数字电子与大规模可编程器件综合实验指导书doc-《数字电

I《数字电子与大规模可编程器件》综合实验教程梁玉红编蒋伟荣审湖北汽车工业学院二〇〇五年十二月II目录第一章数字电子线路基础实验…………….………………..1实验一门电路逻辑功能测试…………………………………..1实验二半加器、全加器的电路设计实现……………………..4实验三编码器、译码器和数据选择器的应用………………..6实验四触发器的应用和功能置换设计………………………..11实验五寄存器电路设计……………………………….……….13实验六计数器的应用及实现………………………….………17实验七单稳态触发顺、多谐振荡器…………………………..20第二章数字电子线路设计性实验……………………………22实验一D/A转换与A/D转换器的应用设计…………………..22实验二顺序脉冲发生器和脉冲分配器的设计………………...26实验三序列脉冲发生器和序列脉冲检测电路的设计….……..27实验四BP机呼叫电路………………………………………….28实验五脉冲边沿检测电路………………………….……..……31第三章可编程逻辑器件基础实验…………………………….33一、MAX＋PLUSⅡ的用法………………………………….…...33二、下载板与主板的连接关系……………………………….…..43实验一4位全加器的设计………………………………….…...45实验二计数器的设计…………………………………………...46实验三七人表决器的设计…….………………………………..48III第四章可编程逻辑器件设计实验…………………………..49实验一编码器与译码器设计………………………………….49实验二4位全加器的设计……………………………………..51实验三英语字母显示电路设计……………………………….52实验四BCD计数器的设计……………………………………53实验五数字频率计的设计…………………………………….54实验六4位算术逻辑单元（ALU）的设计…………………..55实验七波形产生器的设计…………………………………….57实验八序列检测器的设计…………………………………….58第五章综合设计实验………………………………………..59实验一多功能数字钟的设计…………………………………59实验二出租车计费器的设计………………………………….62附录：……………………………………………………………….651第一章数字电子线路基础实验实验—门电路逻辑功能测试一、实验目的熟悉常用门电路的逻辑功能二、实验仪器及所用芯片1、仪器：数字万用表、双踪示波器、脉冲信号源2、芯片：74LS00二输入四与非门74LS02二输入四或非门74LS04六反向器74LS86二输入四异或门三、预习要求1、复习门电路工作原理及相应的逻辑表达式2、查阅所用芯片的引脚排列3、熟悉实验板结构与布局4、了解双踪示波器使用方法5、根据实验内容写出预习报告四、实验内容及步骤1、门电路逻辑功能测试任选74LS00一个二输入与非门，输出端接发光二极管。电路如图1.1所示。将二个输入端电平按表1.1置位，分别测出电压及逻辑状态。表1.1输入输出ABY电压(V)000110112、异或门逻辑功能测试用芯片74LS86按图1.2联线，输出Y1、Y2和Y分别接到发光二极管，四个输入端分别按表1.2进行输入数据，记录输出结果2表1.2输入输出ACBDY1Y2Y0000100011001110111101013、逻辑电路的逻辑关系测试（1）用74LS02和74LS04按图1.3接线，输出Y接发光二极管。输入端A、B按表1.3输入数据，测试输出Y，按表1.3记录输出。（2）用74LS00和74LS04构成一个Y=A⊕B的异或逻辑，画出逻辑电路，并用实验验证。4、门电路输出控制测试分别用74LS00和74LS02按图1.4接线。S为控制开关，一个输入端输入连续脉冲(从脉冲信号源取)，用示波器观察S端对输出端Y的控制作用。35、逻辑门传输时间的测量用两片六反向器74LS04按图1.5接线，输入200KHZ的连续脉冲，用双踪示波器同时观测输入输出相位差，计算每个门的平均传输延迟时间t的值。五、实验报告1、由表1.2和表1.3写出逻辑表达式，指出电路逻辑功能，填表并画出逻辑图。2、思考题：(1)在实验项目4中，分别说明与非门和或非门各在什么情况下封锁信号，在什么情况下允许信号通过？(2)若用异或门作为控制门，一端接电平开关S，另一端接信号源，情形又会怎样？请用实验验证之。(3)TTL与非门、或非门等一端输入信号，另一端悬空，输出情况怎样？为什么？(4)若74LS00的一个输入端接“1”电平，另一输入端接一个1K电位器，电位器阻值从0开始增大，其输出将会怎样变化？为什么？根据与非门内部结构参数，估计阻值调到多大时，将改变输出，实验验证之。4实验二半加器、全加器的电路设计实现一、实验目的1、掌握组合逻辑电路的功能测试2、用与非门、或非门设计实现半加器和全加器二、实验仪器及芯片芯片：74LS00：二输入四与非门74LS86：二输入四异或门74LS04：六反向器三、预习要求1、预习组合逻辑电路的分析方法2、预习用与非门和或非门构成半加器和全加器的工作原理3、根据实验内容写出实验报告四、实验内容及步骤1、半加器功能测试用异或门和与非门实现的半加器功能测试半加器逻辑表达式为：ABABCBABABAS用异或门和与非门按式连接如图2.1所示1）按图2.1接线，A、B分别接输入电平，S和C分别接电平显示。2）按表2.1要求改变A、B输入状态，记录填表2.1表2.1输入端A0101B0011输出端SC2、全加器逻辑功能测试全加器逻辑表达式为：11111111iiASiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiCBACBACBACBACCBACBACBACB经变换，则表达式为：5iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiBACBABACBACCBACBABACCBACBACBACBCBACBCBAS11111111111)()()()()()()()(用异或门和与非门实现电路如图2.2所示图2.2(1)按图2.2接线，Ai、Bi和Ci-1分别接输入电平，Si和Ci接电平显示(2)按2.2要求,改变输入状态，记录输出状态表2.2输入输出AiBiCi-1SiCi0000010100111001011101113、半加器电路设计要求：只用与非门电路进行设计。画出用与非门实现的逻辑电路图。按图接线后，按表2.1验证。设计提示：若将半加器输出表达式变形为ABCABBABAABBABAABBABABABBAABBBAAABABABAS)()(可以用5个二输人与非门实现。4、16位算术/逻辑运算电路设计设计要求：1）运算位数：16位62）进行算术运算、逻辑运算设计提示：集成算术/逻辑单元（ALU）能够完成一系列算术运算和逻辑运算。74LS381是比较简单的双极型ALU，功能如下表：选择算术/逻辑运算S2S1S0000清零001B减A010A减B011A加B100AB101A+B110AB111予置该算术/逻辑单元可以对两个4位数据A和B进行6种算术或逻辑运算，并具清零予置功能。其中：A3-A0，B3-B0是两个4位数据输入端。F3-F0数据输出端S3-S0可选择8种不同的运算功能。五、实验报告1、整理实验报告、图表，对实验结果进行分析。2、思考题1)用或非门74LS02构成半加器，如何实现？至少可用几个二输入或非门实现半加器？2)全加器用几个与或非门实现，写出逻辑表达式，画出逻辑图。实验三编码器、译码器和数据选择器的应用一、实验目的1、掌握编码器、译码器和数据选择器的工作原理2、编码器、译码器和数据选择器的应用实现和扩展方式实现二、实验仪器和所用芯片1、芯片：74148：优先编码器74LSl38：3—8线译码器451l：BCD七段显示译码、锁存、驱动器74LSl53：双4选1数据选择器74LS20：4输入端双与非门7三、预习要求l、复习编码器、译码器、七段显示译码器和数据选择器的工作原理和引脚功能．2、根据实验内容写出预习报告．四、实验内容及步骤1、优先编码器功能测试74148是集成电路优先编码器，低电平输出有效；I0～I7为输入，EI输入控制；Y0～Y2为输出，GS为优先编码工作状态标志，EO为输出使能状态。(1)通过I0到I7输入数据；Y2～Y0，GS和EO分别接电平指示发光二极管，输出显示；(2)按表3.l输入数据，填写输出Y2～Y0，GS，EO的值。表3.l输入输出EII0I1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0GSEO1XXXXXXXX0111111110XXXXXXX00XXXXXX010XXXXX0110XXXX01110XXX011110XX0111110X01111110011111112、译码器功能测试74LSl38是3—8线译码器，低电平输出有效，逻辑关系如图3.1所示：其中：A1、A2和A0为输入变量，Y1-Y7为输出变量，G2A、G2B和G1为使能控制端。（1）通过A2、A1和A0输入数据；Y7-Y0分别接8个电平指示发光二极管，输出显示；G2A、G2B和G1分别按表3.2加高、低电平，填写输出Y7-Y0的值。8表3.2输入输出GG2AG2BA2A1A0Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y00XXXXXX1XXXXXX1XXX100000100001100010100011100100100101100110100111其中“X”表示任意输入值3、七段显示译码器功能测试4511是LED七段显示、锁存、译码、驱动器，输人为8421-BCD码，输出通过限流电阻可直接驱动共阴极LED显示器，管脚布置如图3.2所示：其中：LT为灯测试输入，检查显示器好坏；BI为消隐输入，使显示器灭；LE为锁存输入信号，锁存输入的BCD码信号，即：LE=0，BCD译成七段码显示；LE=1，显示LE=1之前锁存的BCD码。将输入D、C、B、A作为BCD码输入，输出的七段码分别接LED显示器，如图3.3所示：图3.3按照表3.3输人，记录显示器显示值。注：若显示器灭，则在显示档内写“消隐”。表3.3输入显示LEBILTDCBAXX0XXXXX01XXXX0110000011000190110011011010101101110111001111XXXX011101001111114、数据选择器功能测试74LS153是双4选1数据选择器，芯片内部有两个4-1选择器，通道选择A、B是公用的，管脚布置如图3.4所示:其中：G1为第一个4-1数据选择器输人，低电平有效；1C3-1C0是它的数据输人；1Y为它的数据输出。第二个4-l数据选择器标识类似。(1)逻辑功能测试将图3.5的通道选择输入B、A分别按表3.4输入数据，使数据输入分别为：1C3～lC0=10102C3～2C0=0101将1Y和2Y分别接电平显示，输出数据填入表3.4图3.5表3.4电平选择输入输出01BAY1Y21C01C1001C21C3012C12C0102C32C2115、一位二进制全加器电路设计要求：1）根据全加器的表达式进行电路设计。2）使用3—8线译码器74LSl38和双4输人与非门741S20门电路。3）A2、A1、A0分别作为全加器的输入的被加数、加数和低位来的进位，分别接电平15ABG12Y1Y14211C061C151C241C332C0102C1112C2122C313MUX1421—MUX1421—G210开关，全加器输出Si和Ci分别接电平显示。填表3.2表3.2A2A1A0SiCi000001010011100101110111设计提示：利用变量译码器充当任意函数发生器，变量译码器的输入变量作为某一函数的自变量，辅以SSI门电路组成函数发生器。6、8选1数据选择器电路设计