数字电子技术实验教案.docx

湖南工学院教案用纸 p.1
实验1 基本门电路逻辑功能测试(验证性实验)
一、实验目的
1.熟悉基本门电路图形符号与功能；
2.掌握门电路的使用与功能测试方法；
3.熟悉实验室数字电路实验设备的结构、功能与使用。
二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED发光显示器，74LS00，74LS20，74LS86，导线
三、实验电路与说明
门电路是最简单、最基本的数字集成电路，也是构成任何复杂组合电路和时序电路的基本单元。常见基本集门电路包括与门、或门、与非门、非门、异或门、同或门等，它们相应的图形符号与逻辑功能参见教材P.176, Fig.6.1。根据器件工艺，基本门电路有TTL门电路和CMOS门电路之分。TTL门电路工作速度快，不易损坏，CMOS门电路输出幅度大，集成度高，抗干扰能力强。
1. 74LS00—四2输入与非门功能与引脚：
2. 74LS20—双4输入与非门功能与引脚：
3. 74LS86—四2输入异或门功能与引脚：
四、实验内容与步骤
1. 74LS00功能测试：
①74LS00插入IC插座；②输入接逻辑电平开关；③输出接LED显示器；④接电源；⑤拔动开关进行测试，结果记入自拟表格。
2. 74LS20功能测试：
实验过程与74LS00功能测试类似。
3. 74LS86功能测试：
实验过程与74LS00功能测试类似。
4. 用74LS00构成半加器并测试其功能：
①根据半加器功能：，，用74LS00设计一个半加器电路；
②根据所设计电路进行实验接线；
③电路输入接逻辑电平开关，输出接LED显示器；
④通电源测试半加器功能，结果记入自拟表格。
5. 用74LS86和74LS00构成半加器并测试其功能：
实验过程与以上半加器功能测试类似。
五、实验报告要求
1. 内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、实验总结与体会等。
2.在报告中回答以下思考题：
①如何判断逻辑门电路功能是否正常？
②如何处理与非门的多余输入端？

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实验2 组合逻辑电路的设计与调试(设计性综合实验)
一、实验目的
1.熟悉编码器、译码器、数据选择器等MSI的功能与使用；
2.进一步掌握组合电路的设计与测试方法；
3.学会用MSI实现简单逻辑函数。
二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED数码显示器，74LS148，74LS151，74LS48，74LS138，74LS283，74LS04，多用表，导线
三、实验内容与设计要求
1.按教材P.180 Fig.6.6 电路接线，验证8-3优先编码器74LS148和显示译码器74LS48的逻辑功能，记录实验数据，表格自拟；
2.用数据选择器74LS151(或者74LS138+74LS04)设计一个红、黄、绿三色信号灯状态监测逻辑电路，并对所设计电路的功能进行测试。要求：任何时刻信号灯只能亮红、黄、绿三种颜色中的任意一种颜色灯；其它状态都属于故障状态。
3.用一片四位加法器74LS283实现8421BCD码到余3码的转换，并测试电路功能。
四、设计方法与设计提示
1. 组合电路设计的一般步骤：参见教材P.180 Fig.6.5
①根据电路功能描述，分析因果关系，确定输入、输出变量，并对之进行逻辑赋值；
②应用穷举法列出真值表，并写出逻辑表达式；
③根据具体电路要求及特定器件资源，选择确定器件；
④利用公式或卡诺图化简函数，并将之转换成与所选用器件功能相适应的形式；
⑤画出所设计的逻辑电路图，并进行后续的工艺设计与组装调试。
2. 典型组合电路MSI功能与引脚：
①8-3优先编码器74LS148；②显示译码器74LS48；③8选1数据选择器74LS151；④3-8译码器74LS138；⑤四位加法器74LS283。
3. 设计提示：
①数据选择器实现逻辑函数：
如：用8选1数据选择器74LS151实现函数。因74LS151输出，，故74LS151的接线方法为：
，，。
②3-8译码器74LS138实现逻辑函数与数据分配：
74LS138的输出，其中是由地址码组成的最小项。由于任意函数总可以写成最小项之和形式即，因而如果将函数变量作为译码器的地址码或译码控制信号，则根据反演定理并结合与非门即可完成逻辑函数的译码器实现。译码器实现逻辑函数与数据分配的具体方法参见教材P.183 Fig.6.10。
③8421BCD码到余3码的转换：
余3码=8421BCD+0011，故用加法器可容易实现8421BCD码到余3码的转换。
五、预习要求及实验注意事项
1.预习要求：
①查阅并熟悉相关MSI的引脚及功能；
②按设计要求设计好实验所用电路，画出实验电路图。
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2.实验注意事项：
①接插芯片时，注意认清定位标志；
②实验前注意确定MSI芯片功能正常；
③不允许MSI芯片输出端直接接地或电源，须在断电状态进行拆线或电路更改。
六、实验报告要求
1. 内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、问题分析与处理、实验总结与体会等。
2.在报告中回答以下问题：
①组合电路的一般设计步骤？
②组合电路的设计体会？

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实验3 集成触发器功能测试(验证性实验)
一、实验目的
1.熟悉集成JK和D触发器的功能与使用；
2.熟悉触发器的功能测试方法。
二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，示波器，74LS112集成JK触发器，74LS74集成D触发器，多用表，导线
三、实验电路与说明
触发器是时序逻辑电路构成的基本单元，具有两个稳态，并且触发器状态能在外部输入信号作用下进行翻转。触发器种类繁多，按电路结构，可分为同步触发器、主从触发器和边沿触发器，按逻辑功能，可分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器等。一般而言，集成触发器除了触发信号输入端外，还拥有直接置零、置1输入端。熟悉并掌握各种触发器特性方程、状态转换、动作特点，是应用触发器的重要基础。
1. 74LS112—集成JK触发器的功能与引脚：
2. 74LS74—集成DK触发器的功能与引脚：
四、实验内容与步骤
1. 74LS112功能测试：
①按教材P.186 表6.11改变和，观察并记录触发器状态的变化；
②按教材P.186 表6.12，对触发器逻辑功能进行测试；
③使(计数状态)，在端输入方波，观察并记录、端工作波形。
2. 74LS74功能测试：
①按教材P.187 表6.13测试并记录74LS74触发器的逻辑功能；
②连接(计数状态)，在端输入方波，观察并记录、端工作波形。
五、实验报告要求
1. 内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、实验总结与体会等。
2.在报告中回答以下思考题：
①和的作用是什么？如何利用它们实现触发器的置零或置1？触发器正常工作时，它们应处于什么状态？
②当触发器处于计数状态时，端状态在的什么时刻变化？端波形与波形在周期上有什么关系？

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实验4 移位寄存器(设计性实验)
一、实验目的
1.掌握集成移位寄存器的功能及其测试方法；
2.研究由移位寄存构成的环形计数器和串行累加器工作原理。
二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，集成移位寄存器74LS194，集成D触发器74LS74，全加器74LS183，示波器，多用表，导线
三、实验内容与步骤
1.集成移位寄存器74LS194逻辑功能测试：
实验电路参见教材P.195 Fig. 6.25。、、、、、、、、接逻辑电平开关，、、、接LED显示器，从输入单次脉冲，按教材P.196 表 6.23逐项测试并记录测试结果：
①清除功能；②送数功能测试；③右移功能测试；④左移功能测试；⑤保持功能测试。
2.循环移位电路设计并测试其循环移位功能：
用74LS194设计一循环右移寄存器，然后测试其在脉冲作用下的数据循环右移功能，并记录测试结果。
3.串行累加器设计及其功能测试：
根据教材P.195 Fig. 6.24所示串行累加器结构与工作原理，用74LS194和74LS183设计一四位串行累加器，然后在脉冲作用下测试电路的串行累加功能，结果记入自拟表格。
四、实验说明
1. 74LS194引脚及功能：
2.循环移位寄存器结构与工作原理：
3.吕行累加器构成方法与工作原理：
五、实验报告要求
1.报告内容必须包括实验名称、目的要求、实验电路及设计步骤、实验结果记录与分析、问题分析与处理、实验总结与体会等。
2.总结74LS194逻辑功能，画出环形计数器状态转换图与波形图；
3.分析串行累加器实验结果的正确性；
4. 在报告中回答以下问题：
①要使移位寄存器清零，可否采用右移或左移功能实现可否采用并行送数法实现？如果可以，又如何操作？
②如要求循环左移，如何更改循环右移电路的连接？

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实验5 集成计数器设计(设计性实验)
一、实验目的
1.掌握用集成计数器构成任意进制计数器的方法；
2.掌握MSI计数器使用与功能测试方法；
3.基于MSI计数器的任意进制计数器设计。
二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，逻辑电平开关，LED发光显示器，集成十进制计数器74LS192，四2输入与非门74LS00，连续脉冲源，单次脉冲源，导线
三、实验内容与设计要求
1. 自拟74LS192逻辑功能测试电路，并进行测试与记录；
2. 采用反馈归零或反馈置数法，用一片74LS192和74LS00构成一个8进制计数器，实验方法与步骤自拟；
3. 采用级联的方法，用两片74LS192和74LS00构成一个24进制计数器，实验方法与步骤自拟。
四、设计提示
1.基于MSI集成N计数器的任意M进制计数器的构成方法：
①M<N：不需要级联，采用一片集成N计数器便可构成一个M进制计数器，基本思想是在计数过程中，利用集成N计数器的清零或置数功能使之设法跳过N-M个计数状态，前者称为反馈归零法，后者称反馈置数法。设计的关键在于利用集成N计数器的哪个计数状态来产生所需的清零或置数信号，这主要取决于集成N计数器的清零或置数功能是同步方式还是异步方式。
②M>N：此时需要采用多片集成N计数器通过级联和整体的清零或置数才能构成一个M进制计数器。整体的清零或置数信号在整个计数器的哪个状态产生，类似于M<N时的情况；而多片集成N计数器的级联方法，主要有串行进位法级联和并行进位法级联两种。前者采用前一级的进位作为下一级的计数脉冲，后者各级加同一计数脉冲，但需要利用前一级的进位信号去控制下一级的计数。
2. 74LS192引脚功能：双时钟集成十进制同步可逆计数器

五、实验报告要求
1.报告内容除实验名称、目的要求外，还必须画出设计电路，拟定实验步骤，并对实验记录数据进行整理，和实验结果分析，表达实验总结与体会等。
2.说明任意进制计数器的构成方法；
3.讨论实验中遇到的问题；
4.在报告中回答：
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①74LS192加计数时，应如何连接其、、？
②如何实现秒、分时钟计数？

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实验6 555时基电路及其应用(综合性实验)
一、实验目的
1.熟悉555定时器结构、功能特点与应用；
2.掌握555定时器构成施密特、单稳态触发器、多谐振荡器的方法。
二、实验设备与器材
双列直插集成电路插座，LED发光显示器，示波器，连续脉冲源，单次脉冲源，集成NE555，二极管、电阻、电容、导线若干
三、实验内容
1.用NE555按教材P.206 Fig.6.38(a)构成单稳电路并进行实验接线：
①取，，从输入单次脉冲，观察、、波形，并进行幅度与暂稳时间测试，记录观察测试结果。
②取，，重复以上实验步骤。
2. NE555多谐振荡器电路测试：
①按教材P.207 Fig.6.39连接实验电路，观察、波形，并进行频率测试，记录观察测试结果。
②按教材P.208 Fig.6.40连接实验电路，观察、波形并调节使占空比为50%，测试频率并记录观察测试结果。
③按教材P.208 Fig.6.41连接实验电路，调节和，观察并记录波形。
3. NE555施密特触发器电路测试：
按教材P.209 Fig.6.42连接实验电路，从输入1正弦波并调节其幅度，观察并记录波形，测绘电路的电压传输特性曲线并确定其阈值电压与回差电压。
四、实验说明
1.555定时器结构与功能：
2. 555定时器施密特触发器构成与工作原理：
3. 555定时器单稳态触发器构成与工作原理：
4. 555定时器多谐振荡器构成与工作原理：
五、实验报告要求
1.报告内容除实验名称、目的要求外，还必须画出设计电路，拟定实验步骤，并对实验记录数据进行整理，和实验结果分析，表达实验总结与体会等。
2.给出详细实验电路，定量绘制观察波形；
3.讨论实验中遇到的问题；
4.在报告中回答：555多谐振荡器的周期、占空比主要受哪些元件参数影响？如何调节？

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实验7 交通灯控制电路设计(虚拟综合性实验)
一、实验目的
1.加深对计数电路的理解；
2.加深对555定时器电路的理解；
3.掌握基本电路在实际工程中的应用。
二、实验电路及说明
1.交通控制要求
①南北和东西向道路轮流通行；
②每向道路由绿灯亮转换为红灯亮之前，黄灯先亮；
③每次黄灯亮一个单位时间，红绿灯亮5个单位时间。
2.实现方案
①电路状态转换图：
根据控制要求，定义：南北向绿灯，东西向绿灯，南北向红灯，东西向红灯，南北向黄灯，东西向黄灯，则系统状态转换图为：

状态参数图的实现可采用以下两种方案。
②实现方案一：算法状态机方案(Algorithmic State Machine)

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③实现方案二：顺序脉冲控制法
由于系统状态循环不变，故可采用顺序脉冲控制方法进行，即将单位时间按需要进行分配即可控制系统循环变化的状态。
顺序脉冲的产生可采用扭环形计数器来实现。具体方法参见教材P.226~227内容。
，(，各延续6个时间单位，不可同时点亮)；
，(，各延续5个时间单位，且要求与、与须同时点亮)；
，(，各延续1个时间单位，且要求与、与须同时点亮)。
显然，方案二比方案一简洁，故实验电路采用方案二设计。
3.定时电路：
可采用由555构成的多谐振荡器产生矩阵脉冲作为扭环形计数器的计数脉冲，从而实现电路的定时。
三、实验内容与步骤
1.设计电路并画出满足控制要求的EWB仿真模拟电路；
2. 在EWB平台上，利用逻辑分析仪记录a、b、c、d、e、f各处波形；
3.调整系统的定时单位，重复以上过程。
四、实验报告要求
1.根据交通灯控制要求，阐述系统设计思路与设计方法，画出EWB仿真用实验电路；
2.自拟表格记录仿真过程中的有关数据与波形，并进行必要整理、处理和分析；
3.讨论实验中遇到的问题，总结实验收获与体会，提出改进意见。

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实验8 环形流水灯控制电路设计(虚拟设计性实验)
一、实验目的
1.加深对555定时器电路的理解；
2.加深对计数与译码等MSI芯片的掌握；
3.加深对时序电路和组合电路的理解；
4.掌握基本电路在实际工程中的应用。
二、实验电路及说明
1.环形流水灯控制要求
8个LED排列成圆环形，设计一控制电路使之以逆时针方向循环点亮。
2.控制方案
根据控制要求，8个排列成圆环形的LED的循环点亮可采用顺序脉冲来控制，故电路的设计可以采用两种方案：
①定时器(多谐振荡器)+计数器+译码器=顺序脉冲发生器；
②定时器(多谐振荡器)+移位寄存器计数器=顺序脉冲发生器。
三、实验内容与步骤
1. 根据控制要求，预先设计适合于EWB平台构建的实验电路；
2. 在EWB平台上构建所设计的电路，观察并记录流水灯点亮效果；
3. 调整定时电路参数，观察并记录流水灯点亮效果的改变情况；
4. 改进电路，使流水灯以顺时针方向点亮。
四、实验报告要求
1.根据流水灯控制要求，阐述系统设计思路与设计方法，画出EWB仿真用实验电路；
2.自拟表格记录仿真过程中的有关数据与波形，并进行必要整理、处理和分析；
3.讨论实验中遇到的问题，总结实验收获与体会，提出改进意见。

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