数字集成电路试验讲义.docx

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数字集成电路试验讲义

数字电子技术实验

前言

数字电子技术是一门实践性很强的技术课，必须十分重视加强实验教学。

数字电子技术实验课的目的是进一步巩固和加强理论知识，培养基本操作技能，提高解决实际问题的能力。

随着数字电子技术的高速发展，中规模集成电路较以前有更多应用，数字电路较脉冲电路有更多应用，基于这种情况，有必要对本课程实验作相应调整。

    为了达到上述目的，根据数字集成电路教学大纲及我系实际情况编写了该实验指导书。

全书共分十二个实验，每个实验包括有：

实验目的、实验器材、实验内容和步骤、实验报告要求等项目。

本书可供非电类专业使用。

在编写过程中，由于时间仓促，加之本人水平有限，凡有不妥之处，请读者批评指正。

                                                             编者

实验一集成逻辑门电路逻辑功能的测试

一、实验目的

1．熟悉数字逻辑实验箱的结构、基本功能和使用方法。

2．掌握常用非门、与非门、或非门、与或非门、异或门的逻辑功能及其测试方法。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2.万用表1只

3．元器件：

74LS00（T065）74LS0474LS5574LS86各一块

导线若干

三、实验说明

1．数字逻辑实验箱提供5V+0.2V的直流电源供用户使用。

2．连接导线时，为了便于区别，最好用不同颜色导线区分电源和地线，一般用红色导线接电源，用黑色导线接地。

3．实验箱操作板部分K0-K7提供8位逻辑电平开关，由8个钮子开关组成，开关往上拨时，对应的输出插孔输出高电平“1”，开关往下拨时，输出低电平“0”。

4．实验箱操作板部分L0-L7提供8位逻辑电平LED显示器，可用于测试门电路逻辑电平的高低，LED亮表示“1”，灭表示“0”。

四、实验内容和步骤

1．测试74LS04六非门的逻辑功能

将74LS04正确接入面包板，注意识别1脚位置，按表1-1要求输入高、低电平信号，测出相应的输出逻辑电平。

2．测试74LS00四2输入端与非门逻辑功能

将74LS00正确接入面包板，注意识别1脚位置，按表1-2要求输入高、低电平信号，测出相应的输出逻辑电平。

3．测试74LS55二路四输入与或非门逻辑功能

将74LS55正确接入面包板，注意识别1脚位置，按表1-3要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，填入表中。

（表中仅列出供抽验逻辑功能用的部分数据）

4．测试74LS86四异或门逻辑功能

将74LS86正确接入面包板，注意识别1脚位置，按表1-4要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平。

五、实验报告要求

1．整理实验结果，填入相应表格中，并写出逻辑表达式。

2．小结实验心得体会。

3．回答思考题

若测试74LS55的全部数据，所列测试表应有多少种输入取值组合？

实验二集成逻辑门电路的参数测试

一、实验目的

1．掌握TTL和CMOS与非门主要参数的意义及测试方法。

2．进一步熟悉数字逻辑实验箱的基本功能和使用方法。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表2只

3．元器件：

74LS20（T063）CC4012各一块

2CK114只

电阻及导线若干

三、实验说明

1．注意正确使用万用表，必须先调好档位再测量，否则易损坏万用表。

2．注意正确识别二极管极性。

四、实验内容及步骤

1．TTL与非门74LS20静态参数测试

（1）导通电源电流ICCL和截止电源电流ICCH。

测试电路如图2-1。

注意：

74LS20为双四输入与非门，两个门的输入端应作相同处理。

（2）低电平输入电流IiL和高电平输入电流IiH。

每一门和每一输入端都应测试一次。

测试电路如图2-2。

（3）电压传输特性。

调节电位器RW，使Vi从0V向5V变化，逐点测试Vi和VO值，将结果记录入表2-1中。

根据实测数据作电压传输特性曲线，从曲线上得出VOH、VOL、VON、VOFF、VTH等值，并计算VNL、VNH（提示：

在VO变化较快的区域应多测几点，有利于绘制特性曲线）。

测试电路如图2-3。

2、CMOS双四输入与非门CC4012静态参数测试

将CC4012正确插入面包板，测电压传输特性。

测试电路如图2-4，方法同上。

将结果记录入表2-2中。

根据实测数据作电压传输特性曲线，从曲线上得出VOH、VOL、VON、VOFF、VTH等值，并计算VNL、VNH。

若将三个多余输入端悬空测试一次，结果正确吗？

五、实验报告要求

1．列表整理出各参数的测试值，并与规范值相比较，判断所测电路性能的好坏。

2．画出两条电压传输特性曲线，从曲线中读出各有关参数值。

比较TTL与CMOS门电路电压传输特性曲线的异同。

3．回答思考题

1）测量TTL与非门输出低电平时为何要加负载？

图2-3中R选用360Ω是什么道理？

若R很小会产生什么现象？

2）TTL与非门输入端悬空为什么可以当作输入为“1”？

CMOS与非门多余输入端可以悬空吗？

3）讨论TTL或非门闲置输入端的处置方法。

4）实验中所得ICCL和ICCH为整个器件值，试计算单个门电路的ICCL和ICCH。

5）CC4012的电源范围为3-18V，若VDD=15V，则其VOH、VOL、VTH应为多少？

实验三SSI组合逻辑电路的实验分析

一、实验目的

1．掌握组合逻辑电路的实验分析方法。

2．验证半加器、全加器的逻辑功能。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表1只

3．元器件：

74LS00（T065）74LS20（T063）各一块

74LS5574LS86各一块

导线若干

三、实验说明

注意按图接线，千万不要将两个门电路的输出端误接在一起。

想想为什么？

四、实验内容和步骤

1．测试图3-1电路的逻辑功能

按图3-1接线。

按表3-1要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。

分析电路的逻辑功能，写出逻辑表达式。

2．测试图3-2电路的逻辑功能

按图3-2接线。

按表3-2要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。

分析电路的逻辑功能，写出逻辑表达式。

3．测试用异或门、非门和与或非门组成的电路的逻辑功能

按图3-3接线。

按表3-3要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平，并填入表中。

分析电路的逻辑功能，写出逻辑表达式。

4．在图3-3电路中，若故意使74系列TTL逻辑门电路的电源电压接触不良或串联一个大电阻，使电源电压超出5V±0.25V范围，会怎样？

试试看。

五、实验报告要求

1．整理实验结果，填入相应表格中，写出逻辑表达式，并分析各电路的逻辑功能。

2．总结用实验来分析组合逻辑电路功能的方法。

实验四变量译码器

一、实验目的

1．掌握MSI组合电路变量译码器的实验分析方法。

2．熟悉中规模集成三线—八线译码器的应用。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表1只

3．元器件：

74LS20（T063）一块

74LS138一块

导线若干

三、实验内容和步骤

1．利用数字逻辑实验箱测试74LS138译码器的逻辑功能，并记录实验数据。

请在预习时自行拟出实验步骤，列出表述其功能的真值表（包括所有输入端的功能）。

2．用74LS138及与非门设计一个三变量多数表决电路，要求画出逻辑电路图，拟出实验步骤，正确接线并测试电路的逻辑功能，列出表述其功能的真值表，记录实验数据。

若G1端接地，会怎样？

请测试。

四、实验报告要求

1．列出具体实验步骤。

2．整理实验测试结果，说明74LS138译码器的功能。

3．画出用74LS138及与非门构成的多数表决电路的逻辑电路图，列出真值表，求出逻辑表达式。

若G1端接地，结果如何？

4．思考题

1）74LS138译码器的输出方式是什么？

即“译中”为什么电平？

2）试说明G1、

输入端的作用。

实验五数据选择器

一、实验目的

1．掌握MSI组合逻辑电路数据选择器的实验分析方法。

2．了解中规模集成八选一数据选择器74LS151的应用。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表1只

3．元器件：

74LS00（T065）74LS04各1块

74LS20（T063）74LS151各1块

导线若干

三、实验内容和步骤

1．利用数字逻辑实验箱测试74LS151八选一数据选择器的逻辑功能，并记录实验数据。

请在预习时自行拟出实验步骤，列出表述其功能的功能表，要包括所有输入端的功能。

2．交通灯有红、黄、绿三色。

只有当其中一只亮时为正常，其余状态均为故障。

试设计一个交通灯故障报警电路。

要求用74LS151及辅助门电路实现，设计出逻辑电路图，拟出实验步骤，接线并检查电路的逻辑功能，列出表述其功能的真值表，记录实验数据。

3．有一密码电子锁，锁上有四个锁孔A、B、C、D，当按下A和D、或A和C、或B和D时，再插入钥匙，锁即打开。

若按错了键孔，当插入钥匙时，锁打不开，并发出报警信号。

要求用74LS151及辅助门电路实现，设计出逻辑电路图，拟出实验步骤，接线并检查电路的逻辑功能，列出表述其功能的真值表，记录实验数据。

注：

可选作步骤2或3中的任一个。

若S端悬空，会怎样？

请测试。

四、实验报告要求

1．列出具体实验步骤，整理实验测试结果，说明74LS151八选一的功能。

2．列出具体实验步骤，画出用74LS151及辅助门电路构成的设计电路图，列出真值表，求出逻辑表达式。

若S端悬空，结果如何？

实验六XJ4328型二踪示波器的使用

一、实验目的

1．熟悉二踪示波器（XJ4328）的基本工作原理和使用方法。

2．学会用示波器测量脉冲波形的幅度、周期、脉冲宽度等参数。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．二踪示波器XJ43281台

3．导线、探头若干

三、实验内容和步骤

1．示波器调整

（1）时基线的调节

将各控制开关按表6-1的要求置位，接通电源，寻找扫描线。

如果看到光点或扫描线，可调整“INTEN”辉度使光点或扫描线的亮度适当。

如果找不到光点或扫描线，调节水平位移或垂直位移，把光点或扫描线移至荧光屏的中心位置。

若光点很大或扫描线很粗，可进一步调节“FOCUS”聚焦旋钮，使光点变小或扫描线变细，即使清晰度提高。

（2）将扫描速度开关“t/div”依次拨至0.2S/div档和0.5uS/div档，观察荧光屏上光点扫描的情况，两者的光迹有何分别？

2．单踪显示、观察示波器校准信号

在上述的基础上，用探头“×10”档，从CH1输入端加入被测频率为1KHZ，幅度为0.2V的校准信号。

将CH1输入耦合开关置于“AC”位置，调节“V/div”为“50mV”、“t/div”为“1mS”，并把“VARIABLE微调”旋钮转至“CAL校准”位置。

此时屏幕上将显示幅度为4格、周期为1格的方波。

（1）当触发极性开关拨至“+”和“—”时，分别观察所显示的波形各是从什么边沿开始扫描的，调节“LEVEL电平”旋钮，观察波形有何变化？

恢复原位“+”。

（2）把触发方式开关置于“NORM常态”，调节“LEVEL电平”旋钮，观察该旋钮对显示波形有何影响？

恢复原位“AUTO自动”。

（3）将探头选择“×1”档，观察此时波形的显示情况，调节“Ｖ/div”使波形能正常显示。

恢复原位“×10”档。

（4）将“PULL×10”水平扩展开关拉出，观察此时波形的显示情况，调节“t/div”使波形能正常显示。

恢复原位按下状态。

（5）将“t/div”和“V/div”开关置于校准位置，测量并记录被测波形的高电平、低电平以及周期和脉宽。

3．单踪显示观测数字逻辑实验箱中高频连续脉冲的波形，测量并记录被测波形的高电平、低电平，周期和脉宽的变化范围。

四、实验报告要求

1．记录实验中观察到的现象、波形并将有关参数标在图上。

2．讨论“触发极性开关（+、—）”、“电平”开关对波形显示的作用。

3．回答思考题

1）“常态”、“自动”二种触发方式有什么区别？

2）电压测量时，为何要将开关“V/div”的“微调”旋至“校准”，时间测量时，为何要将开关“t/div”的“微调”旋至“校准”？

实验七触发器

一、实验目的

1．学会测试触发器逻辑功能的方法。

2．进一步熟悉RS触发器、集成JK触发器和D触发器的逻辑功能及触发方式。

3．熟悉数字逻辑实验箱中单脉冲和连续脉冲发生器的使用方法。

参看附录一。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表1只

3．二踪示波器XJ43281台

4．元器件：

74LS00（T065）1块74LS741块

74LS761块导线若干

三、实验说明

1．如何用二踪示波器XJ4328按时间对应关系同时显示两个信号？

请预习附录二相关内容。

2．74系列产品抗干扰能力很差，不用的输入控制端不可悬空，要接固定高电平。

可通过一个几KΩ电阻接5V电源，也可利用实验箱上的逻辑电平开关。

四、实验内容和步骤

1．基本RS触发器逻辑功能测试

利用数字逻辑实验箱测试由与非门组成的基本RS触发器的逻辑功能，将测试结果记录在表7-1中。

2．集成JK触发器74LS76逻辑功能测试

（1）直接置0和置1端的功能测试

（2）JK触发器逻辑功能的测试

按表7-3测试并记录JK触发器的逻辑功能（表中CP信号由实验箱操作板上的单次脉冲发生器P+提供，手按下产生0→1，手松开产生1→0）。

（3）JK触发器计数功能测试

使触发器处于计数状态（J=K=1），

CP信号由实验箱操作板中的连续脉冲（矩形波）发生器提供，可分别用低频（f=1~10HZ）和高频（f=20~150KHZ）两档进行输入，同时用实验箱上的LED电平显示器和XJ4328型二踪示波器观察工作情况，记入表7-4。

高频输入时，记录CP与Q的工作波形，并回答：

Q状态更新发生在CP的哪个边沿？

Q和CP信号的周期有何关系？

若R=0会怎样？

3．集成D触发器74LS74逻辑功能测试

（1）D触发器逻辑功能的测试

按表7-5测试并记录D触发器的逻辑功能（表中CP信号由实验箱操作板上的单次脉冲发生器P+提供）。

（2）D触发器计数功能测试

使触发器处于计数状态（D=

），

CP端由实验箱操作板中的连续脉冲（矩形波）发生器提供，可分别用低频（f=1~10HZ）和高频（f=20~150KHZ）两档进行输入，分别用实验箱上的LED电平显示器和SR8双踪示波器观察工作情况，记录CP与Q的工作波形，并回答：

Q状态更新发生在CP的哪个边沿？

Q和CP信号的周期有何关系？

若

会怎样？

四、实验报告要求

1．画出实验测试电路，整理实验测试结果，列表说明，回答所提问题，画出工作波形图。

2．比较各种触发器的逻辑功能及触发方式。

3．回答思考题

1）一个带直接置0/1端的JK触发器置为0或1有哪几种方法？

2）一个带直接置0/1端的D触发器置为0或1有哪几种方法

实验八SSI计数器

一、实验目的

1．学习计数器逻辑功能的测试方法。

2．熟悉SSI计数器（异步三位二进制加/减法及十进制加法）的工作原理。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表1只

3．二踪示波器XJ43281台

4．元器件：

74LS00（T065）1块

74LS762块

导线若干

三、实验内容和步骤

1．异步二进制加法计数器

（1）按图8-1接线，组成一个三位异步二进制加法计数器，CP信号可利用数字逻辑实验箱上的单次脉冲发生器或低频连续脉冲发生器，清0信号RD由逻辑电平开关控制，计数器的输出信号接LED电平显示器，按表8-1进行测试并记录。

若CP信号接逻辑电平开关，利用手拨动开关产生0和1，结果会怎样？

为什么？

（2）在CP端加高频连续脉冲，用示波器观察各触发器输出端的波形，并按时间对应关系画出CP、Q1、Q2、Q3端的波形。

2．异步二进制减法计数器

在预习时画出用JK触发器构成的三位异步二进制减法计数器的逻辑电路图。

按图接线，然后按步骤1所述内容进行测试。

结果记录入表8-2。

3．异步十进制加法计数器

（1）按图8-2接线，组成一个异步十进制加法计数器，CP信号可利用数字逻辑实验箱上的单次脉冲或低频连续脉冲发生器，清0信号RD由逻辑电平开关控制，各触发器的输出端及进位输出端分别接到LED电平显示插孔，按表8-3进行测试并记录。

若断开J2=Q4这条线，结果又如何？

（2）在CP端加高频连续脉冲，用示波器观察各触发器输出端的波形，并按时间对应关系画出CP、Q1、Q2、Q3、Q4、Z端的波形。

四、实验报告要求

1．画出实验电路，整理实验测试结果，列表说明，回答所提问题，画出工作波形图。

2．比较二进制加/减法计数器的异同点。

实验九MSI计数器的应用

一、实验目的

1．熟悉中规模集成电路计数器的功能及应用。

2．进一步熟悉数字逻辑实验箱中的译码显示功能。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表1只

3．元器件：

74LS00（T065）一块

74LS20（T063）一块

74LS161一块

导线若干

三、实验内容和步骤

用74LS161及辅助门电路实现一个2~N~16任意进制计数器：

以N=10为例，请在预习时分别设计相应电路，自行拟出实验步骤。

分别安装并观察计数器的功能。

1．列出表述其功能的计数状态顺序表（参考表9-1的格式），记录实验数据。

可利用实验箱上的低频连续脉冲作CP，LED译码显示电路指示输出状态。

2．利用实验箱上的高频连续脉冲作CP，用示波器观察QD、QC、QB、QA的波形，并按时间对应关系记录下来。

四、实验报告要求

1．整理实验测试结果，以N=10为例，分别画出电路图，列出计数状态顺序表，画出工作波形。

2．回答思考题

1）74LS161的置0端和置数端的工作情况有何不同？

2）若要求计数器具有暂时停止计数、过一段时间再继续计数的功能，有哪几种方法可以实现?

实验十计数、译码、显示综合实验

一、实验目的

1．熟悉中规模集成电路计数器的功能及应用。

2．熟悉中规模集成电路译码器的功能及应用。

3．熟悉LED数码管及其驱动电路的工作原理。

4．初步学会综合安装调试的方法。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表1只

3．元器件：

74LS902块

74LS49（或74LS249）1块

共阴型LED数码管1块

导线若干

三、实验内容和步骤

用集成计数器74LS90分别组成8421码十进制和六进制计数器，然后连接成一个60进制计数器（6进制为高位、10进制为低位）。

其中10进制计数器用实验箱上的LED译码显示电路显示（注意高低位顺序及最高位的处理），6进制计数器由自行设计、安装的译码器、数码管电路显示，这样组成一个60进制的计数、译码、显示电路。

用实验箱上的低频连续脉冲作为计数器的计数脉冲，通过数码管观察计数、译码、显示电路的功能是否正确。

建议：

每一小部分电路安装完后，先测试其功能是否正确，正确后再与其它电路相连。

四、实验报告要求

1．画出60进制计数、译码、显示的逻辑电路图。

2．说明实验步骤。

3．简要说明数码管自动计数显示的情况。

（可列省略中间某些计数状态的计数状态顺序表说明）

4．根据实验中的体会，说明综合安装调试较复杂中小规模数字集成电路的方法。

5．回答思考题

1）共阴、共阳LED数码管应分别配用何种输出方式的译码器？

2）该如何确定数码管驱动电路中的限流电阻值？

3）如果60进制计数器采用高位接10进制、低位接6进制的方式，计数顺序又如何？

可列省略中间某些状态的计数状态顺序表说明。

实验十一利用TTL集成逻辑门构成脉冲电路

一、实验目的

1．掌握用集成门构成多谐振荡器和单稳电路的基本工作原理。

2．了解电路参数变化对振荡器波形的影响。

3．了解电路参数变化对单稳电路输出脉冲宽度的影响。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表1只

3．二踪示波器XJ43281台

4．元器件：

74LS00（T065）1块

1.2K电位器1只

电阻、电容、导线若干

三、实验内容和步骤

1．多谐振荡器

按图11-1接线。

用示波器观察Vi1、Vo1、Vi2、Vo的波形。

按时间对应关系记录下来，测出振荡器输出波形的周期：

T=

按图11-2接线。

经检查无误后方可接通电源。

（1）用示波器观察Vi1、Vi2、Vo2、Vi3、Vo的波形，按时间对应关系记录下来。

（2）改变电位器的阻值，用示波器观察振荡周期的变化趋势，计算出该振荡器振荡周期的变化范围，并换算成振荡频率：

Tmin=Tmax=

fmin=fmax=

3．积分型单稳电路

（1）按图11-3接线，用实验箱上的高频连续脉冲作为输入信号Vi1。

（2）若波形显示不正常，可调整输入波形为一定脉冲宽度和频率，用示波器观察Vi1、Vo1、Vi2、Vo的波形，按时间对应关系记录下来，测出输出脉冲的宽度：

tp1=

（3）将图11-3再加一级非门输出，两种电路的输出波形质量有无不同？

将电容改为0.01uF，再测量电路输出脉冲的宽度：

tp2=

四、实验报告要求

1．画出实验电路及相应的波形图，整理各测量结果。

2．将实验所得数据与理论计算值相比较，分析不一致的原因。

3．总结归纳元件参数的改变对电路参数的影响。

4．回答思考题

1）振荡器输出波形的周期主要由什么决定？

2）单稳电路中电阻如果取得过大，会出现什么现象？

实验十二555时基电路

一、实验目的

1．熟悉555时基电路逻辑功能的测试方法。

2．熟悉555时基电路的工作原理及其应用。

二、实验器材

1．数字逻辑实验箱DSB-31台

2．万用表2只

3．二踪示波器XJ43281台

4．元器件：

NE5551块，电阻、电容、导线若干

三、实验内容和步骤

1．555时基电路逻辑功能测试

（1）按图12-1接线，将R端接实验箱的逻辑电平开关，输出端OUT接LED电平显示，用万用表测放电管输出端DIS，检查无误后，方可进行测试。

（注：

放电管导通时灯灭，因是输出状态是低电平；放电管截止时灯也灭，因为是高阻状态。

所以不能用电平显示而要用万用表的电压档来判断其状态）

（2）按表12-1进行测试，改变RW1和RW2的阻值，观察状态是否改变。

（3）按表12-2测试，将结果记录下来，用万用表测出TH和TR端的转换电压，与理论值2/3Vcc和1/3Vcc比较，是否一致？

   （注：

表中某步骤若状态未转换，转换电压一栏填X）

2．555时基电路的应用

用555时基电路设计一个多谐振荡器，频率不限（可为1KHZ）。

若为高频振荡器，用示波器观察得到的矩形波；低频则用电平显示。

四、实验报告要求

1．整理实验数据，将结果列表说明，回答相关问题。

2．总结555时基电路的逻辑功能。

3．回答思考题

1）55时基电路的TH、TR、R端分别采用什