO。,-,13,将其中任一输入端接地，其余输入端接高电平时测VOH；输入端全部接高电平时测VO。如图1.6所示。,-,14,CMOS与非门的电压传输特性是指与非门输出电压vo随输入电压vi而变化的曲线。这个特性曲线很接近理想的电压传输特性，是目前其它任何逻辑电路都比不上的，电压传输特性曲线如图1145.15.7所示。CMOS与非门的电压传输特性曲线测试方法与TTL与非门的电压传输特性曲线测试方法基本一样只是将不用的输入端接到电源VDD上即可，不得悬空。测试电路如图5.15.8所示。,6、CMOS与非门的电压传输特性,-,15,从特性曲线上可知，CMOS与非门输出的高电接近电源电压VDD，输出低电平接近V。VT为CMOS与非门的转换电压，也称阈值电压，即当输入电压vi超过VT时，输出为低电平；当输入电压vi低于VT时，输出为高电平如果的参数完全对称，阈值电压VTVDD/2,-,16,五、实验注意事项,1、TTL与非门不用的输入端不能接低电平。2、TTL与非门的输出端不能直接接+5V或地，也不能与其它输出端并联。3、CMOS门的电源电压为318V，4、CMOS与非门不用的输入端不能悬空，应按逻辑功能接高电平VDD或低电平VSS。,四、实验报告要求（P115）,-,17,六、思考题,1、TTL与非门和CMOS与非门有何异同点？2、如何将与非门作为非门使用？3、TTL或非门（或门）不用的输入端应如何处理？,-,18,实验二SSI组合逻辑电路,一、实验目的,加深理解用SSI(小规模集成电路）构成的组合逻辑电路的分析与设计方法,二、预习要求,、按设计步骤，根据所给器件设计实验内容、的逻辑电路图，并设计相应的表格。、弄懂P118图5.16.3的工作原理与设计思想。、在附录查出74LS00和74LS10的外引线排列图。,-,19,1.设计“大小比较电路”,设计一个能判断1位二进制数A与B大小比较电路。写出设计过程，画出逻辑电路图请老师检查。将A、B分别接数据开关，L1、L2、L3接逻辑灯。测试结果记入表5.16.1中（p117）,三、实验内容,-,20,三、实验内容,2.设计一个数据选择器。要求见右表：,写出设计过程，画出逻辑电路图，请老师检查后再做实验。,现有三个数据分别为：D1=+5V直流电压，D2为1kHz正方波，D3为500Hz正方波。A、B为数据选择器控制端，接数据开关，改变A、B电平，用示波器观察输出端波形。,-,21,3.交通信号灯监视电路,理论分析R、Y、G分别表示红黄绿三个交通灯，1为灯亮，0为灯熄。L为监视输出，正常时L=0，故障时L=1。静态测试结果记入表5.16.3动态测试：R为1kHz正方波，YG=01，记录波形R、L。,三、实验内容,-,22,四、电路组装与调试技术,根据实际使用的芯片，在电路中标出引脚号。,-,23,与非门之间的转换,转换问题,-,24,信号寻迹法（跟踪）例：YG=000L应该为1发光管亮可用万用表测量各逻辑门的输出电压，从而判断故障的位置。,调试（查故障）方法,-,25,芯片管脚图(p118),-,26,五、实验报告要求,1.给出实验内容1、2、3的数据和波形，并加以总结。2.总结数据选择器的作用及其设计方法。,六、思考题,7412（OC门）的外引脚及功能与74LS10相同，有同学用好的7412代替74LS10，发现无输出，试分析其原因。,-,27,实验三MSI组合逻辑电路,二、实验内容,一、实验目的,三、时序逻辑电路的功能测试方法,四、实验注意事项,五、实验报告要求,六、思考题,-,28,一、实验目的,掌握编码器、译码器、数据选择器等中规模数字集成电路（MSI）的性能及使用方法。用集成译码器和数据选择器设计简单的逻辑函数产生器。,实验三、MSI组合逻辑电路,-,29,二、预习要求,在附录中查出74LS148、74LS04、74LS48、及74LS283的外引线排列图和功能表。按实验内容、的要求，设计并画出逻辑电路图。弄懂P119图5.16.4的工作原理。,实验三、MSI组合逻辑电路,-,30,三、实验原理,1编码、译码、显示原理电路。,、数据选择器的典型应用之一逻辑函数产生器,、线线译码器用于逻辑函数产生器和数据分配器,、用加法器组成一个代码转换电路，将BCD代码的8421参政转成余码,-,31,四、实验内容,、试用数据选择器74LS151（或译码器74LS138和与非门）设计一个监测信号灯工作状态的逻辑电路。其条件是，信号灯由红（用R表示）、黄（用Y代表）和绿（用G代表）三种颜色灯组成，正常工作时，任何时刻只能是红、绿或黄当中的一种灯亮。而当出现其它五种灯亮状态时，电路发生故障，要求逻辑电路发出故障信号。设用数据开关的、分别表示、灯的亮和来状态，故障信号由试验器的灯亮表示，试将设计的逻辑电路用实验验证，并列表记下实验结果。,、在图5.16.4所示原理电路中标出器件外引线管脚号，并接好线。将分别接至数据开关，验证编码器74LS148和译码器74LS48的逻辑功能。记录实验结果。,-,32,、试用74LS138作数据分配器，画出其逻辑电路图，验证其逻辑功能。记录实验结果。,、在图5.16.9所示原理电路中标出器件外引线管脚号，并接好线。验证表5.16.6逻辑功能。,-,33,五、实验报告要求,1.列出实验结果，总结本次实验体会2.举例说明编码器、译码器、数据选择器的用途。,六、思考题,在图5.16.4中，74LS148的输出端、与74LS48的输入端联接时，为什么要加74LS04?,-,34,七、注意事项,TTL与非门多余输入端可接高电平，以防引入干扰。,八、实验元、器件,集成块74LS148、74LS04、74LS48、74LS151、74LS138、74LS10及74LS283各片共了阴极七段显示器1块。,-,35,实验四、集成触发器,掌握时序逻辑电路的功能测试方法。学习用JK触发器构成简单时序逻辑电路的方法。学会使用CMOS逻辑电路芯片。熟悉时序电路（计数器）的波形测量方法。,一、实验目的,-,36,二、实验内容,1验证JK触发器CC4027的逻辑功能。2将JK触发器转换成T触发器和D触发器，并验证其功能。3将4027构成异步2分频、4分频电路，观测它们的波形。4设计组装、观察同步时序脉冲产生器，波形如图41所示。记录CP、Q0、Q1、L的波形。5设计组装观察同步三分频电路，波形如图42所示。,-,37,图41同步时序脉冲产生器波形,-,38,1验证JK触发器逻辑功能验证体会、熟悉,CC4027功能表参见P125表5.17.3。,或单次脉冲,-,39,2验证T触发器逻辑功能验证体会、熟悉,自拟T触发器功能表。,-,40,3验证触发器逻辑功能验证体会、熟悉,自拟触发器功能表。,-,41,三、时序逻辑电路的功能测试方法,静态测试CP输入单次脉冲或正方波（ftp0，使每一个正倒置脉冲起作用。加输入信号后，用示波器观察vI、vC以及vO的电压波形，比较它们的时序关系，绘出波形，并在图中标出周期、幅值、脉宽等。,-,78,四、实验内容,2.按图5.22.3所示电路组装占空系数可调的多谐振荡器。取,（电位器），,，调节电位器RP（R2），在示波器上观察输出波形占空系数的变化情况。并观察占空系数为1：2、1：4、3：4时的输出波形,3.在图5.22.3中，若固定,时，用示波器观察并描绘vO和vC波形的幅值、周期以及tPH和tPL，标出vC各转折点的电平。,-,79,四、实验内容,4.按图5.22.4所示电路组装施密特触发器。输入电压为ViPP=3V，f=1kHZ的正弦波。用示波器观察并描绘vI和vO波形。注明周期和幅值，并在图中直接标出上限触发电平、下限触发电平，算出回差电压.,-,80,六、思考题,1.整理实验数据，画出实验内容中所要求画的波形，按时间坐标对应标出波形的周期、脉宽和幅值等。,实验内容2中，改变电容C的大小能够改变振荡器输出电压的周期和占空系数吗？试说明要想改变占空系数，必须改变哪些电路参数。,五、实验报告要求,-,81,七、注意事项,1.单稳态电路的输入信号选择要特别注意。vI的周期T必须大于vO的脉宽tPO，并且低电平的宽度哟小于vO的脉宽tPO。2.所有需绘制的波形图均要按时间坐标对应描绘，而且要正确选择示波器的AC、DC输入方式，才能正确描绘出所有波形。在图中标出周期、脉宽以及幅值等。,-,82,八、实验元、器件,集成定时器NE5552片电阻100k、10k各2只；51k、5.1k、4.7K各一只；33k、10k各3只电容100F、47F、30F、10F、0.1F、0.02F2200pF各一只电位器100k一只,-,83,熟悉数模转换器的工作原理。学会使用集成数模转换器DAC0808。学会用DAC0808构成阶梯波电压发生器。,一、实验目的,实验七数模转换器,-,84,二、预习要求,1.了解集成数-模转换器DAC0808芯片的外引线排列。,2.熟悉数-模转换器的转换原理。,3.参照图5.24.6，自拟阶梯波产生器的实验电路和实验步骤。,-,85,三、实验原理,1、数模转换器原理简介,2、数模转换器的应用,见“实验教材”P156P157。,（1）、数字量模拟量,见“实验教材”P157图5.24.2。,-,86,-,87,(2)、阶梯波产生器,-,88,四、实验内容,1.实验电路见图5.24.2。按表5.24.1内容依次输入数字量，用数字万用表测出相应的输出模拟电压vO，记入表中。,2.参照图5.24.6所示阶梯波产生器原理图。将二进制计数器CC40161的输出Q3、Q2、Q1、Q0由高到低，对应接到DAC0808数字输入端的高4位D7、D6、D5、D4，低4位输入端D3、D2、D1、D0接地。40161的CP选用1kHZ方波。在示波器上观察和记录DAC0808输出端的电压波形。改变计数进制，观察波形的变化情况。,-,89,五、实验报告要求,1.记录D/A转换器静态测试中的数据，并与理论值比较。2.对应描绘CP波形和阶梯波产生器的输出波形。3.描绘可编程补码计数器为十进制时的阶梯波产生器的输出波形。,-,90,六、思考题,1.给一个8位D/A转换器输入二进制数10000000时，其输出电压为5V。问：如果输入二进制数00000001和11001101时，D/A转换器的输出模拟电压分别为何值？,3.如果输入信号频率由1kHZ，那么输出波形会有什么变化？,2.图5.24.6中，如果将CC40161的Q3、Q2、Q1、Q0输出由高到低对应接到DAC0808的高4位时，将会在示波器上看到什么样的波形？,-,91,七、注意事项,注意DAC0808的电源极性，VCC=+5V，VEE=-15V，不得接错。,-,92,一、实验目的学习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码、显示等单元电路的综合应用；学习电子秒表的调试方法。,实验八电子秒表,-,93,二、实验原理图1-1为电子秒表的电原理图。1、基本RS触发器图1-1中单元I为用集成与非门构成的基本RS触发器。属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。它的一路输出作为单稳态触发器的输入，另一路输出Q作为与非门5的输入控制信号。按动按钮开关K2（接地），则门1输出1；门2输出Q0，K2复位后Q、状态保持不变。,-,94,图1-1电子秒表原理图,-,95,二、实验原理再按动按钮开关K1,则Q由0变为1，门5开启,为计数器启动作好准备。由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。2、单稳态触发器图1-1中单元为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图1-2为各点波形图。,-,96,图1-2单稳态触发器波形图,-,97,二、实验原理,单稳态触发器的输入触发负脉冲信号vi由基本RS触发器端提供，输出负脉冲vO通过非门加到计数器的清除端R。静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻ROff。定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的RP和CP。单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。,-,98,3、时钟发生器图1-1中单元为用555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。调节电位器RW，使在输出端3获得频率为50HZ的矩形波信号，当基本RS触发器Q=1时，门5开启，此时50HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器的计数输入端CP2。,二、实验原理,-,99,图1-374LS90引脚排列图,-,100,4、计数及译码显示二-五-十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，如图1-1中单元所示。其中计数器接成五进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端QD取得周期为0.1S的矩形脉冲，作为计数器的时钟输入。计数器及计数器接成8421码十进制形式，其输出端与译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.10.9秒；19.9秒计时。,二、实验原理,-,101,74LS90是异步二-五-十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。图1-1为74LS90引脚排列，表1-1为功能表。通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：,二、实验原理,-,102,(1)计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。(2)计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。(3)若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。(4)若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、,二、实验原理,-,103,QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。(5)清零、置9功能。a)异步清零当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA0000。b)置9功能当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA1001。,二、实验原理,-,104,表1-174LS90功能表,-,105,三、内容及要求,设计电子秒表电路（平时完成）弄清原理，设计完善电子秒表电路。电子秒表电路仿真（在电子电路CAD实验室完成）,-,106,一、实验目的数字电路优先编码器或锁存器、分频器、振荡器、CP时钟脉冲发生器等单元电路的综合运用；熟悉智力竞赛抢答器的工作原理；了解简单数字系统实验、调试及故障排除方法。,实验九智力竞赛抢答器的设计,-,107,二、设计任务及要求设计一个智力竞赛抢答器要求：（1）同时供8名选手参加比赛，编号依次为07；（2）各用一个抢答按钮。给节目主持人设置一个控制开头：控制系统清零和抢答开始。抢答器具有数据锁存和显示功能要求：一旦有选手抢答时，显示选手编号，并禁止其他选手抢答。,-,108,二、设计任务及要求抢答器具有定时抢答功能要求：抢答时间为15秒，倒计时，并有倒计时显示功能。,-,109,1、分析要求，画出原理图总体框图如图1-1所示。由主体电路和扩展电路组成。（1）主体电路完成基本抢答功能，即：主持人按下抢答键时，抢答开始，选手按抢答键，显示其编号，同时锁存并禁止其他选手抢答。,三、设计原理与参考电路,-,110,（2）扩展电路完成定时抢答功能，即：选手在设定时间内（15秒）抢答时，抢答有效，定时器停止计时，显示编号和抢答时间，保持到主持人清零时为止。,三、设计原理与参考电路,-,111,-,112,2、单元电路设计（1）抢答电路两个功能：能分辨出按键的先后，锁存优先抢答者的编号，显示编号；禁止其余按键的输入。,三、设计原理与参考电路,-,113,优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可完成上述功能；八D锁存器74LS373和八线三线编码器74LS148也可实现上述功能。以74LS148和74LS279为例说明。电路组成：如图1-2所示。,三、设计原理与参考电路,-,114,图1-2数字抢答器电路,-,115,图1-374LS148的外引线排列图,-,116,工作原理：参见电子技术基础实验P247P248。（2）定时电路本抢答器的抢答时间只设计一档（15s）。（如需不同时间，可采用置数法，设计几档时间，如5s、10s、15s、25s、30s等）。定时电路可采用十进制同步加/减计数器,三、设计原理与参考电路,-,117,74LS192进行设计。具体电路自选设计。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可参见电子技术基础实验P244（篮球竞赛30秒定时电路）。,三、设计原理与参考电路,-,118,（3）时序控制电路是抢答器设计的关键，要完成以下三项功能：主持人将开关置“开始”时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。当参赛者抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。,三、设计原理与参考电路,-,119,当设定的抢答时间到，无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。根据以上功能要求，时序电路如图1-3所示。,三、设计原理与参考电路,-,120,三、设计原理与参考电路,图1-4抢答与定时的控制电路,-,121,四、内容及要求,设计抢答器电路（平时完成）可用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可实现；也可用八D锁存器74LS373和八线三线编码器74LS138实现。抢答器电路仿真（在电子电路CAD实验室完成）,-,122,常用的LED显示器有共阴、共阳两种结构，都需要加译码驱动电路，常用的译码驱动电路有两种：静态译码显示、动态扫描显示。静态译码显示：一个译码驱动电路驱动一个七段显示器进行数码显示。,实验十多位LED显示器的动态扫描驱动电路,-,123,