《数字电路》实验教学大纲.docx

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《数字电路》实验教学大纲

《数字电路》实验教学大纲

专业名称：

计算机应用类专业课程名称：

数字电路授课对象：

专科生总学时数：

6学时

实验室名称：

数字电路实验室

内容提要：

《数字电路》是计算机应用类专业学生的一门必修的硬件基础课程，它是学习后续课程——计算机组成原理、微机原理、计算机接口技术、计算机网络技术等的硬件基础。

实验内容主要包括二极管伏安特性测试、TTL与非门逻辑功能测试、异或门逻辑功能测试、译码器逻辑功能测试、触发器逻辑功能测试、计数器逻辑功能测试。

旨在加深学生对数字电路课所学内容的理解，培养学生分析、设计、组装和调试数字电路的基本技能，为掌握后续专业课程打好基础。

考核方式：

按平时实验操作情况进行成绩评定

教材及参考书：

《数字电路》

实验类别：

专业基础课

序

号

实验项目

名称

时

数

必开

选开

每套仪器人数

实验

类型

目的要求

1

二极管伏安特性测试

1

必开

2

B

掌握二极管的伏安特性。

2

TTL与非门逻辑功能测试

1

必开

2

B

掌握TTL与非门的参数测试方法，熟悉其逻辑功能。

3

异或门逻辑功能测试

1

必开

2

E

掌握由TTL门电路构成其它复合门电路的方法，熟悉复合门的逻辑功能。

4

译码器逻辑功能测试

1

必开

2

B

熟悉译码器逻辑功能，掌握其使用方法。

5

触发器逻辑功能测试

1

必开

2

B

熟悉常用触发器的逻辑功能。

6

计数器逻辑功能测试

1

必开

2

B

熟悉集成计数器的逻辑功能。

实验类型：

A、演示型B、验证型C、研究型D、设计型E、综合型

《数字电路》实验指导

实验一二极管伏安特性的测试

一、实验目的

1、掌握半导体二极管的伏安特性；

2、熟悉测试半导体二极管伏安特性的方法；

3、进一步加深对二极管单向导电特性的理解。

二、实验准备

认真阅读半导体二极管开关特性的内容，准备好纸张、铅笔，以便绘制图形。

三、实验指导

二极管阳极接电源正极，阴极接电源负极时，此时二极管处于正偏状态，不断改变流过二极管的电流，测量二极管两端的电压，可绘制出二极管的正向特性曲线；二极管阴极接电源正极，阳极接电源负极时，此时二极管处于反偏状态，不断改变流过二极管的电流，测量二极管两端的电压，可绘制出二极管的反向特性曲线。

四、实验内容

测量、绘制二极管的伏安特性曲线。

1、正向特性测试

按照正向特性测试电路图将电路连接好，确信在电路无误后，接通电源。

不断改变电源电压，并做好电压表和电流表读数的记录。

绘制出半导体二极管的正向特性曲线。

2、反向特性测试

按照反向特性测试电路图将电路连接好，确信在电路无误后，接通电源。

不断改变电源电压，并做好电压表和电流表读数的记录。

绘制出半导体二极管的反向特性曲线。

思考：

为什么正向特性测试电路中使用的电压表和电流表是毫伏表和毫安表，而反向特性测试电路中使用的电压表和电流表是伏特表和微安表？

五、实验报告要求

1、列出实验内容及实验步骤；

2、通过列表形式记录实验过程中电压表与电流表对应的数据；

3、根据实验数据绘制出伏安特性曲线；

4、对思考题做出解答；

5、进行实验总结；

6、列出你认为没有理解的内容。

实验二与非门逻辑功能的测试

一、实验目的

掌握TTL与非门的参数测试方法，熟悉其逻辑功能。

二、实验准备

认真阅读TTL集成门电路一节内容，熟悉TTL与非门的主要特性及参数。

三、实验指导

74LS00为一个包含四个二输入与非门的集成芯片。

其第1、2引脚、第4、5引脚、第9、10引脚、第12、13引脚分别为四个与非门的输入，第3、6、8、11引脚分别为四个与非门的输出。

本实验仅使用其中一个与非门。

对于与非门，当输入中有一个为低点平，输出必为高电平；当输入全为高电平时，输出才为低电平。

当二输入与非门的一个输入接高电平，另一输入对地的电压发生变化时，与非门的输出对地的电压也会随着发生变化，按此原理可测量、绘制出与非门的输出特性曲线。

四、实验内容

以四个2输入与非门74LS00为例，测试与非门的逻辑功能。

按以下实验步骤测量输出高电平、低电平的值,并测量、绘制输出特性曲线,与理论值进行比较。

实验步骤：

1、确定74LS00的引脚位置如上图所示；

2、将74LS00插入多孔的实验板上，并准备好电源和电压表等设备；

3、按输出高电平测试电路图要求连接好电路，进行输出高电平的测试；

4、按输出低电平测试电路图所示，进行输出低电平的测试；

5、按输出特性测试电路图所示，逐步改变输入端VI的值，同时测量对应的VO值，并做好数据记录，描绘输出特性曲线；

6、测试结束后，关闭电源，去掉连接线，将实验设备整理好，实验结束。

思考下列问题：

1、与非门输入端悬空相当于输入什么值？

2、若测量的高电平大于3.6V说明什么问题？

若测量的高电平小于2.7V又说明什么？

3、测量输出为低电平时为什么要加入负载电阻RL？

五、实验报告要求

1、列出实验内容及实验步骤；

2、记录实验过程中的数据；

3、描绘出输出特性曲线；

4、解答以上思考题；

5、对实验结果进行分析总结

6、列出你认为没有理解的内容。

实验三异或门逻辑功能的测试

一、实验目的

掌握由TTL门电路构成其它复合门电路的方法，熟悉复合门的逻辑功能。

二、实验准备

认真阅读逻辑函数的表示方法一节内容。

三、实验指导

异或逻辑关系为：

当两个输入相异时，输出为1，否则输出为0。

异或逻辑表达式为

，逻辑图如下图所示，按此电路可测量异或门的逻辑功能。

四、实验内容

用两个非门、两个与门和一个或门，构成如下图所示的异或逻辑电路。

对于不同的输入组合测量输出电平值，并列出电路的真值表，分析电路功能。

实验步骤：

1、确定各门电路的引脚位置；

2、按上图在多孔的实验板上连接好电路，并准备好电源和电压表等设备；

3、检查无误后通电测试，对于不同的输入数据记录输出数据并列出真值表；

4、测试结束后，关闭电源，去掉连接线，将实验设备整理好，实验结束；

5、根据列出的真值表分析电路的功能。

思考：

若将电路改为实现同或逻辑关系，最简单的办法是？

五、实验报告要求

1、列出实验内容及实验步骤；

2、记录实验过程中的输入、输出数据，列出真值表；

3、根据列出的真值表分析电路的功能；

4、对思考题做出简答；

5、对实验进行总结；

6、列出你认为没有理解的内容。

实验四译码器的功能测试

一、实验目的

熟悉译码器的逻辑功能，掌握译码器的使用方法。

二、实验准备

认真阅读译码器一节内容。

三、实验指导

74LS138译码器输出为低电平有效，当

时，不管其输入端C、B、A输入什么变量取值组合，译码器8个输出中只有一个为有效低电平，其它均为高电平。

因此，对于下面电路不管C、B、A输入什么变量取值组合，8个发光二极管中只有一个发光，发光的二极管对应的译码器输出端输出为低电平。

四、实验内容

以3线～8线译码器74LS138为例，对给定的一组输入代码，测量输出端的高、低电平值，并绘制其功能表。

首先确定集成电路74LS138芯片的各个引脚，然后将其安装在实验板上，将各连线接好检查无误后，通电进行相关实验测量。

74LS138芯片引脚图如下图所示。

实验步骤：

1、确定74LS138的引脚位置；

2、将74LS138插入多孔的实验板上，并准备好电源和电压表等设备；

3、按测试电路图所示连接好电路；

4、确定一组输入数据，观测发光二极管的点亮情况，亮的二极管对应输出端为低电平；

5、继续改变输入A、B、C的代码值，按以上要求测试；做好数据记录并列出功能表；

6、测试结束后，关闭电源，去掉连接线，将实验设备整理好，实验结束。

思考下列问题：

1、译码器的输入端悬空相当于输入什么值？

2、如果让使能端G1=0其它不变输出情况怎样？

3、使能端是否还有其它用途？

五、实验报告要求

1、列出实验内容及实验步骤；

2、记录实验过程中的输入、输出数据，列出真值表；

3、根据列出的真值表分析电路的功能；

4、对思考题做出简答；

5、对实验进行总结；

6、列出你认为没有理解的内容。

实验五触发器的逻辑功能测试

一、实验目的

1、掌握常用触发器的逻辑功能；

2、熟悉常用触发器的外形和管脚排列。

二、实验准备

认真阅读触发器一章内容。

三、实验指导

SW1、SW2、SW3、SW4是数字实验机的数据输入开关，通过它们的扳上扳下可输入高电平和低电平；L1、L2、L3、L4为数字电路实验机的输出指示灯，如果某一触发器的输出与指示灯相连接，灯亮表示触发器输出为1，否则为0。

四、实验内容

1、基本RS触发器逻辑功能测试

用74LS00接成基本RS触发器，将

、

分别接至数字电路实验机的数据开关SW1、SW2上，Q和

分别接至逻辑指示灯L1、L2，然后给与非门供电。

测试基本RS触发器的逻辑功能。

2、D触发器逻辑功能测试

74LS74为双D触发器，其管脚图如右图所示。

其中D为触发器输入端，Q、

为两个输出端，

D为置“1”端，

D为置“0”端，CP为时钟输入端。

实验中只用其中一个D触发器即可。

（1）

D、

D的功能测试

将74LS74双D触发器14脚接电源正极（+5V），7脚接地，CP端和D端悬空，

D、

D分别接至数字电路实验机数据开关SW3和SW4，Q和

分别接至数字电路实验机逻辑指示灯L1、L2。

测试

D、

D的功能。

（2）逻辑功能的测试

在上述步骤的基础上，将触发器D端接至数字电路实验机数据开关SW1，CP端接至数字电路实验机的逻辑开关A插孔中（拨动逻辑开关时相当于产生一单脉冲），并从A插孔连一线至逻辑指示灯L4（观察CP高低电平的变化），SW3、SW4接

D、

D，在实验过程中，视触发器置位、复位需要，需拨动数据开关SW3或SW4，从而完成触发器的置位、复位，完成后SW3、SW4都应置高电平。

测试D触发器的逻辑功能。

3、JK触发器逻辑功能测试

74LS76集成电路为双JK触发器，其管脚图如右图所示。

其中J、K为触发器的输入端，Q、

为两个输出端，

D为置“1”端，

D为置“0”端，CP为时钟输入端。

实验中只用其一个JK触发器。

（1）

D、

D的功能测试

将74LS76双JK触发器5脚接电源正极（+5V），13脚接地，CP端和J、K端悬空，

D、

D端分别接至数字电路实验机数据开关SW3、SW4，Q和

分别接至数字电路实验机逻辑指示灯L1、L2。

测试

D、

D的功能。

（2）逻辑功能测试

将J、K端分别接至数字电路实验机数据开关SW1、SW2，时钟输入CP接至数字电路实验机右上端任一逻辑开关（拨动逻辑开关相当于产生一个单脉冲），SW3、SW4接

D、、

D，在实验过程中，视触发器置位、复位需要，需拨动SW3、SW4，从而完成触发器的置位、复位，完成后SW3、SW4都应置高电平。

测试JK触发器的逻辑功能。

思考下列问题：

1、JK触发器和D触发器的触发方式有何不同？

2、如何用74LS00接成一个同步RS触发器。

五、实验报告要求

1、列出实验内容及实验步骤；

2、记录实验过程中的数据，列出真值表；

3、根据列出的真值表分析各触发器的功能；

4、对思考题做出简答；

5、对实验进行总结；

6、列出你认为没有理解的内容。

实验六计数器的逻辑功能测试

一、实验目的

1、掌握集成计数器的逻辑功能；

2、熟悉74LS161的管脚排列。

二、实验准备

认真阅读计数器一节内容。

三、实验指导

74LS161集成计数器管脚排列如右图所示。

其中A～D为四个输入端，QA～QD为四个输出端，P、T为状态功能控制端，

r为计数器清零端，OC为进位输出端。

D＝０时，可实现计数器预置输入；

D＝１时，输入端A、B、C、D的状态不影响输出端QA、QB、QC、QD的状态，计数器仅计时钟脉冲CP的个数。

四、实验内容

以74LS161为例，测试集成计数器的逻辑功能。

1、并行预置输入逻辑功能的测试

测试电路如右图所示，将74LS161计数器的四个输入端A、B、C、D端，分别接至数字电路实验机的数据开关SW4、SW3、SW2和SW1，四个输入端QA、QB、QC、和QD端，分别接至数字电路实验机的逻辑指示灯L4、L3、L2、和L1，状态功能端P、T连在一起接至高电平（+5V），清零端

r也接至高电平，输入预置加载端

D接至低电平（GND），时钟输入端CP接至数字电路实验机逻辑开关Ａ的插孔中（上下波动一次开关，产生一个单脉冲）。

测试其预置输入逻辑功能。

2、计数逻辑功能的测试

在上述实验步骤的基础上，进行在预置输入数据基础上计数的实验。

将片子预置加载端

D改接至数字电路实验机的SW1端。

使

D端输入１或０，其它各连线不变，拨动一次逻辑开关，产生一个单脉冲，测试其计数逻辑功能。

思考下列问题：

1、本实验所用计数器是何进制计数器？

2、74LS161中，预置加载端

D的作用是什么？

五、实验报告要求

1、列出实验内容及实验步骤；

2、记录实验过程中的数据，列出真值表；

3、根据列出的真值表分析总结74LS161的逻辑功能；

4、对思考题做出简答；

5、对实验进行总结；

6、列出你认为没有理解的内容。

实验指导书编写修改时间：

2004年12月21日

实验指导书编写教师：

邢德胜

计算机系审查教师：

张云云