数字电子技术实验教(学)案

湖南工学院教案用纸p.1 实验1 基本门电路逻辑功能测试(验证性实验)
一、实验目的
1.熟悉基本门电路图形符号与功能；
2.掌握门电路的使用与功能测试方法；
3.熟悉实验室数字电路实验设备的结构、功能与使用。

二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED发光显示器，74LS00，74LS20，74LS86，导线三、实验电路与说明
门电路是最简单、最基本的数字集成电路，也是构成任何复杂组合电路和时序电路的基本单元。

常见基本集门电路包括与门、或门、与非门、非门、异或门、同或门等，它们相应的图形符号与逻辑功能参见教材P.176, Fig.6.1。

根据器件工艺，基本门电路有TTL门电路和CMOS门电路之分。

TTL门电路工作速度快，不易损坏，CMOS门电路输出幅度大，集成度高，抗干扰能力强。

1. 74LS00—四2输入与非门功能与引脚：
2. 74LS20—双4输入与非门功能与引脚：
3. 74LS86—四2输入异或门功能与引脚：
四、实验内容与步骤
1. 74LS00功能测试：
①74LS00插入IC插座；②输入接逻辑电平开关；③输出接LED显示器；④接电源；⑤拔动开关进行测试，结果记入自拟表格。

2. 74LS20功能测试：
实验过程与74LS00功能测试类似。

3. 74LS86功能测试：
实验过程与74LS00功能测试类似。

4. 用74LS00构成半加器并测试其功能：
①根据半加器功能：S A B
=，用74LS00设计一个半加器电路；
=⊕，C AB
②根据所设计电路进行实验接线；
③电路输入接逻辑电平开关，输出接LED显示器；
④通电源测试半加器功能，结果记入自拟表格。

5. 用74LS86和74LS00构成半加器并测试其功能：
实验过程与以上半加器功能测试类似。

五、实验报告要求
1. 内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、实验总结与体会等。

2.在报告中回答以下思考题：
①如何判断逻辑门电路功能是否正常？
②如何处理与非门的多余输入端？
实验2 组合逻辑电路的设计与调试(设计性综合实验)
一、实验目的
1.熟悉编码器、译码器、数据选择器等MSI 的功能与使用；
2.进一步掌握组合电路的设计与测试方法；
3.学会用MSI 实现简单逻辑函数。

二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED 数码显示器，74LS148，74LS151，74LS48，74LS138，74LS283，74LS04，多用表，导线 三、实验内容与设计要求
1.按教材P.180 Fig.6.6 电路接线，验证8-3优先编码器74LS148和显示译码器74LS48的逻辑功能，记录实验数据，表格自拟；
2.用数据选择器74LS151(或者74LS138+74LS04)设计一个红、黄、绿三色信号灯状态监测逻辑电路，并对所设计电路的功能进行测试。

要求：任何时刻信号灯只能亮红、黄、绿三种颜色中的任意一种颜色灯；其它状态都属于故障状态。

3.用一片四位加法器74LS283实现8421BCD 码到余3码的转换，并测试电路功能。

四、设计方法与设计提示
1. 组合电路设计的一般步骤：参见教材P.180 Fig.6.5
①根据电路功能描述，分析因果关系，确定输入、输出变量，并对之进行逻辑赋值； ②应用穷举法列出真值表，并写出逻辑表达式；
③根据具体电路要求及特定器件资源，选择确定器件；
④利用公式或卡诺图化简函数，并将之转换成与所选用器件功能相适应的形式； ⑤画出所设计的逻辑电路图，并进行后续的工艺设计与组装调试。

2. 典型组合电路MSI 功能与引脚： ①8-3优先编码器74LS148；②显示译码器74LS48；③8选1数据选择器74LS151；④3-8译码器74LS138；⑤四位加法器74LS283。

3. 设计提示：
①数据选择器实现逻辑函数： 如：用8选1数据选择器74LS151实现函数(A,B,C)(0,2,5,6,7)f m =∑。

因74LS151输出
7
0Y D i i i m ==∑，0022556677(A,B,C)D D D D D f m m m m m =++++，故74LS151的接线方法为： 012A C,A B,A A →→→，02567D D D D D 1=====，134D D D 0===。

②3-8译码器74LS138实现逻辑函数与数据分配：
74LS138的输出Y i i m =，其中i m 是由地址码210A A A 组成的最小项。

由于任意函数总可以写成最小项之和形式即Y i i m =∑，因而如果将函数变量作为译码器的地址码或译码控制信号，则根据反演定理并结合与非门即可完成逻辑函数的译码器实现。

译码器实现逻辑函数与数据分配的具体方法参见教材P.183 Fig.6.10。

③8421BCD 码到余3码的转换：
余3码=8421BCD+0011，故用加法器可容易实现8421BCD 码到余3码的转换。

五、预习要求及实验注意事项 1.预习要求：
①查阅并熟悉相关MSI 的引脚及功能；
②按设计要求设计好实验所用电路，画出实验电路图。

2.实验注意事项：
①接插芯片时，注意认清定位标志；
②实验前注意确定MSI芯片功能正常；
③不允许MSI芯片输出端直接接地或电源，须在断电状态进行拆线或电路更改。

六、实验报告要求
1. 内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、问题分析与处理、实验总结与体会等。

2.在报告中回答以下问题：
①组合电路的一般设计步骤？
②组合电路的设计体会？
实验3 集成触发器功能测试(验证性实验)
一、实验目的
1.熟悉集成JK和D触发器的功能与使用；
2.熟悉触发器的功能测试方法。

二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，示波器，74LS112集成JK触发器，74LS74集成D 触发器，多用表，导线
三、实验电路与说明
触发器是时序逻辑电路构成的基本单元，具有两个稳态，并且触发器状态能在外部输入信号作用下进行翻转。

触发器种类繁多，按电路结构，可分为同步触发器、主从触发器和边沿触发器，按逻辑功能，可分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器等。

一般而言，集成触发器除了触发信号输入端外，还拥有直接置零、置1输入端。

熟悉并掌握各种触发器特性方程、状态转换、动作特点，是应用触发器的重要基础。

1. 74LS112—集成JK触发器的功能与引脚：
2. 74LS74—集成DK触发器的功能与引脚：
四、实验内容与步骤
1. 74LS112功能测试：
①按教材P.186 表6.11改变S d和R d，观察并记录触发器状态的变化；
②按教材P.186 表6.12，对触发器逻辑功能进行测试；
③使J K1
==(计数状态)，在CP端输入100kHz
f=方波，观察并记录Q、Q端工作波形。

2. 74LS74功能测试：
①按教材P.187 表6.13测试并记录74LS74触发器的逻辑功能；
②连接D Q
=(计数状态)，在CP端输入100kHz
f=方波，观察并记录Q、Q端工作波形。

五、实验报告要求
1. 内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、实验总结与体会等。

2.在报告中回答以下思考题：
①S d和R d的作用是什么？如何利用它们实现触发器的置零或置1？触发器正常工作时，它们应处于什么状态？
②当触发器处于计数状态时，Q端状态在CP的什么时刻变化？Q端波形与CP波形在周期上有什么关系？
实验4 移位寄存器(设计性实验)
一、实验目的
1.掌握集成移位寄存器的功能及其测试方法；
2.研究由移位寄存构成的环形计数器和串行累加器工作原理。

二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，集成移位寄存器74LS194，集成D触发器74LS74，全加器74LS183，示波器，多用表，导线
三、实验内容与步骤
1.集成移位寄存器74LS194逻辑功能测试：
实验电路参见教材P.195 Fig. 6.25。

CR、1S、0S、L S、R S、A
D接逻辑
D、D
D、C
D、B
电平开关，A
Q接LED显示器，从CP输入单次脉冲，按教材P.196 表 6.23
Q、D
Q、C
Q、B
逐项测试并记录测试结果：
①清除功能；②送数功能测试；③右移功能测试；④左移功能测试；⑤保持功能测试。

2.循环移位电路设计并测试其循环移位功能：
用74LS194设计一循环右移寄存器，然后测试其在CP脉冲作用下的数据循环右移功能，并记录测试结果。

3.串行累加器设计及其功能测试：
根据教材P.195 Fig. 6.24所示串行累加器结构与工作原理，用74LS194和74LS183设计一四位串行累加器，然后在CP脉冲作用下测试电路的串行累加功能，结果记入自拟表格。

四、实验说明
1. 74LS194引脚及功能：
2.循环移位寄存器结构与工作原理：
3.吕行累加器构成方法与工作原理：
五、实验报告要求
1.报告内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、问题分析与处理、实验总结与体会等。

2.总结74LS194逻辑功能，画出环形计数器状态转换图与波形图；
3.分析串行累加器实验结果的正确性；
4. 在报告中回答以下问题：
①要使移位寄存器清零，可否采用右移或左移功能实现可否采用并行送数法实现？如果可
以，又如何操作？
②如要求循环左移，如何更改循环右移电路的连接？
实验5 集成计数器设计(设计性实验)
一、实验目的
1.掌握用集成计数器构成任意进制计数器的方法；
2.掌握MSI 计数器使用与功能测试方法；
3.基于MSI 计数器的任意进制计数器设计。

二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED 发光显示器，集成十进制计数器74LS192，四2输入与非门74LS00，连续脉冲源，单次脉冲源，导线
三、实验内容与设计要求
1. 自拟74LS192逻辑功能测试电路，并进行测试与记录；
2. 采用反馈归零或反馈置数法，用一片74LS192和74LS00构成一个8进制计数器，实验方法与步骤自拟；
3. 采用级联的方法，用两片74LS192和74LS00构成一个24进制计数器，实验方法与步骤自拟。

四、设计提示
1.基于MSI 集成N 计数器的任意M 进制计数器的构成方法：
①M<N ：不需要级联，采用一片集成N 计数器便可构成一个M 进制计数器，基本思想是在计数过程中，利用集成N 计数器的清零或置数功能使之设法跳过N-M 个计数状态，前者称为反馈归零法，后者称反馈置数法。

设计的关键在于利用集成N 计数器的哪个计数状态来产生所需的清零或置数信号，这主要取决于集成N 计数器的清零或置数功能是同步方式还是异步方式。

②M>N ：此时需要采用多片集成N 计数器通过级联和整体的清零或置数才能构成一个M 进制计数器。

整体的清零或置数信号在整个计数器的哪个状态产生，类似于M<N 时的情况；而多片集成N 计数器的级联方法，主要有串行进位法级联和并行进位法级联两种。

前者采用前一级的进位作为下一级的计数脉冲，后者各级加同一计数脉冲，但需要利用前一级的进位信号去控制下一级的计数。

2. 74LS192引脚功能：双时钟集成十进制同步可逆计数器
0 1 2 3CR CP CP
五、实验报告要求
1.报告内容除实验名称、目的要求外，还必须画出设计电路，拟定实验步骤，并对实验记录数据进行整理，和实验结果分析，表达实验总结与体会等。

2.说明任意进制计数器的构成方法；
3.讨论实验中遇到的问题；
4.在报告中回答：
②如何实现秒、分时钟计数？
实验6 555时基电路及其应用(综合性实验)
一、实验目的
1.熟悉555定时器结构、功能特点与应用；
2.掌握555定时器构成施密特、单稳态触发器、多谐振荡器的方法。

二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，LED发光显示器，示波器，连续脉冲源，单次脉冲源，集成NE555，二极管、电阻、电容、导线若干
三、实验内容
1.用NE555按教材P.206 Fig.6.38(a)构成单稳电路并进行实验接线：
①取R=100kΩ，C=47F
μ，从V i输入单次脉冲，观察V i、V C、V o波形，并进行幅度与暂稳时间测试，记录观察测试结果。

②取R=1kΩ，C=0.1F
μ，重复以上实验步骤。

2. NE555多谐振荡器电路测试：
①按教材P.207 Fig.6.39连接实验电路，观察V C、V o波形，并进行频率测试，记录观察测试结果。

②按教材P.208 Fig.6.40连接实验电路，观察V C、V o波形并调节R w使V o占空比为50%，测试频率并记录观察测试结果。

③按教材P.208 Fig.6.41连接实验电路，调节1
R w，观察并记录V o波形。

R w和2
3. NE555施密特触发器电路测试：
按教材P.209 Fig.6.42连接实验电路，从u s输入1kHz正弦波并调节其幅度，观察并记录V o波形，测绘电路的电压传输特性曲线并确定其阈值电压与回差电压。

四、实验说明
1.555定时器结构与功能：
2. 555定时器施密特触发器构成与工作原理：
3. 555定时器单稳态触发器构成与工作原理：
4. 555定时器多谐振荡器构成与工作原理：
五、实验报告要求
1.报告内容除实验名称、目的要求外，还必须画出设计电路，拟定实验步骤，并对实验记录数据进行整理，和实验结果分析，表达实验总结与体会等。

2.给出详细实验电路，定量绘制观察波形；
3.讨论实验中遇到的问题；
4.在报告中回答：555多谐振荡器的周期、占空比主要受哪些元件参数影响？如何调节？
实验7 交通灯控制电路设计(虚拟综合性实验)
一、实验目的
1.加深对计数电路的理解；
2.加深对555定时器电路的理解；
3.掌握基本电路在实际工程中的应用。

二、实验电路及说明
1.交通控制要求
①南北和东西向道路轮流通行；
②每向道路由绿灯亮转换为红灯亮之前，黄灯先亮；
③每次黄灯亮一个单位时间，红绿灯亮5个单位时间。

2.实现方案
①电路状态转换图：
根据控制要求，定义：南北向绿灯AG()a，东西向绿灯BG()b，南北向红灯AR()c，东西向红灯BR()d，南北向黄灯AY()e，东西向黄灯BY()f，则系统状态转换图为：
状态参数图的实现可采用以下两种方案。

②实现方案一：算法状态机方案(Algorithmic State Machine)
交通灯控制器ASM图
交通灯系统框图T L：绿灯亮5个单位时间T L=1，否则，T L=0；
T y：黄灯亮1个时间T y=1，否则，T y=0；S T：控制器向定时器发出的状态转换控制信号。

S T=1：5个单位定时，S T=0：1个单位定时。

③实现方案二：顺序脉冲控制法
由于系统状态循环不变，故可采用顺序脉冲控制方法进行，即将单位时间按需要进行分配即可控制系统循环变化的状态。

顺序脉冲的产生可采用扭环形计数器来实现。

具体方法参见教材P.226~227内容。

1c Q =，1d Q =(c ，d 各延续6个时间单位，不可同时点亮)；
16a Q Q =，16b Q Q =(a ，b 各延续5个时间单位，且要求a 与d 、b 与c 须同时点亮)； 16e Q Q =，16f Q Q =(e ，f 各延续1个时间单位，且要求e 与d 、f 与c 须同时点亮)。

显然，方案二比方案一简洁，故实验电路采用方案二设计。

3.定时电路：
可采用由555构成的多谐振荡器产生矩阵脉冲作为扭环形计数器的计数脉冲，从而实现电路的定时。

三、实验内容与步骤
1.设计电路并画出满足控制要求的EWB 仿真模拟电路；
2. 在EWB 平台上，利用逻辑分析仪记录a 、b 、c 、d 、e 、f 各处波形；
3.调整系统的定时单位，重复以上过程。

四、实验报告要求
1.根据交通灯控制要求，阐述系统设计思路与设计方法，画出EWB 仿真用实验电路；
2.自拟表格记录仿真过程中的有关数据与波形，并进行必要整理、处理和分析；
3.讨论实验中遇到的问题，总结实验收获与体会，提出改进意见。

实验8 环形流水灯控制电路设计(虚拟设计性实验)
一、实验目的
1.加深对555定时器电路的理解；
2.加深对计数与译码等MSI芯片的掌握；
3.加深对时序电路和组合电路的理解；
4.掌握基本电路在实际工程中的应用。

二、实验电路及说明
1.环形流水灯控制要求
8个LED排列成圆环形，设计一控制电路使之以逆时针方向循环点亮。

2.控制方案
根据控制要求，8个排列成圆环形的LED的循环点亮可采用顺序脉冲来控制，故电路的设计可以采用两种方案：
①定时器(多谐振荡器)+计数器+译码器=顺序脉冲发生器；
②定时器(多谐振荡器)+移位寄存器计数器=顺序脉冲发生器。

三、实验内容与步骤
1. 根据控制要求，预先设计适合于EWB平台构建的实验电路；
2. 在EWB平台上构建所设计的电路，观察并记录流水灯点亮效果；
3. 调整定时电路参数，观察并记录流水灯点亮效果的改变情况；
4. 改进电路，使流水灯以顺时针方向点亮。

四、实验报告要求
1.根据流水灯控制要求，阐述系统设计思路与设计方法，画出EWB仿真用实验电路；
2.自拟表格记录仿真过程中的有关数据与波形，并进行必要整理、处理和分析；
3.讨论实验中遇到的问题，总结实验收获与体会，提出改进意见。