数字电子技术实验报告册

数字电子技术实验报告册1北京信息科技大学数字电子技术实验报告册电工电子实验教学中心数字电子技术课程组数字电子技术实验报告册2目录实验一集成逻辑门电路参数的测试...........................................................................3实验二门电路功能测试.............................................................................................8实验三组合逻辑电路的设计...................................................................................12实验四触发器应用设计实验.................................................................................16实验五计数、译码、显示电路的设计...............................................................19实验六555定时器设计电路....................................................................................24实验七基于FPGA的分频器设计...........................................................................27实验八基于FPGA的跑马灯实验电路设计.............................................................32附录常用数字集成电路管脚图.................................................................................39数字电子技术实验报告册3实验一集成逻辑门电路参数的测试一、实验目的(1)掌握数字实验设备的使用方法。(2)熟悉数字集成电路手册的使用方法。(3)了解TTL器件和CMOS器件的使用特点。二、实验器材与仪器(1)双踪示波器：可以同时测量和观察两路信号的波形，测量电路信号波形的幅值、周期等参数。(2)数字万用表：用于测量交流和直流电压、电流、电阻等。某些万用表还可以测量三极管、二极管、电容和频率等。(3)数字实验箱。三、预习与思考题(1)为什么与非门输出端不能直接接＋5V?当我们希望输出高电平为＋5V时应怎么办？与非门输出端可以接地吗？(2)测量扇出系数NOL的原理是什么？为什么只计算输出低电平时的负载电流值，而不考虑输出高电平的负载电流值？(3)与非门不用的输入端应如何处理？为什么？(4)说明TTL集成电路与COMS集成电路在功耗方面的差异。四、实验原理说明在数字电路设计中，我们经常用到一些门电路，对门电路参数的了解，有助于电路设计更加正确可靠。我们以74LS00为例，学习门电路的主要参数和测试方法。(1)与非门的逻辑功能。与非门的逻辑功能为：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平。图形符号如图1-1所示,逻辑表达式为:ABY图1-1与非门的逻辑符号(2)TTL与非门基本参数1)低电平输入电流IIL低电平输入电流IIL是指被测输入端接低电平，其余输入端悬空，输出端空载时，由被测输入端流出的电流值。在多级门电路中，IIL相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流，因此它关系到前级门的灌电流负载能力，即直接影响前级门电路带负载的个数，因此希望IIL小些。测试电路如图1-2。2)高电平输入电流IIH高电平输入电流IIH又称为输入漏电流，它是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端空载，流入被测输入端的电流值。在多级门电路中，它相当于前级门输出高电平时，数字电子技术实验报告册4流出前级门的电流，称为前级门的拉电流负载，其大小关系到前级门的拉电流负载能力，因此希望IIH小些。由于IIH较小，难以测量，一般免于测试。测试电路如图1-3所示。mA+5VVccIILμA+5VVccIIH图1-2IIL测试电路图1-3IIH测试电路3)电压传输特性门电路的输出电压Vo随输入电压Vi变化的曲线Vo=ƒ(Vi)称为门电路的电压传输特性，通过它可读得门电路的一些重要参数。如输出高电平、输出低电平、关门电平、开门电平、阈值电平等等。测试电路如图1-4所示。采用逐点测试法，调节Rw,逐点测得Vi及Vo，然后绘成曲线。+5VVccVoRW10KVi图1-4电压传输特性测试电路4)扇出系数No扇出系数No是指门电路能驱动同类门的个数，它是衡量门电路负载能力的一个参数。TTL与非门有两种不同性质的负载，即灌电流负载和拉电流负载，因此，有两种扇出系数，即低电平扇出系数NOL和高电平扇出系数NOH。通常IIHIIL,则NOHNOL，故常以NOL作为门的扇出系数。NOL测试电路如图1-5所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载RL，调节RL使IOL增大，VOL随之增高，当VOL达到VOLM（手册中规定低电平规范值0.4V）时的IOL就是允许灌入的最大负载电流，则NOL=ILOLII通常NOL≥8。数字电子技术实验报告册5mA+5VVccVRL1KIOLVOL200Ω图1-5扇出系数测试电路五、实验内容与要求(1)验证TTL集成与非门74LS00的逻辑功能利用实验装置上已有的LED指示灯及电平拨码开关所提供的“0”和“1”电平，测量74LS00逻辑功能。测量表格见表1-1：表1-174LS00的逻辑功能测量表输入输出ABY00011011(2)74LS00主要参数测试1)分别按图1-2、图1-3、图1-5搭接电路，通过实验得到低电平输入电流IIL是，高电平输入电流IIH又，低电平输出电流和高电平输出电流，计算出扇出系数，将结果记录入表1-2。表1-2测量记录表IILIIHIOLIOHNOL2)测量电压传输特性曲线。电路如图1-4,调节电位器RW,使VI从0V向高电平变化，逐点测量VI和V0的对应值，记录在表1-3中。表1-2测量记录表VI00.20.40.60.81.01.21.52.02.533.54…V0六、实验报告书写部分的要求（请在下面的空白页中完成，上面已有的表格除外）(1)总结示波器、万用表等仪器设备的使用方法及各旋钮的功能。(2)填写以上表格的实验数据。(3)总结本次实验的收获和结论。(4)回答预习思考题。(5)其他。数字电子技术实验报告册6数字电子技术实验报告册7实验报告得分指导教师实验室地点实验室日期数字电子技术实验报告册8实验二门电路功能测试一、实验目的(1)掌握与门、或门、与非门、异或门等门电路的逻辑功能。(2)掌握OC门、三态门的应用和特点。二、实验器材与仪器(1)数字实验箱。(2)数字万用表。三、预习与思考题(1)复习与门、或门、与非门、异或门、三态门的逻辑功能。(2)要使一个异或门实现非逻辑，电路将如何连接，为什么说异或门是可控反相器？(3)对于TTL门电路为什么说输入端悬空相当于接高电平？(4)说明多个三态门“线与”时应注意的那些问题。四、实验内容与要求(1)验证与门、或门、与非门、异或门及反向器的逻辑将集成电路与门74LS08插入集成块的空插座上。注意必须再接上电源正、负极，输入端接逻辑开关，输出端接发光二极管LED，即可进行验证。观察输出结果，并记录在表2-1中。用同样的方法验证或门74LS32、与非门74LS00、异或门74LS86、反向器74LS04的逻辑功能。（各集成电路的芯片管脚如图2-2所示）表2-1测量记录表输入输出与门或门与非门异或门反向器B(K2)A(K1)Q=ABQ=A+BQ=AB00011011(2)74LS125三态门应用测试利用74LS125三态门“线与”连接，实验电路如图2-1所示。三个三态门的输入分别接高电平、地、连续脉冲。根据三个不同状态，观察指示灯的变化，体会三态门的功能。将结果记录在表2-2中。数字电子技术实验报告册9LEDENENEN1423111568910逻辑开关S1S2S3Y图2-174LS125三态门应用测试表2-2三态门测量记录表逻辑开关输出S1S2S3Y01110111074LS081A1B1Y2A2B2YGNDVCC4B4A4Y3B3A3Y123456789101112131474LS321A1B1Y2A2B2YGNDVCC4B4A4Y3B3A3Y12345678910111213141412131114235679108VccGND&&&&74LS0074LS861A1B1Y2A2B2YGNDVCC4B4A4Y3B3A3Y1234567891011121314数字电子技术实验报告册1074LS041A1Y2A2Y3A3YGNDVCC6A6Y5A5Y4A4Y1234567891011121314YEA1412131114235679108VccGND图2-274LS125三态输出四总线缓冲器的逻辑符号及引脚排列五、实验注意事项(1)所有集成电路芯片均需接电源。六、实验报告要求（请在下面的空白页中完成，上面已有的表格除外）(1)画出实验用逻辑门电路的逻辑符号，并写出逻辑表达式。(2)整理并记录实验表格和实验结果。(3)总结三态门的功能及正确的使用方法。(4)回答预习思考题思考题数字电子技术实验报告册11实验报告得分指导教师实验室地点实验室日期数字电子技术实验报告册12实验三组合逻辑电路的设计一、实验目的(1)掌握用小规模集成逻辑门设计组合逻辑电路的方法。(2)掌握用中规模集成逻辑门设计组合逻辑电路的方法。(3)学习检查、分析电路简单故障的能力。二、实验设备(1)数字实验箱。(2)数字万用表。三、实验原理与说明组合逻辑电路的设计方法：根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成的工作。组合逻辑电路的设计工作通常可按以下步骤进行，如图3-1所示：实际逻辑问题真值表或者逻辑函数简化的逻辑函数逻辑图化简图3-1组合电路设计步骤(1)把实际逻辑问题进行逻辑抽象在许多情况下，提出的设计要求是用文字描述的一个具有一定因果关系的事件。这时就需要通过逻辑抽象的方法，用一个逻辑函数来描述这一因果关系。逻辑抽象的工作通常是这样进行的：1)分析事件的因果关系，确定输入变量和输出变量。输入变量一般被定义为引起事件的原因，输出变量一般被定义为事件的结果。2)定义逻辑状态的含意，进行逻辑状态赋值。以二值逻辑的0、1两种状态分别代表输入变量和输出变量的两种不同状态。这里0和1的具体含意完全是由设计者人为选定的。3)根据给定的因果关系列出逻辑真值表。(2)写出逻辑函数式为便于对逻辑函数进行化简和变换，需要把真值表转换为对应的逻辑函数式。(3)选定器件的类型为了实现最终的逻辑函数，既可以用小规模集成门电路组成相应的逻辑电路，也可以用中规模集成的常用组合逻辑器件或可编程逻辑器件等构成相应的逻辑电路。应该根据对电路的具体要求和器件的资源情况决定采用哪一种类型的器件。(4)可能根据需要，将逻辑函数化简或变换成适当的形式在使用小规模集成的门电路进行设计时，为获得最简单的设计结果，应将函数式化成最简形式，即函数式中相加的乘积项最少，而且每个乘积项中的因子也最少。如果对所用器件的种类有附加的限制(例如只允许用单一类型的或非门)，则还应将函数式变换成与器件种类相适应的形式。在使用中规模集成的常用组合逻辑电路设计电路时，需要将函数式变换为适当的形式，以便能数字电子技术实验报告册13用最少的器件和最简单的连线接成所要求的逻辑电路。在使用这些器件设计组合逻辑电路时，应该将待产生的逻辑函数变换成与所用器件的逻辑函数式相同或类似的形式。(5