学生数字电子技术实验指导书新实验箱.docx
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学生数字电子技术实验指导书新实验箱
数字电子技术
实验指导书
天津农学院机电工程系
实验一门电路逻辑功能的测试
1.实验的目的和要求
1)了解与熟悉基本门电路逻辑功能;
2)掌握门电路逻辑功能的测试方法,验证与加深对门电路逻辑功能的认识;
3)熟悉门电路的外形和管脚排列,以及其使用方法。
2.实验仪器、设备、元器件
1)数字逻辑电路实验仪1台
2)四2输入与门74LS08芯片1片
3)反向器74LS04芯片1片
4)四2输入与非门74LS00芯片1片
5)四2输入或非门74LS02芯片1片
6)四2输入异或门74LS86芯片1片
7)示波器或万用表
8)导线若干
3.实验内容与步骤
实验前按实验仪使用说明检查实验仪是否正常。
然后选择实验用的IC,按设计的实验接线图接好线,特别注意Vcc及地线不能接错。
线接好后仔细检查无误后方可通电实验。
实验中需要改动接线时,必须先断开电源,接好后再通电实验。
1)测试非门的逻辑功能
(1)任意选择其中一个非门进行实验。
用逻辑开关给门输入端输入信号,当开关拨向二进制“1”时,输入高电平,即“H”;当开关拨向二进制“0”时,输入低电平,即“L”。
(2)用发光二极管(即LED)显示门的输出状态。
当LED亮时,门输出状态为“1”,或称高电平,用“H”表示;当LED暗时,门输出状态为“0”,或称低电平,用“L”表示。
门的输出状态也可用电压表或逻辑笔测试。
(3)按图1-1所示要求连接电路,输入端接逻辑开关A,输出端接指示器。
改变输入状态的高低电平,将A输入端依次接成0,1状态,进行电路仿真,观察输出端电平指示器的显示状态(亮为“1”,灭为“0”),并填写实验结果。
实验结果填入表1-1的逻辑真值表中,并判断功能是否正确,写出逻辑表达式。
表1-1非门的逻辑功能测试表
输入端
输出端(Y)
A
LED状态
电平(1或0)
电位(V)
0
1
逻辑开关
A
Y
发光二极管
图1-1
逻辑表达式Y=______________
2)测试与非门的逻辑功能
任意选择其中一个与非门进行实验,方法同上。
将A、B输入端依次接成0-0,0-1,1-0,1-1状态,进行电路仿真,结果填入表1-2中,并判断功能是否正确,写出逻辑表达式。
表1-2与非门的逻辑功能测试表
输入端
输出端(Y)
A
B
LED状态
电平(1或0)
电位(V)
0
0
0
1
1
0
1
1
图1-2
逻辑表达式Y=_____________
3)测试或非门的逻辑功能
任意选择其中一个或非门进行实验,方法同上。
将结果填入表1-3中,并判断功能是否正确,写出逻辑表达式。
表1-3或非门的逻辑功能测试表
输入端
输出端(Y)
A
B
LED状态
电平(1或0)
电位(V)
0
0
0
1
1
0
1
1
图1-3
逻辑表达式Y=_____________
4)测试异或门的逻辑功能
任意选择其中一个异或门进行实验,方法同上。
将结果填入表1-4中,并判断功能是否正确,写出逻辑表达式。
表1-4异或门的逻辑功能测试表
输入端
输出端(Y)
A
B
LED状态
电平(1或0)
电位(V)
0
0
0
1
1
0
1
1
图1-4
逻辑表达式Y=_____________
5)用与非门实现与或非逻辑功能
用74LS00(即四个二输入与非门)实现与或非逻辑
。
写出逻辑表达式,画出逻辑图,测试其功能。
①把与或非逻辑
转换成与非逻辑表达式Y=_______________________。
②画出逻辑图。
③按照逻辑图连线得到实验测试图。
改变四输入信号A、B、C、D的输入状态,观察输出状态。
填写逻辑真值表1-5,并判断功能是否正确,写出逻辑表达式。
表1-5与或非门的逻辑功能测试表
输入端
输出端(Y)
A
B
C
D
LED状态
电平(1或0)
电位(V)
0
0
0
0
0
0
0L
1
……
……
……
……
1
1
1
0
1
1
1
1
输出逻辑表达式Y=______________________
4.教学方式
讲授与指导相结合
5.考核要求
以实验报告和实际操作能力及实验结果为依据
6.实验报告要求
1)整理实验数据,判断各门电路的逻辑功能;
2)回答以下问题:
①如何判断门电路逻辑功能是否正常?
②门电路多余输入端应该如何处理?
(提示:
接地、接电源端、输入端并接)设计电路测试。
实验二组合逻辑电路实验
1.实验的目的和要求
1)加深理解组合逻辑电路的特点和一般分析方法;
2)熟悉组合逻辑电路的设计方法;
3)验证半加器、全加器的功能。
2.实验仪器、设备、元器件
1)数字逻辑电路实验仪1台
2)四2输入与非门74LS00芯片1片
3)四2输入异或门74LS86芯片1片
4)六反向器74LS04芯片1片
5)示波器或万用表
3.实验内容与步骤
1)分析测试半加器的逻辑功能
①根据图2-1所示连接好电路。
输入A、B端分别接两个逻辑电平开关,输出端S、C接颜色不同的发光二极管。
观察当输入端A、B电平变化时,输出端S、C电平指示器的状态。
验证逻辑状态并填表2-1。
图2-1由与非门组成的半加器电路
表2-1真值表
A
B
Z1
Z2
Z3
S
C
0
0
0
1
1
0
1
1
写逻辑表达式S=______________________
C=______________________
2)测试全加器的逻辑功能
用门电路组成的全加器按图2-2所示连线,将电路的三个输入端Ai、Bi和Ci-1分别接逻辑开关A、B、C,两个输出Si和Ci分别接电平指示器。
改变输入信号的高、低电平,观察输出端的状态变化,填写出Si和Ci数值(表2-2)的逻辑表达式。
Ci
Si
Ci-1
B
A
图2-2全加器电路图
表2-3
A
B
Ci-1
Si
Ci
A
B
Ci-1
Si
Ci
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
写逻辑表达式Si=______________________
Ci=______________________
4.教学方式
讲授与指导相结合
5.考核要求
以实验报告和实际操作能力及实验结果为依据
6.实验报告要求
1)整理归纳实验结果,并进行分析;
2)总结归纳组合逻辑电路的分析方法;
3)对实验中出现的一些问题进行讨论。
实验三组合逻辑电路的设计
1.实验的目的和要求
掌握组合逻辑电路的设计与测试方法
2.实验仪器、设备、元器件
1)数字逻辑电路实验仪1台
2)四2输入与门74LS08芯片1片
3)反向器74LS04芯片1片
4)四2输入与非门74LS00芯片1片
5)四2输入或非门74LS02芯片1片
6)四2输入或门74LS32芯片1片
7)示波器或万用表
8)导线若干
3.实验内容与步骤
设计四人无弃权表决电路(多数同意则通过,高电平表示)。
1)根据设计要求,建立状态表;
表3-1
A
B
C
D
Y
2)建立逻辑表达式
3)根据化简后的逻辑表达式设计逻辑电路图;
4)根据逻辑电路图连接电路,根据状态表逐项测试。
并将测试结果记录在状态表3-2中输出结果栏内。
表3-2
A
B
C
D
Y
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
4.教学方式
讲授与指导相结合
5.考核要求
以实验报告和实际操作能力及实验结果为依据
6.实验报告要求
1)实验报告要整齐、全面,包含全部实验内容。
2)对实验中出现的一些问题进行讨论。
3)鼓励同学开动脑筋,自行设计合理的实验电路。
实验四译码器功能的测试
1.实验的目的和要求
1)掌握译码器电路的功能、特点及其测试方法;
2)掌握译码器的级联方法及测试方法;
3)掌握3线—8线译码器的应用方法及测试。
2.实验仪器、设备、元器件
1)数字逻辑电路实验仪1台
2)双2-4译码器74LS139芯片1片
3)六反相器74LS04芯片1片
4)四2输入或门74LS321片
5)3-8译码器74LS138芯片1片
6)四2输入与非门74LS00芯片1片
7)示波器或万用表
8)导线若干
3.实验内容与步骤
1)译码器功能测试:
74LS139双2线—4线译码器如图4-1所示。
图4-1(a)为原理图,图4-1(b)为实验测试连线图。
输入端D0、D1接逻辑开关A、B,输出Y0~Y3接电平指示器。
改变输入信号D0、D1的状态,观察输出,写出Y0~Y3的数值(表4-1)及其表达式。
图4-1
表4-1功能表
D1
D0
Y3
Y2
Y1
Y0
0
0
0
1
1
0
1
1
Y3=__________________Y2=___________________
Y1=__________________Y0=___________________
2)译码器的级联应用
用双2线—4线译码器74LS139组成的3线—8线译码器电路如图4-2所示,按图连线。
输入端D0~D2接逻辑开关0、1、2,输出Y0~Y7接电平指示器。
改变输入信号D0~D2的状态,观察输出,写出Y0~Y7的数值(表4-2)及其表达式。
图4-2
表4-2
D2
D1
D0
Y7
Y6
Y5
Y4
Y3
Y2
Y1
Y0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
Y7=___________________Y6=______________________
Y5=___________________Y4=_____________________
Y3=___________________Y2=_____________________
Y1=___________________Y0=_____________________
3)3线--8线译码器的应用
用一片3线—8线译码器74LS138构成一位全减器电路。
全减器真值如表4-3所示,画出电路连线图,并检验其功能。
表4-3
输入
输出
输入
输出
Ai
Bi
Ci-1
Di
Ci
Ai
Bi
Ci-1
Di
Ci
0
0
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
Di=_______________________Ci=______________________________
4.教学方式
讲授与指导相结合
5.考核要求
以实验报告和实际操作能力及实验结果为依据
6.实验报告要求
1)整理实验数据;
2)总结译码器的使用方法。
实验五计数器测试与设计
1.实验的目的和要求
1)掌握计数器功能、特点及使用方法。
2)掌握计数器级联方法及特点。
2.实验仪器、设备、元器件
1)数字逻辑电路实验仪1台
2)四2输入与门74LS08芯片1片
3)四位二进制同步计数器74LS163芯片1片
4)四2输入与非门74LS00芯片1片
5)示波器和万用表
6)导线若干
3.实验内容和步骤:
1)二进制计数器功能测试
二进制加法计数器74LS163按图5-1要求连线。
CP接连续脉冲,输出Q接波形显示仪和七段译码显示器。
观察在CP作用下,输出Q的状态,画出与CP对应的Q的波形图、状态转换图,说明功能。
(a)电路逻辑图(b)测试连线图
图5-1
波形图:
CP
Q0
Q1
Q2
Q3
状态图:
功能说明:
____________________________________
2)N进制计数功能测试
二进制加法计数器74LS163按图5-2要求连线。
CP接连续脉冲,输出Q接波形显示仪和七段译码显示器。
观察在CP作用下,输出Q的状态,画出与CP对应的Q的波形及状态转换图,说明是几进制计数器。
(a)电路逻辑图(b)测试连线图
图5-2
波形图:
CP
Q0
Q1
Q2
Q3
状态转换图:
功能说明:
____________________________________
3)N进制计数器的设计
应用一片二进制加法计数器74LS163设计一任意进制(3、4、5……14、15进制任选其一)计数器,画出测试连线图及状态装换图。
4.教学方式
讲授与指导相结合。
5.考核要求
以实验报告和实际操作能力及实验结果为依据。
6.实验报告要求
1)实验报告要整齐、全面,包含全部实验内容。
2)画出测试电路(标出集成块引脚号)和实验波形及数据表、分析测试结果。
3)说明构成任意进制计数器的两种方法。
4)讨论实验中遇到的问题。
实验六四位双向移位寄存器的功能测试
1.实验的目的和要求
掌握移位寄存器的功能、特点及使用方法。
2.实验仪器、设备、元器件
1)数字逻辑电路实验仪1台
2)四2输入与门74LS08芯片1片
3)四2输入与非门74LS00芯片1片
4)四位双向移位寄存器74LS194芯片1片
5)示波器和万用表
6)导线若干
3.实验内容和步骤
双向移位寄存器74LS194按图6-1所示连线。
右移串行输入端DIR、左移串行输入端DIL、异步复位端
、控制端S1与S0分别接逻辑开关,输出Q接电平指示器,输入脉冲CP接单脉冲。
自行设计并改变S1与S0、输入DIR与DIL的状态,观察输出Q的状态,填写表5-1,说明功能,并对照其功能表(表5-2)检验实验的正确与否。
(a)电路逻辑图(b)测试连线图
图6-1
表6-1
时钟
清除
模式
并行输入
串行输入
输出
功能说明
CP
S1S0
D3D2D1D0
DIL
DIR
Q3nQ2nQ1nQ0n
Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1
×
0
××
××××
×
×
0
1
××
××××
×
×
1
11
abcd
×
×
1
01
××××
×
1
1
01
××××
×
0
1
10
××××
1
×
1
10
××××
0
×
×
1
00
××××
×
×
功能说明:
_________________________________________
表6-274LS194功能表
输入
输出
作用
清除
模式
时钟
串行输入
并行输入
1
10
9
11
7
2
3
5
6
15
14
13
12
CR
M1
M0
CP
DSL
DSR
D0
D1
D2
D3
Q0
Q1
Q2
Q3
L
×
×
×
×
×
×
×
×
×
L
L
L
L
清零
H
×
×
L
×
×
×
×
×
×
Q0n
Q1n
Q2n
Q3n
不工作
H
H
H
↑
×
×
d0
d1
d2
d3
d0
d1
d2
d3
置数
H
L
H
↑
×
H
×
×
×
×
H
Q0n
Q1n
Q2n
右移
H
H
L
↑
H
×
×
×
×
×
Q1n
Q2n
Q3n
H
左移
4.教学方式
讲授与指导相结合。
5.考核要求
以实验报告和实际操作能力及实验结果为依据。
6.实验报告要求
1)实验报告要整齐、全面,包含全部实验内容。
2)画出测试电路(标出集成块引脚号)和数据表、分析测试结果。
3)讨论实验中遇到的问题。
实验七555定时器及其应用
1.实验的目的和要求
1)熟悉555型集成时基电路结构、工作原理及其特点。
2)掌握555型集成时基电路的基本应用。
2.实验仪器、设备、元器件
1)数字逻辑电路实验仪
2)双踪示波器
3)元器件:
555×1,2CK13×2,电位器、电阻、电容若干
3.实验内容和步骤:
1)555电路的工作原理
555电路的内部电路方框图如图7-1所示。
它含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开关管T,比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成的分压器提供。
它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为
和
。
A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号自6脚,即高电平触发输入并超过参考电平
时,触发器复位,555的输出端3脚输出低电平,同时放电开关管导通;当输入信号自2脚输入并低于
时,触发器置位,555的3脚输出高电平,同时放电开关管截止。
是复位端(4脚),当
=0,555输出低电平。
平时
端开路或接VCC。
(a)(b)
图7-1555定时器内部框图及引脚排列
VC是控制电压端(5脚),平时输出
作为比较器A1的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一个0.01μf的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,以确保参考电平的稳定。
T为放电管,当T导通时,将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路,并由两个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路,可方便地构成单稳态触发器,多谐振荡器,施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。
2)555定时器的典型应用
构成多谐振荡器
如图7-1,由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器,脚2与脚6直接相连。
电路没有稳态,仅存在两个暂稳态,电路亦不需要外加触发信号,利用电源通过R1、R2向C充电,以及C通过R2向放电端Ct放电,使电路产生振荡。
电容C在
和
之间充电和放电,按图7-2所示连接好电路。
用双踪示波器观测VC及VO的波形,记录之,并计算其频率。
(a)(b)
图7-2多谐振荡器
组成占空比可调的多谐振荡器
电路如图7-3,它比图7-2所示电路增加了一个电位器和两个导引二极管。
D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径(充电时D1导通,D2截止;放电时D2导通,D1截止)。
占空比P=
可见,若取RA=RB电路即可输出占空比为50%的方波信号。
写出图7-3所示电路的频率。
组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器
电路如图7-4所示。
对C1充电时,充电电流通过R1、D1、RW2和RW1;放电时通过RW1、RW2、D2、R2。
当R1=R2、RW2调至中心点,因充放电时间基本相等,其占空比约为50%,此时调节RW1仅改变频率,占空比不变。
如RW2调至偏离中心点,再调节RW1,不仅振荡频率改变,而且对占空比也有影响。
RW1不变,调节RW2,仅改变占空比,对频率无影响。
因此,当接通电源后,应首先调节RW1使频率至规定值,再调节RW2,以获得需要的占空比。
若频率调节的范围比较大,还可以用波段开关改变C1的值。
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