《数字电子技术基础》实验

实验一门电路逻辑功能测试

一、实验目的

1．熟悉门电路的逻辑功能。

2．熟悉常用集成门电路的引脚排列及其使用。

二、实验设备和器件

1．直流稳压电源、信号源、示波器、万用表、面包板

2．74LS00 四2输入与非门

74LS04 六反相器

74LS86 四2输入异或门

三、实验内容

1．非门逻辑功能

（1）熟悉74 LS04的引脚排列，如图1（a）所示，其内部有六个非门。

A F

(a)引脚排列（b）实验电路

图1 74 LS04引脚图与实验电路

（2）取其中的一个非门按图1（b）所示接好电路。

（3）分别将输入端A接低电平和高电平，测试输出端F电压，并转换成逻辑状态填入表1。

表 1 非门逻辑功能

2．与非门逻辑功能

（1）熟悉74 LS00的引脚排列，如图2（a）所示，其内部有四个2输入端与非门。

A

F

B

(a)引脚排列（b）实验电路

图2 74 LS00引脚图与实验电路

（2）取其中的一个与非门按图2（b ）所示接好电路。

（3）分别将输入端A 、B 接低电平和高电平，测试输出端F 电压，并转换成逻辑状态填入表2。

表 2 与非门逻辑功能

3（1）熟悉74 LS86的引脚排列，如图3（a ）所示，其内部有四个2输入端异或门。

A F

B

(a)引脚排列

（b ）实验电路

图3 74 LS86引脚图与实验电路

（2）取其中的一个异或门按图3（b ）所示接好电路。

（3）分别将输入端A 、B 接低电平和高电平，测试输出端F 电压，并转换成逻辑状态填入表3。

表 3 异或门逻辑功能

4．与或非门逻辑功能

（1）利用与非门和反相器可以构成与或非门，其原理图如图4所示。

A

F

B C D

图4 与或非门原理图

（2）按照原理图，将74 LS00和74 LS04接成与或非门。

（3）当输入端为表4中各组合时，测试输出端F 的结果并填入表4。

表 4 与或非门逻辑功能

5．与非门对输出的控制

（1）任取74 LS00中的一个与非门，按图5所示接好电路。输入端A 接一连续脉冲，输入端B 分别接高电平和低电平。

连续脉冲F

B

A

图5 与非门对输出的控制

（2）观察两种情况下的输入、输出波形，并将结果用文字总结表述。 四、实验报告

1．根据表格记录测试数据。

2．写出各门电路的逻辑表达式，与测试数据相验证并整理实验结果。 五、思考题

1．查阅数据手册，几种TTL 集成门电路的U OH 和U OL 的典型值是多少？ 2．如何判断门电路的逻辑功能是否正常？ 3．与非门如何实现对输出的控制作用？

实验二 组合逻辑电路

一、实验目的

1．掌握组合逻辑电路的一般分析方法。 2．熟悉组合逻辑电路的设计方法。 二、实验设备和器件

1．直流稳压电源、万用表、面包板

2．74LS00 四2输入与非门 74LS86 四2输入异或门 74LS04 六反相器 74LS32 四2输入或门 74LS08 四2输入与门 3．1k Ω电阻、发光二极管 三、实验内容

1．组合逻辑电路功能测试

（1）利用74LS00、74LS04、74LS32组成图1（a ）所示电路，输出端接LED 以便于观察。74LS32引脚排列如图1（b ）所示，内部有四个2输入端或门。

(b)引脚排列

（a ）实验电路

B

LED

图1 组合逻辑电路功能测试

（2）分别将输入端A 、B 、C 按表1所示组合接高、低电平，观察输出端状态，将测试结果填入表1。

表1 组合逻辑电路功能测试表

（3）写出F 的逻辑表达式，将运算结果与测试数据相比较。 2．半加器逻辑功能测试

（1）利用74LS08、74LS86组成如图2（a ）所示半加器。74LS08引脚排列如图2（b ）所示，内部有四个2输入端与门。

A i

B i

1

1

(b)引脚排列

（a ）实验电路

图2 半加器逻辑功能测试

（2）按表2要求改变输入端状态，观察输出端变化，将测试结果填入表2。

表2 半加器逻辑功能测试表

3．全加器辑功能测试

（1）全加器原理图如图3所示，利用74LS08、74LS86、74LS32组成全加器。

A i

B i 11

C

图3 全加器逻辑功能测试

（2）按表3要求改变输入端状态，观察输出端变化，将测试结果填入表3。

表3 全加器逻辑功能测试表

4．设计一个四位奇偶校验器，当A、B、C、D四位数中有奇数个1时输出F为0，否则输出为1。

（1）根据电路要求，列出真值表。

（2）写出逻辑表达式。

（3）化简并利用已有集成门电路组成实验电路进行验证。参考电路如图4所示。

A

B

F

C

D

图4 四位奇偶校验器

四、实验报告

1．根据表格记录测试数据。

2．整理实验数据和图表，对实验结果进行分析讨论。

3．对组合逻辑电路的分析方法和设计方法进行总结。

五、思考题

1．是否可以采用其他逻辑门电路实现半加器、全加器和四位奇偶校验器？

2．在进行组合逻辑电路设计时如何选择实现方案？

实验三组合逻辑电路应用一

一、实验目的

1．熟悉集成译码器逻辑功能和应用。

2．熟悉显示译码器的工作原理。

3．了解中规模数字集成电路的性能和使用方法。

二、实验设备和器件

1．直流稳压电源、万用表、面包板

2．74LS20 双4输入与非门74LS04 六反相器

74LS138 3线-8线译码器74LS139 双2线-4线译码器

74HC4511 七段显示译码器

3．1kΩ电阻、发光二极管、共阴极数码管

三、实验内容

1．译码器功能测试

（1）将74LS139按图1所示连接电路。

图1 译码器功能测试电路

（2）按表1改变输入的数据，观察输出译码状态并填入表1，注意译码器74LS139输出经过74LS04反相后驱动发光二极管，二极管亮表示输出有效。

表1 译码器功能测试表

（3

2．译码器实现组合逻辑功能

译码器可以和门电路通过组合来实现逻辑函数，在使用中规模集成译码器实现逻辑函数时，要注意译码器的输入端个数要和逻辑函数变量的个数相同，并且需要将逻辑函数化成最小项表达式。

（1）利用74LS138和与非门实现三变量多数表决电路。

（2）列出真值表和逻辑表达式，画出逻辑电路。

（3）根据逻辑电路接线进行验证。参考电路如图2所示。

U

F

(b)引脚排列

（a ）实验电路

图2 译码器实现组合逻辑功能

3．利用74HC4511驱动共阴极数码管显示

（1）按照图3所示电路接线组成4位显示电路，令0=LT ，4位数码管进行全亮测试，令

0=BL 、1=LT ，4位数码管进行消显测试。

图3 4位显示电路

（2）根据表1中得到的测试数据，使74LS139选中74HC4511的第0片然后根据74HC4511的功能表置入合适的数据在数码管上显示“3”。

（3）依次使74LS139选中74HC4511的第1～3片，并在对应数码管上均显示“3”。 （4）将4位数码管消显，然后显示其他数码进行验证。

四、实验报告

1．整理数据，对实验结果进行总结。

2．画出三变量多数表决电路的逻辑图和实际接线图。

3．举例简述4位数码显示电路的工作原理。

4．对集成译码器的使用体会进行小结。

五、思考题

1．若74LS138的某个控制端失效是否影响电路的译码？

2．三变量多数表决电路中变量A、B、C与74LS138的接法是否影响译码的输出结果？3．如何检测数码管是否完好？是否可以使数码管闪烁显示？

实验四 组合逻辑电路应用二

一、实验目的

1．熟悉集成译码器逻辑功能和应用。

2．熟悉集成数据选择器逻辑功能及其应用。 3．理解数据分配器和数据选择器的概念及使用。 二、实验设备和器件

1．直流稳压电源、信号源、示波器、万用表、面包板

2．74LS138 3线-8线译码器 74HC151 八选一数据选择器 3．1k Ω电阻、发光二极管、共阴极数码管 三、实验内容

1．利用74LS138实现数据分配器

（1）将74LS138按图1所示电路接线。A 2 A 1 A 0作为选择通道用的地址信号输入，B G 2接低电平，G 1接高电平，A G 2接数据线D 作为数据输入。

图1 数据分配器

（2）数据线D 上为信号源提供的连续矩形脉冲，按照表1送入不同的地址信号，在输出端用示波器观察并将结果填入表1。

表1 数据分配器功能表

（3）根据测试结果讨论数据分配器的工作原理。 2．数据选择器功能测试

（1）将74HC151按图2所示电路接线。A 2 A 1 A 0作为选择通道用的地址信号输入，用来实现对八个数据源D 0～D 7的选择，ST 接低电平，Y 为同相输出端，Y 为反相输出端。

地址输入

连续脉冲输入

图2 数据选择器功能测试

（2）在D 0～D 7任选四个端子分别接1KHz 、10KHz 、50KHz 、100KHz 等四个不同频率的连续脉冲信号，用示波器观察在不同的地址信号下输出端的波形。 （3）换另外四个端子接脉冲信号重新观察。 （4）根据观察结果绘出74HC151的功能表。 3．用数据选择器实现组合逻辑功能

（1）数据选择器也可以用来实现组合逻辑函数，利用74HC151组成实验三中的三变量多数表决电路。

（2）三变量多数表决电路的逻辑表达式为：

7653m m m m ABC C AB C B A BC A F +++=+++=

因此将74HC151按图3所示电路接线。

A B C

图3 74HC151实现三变量多数表决电路

（3）按照三变量多数表决电路真值表输入A 、B 、C 表决信号，验证该电路的组合逻辑功能，二极管发光表示F 为高电平，表决通过。

（4）根据测试结果讨论数据选择器实现组合逻辑功能的原理。 四、实验报告

1．整理实验内容和实验数据，按实验要求对结果进行讨论、总结。 2．对数据分配器和数据选择器的特点进行总结。 五、思考题

1．用74LS138实现数据分配器和其正常的译码工作有何不同？ 2．74HC151与74LS138实现组合逻辑功能各有什么特点？

实验五 触发器

一、实验目的

1．熟悉D 触发器和JK 触发器的功能。 2．学会正确使用触发器集成电路。 3．了解触发器逻辑功能的转换。 二、实验设备和器件

1．直流稳压电源、信号源、示波器、万用表、面包板

2．74LS74 双上升沿D 触发器 74LS112 双下降沿JK 触发器 74LS86 四2输入异或门 3．1k Ω电阻、发光二极管 三、实验内容

1．D 触发器功能测试

（1）74LS74内部有两个独立的上升沿D 触发器，引脚排列如图1（a ）所示，D S 是直接置位端，D R 是直接清零端。任取其中的一个D 触发器按照图1（b ）接线。

74LS74D CP

D

S D R (a)引脚排列

（b ）实验电路

图1 D 触发器功能测试

（2）分别在D S 、D R 端加低电平，改变CP 和D 状态，观察输出端变化并记录到表1。

表1 D 触发器功能测试表

（3）D S =D R =1，D=0，CP 接点动脉冲，观察并记录在CP 边沿时输出端状态。令D=1，重复本步骤。将结果填入表1。

（4）D S =D R =1，CP 分别接低电平和高电平，改变D 状态，观察输出端变化并填入表1。 （5）D S =D R =1，CP 接连续脉冲，D 与Q 相接，用示波器观察输出端Q 和CP 波形关系，画出波形图。

2．JK 触发器功能测试

（1）74LS112内部有两个独立的下降沿JK 触发器，引脚排列如图2（a ）所示，D S 是直接置位端，D R 是直接清零端。任取其中的一个JK 触发器按照图2（b ）接线。

(a)引脚排列

（b ）实验电路

74LS112CP D

S D

R J K

图2 JK 触发器功能测试

（2）按照表2输入D S 、D R 、J 、K 、CP 等数据，观察输出端状态变化并记录到表2。

表2 JK 触发器功能测试表

（3）J=K=1，CP 接连续脉冲，用示波器观察输出端Q 和CP 波形关系，画出波形图。

3．D 触发器转换成T 触发器

（1）比较D 触发器和T 触发器的特性方程，有Q T Q T Q T D ⊕=+=，所以按照图3所示可以将D 触发器转换成T 触发器。

T

图3 D 触发器转换成T 触发器

（2）按照表3输入D S 、D R 、T 、CP 数据，观察输出端状态变化并记录到表3。

4．JK 触发器转换成T 触发器和触发器

（1）自拟实验方案，将JK 触发器分别转换成T 触发器和T '触发器，列出表达式，画出电路图。

（2）测试转换后的T 触发器和T '触发器逻辑功能。 四、实验报告

1．整理实验数据，写出各触发器的表达式。 2．画出实际电路接线图。

3．总结几种触发器的功能和各自特点。 五、思考题

1．触发器的预置端d S 、d R 有什么作用？

2．使用常用的集成触发器进行逻辑功能转换有何意义？

实验六 计数器

一、实验目的

1．熟悉集成计数器的逻辑功能。

2．掌握计数器控制端的作用及其应用。 二、实验设备和器件

1．直流稳压电源、信号源、示波器、万用表、面包板

2．74LS190 十进制同步加/减计数器 74LS393 双四位二进制同步加法计数器 74LS04 六反相器 3．1k Ω电阻、发光二极管

三、实验内容

1．集成计数器的功能测试

（1）74LS393内部有两个独立的四位二进制同步加法计数器，1CP 、2CP 为时钟输入端，下降沿有效；13Q ~10Q 、23Q ~20Q 为输出端；1D R 、2D R 为异步清零端，高电平有效。按照图1所示电路接线。

(b)实验电路

(a)引脚排列

CP R D

图1 74LS393功能测试

（2）1=D R ，CP 接连续脉冲，观察输出端状态；0=D R ，观察输出端状态，将结果填入表1。

表1 74LS393功能测试表

（3）74LS190是十进制同步加法和减法计数器，CP 是时钟输入端（上升沿有效）；S 为使能端；LD 是预置数端；3D ~0D 是数据输入端；3Q ~0Q 是输出端；U D /是减/加计数器控制端；CO/BO 是进位/借位标志端，当74LS190做加法计数器计到最大数或者做减法计数器计到最小数时此标志端输出高电平。按照图1所示电路接线。

(b)实验电路

(a)引脚排列

（4）CP 接连续脉冲，按表2改变各控制端状态，观察输出端状态变化，并将结果填入表2。

表2 74LS190功能测试表

（5）画出十进制加法计数的时序波形图。 2．任意进制计数器的设计

（1）用置数法将74LS190连成七进制计数器，按图3所示电路接线。

图3 74LS190连成七进制计数器

（2）观察输出端变化，画出状态转换图。

（3）用清零法将74LS393连成十二进制计数器，画出设计电路并接线验证，画出状态转换图。

3．利用计数器构成分频器

（1）N 位二进制计数器能够完成时钟信号CP 的N

2分频。按图4所示电路接线，利用74LS393构成四分频器，从1Q 端输出。

74LS393

1Q 3

1Q 01Q 1

1Q 21R D

1CP

CP

12

654

3

Q 1

图4 74LS393构成四分频器

（2）用示波器观察CP 和1Q 的波形，画出波形图。

（3）分别观察若从其他端子输出可以构成几分频。画出波形图， 四、实验报告

1．整理实验数据，画出实验内容要求的图形。 2．对实验结果进行分析。 3．总结集成计数器使用特点。 五、思考题

1．如何用74LS190构成100进制计数器？

2．74LS393能否使用置数法连成十二进制计数器？

实验七 555定时器应用

一、实验目的

1．熟悉555定时器的基本功能和工作原理。 2．了解定时器的主要技术指标。 3．熟悉集成定时器的应用。 二、实验设备和器件

1．直流稳压电源、信号源、示波器、万用表、面包板 2．NE555 集成定时器

3．电阻、电容、发光二极管 三、实验内容

1．555组成单稳态电路

（1）按照图1所示电路接线。

1NE555

234

8

7

6

5

U CC

DIS

TH

Ctr

GND Out

TR

D

R

C LED

1

R (b)实验电路

(a)引脚排列10k 0.1

图1 555组成单稳态电路

（2）I u 输入1kHz 连续脉冲，用示波器观察I u 和O u 波形，测出输出波形的脉冲宽度t w 。 （3）改变I u 频率，用示波器重新观察I u 和O u 波形的变化，测出输出波形的脉冲宽度t w 。 2．555组成多谐振荡器

（1）按照图2所示电路接线。

2

R C u 1

R LED

10k 20k 0.1μ

图2 555组成多谐振荡器

（2）用示波器观察C u 和O u 波形，画出波形图。 （3）测出输出波形O u 的频率，与估算的结果相比较。 （4）调节R p ，观察O u 波形变化和发光二极管闪烁情况。 3．555组成占空比可调的方波发生器 （1）按照图3所示电路接线。

R R o

R D LED

图3 555组成占空比可调的方波发生器

（2）调节R p 分别为0、5k Ω、10k Ω，用示波器观察三种情况下C u 和O u 波形，测出输出波形O u 的频率，画出波形图。

四、实验报告

1．整理实验数据，画出波形图。

2．简述图1、图2中555定时器组成电路的工作原理。 3．分析总结实验结果。

五、思考题

1．图1中若要使输出波形的脉冲宽度为10μs ，应如何调整电路参数？ 2．比较图2和图3电路实现功能有何异同？

实验八D/A、A/D转换电路

一、实验目的

1．了解D/A、A/D转换器的基本工作原理。

2．学习D/A、A/D转换器的典型应用和测试方法。

二、实验设备和器件

1．直流稳压电源、信号源、示波器、万用表、面包板

2．DAC0832 CMOS 8位倒T形电流输出D/A转换器

ADC0809 8位CMOS逐次逼近型A/D转换器

μA741 集成运算放大器

3．电阻、发光二极管

三、实验内容

1．D/A转换器实验

（1）按照图1所示电路接线组成D/A转换电路，采用直通工作模式。

u O

(a)引脚排列

(b)实验电路

图1 D/A转换器

（2）按表1中数据输入数字量，用万用表测量输出模拟量并记录到表1。

表1 D/A转换输入输出关系

（3）将运算结果与测试数据相比较。