数字电路及设计实验

常用数字仪表的使用实验内容：1.参考“仪器操作指南”之“DS1000操作演示”，熟悉示数字波器的使用。

2.测试示波器校正信号如下参数：（请注意该信号测试时将耦合方式设置为直流耦合。

峰峰值（Vpp），最大值（Vmax），最小值（Vmin），幅值（Vamp），周期（Prd），频率（Freq）顶端值（Vtop），底端值（Vbase），过冲（Overshoot）,预冲（Preshoot），平均值（Average），均方根值（Vrms），即有效值上升时间（RiseTime），下降时间（FallTime），正脉宽（+Width）,负脉宽（-Width），正占空比（+Duty），负占空比（-Duty）等参数。

3.TTL输出高电平>2.4V，输出低电平<0.4V。

在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V。

请采用函数信号发生器输出一个TTL信号，要求满足如下条件：①输出高电平为3.5V，低电平为0V的一个方波信号；②信号频率1000Hz；在示波器上观测该信号并记录波形数据。

集成逻辑门测试（含4个实验项目）（本实验内容选作）一、实验目的（1）深刻理解集成逻辑门主要参数的含义和功能。

（2）熟悉TTL 与非门和CMOS 或非门主要参数的测试方法，并通过功能测试判断器件好坏。

二、实验设备与器件本实验设备与器件分别是：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、数字频率计、数字万用表及工具；实验器件：74LS20两片，CC4001一片，500Ω左右电阻和10k Ω左右电阻各一只。

三、实验项目1．TTL 与非门逻辑功能测试按表1-1的要求测74LS20逻辑功能，将测试结果填入与非门功能测试表中（测试F=1、0时，V OH 与V OL 的值）。

2．TTL 与非门直流参数的测试测试时取电源电压V CC =5V ；注意电流表档次，所选量程应大于器件电参数规范值。

（1）导通电源电流I CCL 。

测试条件：输入端均悬空，输出端空载。

测试电路按图1-1（a ）连接。

（2）低电平输入电流I iL 。

测试条件：被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空，输出空载。

测试电路按图1-1（b ）连接。

（3）高电平输入电流I iH 。

测试条件：被测输入端通过电流表接电源（电压V CC ），其余输入端均接地，输出空载。

测试电路按图1-1（c ）连接。

（4）电压传输特性。

测试电路按图1-2连接。

按表1-2所列各输入电压值逐点进行测量，各输入电压值通过调节电位器W 取得。

将测试结果在表1-2中记录，并根据实测数据，做出电压传输特性曲线。

然后，从曲线上读出V OH ，V OL ，V on ，V off 和V T ，并计算V NH ，V NL 等参数。

表1-1 与非门功能测试表图1-1 I CCL ，I iL 和I iH 测试电路 图1-2 电压传输特性测试电路表1-2与非门电压传输特性测试表（5）扇出系数N O 。

测试条件：所有输入端悬空，负载R L 为可变电阻。

测试电路按图1-3连接。

调节R L ，使输出电压V OL =0.4V ，测出此时的I OL ，再按下式：N O =I Ol /I iL求得N O 。

3．平均延迟时间t pd 的测试现一般采用环形振荡器法测t pd ，测试原理电路及波形如图1-4（a ）和（b ）所示。

图1-4（a ）中与非门1、与非门2为标准门的t pd1和t pd2是已知的（可预先在高精度的双踪示波器上测出），与非门（3）是被测门。

三个与非门构成一个环形振荡电路。

点（3）和点（3 ）的波形是同一波形，由图1-4（b ）可知，振荡波形的周期为：图1-4 平均延迟时间测试电路及波形T =t PHL1+t PHL2+t PHL3+t PLH1+t PLH2+t PLH3=2t pd1+2t pd2+2t pd3 （在一个振荡周期内每个门经过两次延迟时）图1-3 扇出系数测试电路从数字频率计上可以读出振荡频率f （也可用示波器测出周期T ），即可算出被测门的平均延时时间为：T =1/f =2(t pd1+t pd2)+2t pd3 t pd3=1/2f －(t pd1+t pd2)或者 t pd3=T /2－(t pd1+t pd2)4．CMOS 或非门电路的测试（注意CMOS 器件使用规则）（1）传输特性测量① 调节电位器W ，选择若干个输入电压值，测量相应的输出电压值，然后由测得的数据作出曲线，并从曲线中求得V oH 、V oL 、V on 和V oFF 等参数值。

注意，测量输出端的电压时，要选用高阻抗的直流电压表，最好用直流数字电压表。

通常取V on 为0.1V oH 时对应的输入电平值，V oFF 为0.9V OH 对应的输入电平值。

② 将两个输入端并联在一起，重复上述测试，比较两种情况下电压传输特性和噪声容限的差异。

③ 测试电源电压的影响：将V DD 依次调节至5V和15V ，观察电路的逻辑功能以及输出高电平V oH 值。

（2）逻辑功能测试选CC4001按图1-5电路接线。

断开与电位器W 连接的输入端和接地输入端，在两个输入端分别送入表1-3中所列出的输入状态，测试其输出相对应的逻辑值。

五、预习要求（1）阅读TTL 与非门主要参数的含义及CMOS 门电路的特点。

（2）熟悉CMOS 电路和TTL 电路的使用规则。

（3）设计实验电路，提出器件清单。

（4）拟定实验方案和调测步骤。

图1-5 CMOS 门传输特性测试电路图 表1-3 或非门功能测试表三态门、OC 门的功能测试及其应用（含2个实验项目）（本实验内容选作） 一、实验目的（1）熟悉OC 门和三态门的功能及应用。

（2）掌握OC 门负载电阻选择方法。

二、实验设备与器件本实验的实验设备和器件为：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、脉冲信号发生器、万用表及工具；实验器件：74LS20，74LS00，74LS01，74LS05，CC4011，CC4069和电阻若干。

三、实验项目 1．OC 门实验（1）OC 门“线与”电路功能测试：将两个OC 门进行“线与”连接，以驱动三个TTL 与非门，如图2-1所示。

E C =+5V ，要求V OH =3.6V ，V OL =0.3V ，工作速度无严格要求。

试在负载电阻允许值范围，选取R L 值接入电路，并测试其逻辑功能，列表记录测试结果。

（2）用实验方法确定R Lmax 和R Lmin ，要求V OH =3.6V ，V OL =0.3V 。

实验电路按图2-2连接，加+5V 电源后，调节电位器W ，先使电路输出为高电平（即F=3.6V ），测得此时的R L 值为R Lmax 。

再使电路输出为低电平（即F=0.3V ），测得此时的R L 值为R Lmin 。

（3）用OC 电路实现TTL 与非门驱动CMOS 与非门（CC4011）的电平转换电路。

取V DD =10V ，确定电阻值接入电路，然后在输入端加一个方波信号（f i =1kHz ），用示波器观察A 点、B 点、C 点的波形幅度值的变化。

图2-1 OC 门“线与”功能测试电路四、预习要求（1） 阅读OC 门和三态门的工作原理，根据任务要求计算R L 的取值范围（即R Lmax与R Lmin）。

（2）设计实验电路，提出器件清单。

（3）拟定实验方案和调测步骤。

组合逻辑电路的设计及功能测试（含5个实验项目）一、实验目的（1）掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。

（2）观察组合逻辑电路的冒险现象。

（3）熟悉消除冒险现象的常用方法。

二、实验设备与器件本实验的设备和器件如下：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、脉冲信号发生器、万用表及工具；实验器件：74LS00，74LS10，74LS20，74LS04，74LS32。

三、实验项目1. 用TTL与非门设计一个3人控制表决器。

3人表决的结果用指示灯显示，多数赞成则指示灯亮，反之，则灯不亮。

2. 设计一个全加器。

3. 设计一个四舍五入电路，输入信号为 8421BCD4. 设计一个组合逻辑电路，它接收3位二进制数B2B1B0，仅当B2B1B0对应的十进制数大于2小于6时，输出Y才为1。

5. 按表3-1设计一个组合逻辑电路。

①设计要求：输入信号仅提供原变量，反变量由电路自行产生，给定与非门为74LS00、74LS20，画出逻辑图。

②搭试电路，进行静态测试，验证逻辑功能，记录测试结果。

③分析输入端D、C、B各处于什么状态下能观察到输入端A信号变化时产生的冒险现象。

④在A端输入f =100kHz～1MHz的方波信号，观察电路的冒险现象，记录A和F点的工作波形图。

⑤观察：用增加校正项的方法，消除由输入端A信号变化所引起的冒险现象。

画出此时的电路图，并记录消除冒险后A和F点的波形图。

四、预习要求（1）必须在预习报告中写出设计全过程，画出设计电路图。

（2）什么叫冒险现象？如何判断一个组合逻辑电路中是否存在冒险现象？（3）设计实验电路，提出器件清单。

（4）拟定实验方案和调测步骤。

译码器及其应用（含4个实验项目）一、实验目的（1）掌握译码器功能测试方法和灵活应用。

（2）熟悉多位译码显示电路的设计方法及工作原理。

二、实验设备与器件本实验的设备与器件如下：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、万用表及工具；实验器件：74LS00，74LS48，BS201/202等。

三、实验任务1.七段显示译码器74LS48的功能测试实验电路按图4-1连接。

测试时，各输入端按表4-1中相应状态输入信号。

观察各输出情况，列表记录并将结果与给出的功能表做比较。

2.采用TTL与非门设计一个输入两位二进制码，显示十进制数的七段显示译码器（要求使用共阴发光二极管作为显示器）。

3.实验电路示意图如图4-2所示。

A3作为数据输入端，A0、A1、A2作为地址。

当A0A1A2=000～111时，测试相应的Q0～Q7的输出。

图4-1 74LS48功能测试连线图图4-2 74LS42 用作数据分配器①A3端输入秒脉冲（周期T≈1秒）信号，列表整理测试结果。

②A3端输入约2kHz连续脉冲，观察并记录A0A1A2的输入、输出波形。

4.采用74LS48和共阴数码管构成一个多位显示电路，并按以下要求完成实验。

分别按下列要求输入信号，观察记录其相应的显示情况，并分析所观察到的现象产生的原因。

①LT=1，BI=1，IC1、IC6的DCBA输入均为0，IC2、IC3、IC4、IC5的DCBA输入不为全0；②LT=1，BI=1，IC1，IC2、IC5、IC6的DCBA输入均为0，IC3、IC4的DCBA输入不为全0；③LT=1，BI=1，IC1～IC6的DCBA输入均为0。