数字电子技术实验指导书(B5)

第一章数字电子技术基础实验1第一章数字电子技术基础实验1.1实验设备认识及门电路功能测试一、实验目的1.熟悉万用表及电子技术综合实验平台的使用方法；2.掌握门电路逻辑功能测试方法；3.了解TTL器件和CMOS器件的使用注意事项。二、实验原理门电路的逻辑功能。三、实验设备与器件1.电子技术综合实验平台一台2.万用表一块3.器件(1)74LS02一片（四二输入或非门）(2)74HC86一片（四二输入异或门）(3)74LS03一片（四二输入与非门(OC)）(4)74LS00一片（四二输入与非门）四、实验内容和步骤1.测试74LS02和74HC86的逻辑功能。注意CMOS电路的多余输入端不得悬空，应按需要接成相应的高低电平。表中VO为不加负载时的电压，即开路输出电压。表1.1-174LS0274HC86输入输出输入输出ABYVO(V)ABYVO(V)00110101001101012.OC门上拉电阻计算及逻辑功能测试2.1OC门上拉电阻的计算OC门输出端可以并联连接，即OC门可以实现“线与”逻辑，但必须接一个合适的上拉电阻RL，计算方法如下：式中：m—负载门总输入端数n—OC门并联的个数m—负载门个数IOH—OC门输出管截止时的漏电流(对于74LS03按IOH=50A计算)ILM—OC门输出管导通时允许的最大灌电流(按VOL≤0.3V，ILM≤7.8mA估算)CCOHL(max)OHIHVVRnImICCOLL(min)LMILVVRImI第一章数字电子技术基础实验2IIH—负载门每个输入端的高电平输入电流(对于74LS00按IIH=0.01A)IIL—每个负载门的低电平输入电流(对于74LS00按IIL=-0.25mA估算)VCC—电源电压(5V)VOH—输出高电平(按3V估算)VOL—输出低电平(按0.3V估算)图1.1-12.2OC门“线与”应用将各OC门输入端A、B和C分别接逻辑开关；Z、Y1和Y2分别接LED指示灯，连接电路图如图1.1-1所示。当输入端A、B和C取不同值时，观察Z、Y1和Y2的变化情况，填入表1.1-2中。五、预习要求1.阅读实验指导书，了解电子技术综合实验平台的结构；2.了解所有器件（74LS00，74LS02，74HC86，74LS03）的引脚结构；3.熟悉门电路的输入和输出特性。4.熟悉OC门上拉电阻RL的计算方法及逻辑功能，并求出RL的值。5.了解TTL电路和CMOS电路的使用注意事项。六、思考题1.试写出图1.1-1中Y1和A、B、C的逻辑关系(设RL取值适当)。2.OC门亦能形成总线结构，试简述TS门和OC门构成总线结构的特点。表1.1-2ABCZY1Y20001×××1×××1第一章数字电子技术基础实验3实验1.2Multisim软件应用—逻辑函数的化简与变换一、实验目的1.学习使用电子设计与仿真软件Multisim；2.学习使用Multisim中“逻辑转换器”完成逻辑函数的化简与变换。二、实验原理逻辑函数的表示方法和化简方法。三、实验设备及器件1.计算机一台四、实验内容及要求启动Multisim以后，计算机屏幕上将出现如图1.2-1所示的用户界面。这时电路图设计窗口是空白的。在右侧的仪表工具栏中找到“LogicConverter”（逻辑转换器）按钮，单击此按钮后拖拽到电路图设计窗口，然后单击放置在合适位置。双击逻辑转换器图标，屏幕上便会弹出逻辑转换器的操作窗口“LogicConverter–XLC1”。图1.2-1Multisim用户界面逻辑转换器对于数字信号的分析是非常方便的，它可以通过与电路的连接导出真值表、逻辑表达式，也可以从真值表、逻辑表达式导出电路的连接。控制面板如图1.2-2所示，左侧为真值表输入、显示栏；右侧控制按钮功能自上而下分别为：电路转换为真值表、真值表转换为逻辑表达式、真值表转化为最简逻辑表达式、逻辑表达式转换为真值表、逻辑表达式转换为与、或、非门组成的电路图、逻辑表达式转换为与非门电路图。第一章数字电子技术基础实验41.从真值表、逻辑表达式导出电路图（1）将表2.15-1所示的真值表键入到逻辑转换器操作窗口左半部分的表格中。如图2.15-2所示，单击A、B、C、D四个按钮启动输入端，Y的值通过单击右边的小问号来选择需要的值。然后点击逻辑转换器操作窗口右半部分的上边第二个按钮，即可完成从真值表到逻辑式的转换。转换结果显示在逻辑转换器操作窗口底部的一栏中，得到()YABCDABCDABCDABCDABCDABCD、、、（1.15.1）从本例可知，从真值表转换来的逻辑式是以最小项之和形式给出的。表1.2-1函数真值表ABCDY0000000011001000011×010000101101101011111000010010101001011×1100×110101110×11111（2）为了将式（1.15.1）化为最简与或形式，只需要点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第三个按钮，化简结果便立刻出现在操作窗口底部的一栏中，如图1.2-3所示。得到的化简结果为()YABCDADBC、、、。（3）为了将上述逻辑表达式转化为基本的与、或、非门组成的电路图，只需要点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第五个按钮，电路图便立刻出现在电路图设计窗口上，如图1.2-4所示。（4）如果将上述逻辑表达式转化为与非门组成的电路图，只需要点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第六个按钮，电路图便立刻出现在电路图设计窗口上，如图1.2-5所示。（5）如需将某个逻辑表达式转化为真值表，需在逻辑转换器操作窗口的底部一栏中输入逻图1.2-2把真值表输入逻辑转换器图1.2-3将真值表转换为最简逻辑表达式第一章数字电子技术基础实验5辑表达式，然后点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第四个按钮图1.2-4与、或、非门组成的电路图图1.2-5与非门组成的电路图2.从电路图导出真值表、逻辑表达式如需将某个电路图转化为真值表，需首先将电路中的输入节点连接到逻辑转换器相应的输入节点上，将电路中的输出节点连接到逻辑转换器右上角的输出节点上，如图1.2-6所示。然后点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第一个按钮，真值表便会在逻辑转换器上显示出来；如需得到此电路图的逻辑表达式，则点击逻辑转换器操作窗口右半部分上边的第二个按钮，如图1.2-7所示。图1.2-6电路图与逻辑表达式相连接图1.2-7从电路图导出的真值表、逻辑表达式五、预习要求1.逻辑代数的基本原理及逻辑函数的化简和表示方法；2.学习软件Multisim的基本操作方法。六、思考题1.利用软件Multisim将下列逻辑表达式转换为最简与或形式，并画出全部由与非逻辑单元组成的逻辑电路图。()()YABCAB2.利用软件Multisim写出图1.2-8所示逻辑电路的输出逻辑函数式。第一章数字电子技术基础实验6图1.2-8U1A74LS02D231U2A74LS04D21U3A74LS00D123U3B74LS00D45674LS86N123U4AABCDY第一章数字电子技术基础实验7实验1.3门电路的电压传输特性和输入负载特性测试一、实验目的1.掌握门电路的电压传输特性和输入负载特性的测试方法；2.了解TTL器件和CMOS器件的使用特点。二、实验原理门电路的电压传输特性和输入负载特性。三、实验设备与器件1.电子技术综合实验平台一台2.万用表两块3.器件(1)74LS04一片（六反向器）(2)74HC04一片（六反向器）(3)74LS00一片（四二输入与非门）四、实验内容和步骤1.测试非门的电压传输特性。按图1.3-1连好线路。调节10K电位器，使VI在0~+5V间变化，记录相应的输入电压IV和输出电压OV的值填入表1.3-1中，并画出相应的电压传输特性曲线。图1.3-1表1.3-12.测试四二输入与非门74LS00的输入负载特性。2.1测试电路如图1.3-2所示。请用万用表测试，将V随R变化的值填入表1.3-2中。万用表内阻为10MΩ。图1.3-2输入VI(V)00.40.811.422.533.444.6574HC04VO(V)74LS04VO(V)第一章数字电子技术基础实验8表1.3-22.2测试电路如图1.3-3所示。请用万用表测试，将V和VO随R变化的值填入表1.3-3中。注意电压源使用模拟信号源。图1.3-3表1.3-3五、预习要求1.了解所有器件（74LS00，74HC04，74LS04）的引脚结构；2.熟悉门电路的输入负载特性。六、思考题1.简述表1.3-3中b图和c图理论值的推导过程。2.在图1.3-3中，若门电路换成74HC00，试将表1.3-3中的理论值写出来。并简述推导过程。R()1002401K4.7K5.1K6.2K10KV(V)电路图a图b图c图VI悬空0.2V3.4V0.2V3.4V0.2V3.4V理论值V(V)VO(V)实测值V(V)VO(V)第一章数字电子技术基础实验9实验1.4译码器一、实验目的1.学习并掌握中、小规模芯片（MSI&SSI）实现各种组合逻辑电路的方法；2.学习格雷码转换二进制代码；3.学习用低电平驱动LED的方法。二、实验原理1.流水灯原理流水灯，即使输出端的八个LED发光二极管依次点亮、熄灭，形成流水状。原理如图1.4-1所示。图1.4-1三、实验设备及器件1.电子技术综合实验平台一台2.74HC138一片（3线8线译码器）3.74HC86一片（四二输入异或门）四、实验内容及要求1.流水灯（1）用异或门将三位格雷码转换为二进制代码。格雷码和二进制代码的对照关系参照表1.4-1。表1.4-1格雷码二进制代码000000001001011010010011110100111101101110100111转换电路由同学们自己完成。连接电路时，先在电路图上标明引脚号再连接电路，这样效率比较高。（2）转换的二进制代码作为三八译码器的输入端，将三八译码器的输出端接显示模块的发光二极管点阵(将显示模块后面发光二极管点阵的跳线全部跳到CP端，变成共阳极)。按格雷码顺序拨动开关即可看到流水灯现象。这部分电路自己完成。要求将设计过程写在实验报告上。五、预习要求第一章数字电子技术基础实验101.提前预习实验内容及相关知识。2.自行设计电路，画出接线图（用指定器件设计）。六、思考题1．简述流水灯实验中输入端采用格雷码的好处。第一章数字电子技术基础实验11实验1.5数据选择器一、实验目的1.学习并掌握中、小规模芯片（MSI&SSI）实现各种组合逻辑电路的方法；2.了解卡诺图化简中约束项的意义。二、实验原理1.用门电路及数据选择器设计带约束项组合逻辑电路原理给定逻辑函数()YCDABABCACD，约束条件0ABCD。2.化简逻辑函数先将逻辑函数化为与或形式YABCDABCDABCACD，然后画出卡诺图。图1.5-1求Di的方法以A、B、C作为地址输入端，求出Di。方法两种，如图1.5-1所示，可按常规方法画出卡诺图求出Di，也可将地址项A、B、C放在一起求出Di。当Di含有约束项时，Di取值将不唯一，可将该项接拨动开关，以随时调整其值。3.构造逻辑函数的约束项。构造约束项，使约束项的输出端与数据选择器的输出端相与。三、实验设备及器件1.电子技术综合实验平台一台2.74HC00一片（四二输入与非门）3.74HC151一片（八选一数据选择器）4.74HC32(可选)一片（四二输入或门）5.74HC51(可选)一片（3-3、2-2输入与或非门）6.74HC08(可选)一片（四2输入与门）四、实验内容及要求1.数据选择器设计带约束项组合逻辑电路(1)选定A、B、C为地址输入端，画出卡诺图，求出Di。当Di不能固定时，可通过拨动开关来选择。(2)设计约束电路。方法一是将约束电路的输出端与数据选择器的输出端相与，此处可通过与或非门来实现。方法二是将约束电路的输出端接入数据选择器的控制端来实现，此处可通过与或门来实现。原理如图1.5