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数字电路与逻辑设计基础实验云南大学信息学院电路实验室二○○七年三月前言数字电路与逻辑设计实验作为电子、信息类专业的学科基础课,是一门重要的实践课程,具有很强的实践性当今,现代电子技术飞速发展,电子系统设计方法、手段日新月异,众所周知,电子系统数字化已经成为电子技术和电子设计发展的必然趋势为此,我院数字电路与逻辑设计实验课程也进行了相应的教学__,开展了PLD、CPLD、FPGA等先进的EDA教学内容与此同时,经过多年的实践教学总结和资料积累,我们感到要发展和应用先进电子技术,必须掌握牢固学科基础理论和基础应用,这在电子设计不断推陈出新的时代,更显得尤为重要本实验指导书是理论教学的延伸,旨在培养和训练学生勤奋进取、严肃认真、理论__实际的工作作风和科学研究精神通过本实验课,夯实数字电子技术基础理论的学习,进一步加强基本实验方法和基本实验技能的掌握,为培养锻炼学生的综合能力、创新素质打下坚实的基础本指导书按照教学大纲的要求编写,在前一版的基础上进行了修订,增减了部分内容,精心设计了14个典型的数字电路基础实验范例,基本涵盖了数字电路与逻辑设计课的教学内容每个实验均给出了实验目的、预习要求、实验原理、内容、步骤和思考题,所有实验均可在纯硬件或EDA实验环境中完成附录部分给出了实验箱的操作使用、实验中所使用到的集成电路管脚图,以及常用逻辑符号对照表,方便学生查阅限于编者水平有限,加之编写时间仓促,错误和疏漏之处在所难免,真诚希望各位教师和同学提出批评和改进意见编者2007年3月目录TOC\o1-1\h\z\u实验一数字电路实验基础1实验二集成逻辑门电路的逻辑功能5实验三组合逻辑电路的分析7实验四数据选择器10实验五小规模组合逻辑电路的设计14实验六中规模组合逻辑电路的设计15实验七触发器17实验八同步时序逻辑电路的分析20实验九中规模集成时序逻辑器件的应用22实验十*同步时序电路的设计27实验十一*序列__发生器29实验十二*脉冲波形的产生和整形电路30实验十三*A/D、D/A转换器33实验十四*数字钟35附录A实验设备及其使用39附录B常用集成电路外部引脚图44附录C常用门逻辑符号对照表49实验一数字电路实验基础
一、实验目的⑴掌握实验设备的使用和操作⑵掌握数字电路实验的一般程序⑶了解数字集成电路的基本知识
二、预习要求复习数字集成电路相关知识及与非门、或非门相关知识
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑电路实验箱、万用表⑵74LS
00、74LS
02、74LS48
四、实验内容和步骤
1、实验数字集成电路的分类及特点目前,常用的中、小规模数字集成电路主要有两类一类是双极型的,另一类是单极型的各类当中又有许多不同的产品系列⑴双极型双极型数字集成电路以TTL电路为主,品种丰富,一般以74(民用)和54(军用)为前缀,是数字集成电路的参考标准其中包含的系列主要有标准系列——主要产品,速度和功耗处于中等水平LS系列——主要产品,功耗比标准系列低S系列——高速型TTL、功耗大、品种少ALS系列——快速、低功耗、品种少AS系列——S系列的改进型⑵单极型单极型数字集成电路以CMOS电路为主,主要有4000/4500系列、40H系列、HC系列和HCT系列其显著的特点之一是静态功耗非常低,其它方面的表现也相当突出,但速度不如TTL集成电路快TTL产品和CMOS产品的应用都很广泛,具体产品的性能指标可以查阅TTL、CMOS集成电路各自的产品数据手册在本实验课程中,我们主要选用TTL数字集成电路来进行实验
2、TTL集成电路使用注意事项⑴外形及引脚TTL集成电路的外形封装与引脚分配多种多样,如附录中所示的芯片封装形式为双列直插式(DIP)芯片外形封装上有一处豁口标志,在辨认引脚分配时,芯片正面(有芯片型号的一面)面对自己,将此豁口标志朝向左手侧,则芯片__左起的第一个引脚为芯片的1号引脚,其余引脚按序号沿芯片逆时针分布⑵电源每片集成电路芯片均需要供电方能正常使用其逻辑功能,供电电源为+5V单电源电源正端(+5V)接芯片的VCC引脚,电源负端(0V)接芯片的GND引脚,两者不允许接反,否则会损坏集成电路芯片除极少数芯片(如74LS76)外,绝大多数TTL集成电路芯片的电源引脚都是对角分布,即VCC和GND引脚呈左上右下分布⑶输出端芯片的输出引脚不允许与+5V和地直接相连,也不允许连接到逻辑开关上,否则会损坏芯片但没有使用的输出引脚允许悬空,尽量避免让多余输入端悬空除OC门和三态外,不允许将输出端并联使用⑷芯片__在通电状态下,不允许__和拔起集成电路芯片否则极易造成芯片损坏在使用多个芯片时应当注意芯片的豁口标志朝向一致⑸芯片混用问题一般情况下,尽量避免混合使用TTL类与CMOS类集成电路如需要混合使用时,必须考虑它们之间的电平匹配及驱动能力问题碰此种情况时,可以查阅相关资料说明,在此不再赘述
3、输入与输出__的加载与观察逻辑电路为二值逻辑,取值只有“0”、“1”两种情况对于逻辑电路的输入,用逻辑开关来产生高、低电平,通过导线将开关连接到电路中,即可输入变量的“0”、“1”取值,原理如图1-1所示对逻辑电路的输出,实验中用两种器件来进行观察一种器件是发光二极管,原理如图1-2所示;当输出为高电平时,发光二极管发光;反之,发光二极管,熄灭另一种器件是数码显示器,参见附录B“常见集成电路外部引脚”部分图1-1逻辑开关原理图图1-2逻辑电平显示原理图
3、逻辑功能测试分别测试一个与非门和一个或非门的逻辑功能,画出实验逻辑图,并将测试结果记录在自制的表中(提示与非门芯片的型号为74LS00,或非门芯片的型号为74LS02测试时,输入端分别接2只逻辑开关,以产生输入变量的组合;输出端接到LED上作为结果观察测试结果即为与非逻辑、或非逻辑的真值表)
4、显示电路测试按图1-1连接逻辑电路,在芯片的输入端上依次加上0000~1111的二进制代码,将相应的电路输出显示结果记录到表1-1中(试想,实验中___需要一块74LS48芯片呢?不用芯片只接用逻辑开关与数码管相连行不行?)图1-1数码显示器测试电路表1-1数码显示器测试结果输入输出DCBA16进制数10进制数显示结果(涂黑)0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111
五、思考题⑴正逻辑情况下,数字电路中的逻辑“1”、逻辑“0”、高电平、低电平、VCC、GND、+5V、0V之间有什么关系?⑵数字电路中的正逻辑与负逻辑有什么不同?⑶什么是高电平有效和低电平有效?什么是最高有效位和最低有效位?⑷BCD码与8421码是等同的吗?⑸如何将逻辑表达式转化成逻辑电路图或反之?实验二集成逻辑门电路的逻辑功能
一、实验目的⑴熟悉TTL集成逻辑门电路的逻辑功能及其特点⑵掌握TTL集成逻辑门电路逻辑功能的测试方法⑶熟悉TTL集成逻辑门电路之间的逻辑关系
二、预习要求⑴复习与非门、与门、或门、或非门、与或非门、异或门及三态门的逻辑功能⑵复习逻辑代数以及逻辑表达式之间的转换
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑电路实验箱⑵74LS
00、74LS
02、74LS125
四、实验内容和步骤1.TTL门电路无用输入端的处理方法TTL与非门电路和或非门电路的流行符号如图2-1所示,与国家公布的标准符号有一定的区别图2-1“与非”门、“或非”门电路符号如果要用与非门(74LS00)和或非门(74LS02)分别构成非门(反相器),应如何实现?画出实现非逻辑的电路图如果有多余的输入引脚没有使用,在实验中应如何处理?2.用“与非”门构成的基本电路用与非门74LS00组成下列门电路,并测试它们的逻辑功能⑴;⑵;⑶;⑷;⑸把设计的逻辑电路图画出,然后按电路图接线,对所设计的逻辑电路进行测试,并将测试的结果(即真值表)填入自制的表中3.TTL三态门的逻辑功能测试将TTL三态门74LS125和与非门74LS00按图2-2连线,输入端A、B、分别接到3个逻辑开关,输出端Y接到一个发光二极管改变控制端和输入端A、B输入__的高、低电平,观察输出端的输出状态,将结果填入自制的表中,并分析电路的作用原理图2-2“三态”门的测试电路图2-3思考题电路
五、思考题⑴若与或非门电路如图2-3所示,要实现功能,多余输入端应如何处理?⑵想要实现“线与”逻辑,应该使用什么样的逻辑门?请画出实现的原理图并加以说明实验三组合逻辑电路的分析
一、实验目的⑴熟悉组合逻辑电路的特点及一般分析方法⑵熟悉中规模集成组合电路编码器、译码器等器件的基本逻辑功能和简单应用
二、预习要求⑴复习组合逻辑电路的分析方法⑵复习全加器、编码器、译码器
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱⑵74LS
00、74LS
48、74LS
51、74LS
86、74LS
138、74LS148
四、实验内容和步骤1.全加器的功能测试将74LS86(异或门)、74LS00和74LS51(与或非门)按图3-1连线输入端Ai、Bi、Ci-1分别接3个逻辑开关,输出端Si、Ci分别接2个发光二极管改变输入端输入__的状态,观察输出端的输出__状态,把结果填入自制的表中,并写出输出函数Si、Ci的逻辑表达式(化简)2.8线-3线优先编码器的功能测试将8-3线优先编码器74LS148按图3-2接线,其中输入端分别接9个逻辑开关,输出端QC、QB、QA、GS和EO分别接5个发光二极管按表3-1改变输入端的输入状态,观察输出端的输出状态并把结果填入表中图3-1全加器的测试电路图3-28-3线优先编码器电路表3-1EI01234567QCQBQAGSEO1××××××××111110111111110×××××××00××××××010×××××0110××××01110×××011110××0111110×01111110011111113.译码器的功能测试⑴将二进制3-8线译码器74LS138按图3-3接线用逻辑开关输入G
1、G2A、G2B、A、B、C等__,用发光二极管观察输出Y0~Y7状态,并把结果填入表3-2中⑵将BCD码到七段码译码/驱动器74LS48按图3-4接线用逻辑开关输入BCD码的编码__D、C、B、A,通过七段数码管的显示,观察电路的输出状态,并把结果填入表3-3图3-33-8译码器电路图3-4BCD码-七段码译码/驱动电路表3-2使能选 择Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7G1G2CBA×1×××0××××1000010001100101001110100101011011010111注G2=G2A+G2B表3-3DCBAabcdefg0000000100100011010001010110011110001001
五、思考题如何用两片74LS138组成4-16线译码器?(画出逻辑原理图)实验四数据选择器
一、实验目的⑴熟悉四选
一、八选一数据选择器的逻辑功能⑵熟悉中规模集成组合电路的分析方法
二、预习要求⑴复习组合逻辑电路的分析方法⑵复习常用中规模组合逻辑器件相关知识
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱⑵74LS
138、74LS
151、74LS153
四、实验内容和步骤1.四选一数据选择器的测试将四选一数据选择器74LS153按图4-1接线B、A、1C
3、1C
2、1C
1、1C0为__输入端,1Y为相应的__输出端在1C
3、1C
2、1C
1、1C0状态确定的条件下,改变B、A__,观察1Y的输出状态,并把结果填入表4-1然后写出1Y的逻辑表达式2.四选一数据选择器的分析用双四选一数据选择器74LS153组成如图4-2所示电路先对该逻辑进行测试,把测试的结果填入自制的表中然后分析测试结果,写出输出函数1Y、2Y的逻辑表达式,并说明该逻辑电路完成什么样的逻辑功能图4-1四选一数据选择器测试图4-2四选一数据选择器分析表4-1BA1C31C21C11C01Y1××××××000×××(
0、1)001××(
0、1)×010×(
0、1)××011(
0、1)×××表4-2CBAD7D6D5D4D3D2D1D0YW1×××××××××××0000×××××××(
0、1)0001××××××(
0、1)×0010×××××(
0、1)××0011××××(
0、1)×××0100×××(
0、1)××××0101××(
0、1)×××××0110×(
0、1)××××××0111(
0、1)×××××××3.八选一数据选择器的测试将八选一数据选择器74LS151按图4-3接线其中C、B、A为三位地址码,为低电平选通输入端,D0~D7为数据输入端,Y为原码输出端,W为反码输出端按照表4-3所示在电路的输入端加载输入__,观察输出端的输出状态,并把结果填入表4-24.八选一数据选择器的分析图4-3八选一数据选择器测试图4-4八选一数据选择器分析分析图4-4的逻辑电路完成什么样的逻辑功能置数据输入端D0~D7的输入__分别为111_____或10101010两种状态后,再分别两次加载地址码输入端C、B、A的输入__为0~7,同时观察发光二极管的状态,将结果记录到表4-4中,然后根据结果对电路进行分析表4-4D0D1D2D3D4D5D6D7CBAL0L1L2L3L4L5L6L7111_____00000101001110010111011110101010000001010011100101110111
五、思考题8选1数据选择器74LS151芯片组成图4-5所示电路⑴分析电路功能,写出电路输出函数F的逻辑表达式⑵若改用74LS153芯片实现函数F,试画出其电路图图4-5思考题电路实验五小规模组合逻辑电路的设计
一、实验目的⑴掌握用集成门电路进行组合电路设计的方法,并通过实验验证设计的正确性⑵熟悉灵活运用不同的门电路来达到同一设计要求的方法
二、实验预习⑴复习组合逻辑电路的设计方法⑵根据实验任务和要求以及实验提供的门电路和装置设计逻辑电路,要求所设计的电路在条件允许下尽量优化
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱⑵74LS
00、74LS
04、74LS
10、74LS20
四、实验内容和步骤1.三变量不一致电路设计一个“三变量不一致电路”,当输入的三个变量不相同时,电路输出为“1”,否则为“0”要求全部用“与非”门实验,且输入仅给出原变量2.裁判表决电路举重比赛有三个裁判,一个主裁判A,两个副裁判B、C在杠铃是否完全举起的裁决中,每一个裁判通过按下自己面前的按钮来裁决最终的裁决取决于至少两名裁判的裁决,其中必须要有主裁判如果最终的裁决为杠铃举起成功,则输出举重“有效”指示灯亮,否则“无效”指示灯亮请设计此逻辑电路3.简易自动售票机设计一台简易自动售票机的控制电路,要求投入伍角、贰角或两个壹角的钱币时,输出一张价值贰角的邮票,并能找补多余的零钱4.交通__故障监测设计一个监测__灯工作状态的逻辑电路每一组__灯由红、黄、绿三盏灯组成,正常工作情况下,任何时刻点亮的状态只能是红、绿或黄加上绿当中的一种而当出现其他五种点亮的状态时,电路发生故障,要求逻辑电路发出故障__,以提醒维修人员前去修理
五、思考题总结使用小规模组合逻辑器件设计逻辑电路的一般方法实验六中规模组合逻辑电路的设计
一、实验目的⑴熟悉中规模集成电路的使用⑵掌握用中规模集成电路设计组合逻辑电路的方法
二、实验预习复习数据选择器和译码器的逻辑功能
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱⑵74LS
00、74LS
20、74LS
151、74LS138
四、实验内容和步骤1.路灯控制电路试用数据选择器设计一个路灯控制电路,要求在四个不同的地方都能__地开灯和关灯2.一位全减器试用3-8译码器74LS138设计一位全减器3.三变量逻辑函数用8选1数据选择器74LS151芯片实现三变量逻辑函数4.多输出逻辑函数试利用3-8译码器74LS138产生一组多输出逻辑函数
五、思考题总结使用中规模组合逻辑器件设计逻辑电路的一般方法实验七触发器
一、实验目的⑴学习触发器逻辑功能的测试方法⑵进一步熟悉RS触发器、集成D触发器和JK触发器的逻辑功能及其触发方式
二、实验预习⑴复习各种触发器的逻辑功能⑵复习不同触发器的相应触发方式
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱⑵74LS
00、74LS
74、74LS76
四、实验内容和步骤1.基本RS触发器基本RS触发器用与非门74LS00构成,按图7-1接好线在输入端加上不同的__,通过发光二极管观察电路输出端的状态把结果填入自制的表中图7-1基本RS触发器图7-2D触发器的预置和清零功能2.D触发器用带预置和清除的双D型触发器74LS74来测试上升沿触发集成D型触发器的逻辑功能先按图7-2接线,在时钟脉冲的不同电平状态,改变预置端PRE和清除端CLR的__,通过发光二极管观察触发器的输出状态把结果填入自制的表中然后,按图7-3接线,测试D触发器的逻辑功能在D触发器的逻辑功能测试中,先将数据输入端D分别置入“0”或“1”,再用清零端CLR和预置端PRE分别将触发器的输出端清除为“0”或置位为“1”,最后再用单脉冲按钮向触发器的时钟输入端CLK发出脉冲的上升边沿和下降边沿,同时观察电路输出端Q的输出状态,把结果填入表7-1中注意清零和置位之后,清除端CLK和预置端PRE必须置成“1”状态图7-3D触发器逻辑功能测试7-4JK触发器清除和预置功能的测试表7-1DCLKQn+1Qn=0Qn=1013.JK触发器用带预置和清除的双JK触发器74LS76来测试下降沿触发集成JK触发器的逻辑功能先按图7-4接线,改变预置端PRE和清除端CLR的__,通过发光二极管观察触发器Q输出端的输出状态把结果填入自制的表中然后,按图7-5接线,测试JK触发器的逻辑功能图7-5JK触发器逻辑功能测试表7-2JKCLKQn+1Qn=0Qn=100011011在JK触发器的逻辑功能测试中,先将数据输入端J、K分别置入
00、
01、10或11,再用清除端CLR和预置端PRE分别将触发器的输出端清除为“0”或置位为“1”,最后再用单脉冲按钮向触发器的时钟输入端CLK发出脉冲的上升边沿和下降边沿,同时观察电路输出端Q的输出状态,把结果填入表7-2中注意清零和置位之后,清除端CLK和预置端PRE必须置成“1”状态4.触发器的简单应用用触发器可以很容易地实现对输入脉冲__的分频功能图7-6中,用D触发构成的分频电路实现对CP1脉冲的二分频,用JK触发器构成的分频电路实现对CP2脉冲的四分频按图接线,Q1和Q2分别接到2个发光二极管,CP1和CP2同时接到单脉冲的输出端按动单脉冲按钮,观察Q1与CP1和Q2与CP2的对应关系,把观察的结果记录到自制的表中,根据表中的数据画出Q
1、Q2与CP对应的波形图注意在按下和释放单脉冲按钮的时刻,就应对Q1和Q2的状态变化进行观察图7-6二分频和四分频电路
五、思考题⑴RS触发器“不定”状态的含义是什么?⑵指出图7-7的电路是什么功能,并画出时序图图7-7思考题电路实验八同步时序逻辑电路的分析
一、实验目的⑴熟悉同步时序逻辑电路的一般分析、设计方法⑵熟悉移位寄存器和同步计数器的逻辑功能
二、实验预习复习触发器的功能、特点和应用
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱⑵74LS
00、74LS
08、74LS
10、74LS
86、74LS
74、74LS76
四、实验内容和步骤1.移位寄存器型计数器⑴将集成D型触发器74LS74按图8-1接线电路的脉冲输入端CP接单脉冲,三个输出端Q
3、Q
2、Q1分别接发光二极管用触发器的异步清零端CLR将触发器初始状态复位为“000”,Q3Q2Q1=000逐次按动单脉冲按钮,观察在CP脉冲作用下,计数器输出端的变化状态,将结果填入自制的表中分析电路输出端状态变化的规律,画出状态转换图,并说明电路的功能图8-1移位寄存器型计数器
(1)⑵将集成D型触发器74LS74按图8-2接线电路的脉冲输入端CP接单脉冲,四个输出端Q
4、Q
3、Q
2、Q1分别接发光二极管用触发器的异步清除端CLR将触发器初始状态复位为“0000”,Q4Q3Q2Q1=0000(同样,可以用各触发器的预置端将触发器的初始状态置为某个状态)逐次按动单脉冲按钮,观察在CP脉冲作用下,计数器输出端的变化状态,将结果填入自制的表中分析电路输出端状态变化的规律,画出状态转换图,并说明电路的功能
2.JK触发器组成的同步计数器将集成JK触发器74LS76按图8-3接线A端接逻辑开关,CP端接单脉冲,Q
1、Q
2、Y端分别接三个发光二极管设各触发器的初始状态均为“0”(用异步清零端复位),观察当A端分别接“0”和“1”电平时,触发器输出端Q
1、Q2和电路输出端Y的变化情况,并把结果填入自制的表中根据结果分析电路输出的变化规律,画出状态转换图,并说明电路的功能图8-2移位寄存器型计数器
(2)图8-3JK触发器组成的同步计数器电路
五、思考题总结同步时序逻辑电路的一般分析方法实验九中规模集成时序逻辑器件的应用
一、实验目的⑴熟悉中规模集成时序电路同步十进制计数器74LS
160、双向移位寄存器74LS194的逻辑功能和使用方法⑵掌握中规模集成时序电路的分析方法
二、实验预习⑴计数器、移位寄存器的功能和特点⑵中规模集成时序电路的功能特点和使用方法
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱⑵74LS
00、74LS
160、74LS194
四、实验内容和步骤1.同步十进制计数器⑴集成同步十进制计数器74LS160除了具有十进制加法计数功能之外,还有预置数、异步清零和计数保持的功能,其功能表如表9-1所示建立74LS160的实验电路如图9-1使能端ENT和ENP接高电平“1”,清零端CLR和置数端LOAD也接高电平“1”,使集成同步十进制计数器74LS160进入同步十进制计数状态计数输出端QD、QC、QB、QA接BCD-七段码译码/驱动显示器,用于观察状态数的变化同时,计数输出端也接到逻辑分析仪,用来观察计数器的时序波形打开仿真开关,在连续脉冲的作用下,观察译码显示器数字的变化规律,并用逻辑分析仪观察计数器状态的转换规律试在图9-1-A的波形图中标出显示器数字变化时计数器输出的状态表9-1CLKCLRLOADENPENT工作状态×0×××清零10××预置数×1101保持×11×0保持1111计数图9-1 74LS160同步十进制计数器电路将74LS160计数器的QB端和QC端分别连到一个与非门的输入端,与非门的输出端接74LS160的异步清除端~CLR,其余的连接关系不变,如图9-1a这样就构成了一个采用清零法的同步六进制计数器打开仿真开关,在连续脉冲的作用下,观察译码显示器数字的变化规律,并用逻辑分析仪观察计数器状态的转换规律仔细观察屏幕,看一看出现了什么异常的现象图9-1a 采用清零法的同步六进制计数器将上述的清零法改为置数法,令要置入的数为DCBA=“0000”,同时将与非门的输出改到74LS160的~LOAD端如图9-1b再次运行仿真,重复前面的观察看一看又有什么情况发生⑵图9-2是用两片74LS160组成一个同步计数器,问该计数器是几进制的计数器?试分析该计数器的工作原理图9-1b 采用置数法的同步六进制计数器图9-2 两片74LS160组成的同步计数器2.双向移位寄存器⑴集成双向移位寄存器74LS194在简单移位寄存器的基础上又附加了左移和右移控制、数据并行输入、保持、异步复位等功能其功能表如表9-2所示表9-2CLRS1S0工作状态0××清零100保持101右移110左移111并行输入建立如图9-3所示的集成移位寄存器实验电路,验证74LS194的逻辑功能时钟__CLK由时钟源提供,频率取1Hz控制__S
1、S0用两只开关来分别控制,对开关的操作分别用键盘按键1和0来控制左移、右移控制__也用两只开关来分别控制,对开关的操作分别用L和R按键并行输入置数端D、C、B、A接成“1011”状态输入、输出均接逻辑探针监视打开仿真开关,单击
1、0键,令S1S0=11,观察移位寄存器输出的变化;令S1S0=01,按R键,不断改变右移输入,观察数据右移串行输出;令S1S0=10,按L键,不断改变左移输入,观察数据左移串行输出把观察到的结果填入表9-3a和9-__中图9-3 74LS194的逻辑功能验证电路图9-4 两片74LS194组成的计数器⑵用两片74LS194组成图9-4的计数器电路,试分析该电路完成什么样的逻辑功能,并画出它的状态转换图表9-3aCP数据输入S1S0Q0Q1Q2Q301011111101111表9-__CP数据输入S1S0Q0Q1Q2Q300011101200131014101CP数据输入S1S0Q0Q1Q2Q300101110201031104110
五、思考题⑴总结中规模集成时序逻辑电路的一般分析方法⑵用中规模集成计数器构成N进制计数器的方法有几种?各有什么方法?实验十*同步时序电路的设计
一、实验目的⑴掌握中规模集成时序电路74LS160计数器、74LS194移位寄存器的逻辑功能和使用方法⑵熟悉中规模集成时序器件的一般设计方法
二、实验预习⑴中规模集成电路74LS
160、74LS194的逻辑功能及应用方法⑵中规模集成电路74LS
160、74LS194的一般设计方法
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑电路实验箱⑵74LS
00、74LS
160、74LS194
四、实验内容和步骤1.__四进制和三十一进制计数器试用同步十进制计数器芯片74LS160构成两个同步计数器,其中一个的计数进抽为__四进制,另一个的计数进制为三十一进制画出它们的逻辑电路图,并验证之2.模M=13的扭环计数器下面的图10-3为一自起动扭环形计数器的状态图试用74LS194将该电路设计出来,画出逻辑电路图并验证之(要求为同步电路)图10-3 用74LS194构成的自起动环形计数器,模M=13的状态图
五、思考题总结用中规模集成计数器构成N进制计数器的设计方法实验十一*序列__发生器
一、实验目的⑴掌握序列__发生器电路的特点和工作原理⑵熟悉序列__发生器的一般设计方法
二、实验预习⑴复习序列__发生器的工作原理⑵复习时序逻辑器件的使用方法
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱⑵74LS
74、74LS
160、74LS
00、74LS54
四、实验内容和步骤1.序列__检测器设计一个同步串行101码检测器,该检测器一但检测出相连的三位码为101后,即输出一个1,否则为0画出实验的逻辑状态图和电路图(要求用D触发器完成)例如输入X输出Z2.序列__发生器设计一个序列__发生器电路,在CP的作用下,要求电路的输出Y端能周期性地输出1100010101的脉冲序列画出实验的逻辑状态图和电路图(要求用74LS160完成)
五、思考题构成序列__发生器有几种方法?各有何特点?实验十二*脉冲波形的产生和整形电路
一、实验目的⑴熟悉施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作特点和典型应用⑵熟悉用555定时器构成上述三种电路的方法⑶熟悉定时元件R、C与脉冲周期与宽度的关系
二、实验预习⑴由门电路组成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理及特点⑵555定时器组成三种电路的方法,工作原理及特点⑶电路输入电压Ui(或脉冲电压Uc)与输出电压Uo的关系⑷所用集成电路的功能和外部引线排列
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱、双踪示波器⑵74LS
14、555定时器、扬声器、电阻、电容等
四、实验内容和步骤1.施密特触发器将555定时器按图12-1连线就构成了施密特触发器改变R值分别测量对应的Ui和Uo值、绘出施密特触发器的电压传输特性指出UT+和UT-值说明该电路的特点2.单稳态触发器将555定时器按图12-2连线就构成单稳态触发器Ui端连接连续脉冲f=1kHz用双踪示波器观察Ui与Uo的对应波形、Uc与Ui的对应波形并绘出若改变R、C的数值观察波形变化情况绘出Ui与Uo、Uc与Ui的对应波形写出脉宽计算公式,改变R、C的数值,观察波形变化情况,并用文字进行说明图12-1施密特触发器图12-2单稳态触发器3.多谐振荡器将555定时器按图12-3连线就构成多谐振荡器用双踪示波器观察Uc与Ui的对应波形并绘出改变R、C的数值观察波形变化情况绘出Uc与Uo的波形写出振荡周期的计算公式,改变R、C的数值,观察波形变化情况,并用文字进行说明图12-3多谐振荡器图12-4延时__电路4.延时__电路555定时器按图12-4连线S端接逻辑开关输出接扬声器或发光二极管拨动逻辑开关注意扬声器发声情况说明555
①和555
②各组成什么功能的电路画出Ui、Uo
1、Uo
2、Uo3各点的波形
五、思考题⑴什么是施密特触发器的滞回特性?⑵单稳态触发器要求Tw<tw(触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度),___?⑶单稳态触发器输出脉冲宽度和重复频率各与什么有关?⑷试用555定时器设计一个多谐振荡器,其正负脉宽比为2:1实验十三*A/D、D/A转换器
一、实验目的通过实验了解A/D、D/A转换器的性能和使用方法
二、实验预习⑴复习A/D、D/A转换的基本原理⑵了解ADC
0804、DAC0832的基本特性及使用方法
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字电路实验箱、数字万用表⑵ADC
0804、DAC
0832、
555、μA
741、电位器、电阻、电容、LED等
四、实验内容和步骤1.A/D转换器按图13-1接线输入__由电位器调节,可分别调节至0V、1V、2V、3V、4V和5V控制端由定时器555组成的振荡器产生写脉冲,其余、、端均接地时钟__由芯片内部产生,外部只需接一电阻和电容,如图中所示输出端D0~D7通过发光二极管显示,测量出模拟电压与A/D转换后的二进制数字量之间的对应关系并记录在表13-1中表13-1输入电压输出数字量D7D6D5D4D3D2D1D00V1V2V3V4V5V2.D/A转换器按图13-2接线在数字量输入端置全“0”,即00000000B,然后用万用表测量模拟电压Uo从输入数据量的最低位起,逐次置1,测量模拟电压Uo的值,记入表13-2中,并与理论值进行比较表13-2输入数字量输出电压值UoD7D6D5D4D3D2D1D0理论值实测值000000000000000100000011000001110000111100011111001111110111111111111111图13-1A/D转换电路图13-2D/A转换电路理论计算的输出电压为其中,D为输入的二进制数
五、思考题⑴图13-1中的555电路参数按什么样的原则确定?⑵如果想要在图13-2中将运放输出电压的极性反相,应如何处理?实验十四*数字钟
一、实验目的⑴熟悉数字钟的结构及各部分的工作原理⑵学会用单元(部分)电路组成系统电路的方法⑶熟悉中规模集成电路和显示器件的使用方法⑷了解简单数字系统的实验调试方法
二、实验预习⑴N进制计数器、译码显示电路及多谐振荡器的工作原理和设计方法⑵所用器件的功能和外部引线排列
三、实验器材⑴直流稳压电源、数字逻辑实验箱、双踪示波器⑵32768Hz石英晶振、CD
4060、74LS
74、74LS
161、74LS
48、门电路、LED显示器件、电位器、电阻、电容、开关、三极管、扬声器等
四、实验内容和步骤
1.实验原理数字钟是采用数字电路实现对“日”、“时”、“分”、“秒”数字显示的一种计时装置一般一个简单的数字钟应由四部分组成石英晶体振荡器和分频器组成的秒脉冲发生器;校时电路;六十进制秒、分计数器及24进制(或12进制)计时计数器;以及秒、分、时的译码显示部分等,整体框图见图14-1所示图14-1数字钟框图⑴秒脉冲发生器用来产生时间标准__为了保证时标__的频率及稳定度,一般采用石英晶体振荡器,经过整形、分频后获得1Hz的秒脉冲如晶体振荡器为32768Hz,通过15次二分频后可得到1Hz的脉冲输出如图14-2所示图14-2秒脉冲发生器⑵校时电路与整点报时在刚刚开机接通电源时,日、时、分、秒显示的值为任意值,所以必须要通过校时电路进行调整开关置手动位置,调整按日、时、分、秒分别进行,计数脉冲可为单次脉冲或连续脉冲当时计数器在每次计到整点前六秒时,需要报时即当分为59时,秒在计数到54时,输出一延时电平,直到秒计数到58时结束,使报时声按500Hz的低频鸣叫5声,而秒计到59时,驱动高音1kHz频率输出,鸣叫1声⑶计数器有了秒__,根据60秒为1分、60分为1小时,24小时为1天、7天为1周的进制,分别设计“秒”(六十进制)、“分”(六十进制)、“时”(__四进制)、“周”(七进制)计数器一般用中规模集成计数器采用“反馈复位法”获得,设计时需要考虑十位与个位⑷译码显示电路译码显示电路是将“日”、“时”、“分”、“秒”显示出来的电路,一般选用BCD8421译码器和LED七段显示器件,其结构如图14-3所示
2.内容和步骤⑴设计振荡器(分频器)电路,用以产生1Hz的时标__,并用示波器观察、量测⑵设计计数器电路,用反馈复位法分别获得日、时、分、秒计数器⑶设计译码器显示电路,分别显示六十进制、__四进制和七进制计数器功能⑷整体连接,验证所设计的数字钟的功能图14-3七段数码管显示器的使用
五、思考题在实验过程中遇到什么问题?试分析其原因附录A实验设备及其使用
一、SDZ-6电子技术实验箱使用说明㈠、实验箱的结构和外形实验箱外形为长方体结构,内部分左、中、右三个部分左上部为FPGA实验板;左下部分为面包板;中间部分为SDZ-6输出资源功能板;右边部分为空的,可存放一些实验导线和工具㈡、实验板功能说明
1、外形SDZ-6实验板的外形如图A-1所示,两个50脚插座的具体定义分别见图A-2和图A-3所示
2、功能说明⑴电源实验箱工作需外接直流+5V、±12V电源+5V从红黑护套线型接线柱输入,提供电源给除四相步进电机以外的电路±12V从
3.96—__接线端输入,提供电源给四相步进电机,并且有红色LED分别指示+5V有反接保护,防止由于电源接反而使实验板上器件烧坏在实验箱的内部所有的直流电源都采用共地连接⑵逻辑笔
①输入端输入高电平时三色指示灯红色灯亮
②输入端输入低电平时三色指示灯绿色灯亮
③输入端输入高阻时三色指示灯黄色灯亮
④同时对输入__进行8421计数Q
3、Q
2、Q
1、Q0按复位键对计数器复位图A-1SDZ-6实验板外形图图A-2图A-3⑶时钟__源模块时钟__源主要由Xilinx公司的XC9572芯片提供,提供了100Hz、1kHz、10kHz和2MHz四种频率的连续的脉冲,还提供四种单次脉冲每按一下功能键,四种单次脉冲产生一次连续脉冲和单次脉冲输出分别连接到50脚扁平线插座XS1上⑷静态数码显示和动态数码显示2位静态数码显示和4位动态数码显示都采用
0.5寸高亮LED,共阴驱动,内部每一数码段都已接1kΩ限流电阻静态数码显示为LED1和LED2其中4位动态显示LED3~LED6的七段数码段和小数点分别共连,并且每一个都有位控制端静态和动动态输入端连接到50脚扁平线插座XS1上⑸16×16点阵显示16×16点阵显示采用4个共阴8×8点阵模块(M12088A/B)组成有16个行输入端行1~行16和16个列控制端列1~列16它们都是高电平有效一个(行,列)组合控制一个点阵中的LED,并且输入组合__与点阵中的显示位置一一对应如输入行1高电平,列1__电平,则点阵中的第一行,第一列LED亮以下依次类推行1~行16和列1~列16连接到50脚扁平线插座XS1和XS2上⑹4×4键盘本键盘采用矩阵式键盘4个行输出位键5~键8和4个列输出位键1~键4这种键盘适合采用动态扫描方式进行识别它们连接到50脚扁平线插座XS2上⑺四相步进电机四相步进电机的工作电源为12V,其四相输入端为A相、B相、C相、D相通过输入端输入脉冲可驱动步进电机它们连接到50脚扁平线插座XS2上步进电机的绕组输入已经经过功率驱动电路,直接在步进电机的电路输入端加入符合相序和相位要求的电平__就可以驱动步进电机工作⑻电平指示电平指示VD1~VD10的控制端分别是电平1~电平10输入高电平时,对应的LED亮输入低电平时,对应的LED不亮它们连接到50脚扁平线插座XS2上⑼数据开关数据开关K17~K26的输出端分别是数开17~数开
26.放开锁紧按钮,数开17~数开26分别输出高电平;按下按钮锁紧,则输出低电平反面的开关拨上时,输出高电平+5V,对应的红色LED亮;开关拨下,输出高电平+
3.3V,对应的绿色LED亮数开17~数开26连接到50脚扁平线插座XS2上⑽扬声器、话筒采用驻极体话筒和扬声器构成音频回路的__输入和输出扬声器采用脉冲形式,产生的声音由输入的__频率和幅度控制通过适当的音频控制线路可以完成音乐的产生和播放实验⑾面包板的使用说明单块面包板的结构如图A-4所示其中用虚线框起来的区域
1、
2、
3、
4、
5、6共六个区域各区域之间互相没有任何连接,完全是断开的在区域
1、
4、
5、6中,各区域水平方向上的插孔是连通的,纵向上的插孔是断开的这四个区域通常用作电源连接区在区域2和3之间有一条沟槽隔开,它们之间明显是不连通的但在区域2和区域3各自的区域中,水平方向上的插孔是断开的,垂直方向上的插孔是互相连通的据此结构特点,集成电路芯片__时应当水平跨接在沟槽上,芯片两侧的引脚分别插入区域2和区域3的插孔中,利用垂直方向上互相连通的剩余插孔进行导线连接如图A-5所示区域2和区域上通常用作元件__和导线连接图A-4实验面包板的结构图A-5实验面包板的使用附录B常用集成电路外部引脚图174LS00四2输入正“与非”门274LS02四2输入正“或非”门374LS04六反相器474LS08四2输入正“与”门574LS10三3输入正“与非”门674LS14六反相施密特触发器774LS20双4输入正“与非”门874LS32四2输入或门974LS47BCD到七段译码器/驱动器1074LS48BCD到七段码译码/驱动器(有效低、OC门、15V)(内有上拉电阻)1174LS512-3输入“与或非”门1274LS54与或非门1374LS74双D型触发器1474LS76双JK触发器(带预置和清除、正沿触发)(带预置和清除、负沿触发)1574LS86四2输入异或门1674LS125四总线缓冲门(带三态输出、C高时输出关断,即禁止)1774LS1383线-8线译码器1874LS1488线-3线八进制编码器(多路转换器)1974LS1518选1数据选择器2074LS1534选1数据选择器(多路转换器)(多路转换器)2174LS160同步4位计数器2274LS161同步4位计数器(十进制,直接清除)(二进制,直接清除)2374LS1944位双向通用移位寄存器24CD4060B二进制计数器和振荡器(分频器,14级进位)25NE555多谐振荡器26A741运算放大器27ADC0804八位模/数转换器28DAC0832八位数/模转换器29七段显示数码管(示意图)附录C常用门逻辑符号对照表名称国标符号国外符号曾用符号与门或门非门(反相器)与非门或非门与或非门异或门同或门集电极开路与非门(OC)三态输出与非门施密特特性与门。