数字电路实验指导书(14级数计软工)

每组2人；每个实验完成后，必须于下个实验前提交实验报告（纸质版）。附录一附录二数字电路实验箱的使用说明数字电路实验器件引脚排列图实验仪器及实验器件需求

每台实验箱需配备：1个示波器，1个面包板，1个万用表，1个电位器（可能实验箱上本身就有），若干导线。所需芯片如下：（每台）74LS00与非门1片74LS86异或门1片74LS125三态门1片74LS08与门1片74LS04非门1片74LS20与非门3片74LS283全加器1片74LS138译码器1片74LS151数据选择器1片74LS74D触发器1片74LS112JK触发器1片74LS161计数器2片11、电子技术测量仪器的使用及门电路逻辑功能测试熟悉示波器和数字电路实验箱的使用方法，掌握脉冲信号参数的测试方法。了解集成电路的外引线排列及其使用方法，测试各种逻辑门电路的逻辑功能。一、实验目的了解数字实验箱的原理，掌握其使用方法了解TTL器件和CMOS器件的使用特点掌握基本门电路逻辑功能的测试方法二、实验仪器及实验器件器件：YB3262实验箱，YB4325示波器，1片74LS00与非门，1个万用表，1片74LS86异或门，1片74LS125三态缓冲器，1片74LS08与门，导线若干。三、实验内容（1）数字实验箱的使用（参考附录一）用万用表测出固定直流稳压源的出去电压值。用万用表分别测出十六路高低电平信号源和单次脉冲信号源的高低电平值，并观察单次脉冲前后沿（即输出波形的上升和下降时间）的变化。分别用十六路高低电平信号源和单次脉冲信号源检查十二路高低电平指示灯的好坏。用十六路高低电平信号源测试七段数码管的工作情况，观察是否正确显示0-9十个数码。（2）分别写出74LS00，74LS86，74LS08，74LS125的逻辑表达式，列出其真值表，并分别对其逻辑功能进行静态测试。74LS125三态缓冲器的逻辑功能为：E’为使能端，低电平有效。当E’为低电平时，实现传输功能，逻辑表达试为Y=A；当E’为高电平时，输出Y呈现高阻态。（3）用74LS00完成下列逻辑功能，分别写出逻辑表达式，画出逻辑图，测试其功能。①构成或门（图1）②构成异或门（图2）图1图22四、预习要求了解数字实验箱的组成和工作原理认真查阅实验器件的功能表和引脚图列出实验内容的记录数据表格，写出实验的方法和步骤，画出实验电路图了解74LS86异或门、74LS125三态缓冲器、74LS08与门的逻辑功能及其测试方法32、SSI组合逻辑电路的设计采用SSI（小规模集成电路）设计四人表决器、一位数值比较器、串行数据显示器的逻辑功能电路。一、实验目的掌握组合逻辑电路的设计方法二、实验仪器及实验器件器件：YB3262实验箱，YB4325示波器，1片74LS00与非门，1片74LS04非门，1片74LS86异或门，3片74LS20与非门，导线若干。三、实验内容要求：结合所提供的实验器件，设计以下三个题目，必须写出详细的设计过程，画出完整的逻辑电路图，记录实验结果。（1）四人表决器（参考课后习题4.5）设计一个无弃权四人表决电路，要求三人或三人以上同意才能通过，输出为1，否则输出0。（2）一位数值比较器设计一个电路，比较2个一位二进制数的数值大小。（3）串行数据显示器利用两个数据输入开关和一个七段数码管，设计一个数据显示器，通过控制两个开关的四个不同状态，使数码管上依次显示1、6、9、8四个数字。四、预习要求复习组合逻辑电路的设计方法和步骤根据实验要求，画出电路图，写出实验的方法和步骤43、MSI组合逻辑电路的设计采用MSI（中规模集成电路）设计全减器、Y=3X、函数发生器等的逻辑功能电路。一、实验目的掌握组合逻辑电路的设计方法熟悉译码器、数据选择器、加法器的工作原理和逻辑功能掌握译码器、数据选择器、加法器的使用方法二、实验仪器及实验器件器件：YB3262实验箱，YB4325示波器，1片74LS283，1片74LS138，1片74LS151，1片74LS20与非门，导线若干。三、实验内容要求：结合所提供的实验器件，设计以下几个题目，必须写出详细的设计过程，画出完整的逻辑电路图，记录实验结果。（1）利用74LS283实现Y=3X。其中X是不大于5的3位二进制数。要求用2个数码管显示运算结果，1个作为十位数，1个作为个位数。（提示：利用左移一位实现Y=2X。）（2）利用74LS138构造一位全减器（参考课后习题4.14）（3）利用74LS151设计一个路灯控制电路。现有一盏路灯由4个不同位置的开关控制，每个开关都能控制路灯的亮和灭。当路灯点亮时，按下任何一个开关都能使它熄灭；反之，当路灯熄灭时，按下任何一个开关都能使它点亮。（4）利用74LS151设计一个函数发生器电路，它的功能如表所示。S10011S00101YABABABA'

四、预习要求复习组合逻辑电路的设计方法和步骤熟悉译码器、数据选择器、加法器的工作原理及使用方法根据实验要求，画出电路图，写出设计过程54、触发器的功能及应用验证触发器的功能，并用触发器构成同步计数器。一、实验目的掌握集成D、JK触发器的逻辑功能和使用方法掌握利用触发器构成计数器的方法二、实验仪器及实验器件器件：YB3262实验箱，YB4325示波器，1片74LS04，1片74LS00与非门，1片74LS74，1片74LS112，1片74LS20与非门，导线若干。三、实验内容（1）测试74LS112的逻辑功能（下降沿JK触发器：异步置0，异步置1，保持，置0，置1，翻转）。参考教材，列出该芯片的功能表。测试74LS74的逻辑功能（上升沿D触发器：异步置0，异步置1，置0，置1）。参考教材，列出该芯片的功能表。（2）试用JK触发器和D触发器分别构成一个二进制和四进制同步计数器，记录输入和输出结果。要求计数结果在数码管上显示，二进制显示0—1循环变化，四进制显示0—3循环变化。（3）结合所有已提供的实验器件，设计一个七进制同步计数器，要求在数码管上能显示数字0—6的循环变化，即每按一次单脉冲，电路实现加1计数。参考接法：用JK触发器构成二进制：1脚接CLK，2和3脚接1，5脚接电平指示器用D触发器构成二进制：3脚接CLK，2脚接6脚，5脚接电平指示器用JK触发器构成四进制：1和13脚接CLK，2和3脚接1，11和12脚接5脚，9和5脚接电平指示器用D触发器构成四进制：请自行设计。四、预习要求复习各种触发器的逻辑功能及其触发方式复习利用触发器设计同步计数器的方法根据实验要求，画出电路图，写出实验的方法和步骤，并画出有关电路的理论波形65、计数器的功能及其应用验证计数器的功能，并用集成计数器构成任意进制计数器。一、实验目的掌握中规模集成计数器的工作原理和任意进制计数器的设计方法二、实验仪器及实验器件器件：YB3262实验箱，YB4325示波器，1片74LS04，2片74LS161，1片74LS20与非门，导线若干。三、实验内容测试74LS161的预置数、置零、计数功能（1）计数：清零端、预置数端接1，EP和ET接1，CLK接连续脉冲源。（2）预置数：清零端接1，预置数端接0，D3D2D1D0接任意数。（3）清零：清零端接0。根据给定器件，设计一个20进制的计数器，并用数码管显示其结果。试设计一个可控计数器，以输入变量M为控制端，当M=0时该电路实现七进制加法计数，数码管显示1—7循环变化；当M=1时该电路实现十二进制加法计数，数码管显示1—12循环变化。注意：七进制计数器可以用单个或两个数码管显示结果，十二进制计数器必须用两个数码管显示结果，即正确结果应为01—12。（1）若使用2片74LS161，结合SSI小规模集成电路芯片，实现可控计数器。（2）若仅使用1片74LS161，结合中小规模集成电路芯片，实现可控计数器。四、预习要求复习74LS161的逻辑功能、引脚作用及时序要求根据实验要求，画出电路图，写出实验的方法和步骤，并画出有关电路的理论波形76、综合实验：交通灯逻辑控制电路设计模拟十字路口交通信号灯控制器，设计一个交通灯控制电路并要求数字显示作为时间提示。一、实验目的掌握中规模集成计数器的工作原理和任意进制计数器的设计方法掌握时序逻辑电路的设计方法培养综合运用所学知识及灵活使用各种器件解决实际问题的能力二、实验仪器及实验器件器件：YB3262实验箱，YB4325示波器，1片74LS04，1片74LS161，1片74LS74，1片74LS112，2片74LS20与非门，导线若干。三、实验内容交通灯的工作状态如下：（1）绿灯亮，持续时间为15秒，数字显示从0计到14为止。之后绿灯灭。（2）黄灯亮，持续时间为15秒，数字显示从0计到14为止。之后黄灯灭。（3）红灯亮，持续时间为15秒，数字显示从0计到14为止。之后红灯灭。根据给定器件，设计出符合交通灯工作要求的逻辑电路，并用逻辑电平指示器显示绿灯、黄灯和红灯，用七段数码管或逻辑电平指示器显示每种灯的持续时间。附加设计题：若要求数字显示为倒计时，即从14，13，12，…计到0为止，试利用已提供的所有器件，设计出倒计时的数字显示电路（不要求实现交通灯）。四、预习要求复习74LS161、74LS74、74LS112的逻辑功能、引脚排列及使用方法复习利用触发器构成计数器的方法根据实验要求，画出电路图，写出实验的方法和步骤，并分析电路图的可行性和正确性8附录一通用实验底板及其使用方法

数字电路实验广泛使用各种逻辑实验箱或实验底板，它们的结构大同小异。我们实验所使用的是YB3262型数字电路实验箱，实验箱的中间有3块插座板，上方有8路发光二极管逻辑电平指示器，下方有8只数据开关，右上角是电源接线柱。通用实验底板及其使用方法：1、插座板使用的是面包板，它是实验板的主要部分，实验时使用的所有器件都在面包板上连接插线，实现各种电路功能。每块面包板有一凹槽，凹槽两边各有59列小孔，每1列的5个小孔在电气上相互连通，相当于一个结点；列与列之间在电气上互不相通。每一个小孔内允许插入一个元件引脚或一条导线。面包板的上、下两边各有一排（50个小孔），每排小孔分为若干段（一般是2~3段），每段内部在电气上相互连通。实验底板通过外部接线将各段连在一起，且将上排各孔与电源接线柱相连接，下排各孔与地线接线柱相连接。2、LED逻辑电平指示器使用LED逻辑电平指示器。被测信号从Z点输入，当被测信号是高电平时，LED点亮；当被测信号是低电平时，LED将熄灭。通常使用的LED，其正向工作压降为2V，工作电流5~10mA。从减少电平指示器对被测电路的影响来考虑，直接驱动电路是不适宜的。实验底板上8路LED电平指示器的驱动电路，已经装入底板内，使用1只8孔插座作为被测信号的Z输入端，插孔与LED在位置上自左向右依次一一对应。3、数据开关数据开关是利用手动的机械开关，为实验提供0或1信号的装置。1个数据开关可以同时提供两个互补的逻辑值，因此8个开关需要有2只8孔插座，以便输出16个信号。在插座上，每两个相邻孔成为一对，输出1个开关提供的1对互补信号，开关与每对插孔的位置，自左向右依次对应。实验约定：每1对插孔中，左边孔为原变量输出，右边孔为反变量输出。那么当开关向上扳时，原变量输出为1，开关向下扳时，原变量输出为0。信号源：（提供单脉冲和连续脉冲两种信号）单脉冲：为消抖动脉冲，可同时输出正负两种脉冲，前后沿<20ns,脉冲宽度<0.2us，脉冲幅值为TTL电平。主要用在给触发器提供触发信号，计数器计数输入等使用。连续脉冲：（两组）一组为4路固定频率方波。频率为200KHZ，100KHZ，50KHZ，25KHZ。另一组为：1HZ—5KHZ连续可调方波，分二档由开关切换，两路输出均为TTL电平。4、集成电路实验板上使用双列直插结构的集成电路，两排引脚分别插在面包板中间凹槽上下两侧的小孔中。在插拔集成电路时要非常小心：插入时，要使所有集成电路的引脚对准小孔，均匀用力插入；拔出时，必须用专门的拔钳，向正上方均匀用力地拔出，以免因受力不均匀而使引脚弯曲或断裂。为了防止在插拔过程中使集成电路受损，可以把集成电路预先插在相同引脚数的插座上，把连有插座的集成电路作为一个整体在面包板上使用，插拔就较为方便。在整个实验板上，元件布局要合理。所有集成电路应以同正方向插入，有利于电路布线和故障检查。为了缩短外接导线长度，而把集成电路倒插是不合适的。其他各种器件也应排列有序、位置合理。5、布线导线使用线径0.5mm的塑料单股导线，要求线头剪成45o斜口，使能方便地插入。线头9剥线长度约为8mm，在使用时应能全部插入面包板。这样既能保证接触良好，又避免裸线部分露在外面，与其他导线短路。布线是完成实验任务的重要环节，要求走线整齐、清楚，切忌混乱，并尽可能使用不同颜色的导线，以便区分。布线次序一般是先布电源线和地线，再布固定电平的规则线，最后按照信号流程逐级连接各逻辑控制线。切忌无次序连接，以免漏线。必要时还可以连接一部分电路，测试一部分电路，逐级进行。导线应在集成电路块周围走线，切忌在集成块上方悬空跨过。应避免导线之间的互相交叉重叠，并注意不要过多地遮盖其他插孔，所有走线尽可能贴近面包板表面。在合理布线的前提下，导线尽可能短些。清楚和规则的布线，有利于实现电路功能，并为检查和排除电路故障提供方便。任何草率凌乱的接线，会给测试电路功能和检查与排除电路故障带来极大的困难，因此是不可取的。实验箱使用注意事项：1、将标有220V的电源线插入市电插座，接通开关，面板指示灯亮，表示实验箱电源工作正常。2、在将外部直流电源接入实验箱时，必须检查电压值和极性，当确信无误后再与电源接线柱连接。在实验中如果暂时不用电源，只需将实验箱上的“电源开关”关断，而不必直接关断外部的直流电源，若反复开、关外部的直流稳压电源，容易造成器件损坏。3、面板上IC插座均未接电源，实验时应按插入IC的引脚接好相应的电源线才能正常工作。4、必须将集成电路的缺口朝左再插入集成电路插座，否则，将造成集成电路管脚与接线插座旁的管脚号标注不一致。将集成电路插入时必须将管脚与插座对准，如果管脚出现歪斜则应先将管脚用镊子校正，然后再插入插座。起拔集成电路时，绝不可直接用手直接拔出，用手直接起拔时，极易将集成电路的管脚弄弯或损坏。应该用起子或镊子从集成器件与插座之间插入，将器件轻轻地撬出。5、实验前应先阅读实验指导书，设计好实验电路，在断开电源开关的状态下，按实验电路图接好连接线，检查无误后在接通主电源。6、实验时要更改接线或元器件，应先关断电源，插错或多余的线要拔去，不能一头蛤在电路上，另一端悬空，防止碰到电路其他部分。7、做完后要把连线全部拆除，并整理好，放入实验箱的口袋里。并整理好其他仪器。10附录二数字电路实验器件引脚排列图

000四2输入与非门（T065、M41、T24、C036）008四2输入与门Ucc141312111098+5V14电平指74LS08123C2345617GND3-7图004六反相器（T082、CC4069、C033）020双4输入与非门（T063、M21、T21、C034）11086四2输入异或门（T690、C660）074双上升沿D触发器（T077、D、C043）1518选1数据选择器112双下降沿J-K触发器Ucc121110916151413121110913D32D22D12D02YD1D5D3D7A2A1A0D21D11D01Y5678D61D2D423D04Y5Y6G7844-1图GND125四总线缓冲器（3S）4-2图GND1383线-8线译码器121614位二进制可预置同步计数器（异步清除）（T214、CC40161）2834位二进制超前进位全加器（T693、C662）13