数字电路实验指导书(09物理)

《数字电子技术》实验指导书

刘万松编

贵州师范大学

物理与电子科学学院

2007 年12 月

实验一基本门电路

实验类型：验证

实验类别：专业主干课

实验学时：3

所属课程：数字电子技术

一、实验目的

（1）熟悉常用门电路的逻辑功能；

（2）学会利用门电路构成简单的逻辑电路。

二、实验要求：

集成逻辑门电路是最简单、最基本的数字集成元件，任何复杂的组合电路和时序电路都可用逻辑门通过适当的组合连接而成。本实验要求熟悉74LS00、74LS02、74LS86的逻辑功能，需要查阅集成块的引角图，并能够利用它们构成简单的组合逻辑电路，写出设计方案。

三、实验仪器设备及材料

数字电路实验箱1台；74LS00、74LS02、74LS86各一块

四、实验方案

1、TTL与非门逻辑功能测试

将四2输入与非门74LS00插入数字电路实验箱面板

的IC插座上，任选其中一与非门。输入端分别输入不

同的逻辑电平（由逻辑开关控制），输出端接至LED“电

平显示”输入端。观察LED亮灭，并记录对应的逻辑

状态。按图1－1接线，检查无误方可通电。

图1－1

表1－1 74LS00逻辑功能表

2、TTL或非门、异或门逻辑功能测试

分别选取四2输入或非门74LS02、四2输入异或门74LS86中的任一门电路，测试其逻辑功能，功能表自拟。

3、若要实现Y=A′, 74LS00、74LS02、74LS86将如何连接，分别画出其实验连线图，并验证其逻辑功能。

4、用四2输入与非门74LS00实现与或门Y=AB+CD的功能。画出实验连线图，并验证其逻辑功能。

五、考核形式

检查预习情况占30％，操作占40％，实验报告占30％。

六、实验报告

主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题

如何处理各种门电路的多余输入端？

实验二Multisim初步使用

实验类型：验证

实验类别：专业主干课

实验学时：3

所属课程：数字电子技术

一、实验目的

（1）熟悉Multisim2001界面，学习逻辑门电路的测试方法；

（2）掌握利用虚拟仪器逻辑转换仪实现组合逻辑电路不同表达方式之间转换的方法。

二、实验要求：

仿真软件已普遍的应用于电子技术中，要求预习Multisim2001相关知识，初步了解各种虚拟仪器的使用。

三、实验仪器设备及材料

微机（内装Multisim2001 软件）一台

四、实验方案

1、测试二输入与非门的逻辑功能

进入Multisim2001界面，建立电路如图2-1，用逻辑开关信号作输入，用探测器显示输出信号，将实验结果记录于表2-1中。

图2-1

表2-1

2、测试或非门的时间波形图

按图2-2连接或非门和字发生器、逻辑分析仪。双击字发生器展开其面板，点击pattem →Up counter →Acept、Frecquency选1KHz;双击逻辑分析仪，Clock→set→Clock Rate →1KHz →Acept。启动仿真，显示或非门的时间波形图。

图2-2 或非门的时间波形图测试电路

3、用与非门实现Y=AB+CD的功能

调出逻辑转换仪，双击图标，在打开的仪表窗口下边框内输入AB+CD，然后点击逻辑转换仪右边的，可得到图2-3中所示的电路；再点击

，可得图中的真值表。

图2-3

五、考核形式

检查预习情况占30％，操作占40％，实验报告占30％。

六、实验报告

主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题

你认为仿真软件有哪些优点？在数字电路实验中是否有必要引入仿真实验？

实验三集电极开路门及三态门

实验类型：验证

实验类别：专业主干课

实验学时：3

所属课程：数字电子技术

一、实验目的

（1）掌握集电极开路门的功能及应用

（2）了解集电极开路门负载电阻R C的选择

（3）掌握三态门的逻辑功能及应用。

（4）了解总线结构及工作原理

二、实验要求：

（1）复习集电极开路门及三态输出门的工作原理。

（2）计算实验中R C的阻值，并从中确定实验所用值（取标称值）。

（３）了解所用集成块74LS03，74LS125，74LS04的功能。

三、实验仪器设备及材料

直流稳压电源，数字试验箱，数字万用表，74LS03，74LS125，74LS04，CD4069。

四、实验方案

1. 用OC门实现电路的“线与”特性

按图３－１电路接线，负载门为74LS04。Ｒ

Ｃ值按Ｅ

Ｃ

＝５Ｖ，Ｖ

ＯＨ（min）

＝０.５Ｖ，

ＩOL

（max）

=20mA,I C E O =50μA ,IｉＨ＝20μA，I iL＝2mA计算，并取标称值，使R C（min）

２. 用ＯＣ门实现电平转换

将图3－1电路中的负载门换成CD4069。RC值按E C＝10V,V OH(min)=7V ,V O

L(max)

=3V,

I O L (max)=20μ,I C E O =50μ,I iH =I iL≈0计算，并取标称值，使ＲＣ（min）

３.三态门逻辑功能测试

给74LS125加上电源电压V CC＝5Ｖ，逐个测试其中四个门的逻辑功能，填入表3－3中。

4.用三态门实现三路信号分时传送的总线结构

按图3－4电路接线（n＝3），按功能表3－5完成实验。

五、考核形式

检查预习情况占30％，操作占40％，实验报告占30％。

六、实验报告

主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题

1）OC门的上拉电阻R C大于R C(max)R c(min),将产生什么问题，对电路有何影响？2）在实验内容4中，若出现两个以上三态门的使能端同时有效，将产生什么后果？

实验四 组合逻辑电路

实验类型：设计

实验类别：专业主干课 实验学时：3

所属课程：数字电子技术

一、实验目的

熟悉简单组合电路的设计和分析过程。 二、实验要求：

熟悉一位数值比较器、全减器逻辑功能，复习组合逻辑电路的分析和设计的步骤；熟悉74LS00 、74LS02、74LS04、74LS08管脚。 三、实验仪器设备及材料

数字电路实验箱 1台，74LS00 三块，74LS02、74LS04、74LS08各一块 四、实验方案

1、设计一个能比较一位二进制A 与 B 大小的比较电路，用X1、X

2、X3分别表示三种状态：A>B 时，X1=1;A

要求：（1）列出真值表；

（2）写出函数逻辑表达式；

（3) 画出逻辑电路图，并画出实验连线图； （4）验证电路设计的正确性。 2、测量组合电路的逻辑关系：

（1）图3-2电路用3块74LS00组成。按逻辑图接好实验电路，输入端A 、B 、C 分别接“逻辑电平”，输出端D 、J 接LED“电平显示”；

图3-2

表3－2

（2）按表3－2要求，将测得的输出状态和LED显示分别填入表内；

（3）根据测得的逻辑电路真值表，写出电路的逻辑函数式，判断该电路的功能。

五、考核形式

检查预习情况占30％，操作占40％，实验报告占30％。

六、实验报告

主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题

总结组合逻辑电路分析和设计步骤。

实验五 译码器及其应用研究

实验类型：设计

实验类别：专业主干课 实验学时：3

所属课程：数字电子技术

一、实验目的

（1）测试3线－8线译码器74LS138的逻辑功能； （2）研究用译码器设计组合电路。 二、实验要求：

熟悉译码器的逻辑功能，复习用译码器设计组合电路的步骤，了解74LS138、74LS30管脚。

三、实验仪器设备及材料

数字电路实验箱 1台，74LS138、74LS30各一块 四、实验方案

1、74LS138逻辑功能测试

对照74LS138引脚图连接实验连线图，使能端S 1、S 2′、S 3′和地址输入端A 2、A 1、A 0分别接“逻辑电平”，输出端接LED“电平显示”；将测试结果填入功能表4－1。

表4－1

2、用74LS138构成逻辑函数发生器 要求用74LS138实现逻辑函数：

ABC

C AB C B A C B A C B A Y +'+'+''+'''=

（1）推导出与译码器输出端相对应的函数式；

（2）画出逻辑电路图，并画出实验连线图；

（3）将测试结果填入真值表4－2。

表4－2

五、考核形式

检查预习情况占30％，操作占40％，实验报告占30％。

六、实验报告

主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题

1.分析74LS138的S1、S2′、S3′端的作用。

2.总结用译码器设计组合电路的方法。

实验六数据选择器及其应用研究

实验类型：设计

实验类别：专业主干课

实验学时：3

所属课程：数字电子技术

一、实验目的

(1)测试双4选1数据选择器74LS153、8选1数据选择器74LS151的逻辑功能；

(2)研究用数据选择器设计组合电路的方法。

二、实验要求：

熟悉数据选择器的逻辑功能，复习用数据选择器设计组合电路的方法，了解74LS153、74LS151、74LS32、74LS04的管脚。

三、实验仪器设备及材料

数字电路实验箱1台，74LS153、74LS151、74LS32、74LS04各一块

四、实验方案

1、74LS153逻辑功能测试

(1)按实验电路图5－1连线，地址输入端A1、A0分别接

逻辑开关K1、K2，S1′接开关K3。

(2) K3＝0，当A1A0=00时，数据输入端D10接逻辑开关，

观察输出端Y1与D10的关系；依次将其余输入端输入数

据观察输出状态。将实验结果填入功能表5－1。

(3) K3＝1，观察输出状态是否改变。

(4) 当S2′接逻辑开关K3时，重复上述步骤。

表5－1

图5－1图5－2

2、74LS153扩展成8选1数据选择器。按图5－2连接，观察A2分别为0和1时，输出与哪一组数据输入相关。

3、用74LS151设计一个多数表决电路。该电路有三个输入端A、B、C，分别代表三个人的表决情况。“同意”为1态，“不同意”为0态，当多数同意时，输出为1态，否则输出为0态。

(1)根据题意列真值表，写出最小项逻辑表达式；

(2)画出逻辑电路图，完成实验连线图，并将测试结果填入表5－2。

表5－2

五、考核形式

检查预习情况占30％，操作占40％，实验报告占30％。

六、实验报告

主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题

说明74LS153扩展成8选1数据选择器时，A2分别为0和1时，输出与哪一组数据输入相关。

实验七 触发器及其应用

实验类型：验证

实验类别：专业主干课 实验学时：3

所属课程：数字电子技术

一、实验目的

(1)掌握基本SR 、JK 、D 和T 触发器的逻辑功能； (2)掌握集成触发器的逻辑功能及使用方法； (3）熟悉触发器之间相互转换的方法。 二、实验要求：

熟悉基本SR 、JK 、D 和T 触发器的逻辑功能，了解74LS00 、74LS76、 74LS74管脚。 三、实验仪器设备及材料

数字电路实验箱 1台，74LS00 、74LS76、 74LS74各一块 四、实验方案

1、测试SR 锁存器的逻辑功能

按图6－1，用两个与非门组成SR 锁存器，输入端R ′、S ′接逻辑开关，输出端Q 、Q ′接逻辑电平显示，按表6－1要求测试，并记录之。 表6－1

图6－1

2、测试双JK 触发器74LS76逻辑功能

（1）测试 、 的复位、置位功能，任取一个JK 触发器，使 、 、J 、K 接逻辑开关插口，CLK 接单次脉冲源，Q 、Q ′端接至逻辑电平，按表6－2测试 、 功能。

D R 'D S

'D S 'D R 'D R 'D S '

表6－2

(2) 测试JK 触发器的逻辑功能和触发方式

使 ＝ ＝1，按表6-3要求改变J 、K 、CLK 状态，观察Q 状态的变化，观察触发器状态更新是否发生在CLK 脉冲下降沿。 表6－3

表6－4

（3）将JK 触发器J 、K 端连在一起，接高电平，构成T ′触发器。在CLK 端输入1Hz 连续脉冲，观察Q 端的变化。

3、测试维持阻塞D 触发器74LS74的逻辑功能

（1）测试R D ′、S D ′的复位、置位功能，内容同实验2之（1），自拟表格。 (2) 测试D 触发器的逻辑功能：按表6－4要求进行测试，观察触发器状态更新是否发生在CP 脉冲上升沿。

（3）将D 触发器的Q ′端与D 端相连接，构成T ′触发器，测试方法同实验内2之(3)。 五、考核形式

检查预习情况占30％，操作占40％，实验报告占30％。 六、实验报告

主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实

验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己

D R 'D S

'

的看法等。

七、思考题

用JK触发器74LS76和用D触发器74LS74构成的T′触发器会有什么不同？

实验八时序逻辑电路

实验类型：验证

实验类别：专业主干课

实验学时：3

所属课程：数字电子技术

一、实验目的

(1)了解触发器在计数电路中的应用，熟悉计数器的工作原理。

(2)掌握用触发器构成计数器的方法。

二、实验要求：

熟悉用触发器构成加法计数器和减法计数器的方法，了解74LS76管脚。

三、实验仪器设备及材料

数字电路实验箱1台，74LS76两块

四、实验内容及步骤

1、异步二进制加法计数器

图7-1

（1）将两个74LS76按图7－1接成4位二进制加法计数器，4个触发器的输出端Q 分别接至LED显示，RD′接逻辑开关，S D′接高电平，CLK0接手动单脉冲或1Hz连续方波脉冲。

（2）R D′接低电平，使各触发器清零后，再将R D′接高电平，让单次脉冲逐个送入CLK0 , 观察并记录Q3~Q0的状态,填入表7－1。

表7－1

（3）将单次脉冲改为1Hz连续脉冲，观察Q3~Q0的状态。

2、异步二进制减法计数器

将低位触发器的Q′端与高一位的CLK端相连构成减法计数器如图7－2。重复实验1(2)、(3)。自拟表格填入数据。

图7－2

五、考核形式

检查预习情况占30％，操作占40％，实验报告占30％。

六、实验报告

主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题

下降沿触发的JK触发器构成的异步4位二进制加法、减法计数器是如何串接的？

实验九 计数器及其应用

实验类型：设计

实验类别：专业主干课 实验学时：3

所属课程：数字电子技术

一、实验目的

(1)熟悉计数器的工作原理。

(2)掌握中规模集成计数器的使用及功能测试方法。 (3)掌握运用集成计数器实现任意进制的计数器的方法。 二、实验要求

熟悉集成计数器的功能表，集成计数器构成任意进制计数器的方法。 三、实验仪器设备及材料

数字电路实验箱 1台，74LS161(或74LS160)、74LS20各一块 四、实验方案

1、测试74LS161（或74LS160）的逻辑功能。自拟实验连线图，验证表8－1的工作状态。

2、用74LS161（或74LS160）和与非门74LS20实现七进制计数器，其有效状态转换图如图8－1。要求用分别置位法和置零法实现电路，画出原理图，连线并验证之。

表8－1 74LS161／160功能表

图8－1

五、考核形式

检查预习情况占30％，操作占40％，实验报告占30％。

六、实验报告

主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。

七、思考题

若要构成十三进制计数器用一片74LS161能否实现？一片74LS160能否实现？