数字电子技术实验教案

1、湖南工学院教案用纸实验1基本门电路逻辑功能测试（验证性实验）一、实验目的1 .熟悉基本门电路图形符号与功能；2 .掌握门电路的使用与功能测试方法；3 .熟悉实验室数字电路实验设备的结构、功能与使用。二、实验设备与器材双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED发光显示器，74LS00, 74LS20, 74LS86 ,导线三、实验电路与说明门电路是最简单、 最基本的数字集成电路，也是构成任何复杂组合电路和时序电路的基本单元。常见基本集门电路包括与门、或门、与非门、非门、异或门、同或门等，它们相应的图形符号与逻辑功能参见教材P.176, Fig.6.1。根据器件工艺，基本门电路有 TTL门电路和C

2、MOS门电路之分。TTL门电路工作速度快，不易损坏，CMOS门电路输出幅度大，集成度高，抗干扰能力强。4 .74LS00四2输入与非门功能与引脚：2. 74LS20一双4输入与非门功能与引脚：3. 74LS86四2输入异或门功能与引脚：四、实验内容与步骤1.74LS00功能测试：74LS00插入IC插座；输入接逻辑电平开关；输出接LED显示器；接电源；拔动开关进行测试，结果记入自拟表格。2 . 74LS20功能测试:实验过程与74LS00功能测试类似。3 . 74LS86功能测试：实验过程与74LS00功能测试类似。4 .用74LS00构成半加器并测试其功能：根据半加器功能：S A B, C

3、AB,用74LS00设计一个半加器电路；根据所设计电路进行实验接线；电路输入接逻辑电平开关，输出接LED显示器；通电源测试半加器功能，结果记入自拟表格。5 .用74LS86和74LS00构成半加器并测试其功能：实验过程与以上半加器功能测试类似。五、实验报告要求1 .内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、实验 总结与体会等。2 .在报告中回答以下思考题：如何判断逻辑门电路功能是否正常？如何处理与非门的多余输入端？实验2组合逻辑电路的设计与调试（设计性综合实验）一、实验目的1 .熟悉编码器、译码器、数据选择器等MSI的功能与使用；2 .进一步掌握组合电路的设计与测

4、试方法；3 .学会用MSI实现简单逻辑函数。二、实验设备与器材双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED数码显示器，74LS148, 74LS151 , 74LS48 ,74LS138, 74LS283 , 74LS04 ,多用表，导线三、实验内容与设计要求1 .按教材P.180 Fig.6.6电路接线，验证 8-3优先编码器74LS148和显示译码器 74LS48的逻辑功能，记录实验数据，表格自拟；2 .用数据选择器74LS151（或者74LS138+74LS04）设计一个红、黄、绿三色信号灯状态监测逻辑电路，并对所设计电路的功能进行测试。要求：任何时刻信号灯只能亮红、黄、绿三种颜色中的任意

5、一种颜色灯；其它状态都属于故障状态。3 .用一片四位加法器 74LS283实现8421BCD码到余3码的转换，并测试电路功能。四、设计方法与设计提示1 .组合电路设计的一般步骤：参见教材P.180 Fig.6.5根据电路功能描述，分析因果关系，确定输入、输出变量，并对之进行逻辑赋值；应用穷举法列出真值表，并写出逻辑表达式；根据具体电路要求及特定器件资源，选择确定器件；利用公式或卡诺图化简函数，并将之转换成与所选用器件功能相适应的形式；画出所设计的逻辑电路图，并进行后续的工艺设计与组装调试。2 .典型组合电路MSI功能与引脚:8-3优先编码器74LS148;显示译码器74LS48 ;8选1数据选

6、择器74LS151 ;3-8译码器74LS138;四位加法器 74LS283。3 .设计提示：数据选择器实现逻辑函数：如：用8选1数据选择器74LS151实现函数f(A,B,C) m(0,2,5,6,7)。因74LS151输出 YMmDi , f(A,B,C) m000 m2D2 gD5 m606 m7D7 ,故 74LS151 的接线方法为：A0 C,Ai B,A2 A , Do D2 D5 D6 D7 1 , Di D3 D4 0。3-8译码器74LS138实现逻辑函数与数据分配：74LS138的输出Yim ,其中m是由地址码A2A1A0组成的最小项。由于任意函数总可以写成最小项之和形式即

7、 Y im,因而如果将函数变量作为译码器的地址码或译码控制信号， 则根据反演定理并结合与非门即可完成逻辑函数的译码器实现。译码器实现逻辑函数与数据分配的具体方法参见教材P.183 Fig.6.10。8421BCD码到余3码的转换：余3码=8421BCD+0011 ,故用加法器可容易实现8421BCD码到余3码的转换。五、预习要求及实验注意事项1 .预习要求：查阅并熟悉相关 MSI的引脚及功能；按设计要求设计好实验所用电路，画出实验电路图。2 .实验注意事项：接插芯片时，注意认清定位标志；实验前注意确定MSI芯片功能正常；不允许MSI芯片输出端直接接地或电源，须在断电状态进行拆线或电路更改。六、

8、实验报告要求1 .内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、问题分析与处理、实验总结与体会等。2 .在报告中回答以下问题：组合电路的一般设计步骤？组合电路的设计体会？湖南工学院教案用纸p. 3实验3集成触发器功能测试（验证性实验）一、实验目的1 .熟悉集成JK和D触发器的功能与使用；2 .熟悉触发器的功能测试方法。二、实验设备与器材双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，示波器，74LS112集成JK触发器，74LS74集成D触发器，多用表，导线三、实验电路与说明触发器是时序逻辑电路构成的基本单元，具有两个稳态，并且触发器状态能在外部输入信号作用下进行翻转。触发器种类

9、繁多，按电路结构，可分为同步触发器、主从触发器和边沿触发器，按逻辑功能，可分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器等。一般而言，集成触发器除了触发信号输入端外，还拥有直接置零、置1输入端。熟悉并掌握各种触发器特性方程、状态转换、动作特点，是应用触发器的重要基础。1.74LS112集成JK触发器的功能与引脚:2. 74LS74集成DK触发器的功能与引脚:四、实验内容与步骤1.74LS112功能测试：按教材P.186表6.11改变Sd和Rd ,观察并记录触发器状态的变化；按教材P.186表6.12,对触发器逻辑功能进行测试；使J K 1（计数状态），在CP端输入f 100kHz方波，观察并记

10、录 Q、Q端工作波形。2. 74LS74功能测试：按教材P.187表6.13测试并记录74LS74触发器的逻辑功能；连接D Q（计数斗犬态）,在CP端输入f 100kHz方波，观察并记录 Q、Q端工作波形。五、实验报告要求1 .内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、实验总结与体会等。2 .在报告中回答以下思考题：&和Rd的作用是什么？如何利用它们实现触发器的置零或置1 ?触发器正常工作时，它们应处于什么状态?当触发器处于计数状态时，Q端状态在CP的什么时刻变化？ Q端波形与CP波形在周期上有什么关系？湖南工学院教案用纸p. 5实验4移位寄存器（设计性实验）一、

11、实验目的1 .掌握集成移位寄存器的功能及其测试方法；2 .研究由移位寄存构成的环形计数器和串行累加器工作原理。二、实验设备与器材双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，集成移位寄存器74LS194,集成D触发器74LS74,全加器74LS183,示波器，多用表，导线三、实验内容与步骤1 .集成移位寄存器 74LS194逻辑功能测试：实验电路参见教材P.195 Fig. 6.25。CR、S、S0、Sl、Sr、Da、Db、Dc、Dd接逻辑电平开关，Qa、Qb、Qc、Qd接LED显示器，从 CP输入单次脉冲，按教材 P.196表6.23逐项测试并记录测试结果：清除功能；送数功能测试；右移功能测试；左移功

12、能测试；保持功能测试。2 .循环移位电路设计并测试其循环移位功能：用74LS194设计一循环右移寄存器，然后测试其在CP脉冲作用下的数据循环右移功能，并记录测试结果。3 .串行累加器设计及其功能测试：根据教材P.195 Fig. 6.24所示串行累加器结构与工作原理，用74LS194和74LS183设计一四位串行累加器，然后在 CP脉冲作用下测试电路的串行累加功能，结果记入自拟表格。四、实验说明4 .74LS194引脚及功能：2 .循环移位寄存器结构与工作原理：3 .吕行累加器构成方法与工作原理：五、实验报告要求1 .报告内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、

13、问题分析与处理、实验总结与体会等。2 .总结74LS194逻辑功能，画出环形计数器状态转换图与波形图；3 .分析串行累加器实验结果的正确性；4 .在报告中回答以下问题：要使移位寄存器清零，可否采用右移或左移功能实现可否采用并行送数法实现？如果可以，又如何操作？如要求循环左移，如何更改循环右移电路的连接?湖南工学院教案用纸p. #实验5集成计数器设计（设计性实验）一、实验目的1 .掌握用集成计数器构成任意进制计数器的方法；2 .掌握MSI计数器使用与功能测试方法；3 .基于MSI计数器的任意进制计数器设计。二、实验设备与器材双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED发光显示器，集成十进制计数器7

14、4LS192,四2输入与非门74LS00,连续脉冲源，单次脉冲源，导线三、实验内容与设计要求1 .自拟74LS192逻辑功能测试电路，并进行测试与记录；2 .采用反馈归零或反馈置数法， 用一片74LS192和74LS00构成一个8进制计数器，实验方法与步骤自拟；3 .采用级联的方法，用两片 74LS192和74LS00构成一个24进制计数器，实验方法与步骤 自拟。四、设计提示1 .基于MSI集成N计数器的任意 M进制计数器的构成方法：MN :此时需要采用多片集成 N计数器通过级联和整体的清零或置数才能构成一个M进制计数器。整体的清零或置数信号在整个计数器的哪个状态产生，类似于MN时的情况；而多

15、片集成N计数器的级联方法，主要有串行进位法级联和并行进位法级联两种。前者采用前一级的进位作为下一级的计数脉冲，后者各级加同一计数脉冲，但需要利用前一级的进位信号去控制下一级的计数。2 . 74LS192引脚功能：双时钟集成十进制同步可逆计数器Qo Qi Q2 Q3CR异步清零控制LD异步置数控制CPU加法计数脉冲CPd减法计数脉冲Do D3并行数据输入Qo Q3计数状态输出CO进位脉冲输出BO借位脉冲输出五、实验报告要求1 .报告内容除实验名称、目的要求外，还必须画出设计电路，拟定实验步骤，并对实验记录 数据进行整理，和实验结果分析，表达实验总结与体会等。2 .说明任意进制计数器的构成方法；3

16、 .讨论实验中遇到的问题；4 .在报告中回答：湖南工学院教案用纸p. 774LS192加计数时，应如何连接其 CR、LD、CP ?如何实现秒、分时钟计数?实验6 555时基电路及其应用(综合性实验)一、实验目的1 .熟悉555定时器结构、功能特点与应用；2 .掌握555定时器构成施密特、单稳态触发器、多谐振荡器的方法。二、实验设备与器材双列直插集成电路插座，LED发光显示器，示波器，连续脉冲源，单次脉冲源，集成NE555, 二极管、电阻、电容、导线若干三、实验内容1. 用NE555按教材P.206 Fig.6.38(a)构成单稳电路并进行实验接线：取R=100k , C=47 F ,从Vi输入

17、单次脉冲，观察 Vi、Vc、Vo波形，并进行幅度与暂稳时间测试，记录观察测试结果。取R=1k , C=0.1 F,重复以上实验步骤。2. NE555多谐振荡器电路测试：按教材P.207 Fig.6.39连接实验电路，观察 Vc、V。波形，并进行频率测试，记录观察测试结果。按教材P.208 Fig.6.40连接实验电路，观察 Vc、V。波形并调节Rw使V。占空比为50%,测试频率并记录观察测试结果。按教材P.208 Fig.6.41连接实验电路，调节 Rwi和Rw2 ,观察并记录 V。波形。3. NE555施密特触发器电路测试：按教材P.209 Fig.6.42连接实验电路，从us输入1kHz正

18、弦波并调节其幅度，观察并记录V。 波形，测绘电路的电压传输特性曲线并确定其阈值电压与回差电压。四、实验说明1.555定时器结构与功能：2. 555定时器施密特触发器构成与工作原理：3. 555定时器单稳态触发器构成与工作原理：4. 555定时器多谐振荡器构成与工作原理：五、实验报告要求1 .报告内容除实验名称、目的要求外，还必须画出设计电路，拟定实验步骤，并对实验记录数据进行整理，和实验结果分析，表达实验总结与体会等。2 .给出详细实验电路，定量绘制观察波形；3 .讨论实验中遇到的问题；4 .在报告中回答：555多谐振荡器的周期、占空比主要受哪些元件参数影响？如何调节？湖南工学院教案用纸p.

19、11实验7交通灯控制电路设计(虚拟综合性实验)一、实验目的1 .加深对计数电路的理解；2 .加深对555定时器电路的理解；3 .掌握基本电路在实际工程中的应用。二、实验电路及说明1 .交通控制要求南北和东西向道路轮流通行；每向道路由绿灯亮转换为红灯亮之前，黄灯先亮；每次黄灯亮一个单位时间，红绿灯亮5个单位时间。2 .实现方案电路状态转换图：根据控制要求，定义：南北向绿灯AG(a),东西向绿灯BG(b),南北向红灯AR(c),东西向红灯BR(d),南北向黄灯 AY(e),东西向黄灯BY( f),则系统状态转换图为：交通灯控制器状态参数图的实现可采用以下两种方案。实现方案一：算法状态机方案 (Al

20、gorithmic State Machine)ASM图Tl：绿灯亮5个单位时间Tl=1,否则,Tl=0；Ty：黄灯亮1个时间Ty=1,否则，Ty=0； St：控制器向定时器发出的状态转换控 制信号。ST=1 : 5个单位定时，ST=0 : 1 个单位定时。实现方案二：顺序脉冲控制法由于系统状态循环不变，故可采用顺序脉冲控制方法进行，即将单位时间按需要进行分配即可控制系统循环变化的状态。顺序脉冲的产生可采用扭环形计数器来实现。具体方法参见教材P.226227内容。c Qi, d Qi（c, d各延续6个时间单位，不可同时点亮 ）；aQ1Q6,bQ1Q6 （a ,b各延续5个时间单位，且要求a与d、b与c须同时点亮）;eQ1Q6 ,fQiQ6（e,f各延续1个时间单位，且要求e与d、f与c须同时点亮）。显然，方案二比方案一简洁，故实验电路采用方案二设计。3 .定时电路：可采用由555构成的多谐振荡器产生矩阵脉冲作为扭环形计数器的计数脉冲，从而实现电 路的定时。三、实验内容与步骤1 .设计电路并画出满足控制要求的EWB仿真模拟电路；