數(shù)字電子技術(shù)實驗教案

1、湖南工學院教案用紙實驗1基本門電路邏輯功能測試（驗證性實驗）一、實驗?zāi)康? .熟悉基本門電路圖形符號與功能；2 .掌握門電路的使用與功能測試方法；3 .熟悉實驗室數(shù)字電路實驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能與使用。二、實驗設(shè)備與器材雙列直插集成電路插座，邏輯電平開關(guān)，LED發(fā)光顯示器，74LS00, 74LS20, 74LS86 ,導(dǎo)線三、實驗電路與說明門電路是最簡單、 最基本的數(shù)字集成電路，也是構(gòu)成任何復(fù)雜組合電路和時序電路的基本單元。常見基本集門電路包括與門、或門、與非門、非門、異或門、同或門等，它們相應(yīng)的圖形符號與邏輯功能參見教材P.176, Fig.6.1。根據(jù)器件工藝，基本門電路有 TTL門電路和C

2、MOS門電路之分。TTL門電路工作速度快，不易損壞，CMOS門電路輸出幅度大，集成度高，抗干擾能力強。4 .74LS00四2輸入與非門功能與引腳：2. 74LS20一雙4輸入與非門功能與引腳：3. 74LS86四2輸入異或門功能與引腳：四、實驗內(nèi)容與步驟1.74LS00功能測試：74LS00插入IC插座；輸入接邏輯電平開關(guān)；輸出接LED顯示器；接電源；拔動開關(guān)進行測試，結(jié)果記入自擬表格。2 . 74LS20功能測試:實驗過程與74LS00功能測試類似。3 . 74LS86功能測試：實驗過程與74LS00功能測試類似。4 .用74LS00構(gòu)成半加器并測試其功能：根據(jù)半加器功能：S A B, C

3、AB,用74LS00設(shè)計一個半加器電路；根據(jù)所設(shè)計電路進行實驗接線；電路輸入接邏輯電平開關(guān)，輸出接LED顯示器；通電源測試半加器功能，結(jié)果記入自擬表格。5 .用74LS86和74LS00構(gòu)成半加器并測試其功能：實驗過程與以上半加器功能測試類似。五、實驗報告要求1 .內(nèi)容必須包括實驗名稱、目的要求、實驗電路及設(shè)計步驟、實驗結(jié)果記錄與分析、實驗 總結(jié)與體會等。2 .在報告中回答以下思考題：如何判斷邏輯門電路功能是否正常？如何處理與非門的多余輸入端？實驗2組合邏輯電路的設(shè)計與調(diào)試（設(shè)計性綜合實驗）一、實驗?zāi)康? .熟悉編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等MSI的功能與使用；2 .進一步掌握組合電路的設(shè)計與測

4、試方法；3 .學會用MSI實現(xiàn)簡單邏輯函數(shù)。二、實驗設(shè)備與器材雙列直插集成電路插座，邏輯電平開關(guān)，LED數(shù)碼顯示器，74LS148, 74LS151 , 74LS48 ,74LS138, 74LS283 , 74LS04 ,多用表，導(dǎo)線三、實驗內(nèi)容與設(shè)計要求1 .按教材P.180 Fig.6.6電路接線，驗證 8-3優(yōu)先編碼器74LS148和顯示譯碼器 74LS48的邏輯功能，記錄實驗數(shù)據(jù)，表格自擬；2 .用數(shù)據(jù)選擇器74LS151（或者74LS138+74LS04）設(shè)計一個紅、黃、綠三色信號燈狀態(tài)監(jiān)測邏輯電路，并對所設(shè)計電路的功能進行測試。要求：任何時刻信號燈只能亮紅、黃、綠三種顏色中的任意

5、一種顏色燈；其它狀態(tài)都屬于故障狀態(tài)。3 .用一片四位加法器 74LS283實現(xiàn)8421BCD碼到余3碼的轉(zhuǎn)換，并測試電路功能。四、設(shè)計方法與設(shè)計提示1 .組合電路設(shè)計的一般步驟：參見教材P.180 Fig.6.5根據(jù)電路功能描述，分析因果關(guān)系，確定輸入、輸出變量，并對之進行邏輯賦值；應(yīng)用窮舉法列出真值表，并寫出邏輯表達式；根據(jù)具體電路要求及特定器件資源，選擇確定器件；利用公式或卡諾圖化簡函數(shù)，并將之轉(zhuǎn)換成與所選用器件功能相適應(yīng)的形式；畫出所設(shè)計的邏輯電路圖，并進行后續(xù)的工藝設(shè)計與組裝調(diào)試。2 .典型組合電路MSI功能與引腳:8-3優(yōu)先編碼器74LS148;顯示譯碼器74LS48 ;8選1數(shù)據(jù)選

6、擇器74LS151 ;3-8譯碼器74LS138;四位加法器 74LS283。3 .設(shè)計提示：數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)邏輯函數(shù)：如：用8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151實現(xiàn)函數(shù)f(A,B,C) m(0,2,5,6,7)。因74LS151輸出 YMmDi , f(A,B,C) m000 m2D2 gD5 m606 m7D7 ,故 74LS151 的接線方法為：A0 C,Ai B,A2 A , Do D2 D5 D6 D7 1 , Di D3 D4 0。3-8譯碼器74LS138實現(xiàn)邏輯函數(shù)與數(shù)據(jù)分配：74LS138的輸出Yim ,其中m是由地址碼A2A1A0組成的最小項。由于任意函數(shù)總可以寫成最小項之和形式即

7、 Y im,因而如果將函數(shù)變量作為譯碼器的地址碼或譯碼控制信號， 則根據(jù)反演定理并結(jié)合與非門即可完成邏輯函數(shù)的譯碼器實現(xiàn)。譯碼器實現(xiàn)邏輯函數(shù)與數(shù)據(jù)分配的具體方法參見教材P.183 Fig.6.10。8421BCD碼到余3碼的轉(zhuǎn)換：余3碼=8421BCD+0011 ,故用加法器可容易實現(xiàn)8421BCD碼到余3碼的轉(zhuǎn)換。五、預(yù)習要求及實驗注意事項1 .預(yù)習要求：查閱并熟悉相關(guān) MSI的引腳及功能；按設(shè)計要求設(shè)計好實驗所用電路，畫出實驗電路圖。2 .實驗注意事項：接插芯片時，注意認清定位標志；實驗前注意確定MSI芯片功能正常；不允許MSI芯片輸出端直接接地或電源，須在斷電狀態(tài)進行拆線或電路更改。六、

8、實驗報告要求1 .內(nèi)容必須包括實驗名稱、目的要求、實驗電路及設(shè)計步驟、實驗結(jié)果記錄與分析、問題分析與處理、實驗總結(jié)與體會等。2 .在報告中回答以下問題：組合電路的一般設(shè)計步驟？組合電路的設(shè)計體會？湖南工學院教案用紙p. 3實驗3集成觸發(fā)器功能測試（驗證性實驗）一、實驗?zāi)康? .熟悉集成JK和D觸發(fā)器的功能與使用；2 .熟悉觸發(fā)器的功能測試方法。二、實驗設(shè)備與器材雙列直插集成電路插座，邏輯電平開關(guān)，示波器，74LS112集成JK觸發(fā)器，74LS74集成D觸發(fā)器，多用表，導(dǎo)線三、實驗電路與說明觸發(fā)器是時序邏輯電路構(gòu)成的基本單元，具有兩個穩(wěn)態(tài)，并且觸發(fā)器狀態(tài)能在外部輸入信號作用下進行翻轉(zhuǎn)。觸發(fā)器種類

9、繁多，按電路結(jié)構(gòu)，可分為同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器，按邏輯功能，可分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器等。一般而言，集成觸發(fā)器除了觸發(fā)信號輸入端外，還擁有直接置零、置1輸入端。熟悉并掌握各種觸發(fā)器特性方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、動作特點，是應(yīng)用觸發(fā)器的重要基礎(chǔ)。1.74LS112集成JK觸發(fā)器的功能與引腳:2. 74LS74集成DK觸發(fā)器的功能與引腳:四、實驗內(nèi)容與步驟1.74LS112功能測試：按教材P.186表6.11改變Sd和Rd ,觀察并記錄觸發(fā)器狀態(tài)的變化；按教材P.186表6.12,對觸發(fā)器邏輯功能進行測試；使J K 1（計數(shù)狀態(tài)），在CP端輸入f 100kHz方波，觀察并記

10、錄 Q、Q端工作波形。2. 74LS74功能測試：按教材P.187表6.13測試并記錄74LS74觸發(fā)器的邏輯功能；連接D Q（計數(shù)斗犬態(tài)）,在CP端輸入f 100kHz方波，觀察并記錄 Q、Q端工作波形。五、實驗報告要求1 .內(nèi)容必須包括實驗名稱、目的要求、實驗電路及設(shè)計步驟、實驗結(jié)果記錄與分析、實驗總結(jié)與體會等。2 .在報告中回答以下思考題：&和Rd的作用是什么？如何利用它們實現(xiàn)觸發(fā)器的置零或置1 ?觸發(fā)器正常工作時，它們應(yīng)處于什么狀態(tài)?當觸發(fā)器處于計數(shù)狀態(tài)時，Q端狀態(tài)在CP的什么時刻變化？ Q端波形與CP波形在周期上有什么關(guān)系？湖南工學院教案用紙p. 5實驗4移位寄存器（設(shè)計性實驗）一、

11、實驗?zāi)康? .掌握集成移位寄存器的功能及其測試方法；2 .研究由移位寄存構(gòu)成的環(huán)形計數(shù)器和串行累加器工作原理。二、實驗設(shè)備與器材雙列直插集成電路插座，邏輯電平開關(guān)，集成移位寄存器74LS194,集成D觸發(fā)器74LS74,全加器74LS183,示波器，多用表，導(dǎo)線三、實驗內(nèi)容與步驟1 .集成移位寄存器 74LS194邏輯功能測試：實驗電路參見教材P.195 Fig. 6.25。CR、S、S0、Sl、Sr、Da、Db、Dc、Dd接邏輯電平開關(guān)，Qa、Qb、Qc、Qd接LED顯示器，從 CP輸入單次脈沖，按教材 P.196表6.23逐項測試并記錄測試結(jié)果：清除功能；送數(shù)功能測試；右移功能測試；左移功

12、能測試；保持功能測試。2 .循環(huán)移位電路設(shè)計并測試其循環(huán)移位功能：用74LS194設(shè)計一循環(huán)右移寄存器，然后測試其在CP脈沖作用下的數(shù)據(jù)循環(huán)右移功能，并記錄測試結(jié)果。3 .串行累加器設(shè)計及其功能測試：根據(jù)教材P.195 Fig. 6.24所示串行累加器結(jié)構(gòu)與工作原理，用74LS194和74LS183設(shè)計一四位串行累加器，然后在 CP脈沖作用下測試電路的串行累加功能，結(jié)果記入自擬表格。四、實驗說明4 .74LS194引腳及功能：2 .循環(huán)移位寄存器結(jié)構(gòu)與工作原理：3 .呂行累加器構(gòu)成方法與工作原理：五、實驗報告要求1 .報告內(nèi)容必須包括實驗名稱、目的要求、實驗電路及設(shè)計步驟、實驗結(jié)果記錄與分析、

13、問題分析與處理、實驗總結(jié)與體會等。2 .總結(jié)74LS194邏輯功能，畫出環(huán)形計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖與波形圖；3 .分析串行累加器實驗結(jié)果的正確性；4 .在報告中回答以下問題：要使移位寄存器清零，可否采用右移或左移功能實現(xiàn)可否采用并行送數(shù)法實現(xiàn)？如果可以，又如何操作？如要求循環(huán)左移，如何更改循環(huán)右移電路的連接?湖南工學院教案用紙p. #實驗5集成計數(shù)器設(shè)計（設(shè)計性實驗）一、實驗?zāi)康? .掌握用集成計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器的方法；2 .掌握MSI計數(shù)器使用與功能測試方法；3 .基于MSI計數(shù)器的任意進制計數(shù)器設(shè)計。二、實驗設(shè)備與器材雙列直插集成電路插座，邏輯電平開關(guān)，LED發(fā)光顯示器，集成十進制計數(shù)器7

14、4LS192,四2輸入與非門74LS00,連續(xù)脈沖源，單次脈沖源，導(dǎo)線三、實驗內(nèi)容與設(shè)計要求1 .自擬74LS192邏輯功能測試電路，并進行測試與記錄；2 .采用反饋歸零或反饋置數(shù)法， 用一片74LS192和74LS00構(gòu)成一個8進制計數(shù)器，實驗方法與步驟自擬；3 .采用級聯(lián)的方法，用兩片 74LS192和74LS00構(gòu)成一個24進制計數(shù)器，實驗方法與步驟 自擬。四、設(shè)計提示1 .基于MSI集成N計數(shù)器的任意 M進制計數(shù)器的構(gòu)成方法：MN :此時需要采用多片集成 N計數(shù)器通過級聯(lián)和整體的清零或置數(shù)才能構(gòu)成一個M進制計數(shù)器。整體的清零或置數(shù)信號在整個計數(shù)器的哪個狀態(tài)產(chǎn)生，類似于MN時的情況；而多

15、片集成N計數(shù)器的級聯(lián)方法，主要有串行進位法級聯(lián)和并行進位法級聯(lián)兩種。前者采用前一級的進位作為下一級的計數(shù)脈沖，后者各級加同一計數(shù)脈沖，但需要利用前一級的進位信號去控制下一級的計數(shù)。2 . 74LS192引腳功能：雙時鐘集成十進制同步可逆計數(shù)器Qo Qi Q2 Q3CR異步清零控制LD異步置數(shù)控制CPU加法計數(shù)脈沖CPd減法計數(shù)脈沖Do D3并行數(shù)據(jù)輸入Qo Q3計數(shù)狀態(tài)輸出CO進位脈沖輸出BO借位脈沖輸出五、實驗報告要求1 .報告內(nèi)容除實驗名稱、目的要求外，還必須畫出設(shè)計電路，擬定實驗步驟，并對實驗記錄 數(shù)據(jù)進行整理，和實驗結(jié)果分析，表達實驗總結(jié)與體會等。2 .說明任意進制計數(shù)器的構(gòu)成方法；3

16、 .討論實驗中遇到的問題；4 .在報告中回答：湖南工學院教案用紙p. 774LS192加計數(shù)時，應(yīng)如何連接其 CR、LD、CP ?如何實現(xiàn)秒、分時鐘計數(shù)?實驗6 555時基電路及其應(yīng)用(綜合性實驗)一、實驗?zāi)康? .熟悉555定時器結(jié)構(gòu)、功能特點與應(yīng)用；2 .掌握555定時器構(gòu)成施密特、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的方法。二、實驗設(shè)備與器材雙列直插集成電路插座，LED發(fā)光顯示器，示波器，連續(xù)脈沖源，單次脈沖源，集成NE555, 二極管、電阻、電容、導(dǎo)線若干三、實驗內(nèi)容1. 用NE555按教材P.206 Fig.6.38(a)構(gòu)成單穩(wěn)電路并進行實驗接線：取R=100k , C=47 F ,從Vi輸入

17、單次脈沖，觀察 Vi、Vc、Vo波形，并進行幅度與暫穩(wěn)時間測試，記錄觀察測試結(jié)果。取R=1k , C=0.1 F,重復(fù)以上實驗步驟。2. NE555多諧振蕩器電路測試：按教材P.207 Fig.6.39連接實驗電路，觀察 Vc、V。波形，并進行頻率測試，記錄觀察測試結(jié)果。按教材P.208 Fig.6.40連接實驗電路，觀察 Vc、V。波形并調(diào)節(jié)Rw使V。占空比為50%,測試頻率并記錄觀察測試結(jié)果。按教材P.208 Fig.6.41連接實驗電路，調(diào)節(jié) Rwi和Rw2 ,觀察并記錄 V。波形。3. NE555施密特觸發(fā)器電路測試：按教材P.209 Fig.6.42連接實驗電路，從us輸入1kHz正

18、弦波并調(diào)節(jié)其幅度，觀察并記錄V。 波形，測繪電路的電壓傳輸特性曲線并確定其閾值電壓與回差電壓。四、實驗說明1.555定時器結(jié)構(gòu)與功能：2. 555定時器施密特觸發(fā)器構(gòu)成與工作原理：3. 555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成與工作原理：4. 555定時器多諧振蕩器構(gòu)成與工作原理：五、實驗報告要求1 .報告內(nèi)容除實驗名稱、目的要求外，還必須畫出設(shè)計電路，擬定實驗步驟，并對實驗記錄數(shù)據(jù)進行整理，和實驗結(jié)果分析，表達實驗總結(jié)與體會等。2 .給出詳細實驗電路，定量繪制觀察波形；3 .討論實驗中遇到的問題；4 .在報告中回答：555多諧振蕩器的周期、占空比主要受哪些元件參數(shù)影響？如何調(diào)節(jié)？湖南工學院教案用紙p.

19、11實驗7交通燈控制電路設(shè)計(虛擬綜合性實驗)一、實驗?zāi)康? .加深對計數(shù)電路的理解；2 .加深對555定時器電路的理解；3 .掌握基本電路在實際工程中的應(yīng)用。二、實驗電路及說明1 .交通控制要求南北和東西向道路輪流通行；每向道路由綠燈亮轉(zhuǎn)換為紅燈亮之前，黃燈先亮；每次黃燈亮一個單位時間，紅綠燈亮5個單位時間。2 .實現(xiàn)方案電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：根據(jù)控制要求，定義：南北向綠燈AG(a),東西向綠燈BG(b),南北向紅燈AR(c),東西向紅燈BR(d),南北向黃燈 AY(e),東西向黃燈BY( f),則系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為：交通燈控制器狀態(tài)參數(shù)圖的實現(xiàn)可采用以下兩種方案。實現(xiàn)方案一：算法狀態(tài)機方案 (Al

20、gorithmic State Machine)ASM圖Tl：綠燈亮5個單位時間Tl=1,否則,Tl=0；Ty：黃燈亮1個時間Ty=1,否則，Ty=0； St：控制器向定時器發(fā)出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換控 制信號。ST=1 : 5個單位定時，ST=0 : 1 個單位定時。實現(xiàn)方案二：順序脈沖控制法由于系統(tǒng)狀態(tài)循環(huán)不變，故可采用順序脈沖控制方法進行，即將單位時間按需要進行分配即可控制系統(tǒng)循環(huán)變化的狀態(tài)。順序脈沖的產(chǎn)生可采用扭環(huán)形計數(shù)器來實現(xiàn)。具體方法參見教材P.226227內(nèi)容。c Qi, d Qi（c, d各延續(xù)6個時間單位，不可同時點亮 ）；aQ1Q6,bQ1Q6 （a ,b各延續(xù)5個時間單位，且要求a與d、b與c須同時點亮）;eQ1Q6 ,fQiQ6（e,f各延續(xù)1個時間單位，且要求e與d、f與c須同時點亮）。顯然，方案二比方案一簡潔，故實驗電路采用方案二設(shè)計。3 .定時電路：可采用由555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生矩陣脈沖作為扭環(huán)形計數(shù)器的計數(shù)脈沖，從而實現(xiàn)電 路的定時。三、實驗內(nèi)容與步驟1 .設(shè)計電路并畫出滿足控制要求的EWB仿真模擬電路；