搜索
数字电子技术实验指导书杨延宁编延安大学信息学院2015年5月2前言数字电路是一门理论性和技术性都较强的技术基础课,实验是本课程的重要教学环节,必须十分重视。本实验讲义是为通信工程专业学生作数字电路实验而设计和编写的。编写时考虑了本专业的现行计划学时、所用教材内容及后续课程内容等。本讲义编写了八个实验,每个实验计划用时180分钟。一、数字电路实验目的1、验证、巩固和补充本课程的理论知识,通过理论联系实际,进一步提高分析和解决问题的能力。2、了解本课程常用仪器的基本原理、主要性能指标,并能正确使用仪器及熟悉基本测量方法。3、具有正确处理实验数据、分析实验结果、撰写实验报告的能力,培养严谨、实事求是的工作作风。二、实验准备要求实验准备包括多方面,如实验目的、要求、内容以及与实验内容有关的理论知识都要做到心中有数,并要写好预习报告。预习报告可以简明扼要地写一些要点,而不需要按照什么格式,只要自己能看懂就行。内容以逻辑图与电路图(连线图)为主,附以文字说明或必要的记录实验结果图表。在预习报告中要求将逻辑图与连线图同时画出，这是因为，只有逻辑图则不利于连接线路，而只有连线图则反映不出电路逻辑图。在实验过程中一旦出了问题,不便进行理论分析。特别当电路较复杂时还应将逻辑图与连线图结合起来。三、数字电路实验中的常见故障及排除数字电路实验过程的第一步,一般都是连接线路,当线路连接好后,就可以加电进行试验。若加电后电路不能按预期的逻辑功能正常工作,就说明电路有故障,产生故障的原因大致有以下几个方面:31、电路设计错误。2、布线错误。3、集成块使用不当或功能不正常。4、接触不良。5、电源电压不符合要求。在我们的实际实验过程中,故障最多的情况当属接触不良和布线错误。为了使实验能顺利进行,减少出现故障的可能性,实验过程必须做到仔细、认真、有步骤地进行。并注意以下几点:1、插集成元件时,应注意校准其所有引脚,使其端、直、等距。然后慢慢插入实验板,以免用力过猛而折断或弯曲集成元件的引脚。并注意集成元件方向,以免倒插。双列直插式集成元件一端具有半圆形定位标记,其下方为第1引脚,上方为最后一个引脚,引脚序号以逆时钟方向递增。2、在布线之前,最好先对实验所用集成元件进行逻辑功能测试,这样就可以避免在实验中因元件功能不正常而产生电路工作不正常。实际上预先检查元件的逻辑功能并不需花费多少时间。3、布线所用导线为单芯直径约0.6nm的导线,布线时注意导线不要垮接在集成元件的上面,也不要使其交叉连接在空中搭成网状,而应使导线贴近实验板连接,沿水平和垂直两个正交方向走向。4、布线时应有顺序地进行,以免漏接。连接时,首先连接固定电平的引脚,如电源正负极、门的多余输入端、工作过程中保持高电平或低电平的置位、复位和选通端等。然后再按照信号流向顺序依次布线。5、对于使用集成元件较多的大型实验,应分块连接，调试,最后总体连接。在实验电路设计正确的情况下,布好线又经检查后,一般出问题的机率是不多的。并且数字电路中的故障一般比模拟电路中的故障较易检查和排除。对于实验中出现的故障进行排除时,要保持头脑冷静,有分析地逐步进行,避免抱着侥幸心理乱碰,或在几分钟内找不到故障所在,则束手无策,甚至把连线全部拨掉,从头开始,这样太浪费时间。4下面推荐两种排除故障的方法:１、逻辑分析法。接通电源后,置电路于初始状态,并用单步工作方式给电路输入信号,观察电路工作情况,如有问题,则不要急于检查,而应继续给电路以不同的输入,记录电路的输出或状态。由此可得电路的一张真值表或状态转换表。然后与正确的情况进行比较分析,从而判断故障的性质、原因及所在位置。2、逐级追查法。逐级追查法即根据电路的逻辑图顺序检查各级的输入与输出。其方向既可以由输入至输出逐级检查,也可以由输出到输入逐级检查。5目录实验一组合逻辑电路设计(SSI)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．实验二编码器与译码器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．实验三全加器及其应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．实验四数据选择器及应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．实验五时序电路的测试与设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．实验六集成计数器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．实验七节日彩灯设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．实验八六人抢答器设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．附录一数字实验箱简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．附录二半导体集成电路型号命名法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．附录三集成电路引脚图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1实验一组合逻辑电路设计(SSI)一、实验目的1、掌握组合逻辑电路的一般设计方法。2、了解多输出组合逻辑电路设计技巧。二、实验原理逻辑电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两种,组合逻辑电路设计则是各种逻辑设计的基础。组合逻辑电路的设计步骤为：1、根据实际命题作数学抽象列出真值表。2、由真值表列函数表达式。3、化简逻辑函数并根据所用的器件变换逻辑函数形式。4、画逻辑图。在采用小规模集成电路SSI的情况下,电路设计的最佳标准为：1、使用的逻辑器件数要最少,这就要求逻辑函数中的项数最少。2、逻辑网络中的连线数要最少,这就要求逻辑函数各个项的变量数要最少。在设计多输出函数时,为了达到上述二标准,应使化简后的函数中包含更多的公共项。三、实验仪器及材料稳压电源一台74LS00二块74LS10一块74LS86一块74LS04一块四、实验内容1、设计一个将8421BCD码转换为余3BCD码的代码转换器,所用器件为一块74LS04，两块74LS00，一块74LSl0，写出设计过程，画出逻辑图、连线图,测试其功能。2、用一块74LS86设计一个四位二进制码的原反码转换电路,输入为A：A3A2A1Ao和控制端M,当M为0时,输出为原码A3A2A1Ao；当M为1时输出为反码0123AAAA画出逻辑图、连线图，并测试其功能。28421BCD码与余3码转换真值表NABCDEFGH0123456789000000010010001101000101011001111000100100110100010101100111100010011010101111003实验二编码器与译码器一、实验目的1.了解译码器、编码器的工作原理及其逻辑功能。2.掌握译码器、编码器的扩展方法及在多输出组合函数设计中的典型应用。二、实验仪器与器材1.数字逻辑实验仪1台2.数字万用表1块3.直流稳压电源1台4.74LS8148两块，74LS00一块，74S138两块，74S20一块三、预习要求1.复习编码器、译码器的工作原理。2.熟悉编码器与译码器的扩展方法及典型应用。3.熟悉74LS148、74LS138的外形及引脚排列。四、实验原理1.编码器原理数字电路处理、存储及传输的信息是二进制码，而人们在自然界中遇到并习惯的则为非二进制信息。因此就需要有一种将非二进制信息转化为二进制信息的电路。给每个表示信息的符号按一定的规律赋于二进制码的过程称为编码。如在计算机中将十进制数0～9、大小写英文字母、各种运算符和各种控制符按一定规律编为二进制码，称为ASCII码；在程控电话中，将话音信号采样、量化后编为二进制码；在各种数字测量仪表中，将被测量信号转化为二进制码，等等。在数字系统中，编码占有很重要的地位。实现编码功能的电路即编码器。编码器的逻辑符号如图2-1所示。图的左边为输入线，每一条输入线代表一个数符或字符，图的右边为输出线，全部输出线输出的每种组合对应于一条输入线上数符或字符的二进制码。在同一时刻，编码器的m条输入线只允许其中一条线上有信号。编码器输入端数m与输出端数n之间的关系为m≤2n。由于编码器不允许同时两条输入线上有信号，否则会引起逻辑混乱。为此人们编码器12m20212n图2—14设计了优先编码器。如8线-3线优先编码器(74LS148)。10线-4线8421BCD码优先编码器(74LS147)。下面具体介绍8线-3线优先编码器(74IS148)图2-2为74LS148的逻辑符号，表2-1为它的逻辑功能表。其中S为选通输入端，sY为选通输出端，EXY为扩展端，sY和EXY用于扩展编码功能，所有输入端和输出端都是低电有效。S为低电时，本集成块选通，编码器正常工作，否则所有输出端均被封锁，输出高电平。只有当本集成块选通，且无输入时，即S=0，0I，1I、2I、3I、4I、5I、6I、7I全为高电平时，sY有效，说明本片无输入；当S=0，0I～7I只有一个为零时，EXY＝0表示本片有输入。根据表3-1可得输出端函数表达式：SIIIIIIIIIIY)(76564364210SIIIIIIIIY)(765435421SIIIIY)(76542SIIIIIIIIYS)(76543210SSIIIIIIIIYEX)(76543210最后指出，优先编码器还被广泛应用于各种优先控制系统中。如计算机中的优先中断控制电路，核电站优先报警系统等。2.译码器原理图2—2译码器12m20212n图2—3······5译码是编码的逆过程，它是将二进制码按它原意翻译成相应的输出信号。实现译码功能的电路称为译码器，其逻辑符号如图2-3所示。译码器输入的是二进制码，输入线数n为二进制码的位数。输出的每条线与一组二进制码相对应，或者说每个输出函数是n个输入变量的一个最小项，故译码器有时被称为最小项发生器。译码器输入端数n与输出端数m之间的关系为m≤2n。在中规模集成电路中，有3线-8线译码器，4线-16线译码器，它们属于全译码，m=2n。还有4线-10线8421BCD十进制译码器，属于部分译码。另外，还有另一类完全不同的数字显示译码器，其MSI有BCD八段显示译码器和BCD七段显示译码器两类。下面着重介绍3线-8线译码器74LS138，其逻辑图如图2—4所示，表2-2给出了74LS138的逻辑功能。译码器被广泛应用于数据分配器、时钟脉冲分配器、数码显示和存储器系统的地址译码器等方面。五、实验内容1.用2块8线-3线优先编码器74LS148实现16线-4线优先编码器。①画出逻辑图，说明扩展后输出为原变量还是反变量；②画出连线图，并依此在实验板上搭线；③输入用0-1开关，输出用LED显示。验证电路的正确性，并做出记录。2.用两块74LS138实现4线-16线全译码。①画出逻辑图②画出连线图，并依此在实验板上搭线。③输入用0-1开关，输出用LED显示。验证电路的正确性，并做出记录。3.用一块74LS138和一块74LS20设计二输出组合逻辑函数，输入为三位二进图2—46制码A2A1A0，输出分别为偶函数Fe和奇函数Fo，画出逻辑图、连线图，搭线验证。六、实验报告要求：1.画出各实验线路图及连线图，并说明其工作原理。2.画出验证电路正确性的数据表格，并填入实验结果数据，分析各实验结果数据，是否与理论相等。3.回答思考题1、2。七、思考题1.如何将74LS148扩展为32线-5线优先编码器。2.如何用一片74LS138实现5位地址的部分译码。7实验三全加器及其应用一、实验目的1.了解用SSI器件实现一位全加器的方法。2.掌握用MSI器件实现四位全加器的方法，并掌握全加器的应用。3.掌握MSI器件构成译码与显示的方法。二、实验仪器及材料1.数字逻辑实验仪1台2.数字万用表1块3.直流稳压电源1台4.与非门74LS00二块、异或门74LS86一块、四位超前进位加法器74LS283二块。三、预习要求1.复习全加器的工作原理。2.熟悉加法器的典型应用。3.熟悉74LS86、74LS283的外形及引脚排列。四、实验原理（一