101数字电子技术实验指导北工大w10.docx
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101数字电子技术实验指导北工大w10
目录
第一部分实验要求。
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2
第二部分技术实验。
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4
实验一常用电子仪器使用及反相器。
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4
实验二门电路功能测试及逻辑代数应用。
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6
实验三组合逻辑电路的分析与设计。
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10
实验四多路选择器及函数发生器。
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12
实验五触发器功能测试及应用。
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14
实验六计数器和寄存器的实际应用。
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17
实验七时序电路的分析与设计。
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19
实验八定时电路的实际应用。
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21
第三部分EDA实验。
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25
实验一译码器及多路选择器的应用。
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26
实验二数码管扫描显示电路。
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31
第一部分实验要求
一、实验部分的教学基本要求
实验课的目的是培养学生的电子电路实验研究能力,培养学生理论联系实际的能力。
使学生能根据实验结果,利用所学理论,通过分析找出内在联系。
从而对电路参数进行调整,使之符合性能要求。
在实验中培养学生实事求是,严谨的科学作风。
实验部分的基本要求是:
1.正确使用常用电子仪器,如示波器、信号发生器、数字万用表、参数测试仪、稳压电源等。
2.掌握基本的测试技术,如测量频率、相位、时间、脉冲波波形参数、电压或电流的平均值、有效值、峰值以及电子电路的主要技术指标。
3.具有查阅电子器件手册的能力。
4.根据技术要求能选用合适的元器件,设计常用的小系统,并进行组装和调试。
5.初步具有分析,寻找和排除电子电路中常见故障的能力。
6.初步具有正确处理实验数据、分析误差的能力。
7.能独立写出严谨的、有理论分析的、实事求是的、文理通顺、字迹端正的实验报告。
二、实验规则
为了顺利完成实验任务,确保人身、设备安全,培养严谨、踏实、实事求是的科学作风和爱护国家财产的优秀品质,特制定以下实验规则。
1.实验前必须充分预习,完成指定的预习任务。
预习要求如下:
1.1认真阅读实验指导书,分析、掌握实验电路的工作原理,并进行必要的估算。
1.2完成各实验“预习要求”中指定的内容。
1.3熟悉实验任务。
1.4复习实验中各仪器的使用方法及注意事项。
未完成预习任务者不能进实验室做实验。
2.使用仪器、设备前必须了解其性能、操作方法及注意事项,在使用时应严格遵守。
3.实验时接线要认真,相互仔细检查,确信无误才能接通电源。
初学或没有把握时应经指导教师审查同意后才能接通电源。
4.实验时应注意观察,若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味),应立即关断电源,保持现场,报告指导教师。
找出原因、排除故障并经指导教师同意才能再继续实验。
如果发生事故(例如元件或设备损坏)应主动填写实验事故报告单,服从实验室和指导教师对事故的处理决定(包括经济赔偿),并自觉总结经验,吸取教训。
5.实验过程中需要改接线时,应关断电源后才能拆、接线。
6.实验过程中应仔细观察实验现象,认真记录实验结果(数据、波形及其现象)。
所记录的实验结果必须经指导教师审阅签字后才能拆除实验线路。
7.实验结束后,必须拉闸,并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理好,才能离开实验室。
8.在实验室不得做与实验无关的事。
进行任课教师指定内容以外的实验,必须经指导教师同意。
9.遵守纪律,不迟到、不乱拿他组的仪器、设备、工具、导线等。
保持实验室内安静、整洁、爱护一切公物,不许在仪器设备或桌子上乱写乱画。
10.实验后每个同学都必须按要求做一份实验报告。
三、实验报告要求
1.每次实验后每人必须独立完成一份实验报告。
2.实验报告一般应包括以下内容:
2.1.必须有原始记录(数据、波形、现象及所用仪器设备编号等)。
原始记录必须有指导教师签定,否则无效。
2.2.画出实验电路,简述(不要抄写实验指导书上的步骤、公式等)所做实验内容及结果。
2.3.对原始记录进行必要的分析、整理。
并将原始记录与预习时理论分析所得的结果进行比较,若误差较大,分析原因。
2.4.重点报告实验中体会较深、收获较大的一、两个问题(如果实验中出现故障,应将分析故障、查找原因作为重点报告内容),详细报告其过程,说明出现过什么现象,当时是怎么分析的,采取了什么措施,结果如何,有什么收获或应吸取什么教训。
2.5.回答任课教师指定的思考题。
3.实验报告封面上应写明实验名称、班号、实验者姓名、学号、实验日期和完成实验报告日期等,并将实验报告整理装订好,按任课教师指定的时间上交。
4.有下列情况之一者,按“缺交实验报告”处理:
4.1.没有按时上交实验报告。
4.2.实验报告上没有写班号、学号、姓名。
4.3.实验报告中没有指导教师签字的原始记录。
四、实验室地点
一实403室和415室,电子技术实验室
第二部分基本实验
实验一、常用电子仪器使用及反相器
一、实验目的
1.学会使用双迹示波器测试波形。
2.正确使用直流稳压电源,万用表,逻辑实验箱。
掌握多路电源的接法。
3.反相器中晶体管三种工作状态的测试,用双迹示器观察反相器输入与输出关系及电容负载对波形的影响。
4.学会用万用表检查二极管,三极管,稳压管的好坏及电极。
二、实验电路及参数
三、实验步骤及内容:
(一)放大:
1.调R1中的3.9K电位器,使URC=5.1V(即IC=1mA)
2.测UBE,UCE,UR1。
UR3,R1、UCB,并与理论值进行比较。
(二)截止:
1.调R1中3.9K电位器,使其为最大。
2.测UBE,UCE,UR1。
UR3,R1、UCB,并与理论值进行比较。
(三)饱和:
1.调R1中3.9K电位器,使其为最小。
2.测UBE,UCE,UR1。
UR3,R1、UCB,并与理论值进行比较。
(四)输入脉冲信号,观察输入、输出波形,画出波形的相位关系,并标出幅值
条件:
R1=2K
(五)输入脉冲信号、输出加上电容负载(CL=200P)观察输出波形的变化,进行理论分析,画出实验电路。
(六)输入脉冲信号,输出加上二极管箝位电路,使输出幅值(高电平)在3.5V至2.5V之间,画出波形、标出幅值,画出实验电路。
四、预习要求
1.预习数字电子技术指导书中,示波器的使用练习。
2.计算反相器中晶体管在三种状态下的VBE、VCE、VR1、VR2、R1、VCB的理论值。
3.画出反相器输入与输出的理论波形。
4.画出带电容负载后输出的理论波形。
五、报告要求:
1.总结示波器常用旋钮的使用方法。
2.总结晶体管三种工作状态下发射结和集电结的偏向,并回答提出的问题。
3.总结反相器输入与输出之间的关系及电容负载的影响。
4.总结用万用表测量晶体管的方法。
实验二门电路功能测试及逻辑代数应用
一、实验目的:
1.熟悉门电路的逻辑功能。
2.学会运用逻辑代数解决实际问题。
二、实验仪器设备
1.SXJ—Z2电子技术学习机,TPE-D3Ⅱ多功能电路学习机
2.双迹示波器
3.万用表
4.器件:
74LS20一块
74LS00两块
74LS54一块
74LS55一块
三、实验内容
(一)门电路的功能测试
1.测与非门的逻辑功能:
图1
1)按图1接线。
2)测与非门的逻辑功能。
填入表1。
写出函数表达式。
表1
输入端(逻辑状态)
输出端
A
B
C
D
电位(V)
逻辑状态
1
1
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
图2
2.测与或非门的逻辑功能:
1)按图2接线
2)测与或非门的逻辑功能,填入表2。
写出函数表达式。
表2
输入端(逻辑状态)
输出端
A
B
C
D
电位(V)
逻辑状态
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
3.观察与非门对脉冲的控制作用。
按图3(a)(b)接线,用双迹示波器分别观察输入、输出波形,并记录。
写出函数表达式。
(a)(b)
图3
(二)逻辑代数应用:
1.设计一个保密锁电路,保密锁上有三个键钮A、B、C。
要求当三个键钮同时按下时,或A、B两个同时按下时,或按下A、B中的任一键钮时,锁就能被打开;而当不符合上列组合状态时,将使电铃发出报警响声。
试设计此电路,列出真值表,写出函数式,画出最简的实验电路。
(用最少的与非门实现)。
(注:
取A、B、C三个键钮状态为输入变量,开锁信号和报警信号为输出变量,分别用F1用F2表示。
设键钮按下时为“1”,不按时为“0”;报警时为“1”,不报警时为“0”,A、B、C都不按时,应不开锁也不报警。
)
2.设计一个燃油锅炉报警逻辑电路。
要求在燃油喷嘴处于开启状态时,如锅炉水温或烟道温度过高则发出报警信号。
(用最少与非门实现)
(注:
炉水温为A,烟道温度为B,喷嘴状态为C,报警信号为F)
3.用8421码表示十进制数0~9,要求当十进制数为0,2,3,8时输出为1,其余六个状态(1010~1111)不会出现,求实现此逻辑函数的最简表达式和逻辑图,用实验验证之。
(用两个与或非门实现。
)
4.某药房常用药材有16种,编号为1-16。
在配方时必须遵守下列规定:
(1)第1号不能与第5号同时使用;
(2)第7号不能与第11号同时使用;
(3)用第3号时,必须同时配用第9号;
(4)用第13号时,必须同时配用第15号;
设计一个组合电路,要求在违反上述任何一项规定时,都能发出报警信号。
试写出报警信号的逻辑函数式,画出逻辑图(用与非门实现)。
三、予习要求:
(一)门电路功能测试
1.在表格中填入理论值。
2.画出理论波形。
(二)逻辑代数应用。
1.画出最简的实验电路图。
实验电路注明管脚号码。
2.画出真值表,填出理论值。
四、报告要求:
1.与非门什么情况下输出高电平?
什么情况下输出低电平,与非门中不用的输入端应如何处理?
2.与或非门在什么情况下输出高电平?
什么情况下输出低电平?
与或非门中不用的与门输入端应如何处理?
3.如果与非门的一个输入端接连续时钟脉冲,那么:
1)其余输入端是什么状态时,允许脉冲通过?
输出波形与输出入波形有何差别?
2)其余输入端是什么状态时,不允许脉冲通过?
输出端是什么状态?
4.小结如何应用逻辑代数解决实际问题?
实验三组合逻辑电路分析与设计
一、实验目的:
1.掌握组合逻辑电路的分析方法和设计方法。
2.验证组合逻辑电路的功能。
二、实验仪器设备
1.SXJ—Z2电子技术学习机,TPE-D3Ⅱ多功能电路学习机
2.万用表
3.器件:
74LS86一块,74LS20一块,74LS32一块,74LS138一块。
三、实验内容:
(一)组合逻辑电路分析:
写出函数式,画出真值表并用实验验证之,说明其逻辑功能。
(二)组合逻辑电路设计
1.设计一个路灯的控制电路,要求在四个不同的路口都能独立地控制路灯的亮灭。
(用异或门实现)画出真值表,写出函数式,画出实验逻辑电路图。
2.试用中规模138译码器和与非门设计一个全减器。
画出真值表,写出表达式,画出实验电路图。
(设Ai为被减数,Bi为减数,Ci-1为低位向本位的借位,Si是差值,Ci是本位向高位的借位)。
注:
138译码器和74LS20与非门功能和管脚图见附录。
三、予习要求:
1.复习组合电路的分析方法和设计方法。
2.画出实验用电路图和记录表格,填好理论值,实验电路注明管脚号码。
四、报告要求:
1.总结组合电路的分析方法。
2.总结组合电路的设计方法。
2.收获和体会。
实验四多路选择器及函数发生器
一、实验目的:
(一)掌握多路选择器集成电路的一般使用。
(二)利用多路选择器实现N变量任意组合逻辑电路。
二、实验仪器设备
1.SXJ—Z2电子技术学习机,TPE-D3Ⅱ多功能电路学习机
3.万用表
3.器件:
双“四选一”74LS153一块
与非门74LS20一块
或门74LS32一块
三、实验内容及步骤:
(一)多路选择器的功能测试
1.运用二个“四选一”构成一个“八选一”
2.测试八选一数字选择器的逻辑功能,把结果填入自拟的表格中。
方法:
变换输入控制端C、B、A的排列组合如:
/C/B/A/C/BA….....CBA即可分别使d0、d1、……d7和输出端F连通。
例如:
A=1,B=0,C=0,则d1和输出端连通,此时,d1=0,F=0,d1=1,F=1。
(二)利用双“四选一”和与非门及或门完成下列设计,并用实验验证其正确性。
画出实验电路,注明脚号。
1.用“八选一”实现下列真值表的功能,写出函数式。
(注:
先用双“四选一”组成“八选一”。
输入
输出
AB
F
00
01
0
10
C
11
1
2.人类有四种基本血型,A、B、AB、O型,O型血可以输给任意血型的人,而他只能接受O型;AB型可以接受任意血型,但他只能输给AB型;A型能输给A型或AB型,可以接受A型或O型;B型能输给B型或AB型,可以接受B型或O型;请设计一个逻辑电路,其输入是欲进行“输送——接受”的血型,当符合上述规则时,电路输出F为1,其余为O,写出函数式,画出真值表。
画出实验电路图。
(注:
只要四个输入变量X,Y,Z,W,用X,Y的不同组合表示输送者的血型,用Z,W的不同组合表示接受者的血型,如下表所示:
血型
XY
ZW
A
10
01
B
01
10
AB
11
00
0
00
11
3.某导弹发射场有正、副指挥员各一名,操作员两名。
当正副指挥员同时发出命令时,只要两名操纵员中有一人按下发射按钮,即可产生一个点火信号,将导弹发射出去,请设计一个组合逻辑电路。
完成点火信号的控制,写出函数式,列出真值表,画出实验电路图。
4.A、B、C三个车间,由发电机F1、F2供电,F1的发电量是F2的两倍,A的用电量等于F1的发电量,B或C的用电量等于F2的发电量,当车间用电超过发电量时,应产生报警信号L,请设计发电机启停控制电路和报警电路,写出函数式,列出真值表,画出实验电路。
四、予习要求:
(一)复习集成多路选择器构成逻辑电路的方法。
(二)在实验前熟悉附录所给出的集成与非门,多路选择器,译码器管脚图,使能端用法及原理图。
五、实验报告要求:
(一)绘出上述四个部分实验内容的具体电路图(注明管脚号)
(二)列出需完成逻辑函数的真值表,并求出理论值,以便和实验值比较、验证。
(三)对集成电路使用有何体会?
实验五触发器功能测试及应用
一、实验目的:
1.熟悉JK触发器,D触发器的功能测试。
2.熟悉触发器的实际应用。
二、实验仪器设备
1.SXJ—Z2电子技术学习机,TPE-D3Ⅱ多功能电路学习机
2.双迹示波器
3.万用表
4.器件:
74LS20、74LS76、74LS74、74LS148、74LS279、74LS48,数码管
三、实验内容
(一)触发器功能测试
1.JK触发器功能测试:
器件:
74LS76
(1)复位端
,置位端
功能测试
测试当J、K、CP端为任意状态时,
、
是否能使触发器可靠置“0”,置“1”。
CP
J
K
Q端逻辑状态
X
X
X
0
1
X
X
X
1
0
(2)逻辑功能的测试
①JK触发器CP端输入单脉冲,初始状态Q可先置“1”或置“0”,将实验结果填入表中。
CP
0
↑
↓
0
↑
↓
0
↑
↓
0
↑
↓
J
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
K
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
Q
置“1”
Q
置“0”
注:
↑表示CP的上升沿,↓表示CP的下降沿
②将JK触发器接成计数状态(即J=K=1),然后CP端输入连续脉冲,用示波器观察Q端和
端的波形,并绘出波形图。
测出周期和幅值。
2.D触发器逻辑功能测试:
器件:
74LS74
(1)
端功能测试:
利用
置位和利用
复位时,CP是否必须为“O”,即利用
时,对CP是否有要求?
CP
D
Q
O
×
0
1
O
×
1
0
1
×
0
1
1
×
1
0
(2)逻辑功能的测试
在D为“1”或“0”状态下,CP端输入单脉冲观察时钟脉冲CP作用前后,触发器Q端状态和D端输入信号之间的关系。
①CP为“O”先将触发器置“1”,然后使D端为“O”,观察触发器是否翻转为“O”。
②D仍为“O”,CP加一单脉冲,观察Q端是否翻转为“O”CP端继续加单脉冲,触发器是否再翻转。
③在触发器Q=“O”状态下,使D=“1”重复上述内容。
④将实验结果填入下表。
D
0
1
CP
0
↑
↓
↑
↓
0
↑
↓
↑
↓
Qn+1
Qn
Qn=1
Qn=0
(二)触发器的实际应用:
器件:
74LS74,74LS20,74LS76,74LS148,74LS279,74LS48,数码管
1.设计一个用在智力竞赛中四组抢答者的灯光显示电路:
要求:
当先抢答者发出灯光显示时,同时封锁后抢答者的灯光显示电路,最后由主持人清除灯光显示和封锁信号,用实验验证其设计结果。
(画出原理图)
选作:
用数码管显示抢答结果
2.用一个主从JK触发器和一个与非门设计一个“检1”电路,当输入为“1”时,Q端输出的脉冲为CP的非,当输入为“0”时,Q端输出为“0”,这个电路通常用来检测数字系统中是否有“1”状态出现,试用实验验证其设计结果,用示波器观察并画出其波形,若输出为一条线,用万用表测其电位标在线上,简要说明所设计电路的工作原理,画出原理图,注明管脚。
四、予习要求:
1.将内容
(一)中的表格填入理论值。
2.画出内容
(一)
(2)②的理论波形。
3.画出实验电路图,注明管脚。
五、报告要求:
1.总结异步输入端
,
和同步输入端的作用。
2.回答内容
(一)中提出的问题。
3.简要说明自己设计的灯光显示电路的工作原理。
实验六计数器和寄存器的实际应用
一、实验目的
一)熟悉集成二进制计数器工作原理及使用方法。
(二)熟悉移位寄存器的工作原理及实际应用。
(三)熟悉示波器的使用方法。
二、实验仪器设备
1.SXJ—Z2电子技术学习机,TPE-D3Ⅱ多功能电路学习机
2.双迹示波器
3.万用表
4.器件:
74LS161,74LS08,74LS00,74LS20,74LS93,74LS175,74LS20
三、实验内容:
(一)应用74LS161计数器,74LS08与门和74LS00(或74LS20)与门构成60进制计数器,要求计数前先清零。
试设计出两种电路:
一种用数码管显示,一种用发光二极管显示。
(二)应用74LS93(不用门)构成十二分频器(T输出=12Tcp)要求输出为对称方波。
(三)应用74LS175和74LS20构成八位循环移位寄存器,并有一个新数码输入端。
通过此输入端能输入新的数码,形成如图所示两组系列脉冲,用于舞台灯光控制,使八个灯顺序亮灭。
①用单脉冲观察八个灯亮灭的顺序是否对。
②用连续脉冲(开关打到Hz)观察灯亮灭的顺序。
③用连续脉冲(开关打到KHz)观察波形、并记录波形。
实验内容(三)两组系列脉冲图
三、予习要求:
1.设计出实验电路并简要加以说明。
2.画出实验内容
(二)的理论波形。
3.写出实验内容(三)对应两组波形所需输入的数码。
四、报告要求:
1.总结设计方法和实验调试方法。
2.总结实验中所出现的问题,提出改进方案。
3.心得体会。
实验七时序电路分析和设计
一、实验目的:
(一)掌握时序电路的分析和设计。
(二)应用时序电路解决实际问题。
二、实验仪器设备
1.SXJ—Z2电子技术学习机,TPE-D3Ⅱ多功能电路学习机
2.双迹示波器
3.万用表
4.器件:
74LS76,74LS20,74LS86,74LS74
三、实验内容:
(一)时序电路分析:
分析下列时序电路,说明其功能,画出Q1,Q0,Z1,Z2的波形图,并用实验验证。
(二)时序电路设计:
用74LS74及与非门设计一个同步时序逻辑电路,要求满足如下图所示的波形。
1.简要写出设计过程,画出原理图,注明管脚。
2.用实验验证,观察并绘出实验波形。
3.检查能否自启动,画出检查自启动的实验电路图,说明无效状态如何进入哪个有效状态。
(三)设计一个控制电路,控制一台自动出售四分邮票的装置。
输入是代表一分、二分、五分硬币的脉冲信号——顾客投入的硬币,输出是代表邮票和找还给顾客硬币的脉冲信号。
〔提示:
一般情况下,某一时刻只会投入一种硬币,即输入信号是互相排斥的,投入的硬币总数小于八分,按下手动按钮出售邮票和找钱。
〕
三、予习要求:
1.复习时序逻辑电路的分析方法和设计方法。
2.内容
(一)写出分析的过程,画出理论波形,说明功能。
3.内容
(二)(三)写出设计过程,画出实验电路。
四、报告要求:
1.总结时序电路的分析和设计方法。
2.收获体会。
实验八定时电路的实际应用
一、实验目的:
1.掌握555集成定时器接成多谐振荡器的方法,及实际应用。
2.掌握集成组件74LS123单稳态多谐振荡器的接法和使用。
练习使用功能表。
3.学会使用双迹示波器测量脉冲波形的幅度,宽度和周期,频率。
会计算矩形的占空比
二、实验仪器设备
1.SXJ—Z2电子技术学习机,TPE-D3Ⅱ多功能电路学习机
2.双迹示波器
3.万用表
4.器件:
NE
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