数字电子技术实验.pptx
电子技术实验电子技术实验长江大学电工电子示范中心长江大学电工电子示范中心实验一、TTL门电路逻辑功能及测试 一、实验目的一、实验目的1、熟悉常用门电路的逻辑功能和测试方法。2、熟悉门电路主要参数及电压传输特性的测试方法。3、学习查阅数字器件手册(参数与引线排列)4、进一步熟悉常用仪器的使用方法。二、预习要求1.认真了解各种仪器的使用方法及技术参数。2.复习TTL与非门的工作原理、真值表及各参数的意义。3.了解集成芯片74LS00的外引线排列图。4.熟悉各测试电路，了解其原理及测试方法。第1页/共56页三、实验内容及步骤：1、测试与非门的输出电压并验证其逻辑功能(1).将74LS00插到实验箱插座上，选一个与非门输入高低电平，将输出结果填入下表中。(2).写出VOH=VOL=并与产品规定：VOH2.4VVOL0.4V74LS00 74LS00 四2 2输入与非门 第2页/共56页2TTL与非门的测试(1).低电平输入电流IIS(IIL)和扇出系数NoL：扇出系数是指驱动同类门电路的数目，用以衡量带负载能力。调RW测量Vo=0.4V时的最大电流IoL。则低电平扇出系数NoL=IoL/IIL。低电平输入电流是指输入端对地电流，其余输入端悬空。其规定值IIL1.4mA。用数字万用表电流2mA档测量。第3页/共56页测量方法：先将电流表不接，10K的电位器直接接到输出端，调RW用万用表测量Vo，当Vo0.4V时，RW不动，将万用表从电压档改接为电流档（红表笔从V拔出，插入AmA，万用表黑表笔接3脚（Vo输出），红表笔接电位器。就是将万用表串接在电路中。第4页/共56页3.TTL与非门的电压传输特性：电压传输特性是TTL与非门输出电压与输入电压之间的关系曲线，能测出TTL的主要参数：VOH、VOL、VON、VOFF、VNH、VNL。测量方法1：从函数发生器输出4V的锯齿波，加到与非门的输入1、2端和示波器的CH2端，与非门的输出3端接示波器的CH1端。打开数字示波器，按下菜单MENUS上的显示DISPLAY按钮，在显示屏右侧子菜单中选择XY方式，在荧光屏上观察与非门的电压传输特性。第5页/共56页测量方法2.在与非门的输入端A、B接一10K电位器，电位器另一端接+5V电压。调节电位器使Vi=0V，用万用表直流电压档分别测量Vi和Vo，调节电位器使Vi的读数按下表。再测量Vo。Vi0V0.10.20.3VoVi0.50.60.70.8VoVi0.91.04.0Vo第6页/共56页注意：1、插接电路时，关掉电源。2、测量过程中注意“共地”。3、IC接VCC和地。第7页/共56页四、注意事项1.TTL集成与非门芯片74LS00的电源电压VCC5V，一般允许在土10的范围内变化，不可超出过多。GND接地，不要接错，TTL与非门的闲置输入端可接高电平，不能接低电平.2.与非门的输出端不能并联使用，不能直接接十5V或地。3.实验中所测绘的波形，不仅要画出形状，而且要标出周期和幅值。五、思考题（写在实验报告中）1.图1.7所示电路中测试与非门逻辑功能时，当数据开关SW11时，SW2所接正方波可以通过；而当数据开关SW0时，SW2所接正方波无法通过。试问：SW2如改接负方波，与非门能让其通过吗？2.异或门又称可控反向器，为什么？3.如何只用2输入与非门(7400)构成3输入与非门？4.异或门又称可控反向器，为什么？第8页/共56页五、实验报告五、实验报告1.填写表1，画出用4个与非门构成异或门的电路图。2.认真记录所测与非门的主要参数VOH、VOL、IIS、IOL，并与标准值比较。3.用坐标纸仔细描绘所测与非门传输特性曲线，标出VOH、VOL、VON、VOFF，计算出VNH、VNL。（1、0）第9页/共56页第10页/共56页第11页/共56页 实验二、实验二、组合逻辑电路的分析与设计组合逻辑电路的分析与设计 一.实验目的 1.(进一步)熟悉数字逻辑实验箱的使用。2.掌握组合逻辑电路的分析与设计方法。3.熟悉译码器和数据选择器在组合逻辑设计中的应用。第12页/共56页二、预习要求1.预习组合逻辑电路的设计方法。预习组合逻辑电路的设计方法。2.实际动手设计一个全加器或全减器电路。实际动手设计一个全加器或全减器电路。3.认真熟悉所用器件的功能和外引线结构。认真熟悉所用器件的功能和外引线结构。4.设计数据选择器、数据比较器。设计数据选择器、数据比较器。三、实验内容1.用用74LS138和与非门构成一个全减器和与非门构成一个全减器.2.以以1为基础，改动部分接线，设计全加器或者为基础，改动部分接线，设计全加器或者3按按键密码锁键密码锁(开锁密码自行设定开锁密码自行设定).*3.用用74153构成全加器或者构成全加器或者3按键密码锁按键密码锁(自行选定自行选定开锁条件，但开锁条件，但3键齐按和齐不按除外键齐按和齐不按除外)第13页/共56页四、实验原理1.用74LS138和与非门构成一个全减器.(1).确定IO变量(2).写出真值表(3).写出表达式(4).化简、变换AiBiCi-1DiCi0000000111010110110110010101001100011111表2-1全减器真值表第14页/共56页(4).画电路图(5).根据电路图和IC引脚图接线。(6).通电测试。161487第15页/共56页2.用74LS138和与非门构成一个全加器.AiBiCi-1DiCi0000000110010100110110010101011100111111表2-1全加器真值表第16页/共56页3.用74LS153构成一个三位密码锁(3按键全按下开锁)(1).确定IO变量入：ABC1按出：K1开锁，J1报警(2).写出真值表(3).写出表达式(4).化简,变换,降维K=0+0+0+ABCJ=ABC+AB+AB+ABCABCKJ0000000101010010110110001101011100111110第17页/共56页五、实验报告1.74LS20为四2输入与非门，74LS10为三3输入与非门。实验内容1中，可用一片74LS10代替74LS20，改画电路图。2.写出实验内容2的设计过程，画出电路图。3.画出实验内容3的电路图。六、实验注意事项TTL与非门多余的输人端可接高电平，以防引入干扰。七、思考题（写在实验报告中）竞争冒险的原因是什么？怎样有效地消除竞争冒险。第18页/共56页实验三、时序电路一、实验目的一、实验目的1.掌握中规模集成计数器74LS161的逻辑功能和使用方法。2.进一步学习使用CC4511BCD译码器和共阴极七段显示器。3.掌握构成任意进制计数器的方法。二、预习要求与思考题 1.复习计数、译码和显示电路的工作原理。2.预习中规模集成计数器4LS161、74LS194、74LS48、CC4511的逻辑功能及使用方法。3.进一步了解74LS48、CC4511译码器和共阴极七段显示器的工作原理和使用方法。4.熟悉本实验所给出的计数、译码、显示电路参考电路。第19页/共56页三、实验原理1、74LS161四位二进制同步计数器（异步清除）74LS161为带预置功能的二进制同步计数器，其功能表见表，外引线排列图见图,15脚为进位输出端。从功能表中可看到，当Cr=0时，CP端无论有无脉冲，计数器立即清零，因此是异步清除。当LD=0时，计数器随着CP脉冲的到来被置数，属同步置数。输入输入输出输出CPLDCrS1S2 QxX0 xX001xX置数置数1111计数计数x110X保持保持x11x0保持保持第20页/共56页2、BCD码七段译码器：本实验采用CD4511BCD码锁存/七段译码/驱动器，驱动共阴LED数码管。其中：A、B、C、DBCD码输入端、a，b，c，d，e，f，g译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管LT测试输入端，LT=“0”时，译码输出全为“1”BI消隐输入端，BI=“0”时，译码输出全为“0”LE锁定端，LE=“1”时译码器处于锁存（保持）状态，译码输出保持在LE=0时的数值；LE=0为正常译码。下表为CD4511功能表。CD4511内接有电阻，故只需在输出端与数码管各段之间串入限流电阻即可工作。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄来灭。第21页/共56页第22页/共56页3、用74LS161构成六进制计数器如用反馈清零法，当Q3Q2Q1Q0=0110时，通过反馈线强制计数器清零。由于0110状态只是瞬时过渡状态，因此，随着CP脉冲的到来，计数器的状态依次是0，1，2，3，4，5，0构成六进制计数器。则计数器如图（a）所示连线。当Q3Q2Q1Q0=0101（十进制数5）时，LD=0，此时，计数器的输出仍是0101，当下一个即第十个CP脉冲到来时，计数器才被置数，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0=0000，计数器输出为0。图（b）是用反馈置数法构成的六进制计数器。第23页/共56页4、显示器（数码管）显示器采用七段发光二极管显示器，它可直接显示出译码器输出的十进制数。七段发光二极管显示器有共阳接法和共阴按法两种。共阳接法就是把发光二极管的阳极都接在一个公共点上（+5V或地），与其配套的译码器为74LS46、74LS47等；共阴接法则相反，它是把发光二极管的阴极都连在一起接地，与其配套的译码器为74LS48、74LS49、CC4511等。七段显示器的外引线排列图、共阴接法以及数字符号显示如图3.6的（a）、（b）、（c）(d)所示。第24页/共56页第25页/共56页四、实验内容 1.1.测试74LS16174LS161的逻辑功能，包括计数清除置数使能及进位等，CPCP选用1HZ1HZ方波。输出可接发光二极管LEDLED显示，最好是把CPCP提高为1KHZ1KHZ，使用示波器直接观看输出波形的分频情况。2.2.用反馈清零法将计数器接成0 05 5的六进制计数器。3.3.用反馈置数法将计数器接成1 16 6的六进制计数器。第26页/共56页五、五、思考题（写在实验报告中）1.1.怎样用示波器观74LS16174LS161的输出波形和时序。2.2.如何用74LS9074LS90或74LS19274LS192设计出一个2424进制计数器。六、注意事项 CPCP脉冲一般由函数发生器的TTLTTL端输出。CC4511CC4511是CMOSCMOS件，不能把管脚悬空作为高电平处理，5 5脚为锁存端，一定正确连接。七、实验报告要求画出十进制计数、译码、显示电路中各集成芯片之间的连接图。用坐标纸对应时间轴，画出十进制计数器CP、Q0、Ql、Q2、Q3五个波形的波形图，标出周期，并比较它们的相位关系。第27页/共56页实验四、555集成定时器及应用一、实验目的1.熟悉555集成定时器的组成及工作原理。2.掌握用555定时器构成单稳态电路、多谐振荡电路和施密特触发电路等。3.进一步学习用示波器对波形进行定量分析，并测量出波形的周期、脉宽、时序等。二、预习要求 1 1复习555555定时器的组成和工作原理，了解其外部引脚的排列和作用。2 2熟悉用555555集成定时器和外接电阻、电容构成的单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器的工作原理。3 3学会计算单稳电路脉冲宽度和多谐振荡器振荡周期的方法，并能自行设计脉宽和周期。第28页/共56页三、实验原理 1 1、555555定时器原理 555定时器主要由比较器、触发器、反相器和由三个 5k 电阻组成的分压器等部分构成，电路如图所示。电阻分压器比较器触发器反相器第29页/共56页真值表的第一行00110导通清零0保持保持0 010110真值表的第二行从第二行到第三行导通0真值表的第四行10010101截止从第四行返回 第三行00保持保持1截止回差现象第30页/共56页2.2.单稳态触发器 单稳态触发器的波形图 单稳态触发器电路图第31页/共56页3.5553.555定时器构成多谐振荡器 555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图7所示。它是将两个触发端2脚和6脚合并在一起，放电端7脚接于两电阻之间。多谐振荡器的波形 多谐振荡器电路图 tuctuoOO第32页/共56页四、实验内容1.单稳态电路组装。按图组装定时单稳态电路，用手触发一次555输出为高电位，发光二极管亮。多谐振荡器产生的波形电压作为单稳态电路的输入电压。用示波器观察Ui、Uc以及Uo的电压波形，比较它们的时序关系，绘出波形，并在图中标出周期、幅值、脉宽，并标出Uc各转折点的电压。2.2.按图所示电路组装占空系数可调的多谐振荡器。取R1=10KR1=10K，R2R2100K100K（电位器），C C0.01F0.01F，调节电位器RpRp（R2R2），使输出频率为1KHz1KHz。在示波器上观察输出波形占空系数的变化情况。并观察占空系数为1 12 2、1 14 4、3 34 4时的输出波形。第33页/共56页若固定R1=5.1k，R2.1K，C=0.1F时。用示波器观察并描绘Uo和Uc波形的幅值、周期以及tPH和tPL；标出Uc各转折点的电压。3.选做内容：用两片555定时器构成变音信号发生器，其电路如下图示。它能接一定规律发出两种不同的声音。这种变音信号发生器是由两个多港振荡器组成。个振荡频率较低，另一个振荡频率受其控制。适当调整电路参数，可使声音达到满意的效果。第34页/共56页26第35页/共56页五、注意事项 1.单稳态电路的输入信号选择要特别注意，Ui的周期T必须大于Uo的脉宽tPO，并且低电平的宽度要小于Uo的脉宽tPO，2.所有需绘制的波形图均要按时间坐标对应描绘，而且要正确选择示波器的AC、DC输入方式，在图中标出周期、脉宽以及幅值等六、实验报告要求1.整理实验数据；画出实验内容中所要求画的波形，按时间坐标对应标出波形的周期、脉宽和幅值等。2.根据实验内容，记录下你所满意新变音信号发生器最后调试的电路参数。并说明你的变音发生器可以用于哪些地方。第36页/共56页七、思考题 实验内容中，改变电容的大小能够改变振荡器输出电压的周期和占空系数吗？试说明要想改变占空系数，必须改变哪些电路参数。能否将实验内容中多谐振荡器的输出波形作为实验内容单稳电路的输入波形？计算实验内容中变音信号发生器两种声音的频率和持续时间。试设计一个过压报警器，用声（喇叭）和光（发光二极管）同时报警。当工作电压超过十10V（包括10V）时，喇叭发出报警声，同时发光二极管闪烁，闪烁频率为2HZ。第37页/共56页实验五 数模转换器一、实验目的 熟悉D/AD/A转换器的基本工作原理。掌握D/AD/A转换器集成芯片DAC 0832DAC 0832的性能及其使用方法。二、实验预习要求 复习D/AD/A转换器的工作原理。熟悉DAC 0832DAC 0832芯片的各管功能及其排列。了解DAC 0832DAC 0832的使用方法。设计计数器电路（8 8位和4 4位二进制计数器）。第38页/共56页三、实验原理三、实验原理所谓数模（D/A）转换，就是把数字量信号转换成模拟量信号，且输出电压与输入的数字量成一定的比例关系。是由恒流源（或恒压源）、模拟开关、以及数字量代码所控制的电阻网络、运放等组成的四位D/A转换器。第39页/共56页D7D0：八位数字量输入端，D7为最高位，D0为最低位。IO1：模拟电流输出1端，当DAC寄存器为全1时，IO1最大；全0时，IO1最小。IO2：模拟电流输出2端,Io1+Io2=常数=VREF/R，一般接地。Rf：为外接运放提供的反馈电阻引出端。第40页/共56页各引脚功能为:Rf：为外接运放提供的反馈电阻引出端。VREF：是基准电压参考端，其电压范围为-10+10V。VCC：电源电压，一般为+5V+15V。DGND：数字电路接地端。AGND：模拟电路接地端，通常与DGND相连。CS：片选信号，低电平有效。ILE：输入锁存使能端，高电平有效。它与WR1、CS信号共同控制输入寄存器选通。WR1：写信号1，低电平有效。当CS=0，ILE=1时，WR1此时才能把数据总线上的数据输入寄存器中。WR2：写信号2，低电平有效，与XFER配合，当二者均为0时，将输入寄存器中当的数据输入寄存器中。XFER：控制传送信号输入端，低电平有效。用来控制WR2选通DAC寄存器。第41页/共56页四、实验内容1.电源的连接第42页/共56页2.实验电路第43页/共56页第44页/共56页(一).按图接线(虚线部分暂不接，改接到数据开关k8k1)。接线检查无误后，置数据开关k8k1为全0，接通电源，调节运放的调零电位器，使输出电压Vo=02.将数据开关全置1，调整Rf，改变运放的放大倍数，使运放输出Vo=-2.55V(或其整倍数)。3.数据开关从最低位逐位置1，并逐次测量模拟电压输出Vo，填入表中(注意有效位数)。(二).将74LS161构成16进制计数器，原接至k8k5的线改接到74161的Q4Q1，k4k1接地。输入CP脉冲，用示波器观测并记录输出电压的波形。(1Hz？1KHz？)*(三).如计数器输出改接到DAC的低四位，高四位接地，重复上述实验步骤，结果又如何？*(四).采用八位二进制计数器，再进行上述实验。*(五).若输出要获得双极性电压，则按图5.接法就可实现，读者适当选择电阻，就可获得正、负电压输出。第45页/共56页五、实验报告要求整理所测实验数据，画出实验电路。分析理论值和实际值的误差。绘出所得的电压波形，并进行分析、比较。六、思考题 给一个8 8位D/AD/A输入二进制数1000000010000000时，其输出电压为5V5V。问：如果输入二进制数0000000100000001和1100110111001101时，D/AD/A转换器的输出模拟电压分别为何值？中，如果将74LS16174LS161的Q3 Q2 Q1 Q0Q3 Q2 Q1 Q0输出由高到低对应接到DAC0832DAC0832的低4 4位时，在示波器上看到的输出波形会有什么样的变化。七、注意事项注意DAC0832DAC0832的电源极性，不得接错；各控制信号的作用和连线方法。运算放大器的电源连接脚和极性也是要重点注意的地方。第46页/共56页一.给定条件74LS1612片74LS001片(可用74LS92片和74LS002片)二.设计要求设计一24和60进制计数器(译码显示用实验箱上的译码显示器)三.设计步骤:a确定输入输出变量数和状态数，b确定逻辑状态的含义并编号，c按题意列出状态转换图。状态简化将等价状态合并得到最简状态图画出逻辑电路测试电路功能四.实验报告要求1.给定条件4.电路测试2.设计要求5.实验结果和小结3.设计电路 实验六 数字电路设计第47页/共56页1.023的的24进制进制计数器。计数器。串行进位，串行进位，计数器计数器的个的个位有清零位有清零，十位也有清零。当十位和个位中的，十位也有清零。当十位和个位中的Qb和和Qc分别分别都为高电平的时候，产生清零的信号。其中在此之前，个都为高电平的时候，产生清零的信号。其中在此之前，个位为十进制计数器，会向十位进位，清零在显示器上显示位为十进制计数器，会向十位进位，清零在显示器上显示的即为的即为2300。这样就实现了小时的。这样就实现了小时的24进制进制。2.1-24的的24进制计数器。进制计数器。并行进位，采用置数法。当并行进位，采用置数法。当十位和个位中的十位和个位中的Qb和和Qc分别都为高电平的时候，产生置分别都为高电平的时候，产生置数的信号数的信号,十位置零十位置零,个位置个位置1。其中在此之前，个位为十进。其中在此之前，个位为十进制计数器，个位每为九，控制十位并行计数制计数器，个位每为九，控制十位并行计数1。选择两片选择两片74LS161分为高位和地位。分为高位和地位。十位计数十位计数02三个状态三个状态个位有个位有0-9十个状态。十个状态。一一.用用74LS161设计出一设计出一个个1-24进制计数器进制计数器第48页/共56页参考电路参考电路1：用：用161设计设计24进制进制计数器计数器QDQCQBQAQDQCQBQA74ls161(十)S1S2LDCRcpCRcpLDS2S174ls161(个)+5v+5vCP1414992211111313121211771010（00-23）串行）串行74LS0074LS0074LS0074LS04第49页/共56页参考电路参考电路2：用：用161设计设计24进制进制计数器计数器D3D2D1D0D3D2D1D0CPLDLDCRCR+5V+5V+5VQDQCQBQAQDQCQBQAS1S1S2S2992211111414331313121211445566101077(124）并行）并行74LS161（十）74LS161（个）74LS0074LS0074LS0074LS04第50页/共56页第51页/共56页第52页/共56页第53页/共56页第54页/共56页第55页/共56页感谢您的观看！第56页/共56页
