数字电路及设计实验综述

1、常用数字仪表的使用实验内容：1. 参考“仪器操作指南”之“DS1000操作演示”，熟悉示数字波器的使用。2. 测试示波器校正信号如下参数： （请注意该信号测试时将耦合方式设置为直流耦合。最小值（ Vmin），频率（ Freq ）过冲（ Overshoot ） ,均方根值（Vrms）,即有效值正脉宽（ +Width ） , 负占空比（ -Duty ）等参数。峰峰值（ Vpp）， 幅值（ Vamp）， 顶端值（ Vtop ）， 预冲（ Preshoot ）， 上升时间（ RiseTime ）， 负脉宽（ -Width ），最大值（ Vmax）， 周期（ Prd ）， 底端值（ Vbase）， 平均

2、值（ Average ）， 下降时间（ FallTime ）， 正占空比（ +Duty），3. TTL输出高电平2.4V，输出低电平0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平=2.0V，输入低电平=0.8V。请采用函数信号发生器输出一个TTL信号，要求满足如下条件： 输出高电平为3.5V，低电平为0V的一个方波信号； 信号频率 1000Hz； 在示波器上观测该信号并记录波形数据。集成逻辑门测试(含 4个实验项目)(本实验内容选作)一、实验目的(1) 深刻理解集成逻辑门主要参数的含义和功能。(2) 熟悉TTL与非门和CMOS或非门主要参

3、数的测试方法，并通过功能测试判断器件 好坏。二、实验设备与器件本实验设备与器件分别是：数字频率计、数字万用表实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、 及工具；输入输出A BCDF11110 11110 11110 11110表1-1 与非门功能测试表实验器件：74LS20两片，CC4001 一片，500$ 左右电 阻和10k左右电阻各一只。三、实验项目1 . TTL与非门逻辑功能测试按表1-1的要求测74LS20逻辑功能，将测试结果填 入与非门功能测试表中(测试F=1、0时，Voh与Vol的值)。2. TTL与非门直流参数的测试测试时取电源电压 Vcc=5V ;注意电流表档次，所

4、选量程应大于器件电参数规范值。(1) 导通电源电流Iccl。测试条件：输入端均悬空，输出端空载。测试电路按图1-1 ( a) 连接。(2) 低电平输入电流IiL。测试条件：被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空，输出空载。测试电路按图1-1 ( b)连接。(3) 高电平输入电流IiH。测试条件：被测输入端通过电流表接电源(电压Vcc),其余输入端均接地，输出空载。测试电路按图1-1 (c)连接。(4) 电压传输特性。测试电路按图1-2连接。按表1-2所列各输入电压值逐点进行测量，各输入电压值通过调节电位器W取得。将测试结果在表1-2中记录，并根据实测数据，做出电压传输特性曲线。然后，从曲线上

5、读出Voh , Vol , Von, Vff和Vt，并计算Vnh , Vnl等参数。(b)(c)图 i-i i CCL , liL 和liH测试电路图1-2电压传输特性测试电路表1-2与非门电压传输特性测试表Vi (V)00.40.81.11.21.31.351.41.52.02.42.73.0Vo (V)(5) 扇出系数 N。测试条件：所有输入端悬空，负载 Rl为可变电阻。测试电路按图1-3连接。调节Rl,使输出电压Vol=0.4V,测出此时的Iol，再按下式：No=I Ol/IiL求得No。3 平均延迟时间tpd的测试图1-3扇出系数测试电路现一般采用环形振荡器法测tpd,测试原理电路及波

6、形如巾、平均槎输延迟时河關试锻图1-4 (a)和(b)所示。图1-4 (a)中与非门1、与非门2为标准门的tpd1和tpd2是已知的(可 预先在高精度的双踪示波器上测出)，与非门(3)是被测门。三个与非门构成一个环形振荡电 路。点(3)和点(3 )的波形是同一波形，由图1-4 (b)可知，振荡波形的周期为：图1-4平均延迟时间测试电路及波形T=tpHL1 +tpHL2 + tpHL3 + tpLH1 +tpLH2+tpLH3 =2tpd1+2tpd2+2tpd3(在一个振荡周期内每个门经过两次延迟时)从数字频率计上可以读出振荡频率f (也可用示波器测出周期 T),即可算出被测门的平均延时时间为

7、：T=1/ f=2(tpdl + tpd2)+2 tpd3tpd3=1/2f (tpdl + tpd2)或者tpd3=T/2 (t pdl + tpd2)4. CMOS或非门电路的测试(注意 CMOS器件使用规则)(1) 传输特性测量 调节电位器 W，选择若干个输入电压值，测 量相应的输出电压值，然后由测得的数据作出曲线，并从曲线中求得 VH、Vol、Von和VoFF等参数值。注 意，测量输出端的电压时，要选用高阻抗的直流电压 表，最好用直流数字电压表。通常取Vn为0.1VH时对应的输入电平值，VoFF为0.9Voh对应的输入电平值。 将两个输入端并联在一起，重复上述测试， 比较两种情况下电压

8、传输特性和噪声容限的差异。 测试电源电压的影响：将Vdd依次调节至5V和15V，观察电路的逻辑功能以及输出高电平VH值。(2) 逻辑功能测试选CC4001按图1-5电路接线。断开与电位器 W连接的输入端和接地输入端，在两个输 入端分别送入表1-3中所列出的输入状态，测试其输出相对应的逻辑值。表1-3或非门功能测试表输入输出ABF00011011五、预习要求(1) 阅读TTL与非门主要参数的含义及 CMOS门电路的特点。(2) 熟悉CMOS电路和TTL电路的使用规则。(3) 设计实验电路，提出器件清单。(4) 拟定实验方案和调测步骤。三态门、0C门的功能测试及其应用（含 2个实验项目）（本实验内

9、容选作）一、实验目的（1）熟悉oc门和三态门的功能及应用。（2）掌握OC门负载电阻选择方法。二、实验设备与器件本实验的实验设备和器件为：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、脉冲信号发生器、万用表及工具；实验器件：74LS20, 74LS00 , 74LS01，74LS05，CC4011，CC4069 和电阻若干。三、实验项目1 . OC门实验（1）OC门“线与”电路功能测试：将两个 OC门进行“线与”连接，以驱动三个TTL与非门，如图 2-1所示。Ec=+5V，要求Voh=3.6V , Vol=0.3V，工作速度无严格要 求。试在负载电阻允许值范围，选取Rl值接入电路，并测试

10、其逻辑功能，列表记录测试结果。（2） 用实验方法确定 RLmax和RLmin ,要求Voh=3.6V , VoL=0.3V。实验电路按图2-2连接， 加+5V电源后，调节电位器 W，先使电路输出为高电平（即 F=3.6V ）,测得此时的 Rl值为 RLmax再使电路输出为低电平（即 F=0.3V ），测得此时的Rl值为RLmin。（3）用OC电路实现TTL与非门驱动 CMOS与非门（CC4011 ）的电平转换电路。取Vdd=10V ,确定电阻值接入电路，然后在输入端加一个方波信号（fi=1kHz ）,用示波器观察 A点、B点、C点的波形幅度值的变化。图2-1 OC门“线与”功能测试电路四、预习

11、要求（1）阅读OC门和三态门的工作原理，根据任务要求计算Rl的取值范围（即RLmax与2）设计实验电路，提出器件清单。3）拟定实验方案和调测步骤。组合逻辑电路的设计及功能测试(含5个实验项目)、实验目的(1) 掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。(2) 观察组合逻辑电路的冒险现象。(3) 熟悉消除冒险现象的常用方法。、实验设备与器件本实验的设备和器件如下：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、脉冲信号发生器、万用表及工具; 实验器件：74LS00, 74LS10，74LS20 , 74LS04，74LS32。三、实验项目1.用TTL与非门设计一个3人控制表决器。3人表决的结果用指示灯显

12、示,多数赞成则DCBAF00000000100010100111010000101001100011111000010010101011011011001110111110111111表3-1指示灯亮，反之，则灯不亮。2. 设计一个全加器。3. 设计一个四舍五入电路，输入信号为8421BCD码，输出结果用指示灯显示。4. 设计一个组合逻辑电路，它接收 3位二进制数 B2B1BQ仅当B2B1B0对应的十进制数大于 2小于6时， 输出Y才为1。5. 按表3-1设计一个组合逻辑电路。 设计要求：输入信号仅提供原变量，反变量由电路自行产生，给定与非门为74LS00、74LS20，画出逻辑图。 搭试电路

13、，进行静态测试，验证逻辑功能，记 录测试结果。 分析输入端D、C、B各处于什么状态下能观察 到输入端A信号变化时产生的冒险现象。 在A端输入f =100kHz1MHz的方波信号，观 察电路的冒险现象，记录 A和F点的工作波形图。 观察：用增加校正项的方法，消除由输入端A信号变化所引起的冒险现象。画出此时的电路图，并记录消除冒险后A和F点的波形图。四、预习要求(1) 必须在预习报告中写出设计全过程，画出设计电路图。(2) 什么叫冒险现象？如何判断一个组合逻辑电路中是否存在冒险现象?(3) 设计实验电路，提出器件清单。(4) 拟定实验方案和调测步骤。译码器及其应用（含 4个实验项目）一、实验目的（

14、1）掌握译码器功能测试方法和灵活应用。（2）熟悉多位译码显示电路的设计方法及工作原理。二、实验设备与器件本实验的设备与器件如下：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、万用表及工具；实验器件：74LS00, 74LS48，BS201/202 等。三、实验任务1. 七段显示译码器74LS48的功能测试实验电路按图4-1连接。测试时，各输入端按表 4-1中相应状态输入信号。观察各输出 情况，列表记录并将结果与给出的功能表做比较。2. 采用TTL与非门设计一个输入两位二进制码，显示十进制数的七段显示译码器（要 求使用共阴发光二极管作为显示器）。图4-174LS48功能测试连线图3. 实

15、验电路示意图如图 4-2所示。A3作为数据输入端，A0、A1、A2作为地址。当 A0A1A2=000111时，测试相应的 Q0Q7的输出。数则输入戶74LS42J 人图4-274LS42用作数据分配器地耻输人|血 A3端输入秒脉冲（周期 T- 1秒）信号，列表整理测试结果。 A3端输入约2kHz连续脉冲，观察并记录 A0A1A2的输入、输出波形。4. 采用74LS48和共阴数码管构成一个多位显示电路，并按以下要求完成实验。 分别按下列要求输入信号，观察记录其相应的显示情况，并分析所观察到的现象产生的 原因。 LT =1 , BI =1 , IC1. IC6 的 DCBA 输入均为 0, IC2

16、、IC3、IC4、IC5 的 DCBA 输入不 为全0 ； LT=1 , BI =1 , ICi, IC2、IC5、IC6 的 DCBA 输入均为 0, IC3、IC4 的 DCBA 输入不 为全0; LT=1 , BI =1 , ICi IC6 的 DCBA 输入均为 0。四、预习要求(1) 熟悉74LS48的功能和使用方法，拟好实验电路和记录表格。(2) 复习译码显示原理和数据分配器的工作原理。(3) 设计实验电路，提出器件清单。(4) 拟定实验方案和调测步骤。数据选择器及应用（含 6个实验项目）一、实验目的（1）掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能及其测试方法。（2）熟悉数据选择器的应用。

17、三、实验设备与器件本实验设备和器件如下：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、万用表及工具；实验器件：74LS151，74LS153，74LS390 和 74LS00 等。四、实验任务1. 按表5-1测试74LS151的逻辑功能，在测试中注意E （使能端）的作用。2. 采用74LS151和74LS153，并利用降维图法实现下列逻辑函数：F1=ABD +BCD+ACD +ABC(5-1)F2=A b c+a b c +a bc+ab c(5-2)F3= A BC+A B C+AB C +ABC(5-3)3. 用74LS153扩展成八选一的电路。4. 用数据选择器和与非门实现8421码转换成54

18、21码中权值为2的码位变换。5. 设计一个多功能电路，其功能如表5-2所示，选用一片八选一数据选择器和与非门实现电路。表5-1表5-2A2 A1A0ED7D6D5D4D3D2D1D0YG1G0F00001010101000A00101010101001AB01001010101010AB01101010101011A+B100010101010101010101010110010101010111010101010XXX1X XXXXXX X（6）用74LS151八选一电路和 74LS390组成一个图形发生器。由74LS390产生一个固定周期的选择信号，只要将DoD?置成不同的电平，在输出端Q

19、就会输出不同波形，若假定D0D3D4D6为“1 ”，D1D2D5D7为0”，观察Q端波形。四、预习要求1）熟悉 74LS151 和 74LS153 的工作原理及使用方法。2）根据实验内容要求，设计实验电路，提出器件清单。3）拟定实验方案和调测步骤。移位寄存器及移存型计数器的应用(含3个实验项目)图6-1基本RS触发器填入表6-2中。表6-2 JK触发器功能测试表3.用74LS73设计一个异步四进制计数器，并用双踪示波器观察输入输出波形。(CP、实验目的(1) 掌握用与非门组成的基本 RS触发器的特征。(2) 掌握集成JK触发器、D触发器的逻辑功能和使用方法。(3) 熟悉各种触发器的应用。、实验

20、设备及器件本实验的设备及器件如下：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、万用表；实验器件：74LS00, 74LS73，74LS74，74LS373 等。三、实验任务1. 如图6-1，用与非门组成一个基本RS触发器，测试其逻辑功能，将结果填入表6-1中。2. 测试JK触发器(74LS73)的逻辑功能，将测试结果卩O+5V图6-21Q、2Q)4. 由D触发器和按钮开关 S组成的电路图如图6-2 所示，测试其输入 CP和输出Q1，U0( Q2)的 对应波形图，并说明此电路的逻辑功能。5. 试设计一电路，将 D触发器(74LS74 )转换为 JK触发器。6. 测试74LS373的逻辑功能。四、预习

21、要求(1) 熟悉各类触发器的逻辑功能。(2) 了解各类触发器之间的类型转换方法。一、实验目的(1) 掌握中规模集成电路 74LS194四位双向移位寄存器的逻辑功能。(2) 熟悉74LS194的应用。(3) 熟悉实用性移存型计数器的逻辑设计方法。二、实验设备与器件本实验设备与器件如下：实验设备：自制数字实验平台、示波器、万用表及常用工具；实验器件：四位双向移位寄存器74LS194 一片、与非门74LS00，74LS10各一片。四、实验任务1. 测试四位双向移位寄存器74LS194的逻辑功能，测试结果填入表7-1中。表7-174LS194功能测试表CPS1S0D0D1 D2D3Q0Q1Q2Q3CP

22、S1S0D0D1 D2D3Q0Q1Q2Q3送数n0101左移Sl=Qon0010TL1010TLX右移Sr=Q3n0010nXTLXTLXTLXTLXnX保持0110nXnX2. 用74LS194及与非门设计一个具有自启动功能的四位右移的环形计数器，记录 电路的全部状态，观测并画出输入与输出波形(CP, QO, Q1，Q2, Q3)。3. 二进制数码的串 并转换及传输令74LS194的Qo为最低位，Q3为最高位，串行输入或输出一个四位二进制数。 串行输入、并行输出：设串行输入为0101。先用右移方式，后用左移方式，实现并行输出。 并行输入、串行输出：设并行输入1001。采用左移方式，实现串行输

23、出。 二进制数码在两片 74LS194中传输：任选一组四位二进制数码，在图7-2所示电路中实现数据传输。要求所选的代码“1 ”在八位逻辑指示中，按环形移位显示。四、预习要求(1) 熟悉74LS194的工作原理。(2) 复习环形计数器的自启动反馈逻辑设计方法，按实验内容画出实验电路。(3) 设计实验电路，提出器件清单。(4) 拟定实验方案和调测步骤。脉冲信号的产生与整形电路(含3个实验项目)、实验目的(1) 熟悉同步、异步计数器的工作原理及应用。(2) 掌握任意进制计数器的设计方法。、实验设备与器件本实验的设备与器件如下： 实验设备：自制数字实验平台、双踪示 波器及常用仪表和工具；实验器件：74

24、LS390，74LS00，74LS162A，74LS192 等。三、实验任务1. 将计数器(74LS390 )的Qa端与CPb端相连，测试其逻辑功 能，结果填入表8-1中，然后， 用示波器观测 CP, Qa，Qb, Qc 及Qd的波形并与理论分析的工 作波形相比较，若有明显不同， 必须分析原因，查找故障，直至 正常。CPQdQcQbQa0123456789表8-174LS390逻辑功能测试表2. 用74LS390和与非门74LS00设计一个模24的计数器，用灯显区LED显示计数 器状态并记录，观察计数器输入输出波形。3. 用74LS162A设计一个模8的同步计数器，计数状态从0001开始。4.

25、 设计模60计数器，并用显示译码器、七段LED数码管配合显示计数过程(时钟脉冲频率用12Hz )。5. 用74LS192设计一个模11的减法计数器，用灯显区LED显示计数器状态并记录， 观察计数器输入输出波形。五、预习要求(1) 根据指定的任务和要求设计电路，画出逻辑图及理论分析的工作波形，以便与实验 波形比较。(2) 设计实验电路，提出器件清单。(3) 拟定实验方案和调测步骤。一、实验目的1 掌握脉冲信号的产生与整形方法。2. 熟悉输出波形与定时元件 RC的关系。3 熟悉改善波形上升沿的方法。二、实验设备与器件本实验的设备与器件如下：实验设备：自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、万用

26、表及工具;实验器件：74LS00 , 74LS390,晶体2MHz，电阻，电容，电位器 R-1k等若干。三、实验项目1. 用与非门、电阻组成一个2MHz的晶体振荡电路，并用74LS390设计100分频输出电路。 用双踪示波器观察并画出两级十分频波形图(1CPA, 1QD, 2CPA, 2QD),并标出振荡 波形的周期。2. 用集成与非门构成的环形多谐振荡器性能测试。 实验电路如图9-2所示。 用示波器显示并画出 A, B, D, E各点和输出 V的波形。 将电位器R从大到小和从小到大旋动。观察Vo的脉宽tp和周期T随R的变化情况，做出定性的结论。当 R旋到最大(R=1kx)时，用示波器测出 V

27、的周期T并与理论估算T 值进行比较。3. 设计一个用与非门组成的自激多谐不对称振荡器，要求其工作频率为10kHz。通过实验调整元件参数。四、预习要求(1) 根据所给题目指标，设计并画好实验电路，提出器件清单。(2) 考虑电路中各点波形对应处的坐标象限，拟定坐标轴(输入、输出波形的坐标轴必 须上下对齐)。(3) 拟定实验方案和调测步骤。集成定时器555及其应用(含3个实验项目)一、实验目的(1 )熟悉集成定时器 555电路原理及其功能。(2) 掌握集成定时器 555电路的典型应用。、实验设备及器件本实验的设备及器件如下：实验设备：双踪示波器、自制数字实验平台、万用表；实验器件：集成定时器 555

28、、74LS390。图10-1555自激多谐振荡器三、实验项目1. 用集成定时器 555设计的自激多谐振荡电路如图10-1所示，按表10-1中所给的元件值计算出 振荡波形的参数，并用示波器测试出振荡电路中 a, b, c各点的波形，计算公式为：脉冲宽度 Tp=o.7(R1+ R2)C脉冲间隙Td=0.7R2C脉冲周期 T=0.7(Rj + 2R2)C555电路要求 R1和R2均应大于或等于 你1】，但R1+ R2 应小于或等于 3.3M。表 10-1R1(k Q)R2(k Q)C( H F)tp( 2 s)Td( 2 s)T( 2 s)理论值实测值理论值实测值理论值实测值4.74.70.0110

29、4.70.0222. 图10-2构成间隙声响发生器，调节元件W使振荡器频率为1kHz，并经5分频后输出，以1Hz信号控制振荡器的复位端 R，当1Hz/S信号为高电平时，振荡 器振荡，当1Hz/S信号为低电平时，振荡器停振，这样扬声器发出间隙声响。测出A , A点波形图。3. 用集成定时器555构成单稳态触发器，用无抖动开关电路(采用单次CP信号)实现触发，以控制其他自动化系统工作，要求输出脉宽(即定时时间)为1ms,1s,试确定相应的电阻、电容值，用示波器观测其输出波形，并与理论值比较分析。要求有设计全过程说明(含参数估算)。ill/lOOkfiD*74LS390A:四、预习要求(1) 单稳态

30、触发器有哪些特点？(2) 熟悉集成定时器 555构成的多谐振荡器输 出信号的脉宽Twh，周期T和频率f的计算方法。(3) 设计实验电路，提出器件清单。(4) 拟定实验方案和调测步骤。图10-3间隙声响发生器大规模集成存储器 EEPROM的应用(含3个实验项目)、实验目的(1) 了解大规模集成存储器 EEPROM。(2) 通过实验熟悉它们的工作特性，使用方法及其应用。、实验原理EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)，电可擦可编程只读存 储器一一一种掉电后数据不丢失的存储芯片，是可用户更改的只读存储器(ROM)，其可

31、通过高于普通电压的作用来擦除和重编程(重写)。EEPROM 一般用在即插即用；常用在接口卡中，用来存放硬件设置数据；也常用在防止软件非法拷贝的硬件锁上面。ATMEL并行接口 EEPROM程序存储器芯片一一AT28C64，是一种采用 CMOS工艺制 成的8KX8位28引脚的可用电擦除可编程只读存储器。(1) AT28C64引脚排列如图11-1所示。LD7mLU4L8Pin NanwFunctionA0 A12AddressesChip EnableOutput EnableWEWrit Enablel/OO - I/O7Data Inputs/OutpirtsNCNo Connect图11-1 AT28C64引脚排列图表11-1 AT28C64引脚功能(2) AT28C64的引脚功能如表11-1所列。(3) AT28C64引脚的方式选择，如表11-2所示。ModeCEOEWEI/OReadVILVILVIHDout(2)WriteVILVIHVILdinStand by/ Write InhibitVIHX(1)XHigh ZWrite InhibitXXVIHWrite InhibitXVILXOutput DisableXVIHXHigh ZChip EraseVILVH(3)VILHigh ZNotes: