《数电实验》最新版版.docx
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《数电实验》最新版版
《数字电路实验》
实验一基本门电路的逻辑功能测试
一、实验目的
1、测试与门、或门、非门、与非门、或非门与异或门的逻辑功能。
2、熟悉扩展板与主电路板的连接与使用。
3、了解测试的方法与测试的原理。
二、实验原理
实验中用到的基本门电路的符号为:
在要测试芯片的输入端用逻辑电平输出单元输入高低电平,然后使用逻辑电平显示单元显示其逻辑功能。
三、实验设备与器件
1、数字逻辑电路实验箱。
2、数字逻辑电路实验箱扩展板。
3、双踪示波器,数字万用表。
4、相应74LS系列、CC4000系列或74HC系列芯片若干。
四、实验内容
1、测试TTL门电路的逻辑功能:
a)测试74LS08(与门)的逻辑功能。
b)测试74LS32(或门)的逻辑功能。
c)测试74LS04(非门)的逻辑功能。
d)测试74LS00(与非门)的逻辑功能。
e)测试74LS02(或非门)的逻辑功能。
f)测试74LS86(异或门)的逻辑功能。
2、测试CMOS门电路的逻辑功能:
g)测试CC4081(74HC08)(与门)的逻辑功能。
h)测试CC4071(74HC32)(或门)的逻辑功能。
i)测试CC4069(74HC04)(非门)的逻辑功能。
j)测试CC4011(74HC00)(与非门)的逻辑功能。
k)测试CC4001(74HC02)(或非门)的逻辑功能。
l)测试CC4030(74HC86)(异或门)的逻辑功能。
五、实验步骤
1、将数字逻辑电路实验箱扩展板固定到主电路板上。
2、在扩展板上插上要测试的芯片,注意管脚数数与扩展板上所标数对应。
芯片首先要接电源和地线(在主电路板上留有相应的插孔)。
3、按照芯片的管脚分布图接线(注意高低电平的输入和高低电平的显示)。
4、芯片的管脚分配见附录。
六、实验报告要求
1.画好各门电路的真值表表格,将实验结果填写到表中。
2.根据实验结果,写出各逻辑门的逻辑表达式,并判断逻辑门的好坏。
实验二TTL集电极开路门和三态输出门测试
一、实验目的
1、掌握TTL集电极开路门(OC门)的逻辑功能及应用。
2、了解集电极负载电阻对集电极开路门的影响。
3、掌握TTL三态输出门(3S门)的逻辑功能及应用。
二、实验原理
数字系统中有时需要把两个或两个以上集成逻辑门的输出端直接并接在一起完成一定的逻辑功能。
对于普通的TTL电路,由于输出级采用了推拉式输出电路,无论输出是高电平还是低电平,输出阻抗都很低。
因此,通常不允许将它们的输出端并接在一起使用,而集电极开路门和三态输出门是两种特殊的TTL门电路,它们允许把输出端直接并接在一起使用,也就是说,它们都具有“线与”的功能。
1、TTL集电极开路门(OC门)
本实验所用OC门型号为2输入四与非门74LS03,引脚排列见附录。
工作时,输出端必须通过一只外接电阻和电源Ec相连接,以保证输出电平符合电路要求。
OC门的应用主要有下述三个方面:
(1)电路的“线与”特性方便的完成某些特定的逻辑功能。
图4-1所示,将两个OC门输出端直接并接在一起,则它们的输出:
图4-1OC与非门“线与”电路图4-2OC与非门负载电阻RL的确定
即把两个(或两个以上)OC与非门“线与”可完成“与或非”的逻辑功能。
(2)实现多路信息采集,使两路以上的信息共用一个传输通道(总线)。
(3)实现逻辑电平转换,以推动荧光数码管、继电器、MOS器件等多种数字集成电路。
OC门输出并联运用时负载电阻的选择:
如图4-2所示,电路由n个OC与非门“线与”驱动有m个输入端的N个TTL与非门,为保证OC门输出电平符合逻辑要求,负载电阻阻值的选择范围为:
式中:
——OC门输出管截止时(输出高电平VOH)的漏电流(约为50uA)
¬——OC门输出低电平VOL时允许最大灌入负载电流(约为20mA)
——负载门高电平输入电流(<50uA)
——负载门低电平输入电流(<1.6mA)
——外接电源电压
n——OC门个数
N——负载门个数
M——接入电路的负载门输入端总个数
值须小于,否则VOH将下降,值须大于,否则VOL将上升,又的大小会影响输出波形的边沿时间,在工作速度较高时,应尽量选取接近。
2、TTL三态输出门(3S门)
TTL三态输出门是一种特殊的门电路,它与普通的TTL门电路结构不同,它的输出端除了通常的高电平、低电平两种状态外(这两种状态均为低阻状态),还有第三种输出状态——高阻态,处于高阻态时,电路与负载之间相当于开路。
三态输出门按逻辑功能及控制方式来分有各种不同类型,本实验所用三态门的型号是74LS125三态输出四总线缓冲器,图4-3是三态输出四总线缓冲器的逻辑符号,它有一个控制端(又称为禁止端或使能端),=0为正常工作状态,实现Y=A的逻辑功能;=1为禁止状态,输出Y是高阻态。
这种在控制端加低电平电路才能正常工作的方式称低电平使能。
74LS125的引脚排列见附录。
图4-3(a)图4-3(b)
图4-3三态四总线缓冲器逻辑符号
输入输出
/EAF
000
11
10
高阻
1
三态电路主要用途之一是实现总线传输,即用一个传输通道(称总线),以选通方式传送多路信息。
使用时,要求只有需要传输信息的三态控制端处于使能态(=0)其余各门皆处于禁止状态(=1)。
由于三态门输出电路结构与普通TTL电路相同,显然,若同时有两个或两个以上三态门的控制端处于使能态,将出现与普通TTL门“线与”运用时同样的问题,因而是绝对不允许的。
三、实验设备与器件
1、数字逻辑电路实验箱。
2、数字逻辑电路实验箱扩展板。
3、双踪示波器,数字万用表。
4、芯片74LS00、74LS03、74LS04、74LS10、74LS125,电阻200欧、10K电位器。
5、1Hz的连续脉冲,单次脉冲。
四、实验内容及实验步骤
1.TTL集电极开路与非门74LS03负载电阻的确定。
图4-474LS03负载电阻的确定
将数字逻辑电路实验箱扩展板插在实验箱相应位置,并固定好,找一个14PIN的插座插上芯片74LS03,并在14PIN插座的第7脚接上实验箱的地(GND),第14脚接上电源(VCC),逻辑电平接拨位开关。
芯片的管脚分配请参考附录或其它资料。
用两个集电极开路与非门“线与”使用驱动一个TTL非门,按图4-4连接实验电路。
负载电阻由一个200Ω电阻和一个10K电位器串接而成,取=5V,VOH=3.5V,VOL=0.3V。
接通电源,用逻辑开关改变两个OC门的输入状态,先使OC门“线与”输出高电平,调节Rw至使=3.5V,测得此时的即为,再使电路输出低电平VOL=0.3V,测得此时的即为。
2.集电极开路门的应用
用OC门实现,实验时输入变量允许用原变量和反变量,外接负载电阻RL自取合适的值。
具体的连线方法同实验内容1。
3.三态输出门
(1)测试74LS125三态输出门的逻辑功能:
将数字逻辑电路实验箱扩展板插在实验箱相应位置,并固定好,找一个14PIN的插座插上芯片74LS125,并在14PIN插座的第7脚接上实验箱的地(GND),第14脚接上电源(VCC),三态门输入端接逻辑开关,控制端接单次脉冲源,输出接发光二极管(逻辑电平显示)。
逐个测试集成块中四个门的逻辑功能,记入表4-1中。
(2)三态输出门的应用
将四个三态缓冲器按图4-5接线,输入端按图示加输入信号,控制端接逻辑开关,输出端接LED,先使四个三态门的控制端均为高电平“1”,即处于禁止状态。
注意,应先使工作的三态门转换为禁止状态,再让另一个门开始传递数据。
记录实验结果。
图4-5用74LS125实现总线传输实验电路
五、实验预习要求
1.复习TTL集电极开路门和三态门工作原理。
2.计算实验中各RL阻值,并从中确定实验所用RL值(标称值)。
3.画出用OC与非门实现实验内容2的逻辑图。
六、实验实验报告
1.画出实验电路图,并标明有关外接元件值。
2.整理分析实验结果,总结集电极开路门和三态输出门的优缺点。
3.思考:
在使用总线传输时,总线上能不能同时接有OC门与三态输出门?
为什么?
实验三编码器及应用
一、实验目的
1.掌握一种门电路组成编码器的方法。
2.掌握8-3线优先编码器74LS148,10-4线优先编码器74LS147的功能。
3.学会使用两片8-3线编码器组成16-4线编码器。
二、实验原理
1、4-2编码器
赋予若干位二进制码以特定含义称为编码,能实现编码功能的逻辑电路称为编码器。
编码器有若干个输入,在某一时刻只有一个输入信号被转换成二进制码。
下面是一个最简单的4输入、2位二进制码输出的编码器的逻辑原理图:
图6-14-2编码器逻辑原理图图6-274LS148逻辑图
由图可得逻辑表达式为:
功能表为:
输入输出
I0I1I2I3Y1Y0
100000
010001
001010
000111
表6-14-2编码器功能表
由该表可以看出,当I0~I3中在某一位输入为1时,输出Y1Y0为相应的代码。
例如,当I1为1时,输出Y1Y0为01。
2、8-3线优先编码器74LS148
上面的编码电路虽然简单,但有两个缺点。
其一是,当I0为1,I1~I3都为0和I0~I3均为0时,输出Y1Y0均为00,这两种情况在实际中必须加以区分;其二是,同时有多个输入被编码时,输出会是混乱的。
在实际工作中,同时有多个输入被编码时,必须根据轻重缓急,规定好这些控制对象允许操作的先后次序,即优先识别。
识别信号的优先级并进行编码的逻辑部件称为优先编码器。
编码器74LS148的作用是将输入I0~I78个状态分别编成二进制码输出,它的功能表见表6-2,它的逻辑图见图6-2。
它有8个输入端,3个二进制码输出端,输入使能端EI,输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。
优先级分别从I7至I0递减。
输入输出
EI01234567A2A1A0GSEO
H××××××××HHHHH
LHHHHHHHHHHHHL
L×××××××LLLLLH
L××××××LHLLHLH
L×××××LHHLHLLH
L××××LHHHLHHLH
L×××LHHHHHLLLH
L××LHHHHHHLHLH
L×LHHHHHHHHLLH
LLHHHHHHHHHHLH
表6-2优先编码器74LS148功能表
3、10-4线优先编码器74LS147
74LS147的输出为8421BCD码,它的逻辑图见图6-3,其功能表为:
输入输出
123456789DCBAGS
HHHHHHHHHHHHH0
××××××××LLHHL1
×××××××LHLHHH1
××××××LHHHLLL1
×××××LHHHHLLH1
××××LHHHHHLHL1
×××LHHHHHHLHH1
××LHHHHHHHHLL1
×LHHHHHHHHHLH1
LHHHHHHHHHHHL1
表6-3优先编码器74LS147功能表
图6-374LS147逻辑图
三、实验设备与器材
1、数字逻辑电路实验箱。
2、数字逻辑电路实验箱扩展板。
3、数字万用表。
4、芯片74LS148,74LS20各两片、74LS137、74LS04、74LS32各一片。
四、实验内容及实验步骤
1、4-2编码器
将数字逻辑电路实验箱扩展板插在实验箱相应位置,并固定好,找四个14PIN的插座插上芯片74LS04,74LS20,74LS32,并在14PIN插座的第7脚接上实验箱的地(GND),第14脚接上电源(VCC)。
将输出端Y0~Y1分别接2个发光二极管(实验箱主电路板的逻辑电平显示单元),输入端接拨位开关(实验箱主电路板的逻辑电平输出单元),拨动拨位开关,根据发光二极管显示的变化,逐项验证4-2编码器的功能。
芯片的管脚分配请参考附录或其它资料。
2、8-3线优先编码器74LS148
将数字逻辑电路实验箱扩展板插在实验箱相应位置,并固定好,找一个16PIN的插座插上芯片74LS148,并在16PIN插座的第8脚接上实验箱的地(GND),第16脚接上电源(VCC)。
八个输入端I0~I7接拨位开关(逻辑电平输出),输出端接发光二极管进行显示(逻辑电平显示),其它功能引脚的接法参见附录或相关资料。
3、10-4线优先编码器74LS147
测试方法与74LS148类似,只是输入与输出脚的个数不同,功能引脚不同。
4、16-4线编码器
用两块74LS148组成16位输入、4位二进制码输出的优先编码器,按下面的逻辑图连线,并验证它的功能。
具体的连线方法同样是在扩展板上完成,输入输出分别接拨位开关(逻辑电平输出)和发光二极管(逻辑电平显示)。
图6-416-4线优先编码器原理图
五、实验预习要求
1、预习编码器的原理。
2、熟悉所用集成电路的引脚功能。
3、画好实验所用的表格。
六、实验报告要求
1、说明74LS148的输入信号EI和输出信号GS、EO的作用。
2、分析16-4线优先编码器的工作原理,并自制表格,根据实验结果完成16-4线优先编码器的功能表。
3、4-2编码器中,当I0为1,I1~I3都为0和I0~I3均为0时,输出Y1Y0均为00,这两种情况如何加以区分?
实验四译码器及应用
(1)
一、实验目的
1.掌握3-8线译码器、4-10线译码器的逻辑功能和使用方法。
2.掌握用两片3-8线译码器连成4-16线译码器的方法。
3.掌握使用74LS138实现逻辑函数和做数据分配器的方法。
二、实验原理
译码是编码的逆过程,它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别,并转换成控制信号,具有译码功能的逻辑电路称为译码器。
译码器在数字系统中有广泛的应用,不仅用于代码的转换、终端的数字显示,还用于数据分配,存贮器寻址和组合控制信号等。
不同的功能可选用不同种类的译码器。
下图表示二进制译码器的一般原理图:
图7-1二进制译码器的一般原理图
它具有n个输入端,个输出端和一个使能输入端。
在使能输入端为有效电平时,对应每一组输入代码,只有其中一个输出端为有效电平,其余输出端则为非有效电平。
每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。
二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器,若利用使能端中的一个输入端输入数据信息,器件就成为一个数据分配器(又称为多路数据分配器)。
1、3-8线译码器74LS138
它有三个地址输入端A、B、C,它们共有8种状态的组合,即可译出8个输出信号Y0~Y7。
另外它还有三个使能输入端E1、E2、E3。
它的引脚排列见图7-2,功能表见表7-1。
图7-274LS138的引脚排列图
输入输出
E3E1E2CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7
×H××××HHHHHHHH
××H×××HHHHHHHH
L×××××HHHHHHHH
HLLLLLLHHHHHHH
HLLLLHHLHHHHHH
HLLLHLHHLHHHHH
HLLLHHHHHLHHHH
HLLHLLHHHHLHHH
HLLHLHHHHHHLHH
HLLHHLHHHHHHLH
HLLHHHHHHHHHHL
表7-174LS138的功能表
2、4-10线译码器74LS42
它的引脚排列见图7-3,功能表见表7-2。
图7-374LS42的引脚排列图
BCD输入输出
A3A2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9
LLLLLHHHHHHHHH
LLLHHLHHHHHHHH
LLHLHHLHHHHHHH
LLHHHHHLHHHHHH
LHLLHHHHLHHHHH
LHLHHHHHHLHHHH
LHHLHHHHHHLHHH
LHHHHHHHHHHLHH
HLLLHHHHHHHHLH
HLLHHHHHHHHHHL
表7-274LS42的功能表
三、实验设备与器材
1、数字逻辑电路实验箱。
2、数字逻辑电路实验箱扩展板。
3、数字万用表、双踪示波器。
4、芯片74LS138(两片)、74LS42、74LS20各一片。
四、实验内容及实验步骤
1.74LS138译码器逻辑功能测试
将数字逻辑电路实验箱扩展板插在实验箱相应位置,并固定好,找一个16PIN的插座插上芯片74LS138,并在16PIN插座的第8脚接上实验箱的地(GND),第16脚接上电源(VCC)。
将74LS138的输出端Y0~Y7分别接到8个发光二极管上(实验箱主电路板的逻辑电平显示单元),逐次拨动对应的拨位开关(实验箱主电路板的逻辑电平输出单元),根据发光二极管显示的变化,测试74LS138的逻辑功能。
2.74LS42译码器逻辑功能测试
测试方法与74LS138类似,只是输入与输出脚的个数不同,功能引脚不同。
3.两片74LS138组合成4线-16线译码器
按下图连线:
图7-4两片74LS138组合成4线-16线译码器
将16个输出端接逻辑电平显示(发光二极管),4个输出端接逻辑电平输出(拨位开关),逐项测试电路的逻辑功能。
4.用74LS138实现逻辑函数和做数据分配器
a)实现逻辑函数
一个3线-8线译码器能产生3变量函数的全部最小项,利用这一点能够很方便的实现3变量逻辑函数。
下图实现了:
图7-5实现逻辑函数
验证电路的功能是否与逻辑函数相一致。
具体的接线方法是在扩展板插上芯片74LS138和74LS20,X,Y,Z三个输入端接拨位开关(逻辑电平输出),F接发光二极管(逻辑电平显示),拨动拨位开关,观察发光二极管的发光情况。
b)用做数据分配器
图7-6数据分配器
若在E3端输入数据信息,,地址码所对应的输出是E3数据的反码;若从端输入数据信息,令E3=1,,地址码所对应的输出是端数据信息的原码。
若输入信息是时钟脉冲,则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。
取时钟脉冲CP的频率约为10KHz,要求分配器输出端的信号与CP输入信号同相。
参照图7-6,画出分配器的实验电路,用示波器观察和记录在地址端CBA分别取000~111这8种不同状态时端的输出波形,注意输出波形与CP输入波形之间的相位关系。
五、实验预习要求
1.复习有关译码器与数据分配器的原理。
2.根据实验任务,画出所需的实验线路及记录表格。
六、实验报告要求
1.画出实验线路,把观察到的波形画在坐标上,并标上相应的地址码。
2.对实验结果进行分析、讨论。
实验四译码器及应用
(2)---数码管显示实验
一、实验目的
1.熟悉共阴、共阳数码管的使用。
2.掌握数码管的驱动方法。
二、实验原理
在数字测量仪表和各种数字系统中,都需要将数字量直观的显示出来,一方面供人们直接读取测量和运算的结果;另一方面用于监视数字系统的工作情况。
因此,数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。
数字显示电路通常由译码器、驱动器和显示器等部分组成,如图8-1所示。
图8-1数字显示电路组成方块图
数码的显示方式一般有三种:
第一种是字型重叠式;第二种是分段式;第三种是点阵式。
目前以分段式应用最为普遍,主要器件是七段发光二极管(LED)显示器。
它可分为两种,一是共阳极显示器(发光二极管的阳极都接在一个公共点上),另一是共阴极显示器(发光二极管的阳极都接在一个公共点上,使用时公共点接地)。
下图8-2(a)、8-2(b)分别是共阴管和共阳管的电路,8-3(a)、8-3(b)分别是共阴管和共阳管的引出脚功能图。
8-2(a)8-3(a)
8-2(b)8-3(b)
一个LED数码管可用来显示一位0~9十进制数和一个小数点。
小型数码管(0.5寸和0.36寸)每段发光二极管的正向压降,随显示光(通常为红、绿、黄、橙色)的颜色不同略有差别,通常约为2~2.5V,每个发光二极管的点亮电流在5~10mA。
LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器,该译码器不但要有译码功能,还要有相当的驱动能力。
1.74LS48共阴极译码驱动器
它的引脚排列为:
图8-474LS48的引脚排列
它的功能表为:
输入输出
abcdefg
××××××0(输入)0000000
0×××××111111118
10000000000000
0110000111111100
11×0001101100001
21×0010111011012
31×0011111110013
41×0100101100114
51×0101110110115
61×0110100111116
71×0111111100007
81×1000111111118
91×1001111110119
101×101010001101
111×101110011001
121×110010100011
131×110111001011
141×111010001111
151×111110000000
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