数电实验讲义

数电实验讲义

数字电子技术基础

一 实验设备认识及门电路功能测试

一、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4-1-1

2.OC门上拉电阻计算及逻辑功能测试 2.1 OC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：

RL(max)

VCC VOLVCC VOH

RL(mi nnIOH mIIHILM m IIL

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) IIH ― 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4-1-1 2.2 OC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4-1-1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4-1-2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。

表4-1-2

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4-1-1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。

二 门电路的电压传输特性和输入负载特性测试

一、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4-2-1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VI和输出电压VO 的值填入表4-2-1中，并画出相应的电压传输特性曲线。

图4-2-1

表4-2-1

2、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4-2-2所示。请用万用表测试，将V 随R变化的值填入表4-2-2中。万用表内阻为10MΩ。

图4-2-2

表4-2-2

2.2测试电路如图4-2-3所示。请用万用表测试，将V和VO 随R变化的值填入表4-2-3中。注意电压源使用模拟信号源。

图4-2-3

表4-2-3

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4-2-3中b图和c图理论值的推导过程。

2、在图4-2-3中，若门电路换成74HC00，试将表4-2-3中的理论值写出来。并简述推导过程。

三 译码器

一、实验目的

1、学习并掌握中、小规模芯片（MSISSI）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。原理框图如下。

图4-3-1

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4-3-1。

表4-3-1

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

1、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。

四 数据选择器

一、实验目的

1、学习并掌握中、小规模芯片（MSISSI）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Y CD (A B) A BC A C D，约束条件AB CD 0。 2、化简逻辑函数

先将逻辑函数化为与或形式Y AB CD A BCD A BC A C D，然后画出卡诺图。

图4-4-1 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4-4-1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。

原理图如图4-4-2所示。

图4-4-2 用数据选择器实现带约束项逻辑函数原理图

③改变Di中不确定值的逻辑状态，看一下对输出值是否有影响。体会一下什么是约束。 五、预习要求

1、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、简述数据选择器的工作原理。

五 代码转换显示实验

一、实验目的

1、学习并掌握中、小规模芯片（MSISSI）实现各种组合逻辑电路的方法； 2、学习二进制代码转换8421BCD码。 3、学习数码管显示的方法。 二、实验原理

1、代码转换

将四位二进制代码转换为5位8421BCD代码。 2、代码显示

将输出的8421BCD码通过显示译码器74LS48显示。 三、实验设备及器件

1、电子技术综合实验平台 一台

2、74LS85 一片（数值比较器） 3、74LS283 一片（超前进位加法器） 四、实验内容及要求

1、测试74LS85的逻辑功能

表4-5-1

2、代码转换

将四位二进制代码转换为5位8421BCD代码。真值表见表4-4-2所示。

表4-4-2

二进制代码

8421BCD码

二进制代码

8421BCD码

D3 D2 D1 D0 F4 F3 F2 F1 F0 D3 D2 D1 D0 F4 F3 F2 F1 F0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

0 0 1 1 1 1 1 1

1 1 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 1 1

0 0 0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1 0 1

由表4-4-2可以看到，二进制代码在0~9时，8421BCD码与二进制代码相同，当二进制代码在10~15时，8421BCD码等于二进制代码加6。F4为产生的进位。因此可利用

数值比较器和加法器实现上述的转换过程。

3、代码显示

将得到的8421BCD码接到译码显示模块，使用之前先熟悉一下74LS48的功能。验证BI 、LT 和RBI 的功能(在模块上改变相应引脚跳线的位置即可)。译码显示模块如图4-4-1所示，其中L1~L4为左侧数码管的输入数据接口，R1~R4为右侧数码管的输入数据接口，8421BCD码的低四位接R4~R1，高位接L1，其余L2~L4接地。这样就可将输入的四位二进制代码转换为8421BCD码并用数码管显示了。

控制管脚说明如下：

(1)控制引脚中L代表左，R代表右。

(2)LT引脚：跳线帽跳到左边接高电平1，跳到右边接低电平0。 (3)RBI引脚：跳线帽跳到左边接高电平1，跳到右边接低电平0。

图4-5-1

(4) BI/RBO引脚：当作为输入引脚BI时，跳线帽跳到上边接低电平0，跳到下边接高电平1。当作为输出引脚RBO使用时，跳线帽跳到中间，左边的香蕉头为其接入孔。 五、预习要求

1、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．简述共阴极数码管的显示原理。

2．简述显示译码器控制端的功能及使用方法。

六 编码器实验

一、实验目的

1、学习并掌握集成编码器74HC148；

2、学习组合电路尤其是输入和/或输出含有低电平有效信号的组合逻辑电路的设计方法； 二、实验原理

设计列车发车系统，给出发车信号。要求：

①动车组申请发车时，不管特快、快车、普快是否申请发车，只允许给动车组发车信号；

②动车组没有申请发车，若特快申请时，不管快车、普快是否申请，只允许给特快发车信号；

③动车组和特快都没有申请发车，若快车申请时，不管普快是否申请，只允许给快车发车信号；

④动车组、特快、快车都没有申请发车，只有普快申请时，才允许给普快发车信号；

⑤当动车组、特快、快车和普快都没有申请发车时，没有任何发车信号。 原理框图：

三、实验设备及器件

1、电子技术综合实验平台 一台

2、74HC148 一片（优先编码器） 3、可选芯片：

①输出高电平有效时：74HC04，74HC08，74HC11 ②输出低电平有效时：74HC04，74HC32

四、实验内容及要求

由于只有四种火车，即四个输入信号，故只需74HC148的4个输入即可，此处

~I0 （四种输入情况只需两个输出引脚）四种火车的申请按钮A，只1~A4分别接I3

需Y1 和Y0 2位输出即可。

~I0 分别输入为0时，输出YY当I310分别为00，01，10，11。

~I4 时，I3 ~I0 引脚接高、低电平均可；选用I3 ~I0 时，I7 ~I4 注意：选用I7

引脚必须接成1。

实验一：以L1~L4代表输出的4个指示灯，高电平有效，列出L1~L4与YY10的

逻辑表达式，这部分同学们自己完成。

又当四种火车申请的按钮均未按下时，四个指示灯应全不亮，74HC148的输

出端YY与普快按下按钮的状态相同，需加以区分，可利用输出控制端YS 10应为11，

来实现。这部分电路同学们自己完成。 或YEX

发车信号用LED显示，实验时，需将显示模块背面的跳线全部跳到CN端。

与YY实验二：以L1~L4代表输出的4个指示灯，低电平有效，可得L1 ~L410的

逻辑表达式，这部分同学们自己完成。同实验一一样，当四种火车申请的按钮均未按下时，与普快按下按钮的状态相同，需加以区分。方法同实验一。

实验时，需将显示模块背面的跳线全部跳到CP端。 五、预习要求

1、提前预习实验内容及相关知识。

2、写出完整的推导过程，自行设计电路，画出接线图（用指定器件设计）。 六、思考题

1

七 抢答器实验

一、实验目的

1、掌握集成触发器的逻辑功能测试方法； 2、学习用D触发器构成时序逻辑电路的方法； 3、学习扬声器的驱动方法。 二、实验原理

1、每个参赛者控制一个按钮，用按动按钮的方式发出抢答信号； 2、竞赛主持人另有一个按钮，用于将电路复位。

3、竞赛开始后，先按动按钮者将对应的一个发光二极管点亮，同时扬声器发出响声，此后其他2人再按动按钮对电路不起作用。

4*．有人抢答时扬声器发出2秒钟、1KHZ的音响（扬声器可由100Hz的矩形脉冲直接驱动）。(选做)

基本要求部分参考电路如图4-7-1所示。

图4-7-1

图上设置了四个按钮，K0、K1和K2由三个参赛控制者控制(按下为“1”)，J由主持人控制(按下为“0”)。

扬声器的使用方法：①左下角两个跳线帽同时跳到左边，实现普通声源的功能，需要在输入端加脉冲才能让扬声器发声；②左下角两个跳线帽同时跳到右边，实现报警声源的功能，在输入端加高电平就能让扬声器发声。实验时，两种方法用一种即可。

0，使三个触发器均清零(指示灯不(1)竞赛开始前，主持人按一下按钮J，RD

亮)，各Q 端均为1，这三个1信号一方面控制扬声器不发声，另一方面使G1门打开门，CLK脉冲可以加到各触发器的脉冲输入端C1端。

(2)竞赛开始，任一按钮按下，相应触发器置1(相应指示灯亮)，其Q 0，该0信号一方面使扬声器发声，另一方面封锁G1门，CLK脉冲加不到各触发器的C1端，其他参赛者再按下按钮已经不起作用。

0信号，恢复抢答前的状态。 (3)主持人按下按钮J，给出RD

三、实验设备及器件

1、电子技术综合实验平台 一台

2、74HC175 一片（四D触发器） 3、74HC20 一片（二4输入与非门）内容及要求

1、D触发器逻辑功能测试

表4-7-1

和1D将CLK接窄脉冲输出端，RD

端节逻辑开关，1Q端接LED指示灯。实验数据写入表4-7-1。

2、抢答器

四、实验

(1)按图4-7-1接线。

(2)将K0、K1、K2和J分别接到逻辑开关上。 (3)按照设计要求，检查电路的功能。填写表4-7-2。

表4-7-2

五、预习要求

1、提前预习实验内容及相关知识。 六、思考题

1、如果要显示抢答优先者的序号(0、1和2)应该用什么芯片？ 2、在抢答前后，触发器的C1端分别得到的是什么信号？

八 时序电路实验

一、实验目的

1、掌握边沿JKFF的功能、动作特点； 2、掌握用边沿JKFF设计同步时序电路的方法；

3、掌握用中规模集成电路计数器设计和实现任意进制计数器的方法； 4、熟悉集成计数器的逻辑功能和各控制端的作用，弄清同步清零和异步清零的区别；

5、熟悉集成计数器的级联扩展； 二、实验原理

同步时序逻辑电路的设计方法。 三、实验内容及要求

1、用双J-K负边沿触发器74LS112实现同步时序电路。其逻辑功能为：同步十进制加法计数器，能自启动，有进位输出。设计过程同学们自己完成。 2、用同步二进制计数器74HC161实现36进制计数器，要求使用同步置数LD

端，整体置数实现。电路图同学们自己完成。

四、实验设备及器件

1、数字电路实验逻辑箱 一台

2、74LS112 两片（双JK负边沿触发器） 3、74LS20 两片（双四输入与非门） 4、74LS04 一片（六反向器） 5、74LS00 一片（四二输入与非门） 6、74HC161 二片（同步十进制计数器芯片） 7、74HC00 一片（四二输入与非门） 五、预习要求

1、提前预习实验内容及相关知识；

2、课前按实验内容完成题目设计：画出实验电路图。（主要设计过程要填写在实验报告中）