实验一：集成逻辑门电路的测试与使用.doc

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1、信息学院数字电子技术实验讲义- 1 -实验一：集成逻辑门电路的测试与使用实验一：集成逻辑门电路的测试与使用一实验目的：1学会检测常用集成门电路的好坏的简易方法； 2掌握 TTL 与非门逻辑功能和主要参数的测试方法； 3掌握 TTL 门电路与 CMOS 门电路的主要区别。二实验仪器与器件：1元器件：74LS20、74LS00(TTL 门电路)，4011(CMOS 门电路)； 2实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。三实验原理：1集成逻辑门电路的管脚排列：（1） 74LS20（4 输入端双与非门）：Y= ABCDVCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y1A 1B NC 1C 1D 1Y

2、 GNDV VCCCC：表示电源正极、：表示电源正极、GNDGND：表示电源负极、：表示电源负极、N NC C：表示空脚。：表示空脚。（2） 74LS00（2 输入端 4 与非门）：Y= ABVCC 4A 4B 4Y 3A 3B 3Y1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND14 13 12 11 10 9 81 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 81 2 3 4 5 6 7信息学院数字电子技术实验讲义- 2 -（3） 4011（2 输入端 4 与非门）： Y= ABVCC 4A 4B 4Y 3Y 3B 3A1A 1B 1Y 2Y 2B 2A GND 集成门电路管脚的识别

3、方法：将集成门电路的文字标注正对着自己，左下集成门电路管脚的识别方法：将集成门电路的文字标注正对着自己，左下 角为角为 1 1，然后逆时针方向数管脚。，然后逆时针方向数管脚。2TTL 与非门的主要参数有： 导通电源电流 ICCL、低电平输入电流 IIL、高电平输入电流 IIH、输出高电平 VOH、输出低电平 VOL、阈值电压 VTH等。 注意：不同型号的集成门电路其测试条件及规范值是不同的。注意：不同型号的集成门电路其测试条件及规范值是不同的。3检测集成门电路的好坏的简易方法： （1） 在未加电源时，利用万用表的电阻档检查各管脚之间是否有短路 现象； （2） 加电源：利用万用表的电压档首先检查

4、集成电路上是否有电，然 后再利用门电路的逻辑功能检查电路。 例如：“与非”门逻辑功能是：“见低出高，同高出低” 。 对于 TTL 与非门：若将全部输入端悬空测得输出电压小于 0.4V， 将任一输入端接地测得输出电压大于 3.5V，则说明该门是好的。 思考：思考：COMS 与非门如何测试。与非门如何测试。四实验内容和步骤：1将 74LS20 加上+5V 电压，检查集成门电路的好坏。 2TTL 与非门的主要参数测试： （1）导通电源电流 ICCL= 。 测试条件：VCC=5V，输入端悬空，输出空载，如图（1） 。图（1） 图（2） 14 13 12 11 10 9 81 2 3 4 5 6 7信息

5、学院数字电子技术实验讲义- 3 -（2）低电平输入电流 IIL= 。 测试条件：VCC=5V，被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空，输 出空载，如图（2） ，依次测量每个输入端。 （3）高电平输入电流 IIH= 。 测试条件：VCC=5V，被测输入端通过电流表接 VCC，其余输入端接地， 输出空载，如图（3） ，每个输入端都测一下。 注意：在测试中万用表应串入电路中，档位选择应由注意：在测试中万用表应串入电路中，档位选择应由 10mA 档逐渐减小。档逐渐减小。图（3） 图（4）3比较 TTL 门电路和 CMOS 门电路的性能： 在下列情况下，用万用表电压档测量图（4）Vi2端得到的电压填入

6、表（2）： 表（2）： 在不同的 Vi1下74LS004011Vi1接高电平（3V）Vi1接低电平（0.4V）Vi1经 100 电阻接地Vi1经 10k 电阻接地思考：请回答为何结果不同？思考：请回答为何结果不同？五实验报告要求：1记录本次实验中所得到的各种数据。根据测试数据判断所测与非门的逻 辑关系是否正确。 2思考并回答下列问题： TTL 与非门中不用的输入端可如何处理？各种处理方法的优缺点是什么？ CMOS 与非门呢？信息学院数字电子技术实验讲义- 4 -实验二：组合逻辑电路的设计实验二：组合逻辑电路的设计一实验目的：1掌握用门电路设计组合逻辑电路的方法； 2掌握组合逻辑电路的调试方法。

7、二实验仪器和器件：1实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。 2元器件：74LS151、74LS04、74LS20、74LS138、74LS125；它们的管脚排 列如下：（1）74LS04（非门）： Y= AVCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND（2）74LS138（3 线8 线译码器）：VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6A0 A1 A2 S2 S3 S1 Y7 GND（2）74LS125（三态缓冲器）：Y=A（C=0） 、Y 为高阻（C=1） VCC 4C 4A 4Y 3C 3A 3Y14 13 12 11 10 9 81

8、2 3 4 5 6 716 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 814 13 12 11 10 9 81 2 3 4 5 6 7信息学院数字电子技术实验讲义- 5 -1C 1A 1Y 2C 2A 2Y GND （6）74LS151（八选一数据选择器）：Y=A2A1A0D0+A2A1A0D1+A2A1A0D2+A2A1A0D3+A2A1A0D4+A2A1A0D5+A2A1A0D6+ A2A1A0D7VCC D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2D3 D2 D1 D0 Y Y S GND三实验原理：组合逻辑电路的设计大致可分为以下几个步骤：1根据给定的实际问题的逻辑

9、关系列出真值表； 2根据真值表写出逻辑函数表达式并化简； 3根据集成芯片的类型变换逻辑函数表达式并画出逻辑电路图； 4检查设计的组合逻辑电路是否存在竞争冒险，若有则设法消除。四实验内容与步骤：1根据组合逻辑电路的设计方法自行设计下列题目： （1）设计用 3 个开关控制一个电灯的逻辑电路，要求改变任何一个开关的状态 都能控制电灯由亮变灭或者由灭变亮。要求用 74LS138和与非门和与非门实现。（2）用三态门和非门三态门和非门设计一个数据传输电路：要求当 C=0 时传输 A 路数据、 当 C=1 时传输 B 路数据。（3）人的血型有 A、B、AB、O 4 种。输血时输血者的血型与受血者血型必 须符

10、合图（1）中用箭头指示的授受关系。试用数据选择器和非门数据选择器和非门电路设 计一个逻辑电路，判断输血者与受血者的血型是否符合上述规定。 （提示： 可以用两个逻辑变量的 4 种取值表示输血者的血型。用另外两个逻辑变量 的 4 种取值表示受血者的血型。 ）A AB BAB ABO O16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8信息学院数字电子技术实验讲义- 6 -图（1）2按拟定的设计方案连接电路，检查无误后，方可接通电源，验证所设计电路 的逻辑功能。 3注意实验中有无异常情况，如有异常情况出现，则对它进行分析并加以解决。五实验报告要求：1写出设计全过程，画出实验电

11、路图。 2记录实验验证的结果，讨论实验中出现的异常情况，写出实验心得体会。实验三：时序逻辑电路的设计实验三：时序逻辑电路的设计一 实验目的：1熟悉 MSI 计数器的使用方法，学会利用 MSI 计数器构成 N 进制计数器； 2熟悉七段显示译码器和数码管的使用方法； 3掌握电路故障的查找与排除。二实验仪器和器件：1实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。 2元器件： 74LS00、74LS191、74LS161、74LS48；它们的管脚排列如下：（1）74LS191：同步十六进制加/减计数器Vcc D0 CPI CPO C/B LD D2 D3D1 Q1 Q0 S U/D Q2 Q3 GN

12、D74LS191 的功能表：的功能表：CPISLDU/D工作状态工作状态11保持0异步预置数16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8信息学院数字电子技术实验讲义- 7 -010加法计数011减法计数（2）74LS161：同步十六进制计数器Vcc C Q0 Q1 Q2 Q3 ET LDRD CP D0 D1 D2 D3 EP GND74LS161 的功能表：的功能表：CPRDLDEP ET工作状态工作状态0 异步置零10 同步预置数110 1保持11 0保持（但 C=0）111 1加法计数（3）74LS48：BCD-七段显示译码器Vcc f g a b c d

13、eA1 A2 LT BI/RBO RBI A3 A0 GND三实验内容与步骤：1将 74LS191 接成 8421 码十进制加法计数器。 （1） 画出连线图，电路输出用译码显示电路表示出来（显示译码器用 74LS48，数码管由数字逻辑实验测试台中的提供） 。16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8信息学院数字电子技术实验讲义- 8 -（2） 74LS191 的 CP 脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供， 要求开关每动作一次，数码管的显示将从 0129 循环变化。2将 74LS1

14、91 接成 8421 码十进制减法计数器。 （1）画出连线图，电路输出用译码显示电路表示出来（显示译码器用 74LS48，数码管由数字逻辑实验测试台中的提供） 。 （2） 74LS191 的 CP 脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供， 要求开关每动作一次，数码管的显示将从 9870 循环变化。（注意：做（注意：做 2 时不用重新插线，只要在时不用重新插线，只要在 1 的基础上改动几条线就可以了）的基础上改动几条线就可以了）3使用两片 74LS161 设计一个六十进制计数器。 （1） 画出连线图，电路输出直接由数字逻辑实验测试台中的译码显示电 路表示出来。 （2）74LS161 的 C

15、P 脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供， 要求开关每动作一次，数码管的显示将从 01259 循环变化。四实验报告要求：1复习相关 MSI 计数器的内容。 2按照实验内容设计并画出电路图和接线图，自拟具体的测试步骤。 3排除实验中出现的异常现象，分析原因。 4思考题：使用两片 74LS161 实现六十进制计数器共有几种方法？画出对应 的电路连接图。实验四：脉冲信号的产生与变换实验四：脉冲信号的产生与变换一 实验目的：1熟悉 RC 环形振荡器的使用， 2熟悉 555 集成定时器的使用， 3掌握用示波器对输出波形进行定性和定量分析的方法。二实验仪器和器件：1实验仪器：稳压电源、万用表、示波

16、器、数字逻辑实验测试台。 2元器件：74LS04、555 定时器，电阻、电容若干；它们的管脚排列如下：555 定时器：Vcc DISC TH Vco8 7 6 5 1 2 3 4信息学院数字电子技术实验讲义- 9 -GND TR OUT RD三 实验原理：555 定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成电 路器件。 555 定时器包括放电三极管、复位三极管、电压比较器 A1和 A2、R-S 触发 器、输出缓冲级，以及由三个 5k 电阻组成的分压器。比较器的参考电压从 分压器电阻上取得，分别为 2Vcc/3 和 Vcc/3。高电平触发端 6 接比较器 A1的同 相端，低电平触发

17、端 2 接比较器 A2的反相端，分别作为阀值端和外触发输入端， 用来启动电路，复位端 4 为低电平时，电路输出为低电平，不用时应接至 Vcc 电源端。控制电压端 5 可以在一定范围内调节比较器的参考电压，不用时将它 与地之间接 0.01F 电容器，以防止干扰电压引入。利用这种定时器只须外接 RC 电路就可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等，应用广泛而灵 活。555 定时器的功能表：定时器的功能表：输入输入输出输出RDTHTROUT放电管放电管 TD状态状态0低导通1 2Vcc/3 Vcc/3低导通1 Vcc/3不变不变1 2Vcc/3 Vcc/3高截止四 实验内容与步骤：1RC 环形

18、振荡器；R1kRs100 C1uFVoAB信息学院数字电子技术实验讲义- 10 -图（图（1）按图（1）连接检查无误后，方可接上电源。 （1） 用示波器观察振荡器的振荡波形且测出振荡周期； （2） 断开 A、B 加入电位器 RW，用示波器测出振荡周期可调范围填入表 （1）中：A、B 间接波 形周 期电阻 R电位器 RW2555 多谐振荡器：76235481R110KR2 10KC 0.047uF0.01uF+5VVo图（图（2） 按图（2）连接检查无误后，方可接上电源。 用示波器观察输出端（3 脚）有无矩形波。3、555 单稳态触发器：信息学院数字电子技术实验讲义- 11 -图（图（3） 按图

19、（3）连接检查无误后，方可接上电源。注：注：Vi来源于图（来源于图（2）的输出波形。）的输出波形。用双踪示波器观察输出、输入波形，且测出周期及脉宽，填入表（2）中：波 形周 期脉 宽Vi：Vo：五实验报告要求：1整理实验测试结果，与理论计算比较； 2画出观察到的波形，并进行简单地分析和讨论； 3思考题：在 555 单稳态触发器中，对输入信号的脉宽有无要求？ 实验五：实验五：A/D 和和 D/A 转换器及其应用转换器及其应用一 实验目的了解大规模集成电路 A/D 和 D/A 转换器的基本结构和特性；通过测试 A/D、D/A 的转换特性，加深对其基本原理的理解，熟悉它们的使用方法及典 型应用。信息

20、学院数字电子技术实验讲义- 12 -二芯片简介和引脚排列1ADC0809 包括一个 8 位的逐次逼近型的 ADC 部分，并提供一个 8 通道的模 拟多路开关和联合寻址逻辑。用它可直接输入 8 个单端的模拟信号，分时进行 A/D 转换。在多点巡回检测、过程控制等应用领域中使用非常广泛。ADC0809 的主要技术指标为： 分辩率：8 位； 单电源：+5V； 总的不可调误差：1LSB； 转换时间：取决于时钟频率； 模拟输入范围：单极性 05V； 时钟频率范围：10KHz 1280KHz。2DAC0832 是 8 位芯片，采用 CMOS 工艺和 R2R T 形电阻解码网络。转换结 果为一对差动电流 I

21、O1 和 IO2 输出。其主要性能参数为： 分辩率：8 位； 单电源：+5V +15V； 转换时间：1us； 参考电压：+10V -10V； 满刻度误差：1LSB 数据输入电平与 TTL 电平兼容。IN026D721 D620 IN127D519 D418 IN228D38 D215 IN31D114 D017 IN42 EOC7 IN53 ADD-A25 IN64ADD-B24 ADD-C23 IN75 ALE22ref(-)16ENABLE9 START6 ref(+)12CP10ADC0809Ucc20IO111D07IO212D16D25Rf9D34D416Uref8D515D614D

22、713ILE19WR218CS1WR12Xfer17DAC0832三实验内容1ADC0809 实验电路信息学院数字电子技术实验讲义- 13 -+5v9 11 12 13 166 7 221021 20 19 18 8 15 14 17D7D6D5D4D3D2D1D023 24 25 C B ACP+5V1k*1028 27 26 IN2 IN1 IN01 2 3 4 5IN3 IN4 IN5 IN6 IN7ADC080912345678555+5V0.01u200p10k10k图（1） 如图（1）所示。因 ADC0809 芯片不带时钟发生器，采用“555”定时器组 成一个多谐振荡器提供时钟信号

23、。将 ADC0809 的第 6、7、22 脚连在一起，就 能使 ADC0809 连续进行 A/D 转换。 在 ADC0809 芯片中有一 8 路单端模拟信号输入的多路开关，通过 ADD- A、ADD-B、ADD-C（芯片的 25、24、23 脚）这三端地址译码器来选中一路开 关接通，相应的模拟信号送入 A/D 转换器。 将 23、24、25 脚分别接开关作为输入；将 D0 D7（8、14、15、17、18、19、20、21 脚）分别接指示灯作为输出。 2DAC0832 实验电路图（2） 如图（2）所示。DAC0832 是工作在直通方式下。四实验任务与步骤1A/D 转换 （1）按图（1）连接实验

24、电路。 （2）按表 1 所示的地址译码与输入选通的关系选择模拟信号输入通路，方法是 闭合或打开 C、B、A。信息学院数字电子技术实验讲义- 14 -（3）观察 D0D7（灯亮为 1、灯灭为 0） ，将实测结果填入表 1。 表 1： 地 址理 论 值被选模拟通路CBAD7D6D5D4D3D2D1D0十六进制 IN04.5V00011100110E6 IN14V00111001100CC IN23.5V01010110011B3 IN33V011100110109A IN42.5V1001000000080 IN52V1010110011066 IN61.5V110010011114F IN71V

25、1110011001133 地 址实 测 值被选模拟通路CBAD7D6D5D4D3D2D1D0十六进制 IN04.5V000 IN14V001 IN23.5V010 IN33V011 IN42.5V100 IN52V101 IN61.5V110 IN71V111 2D/A 转换 （1）按图（2）连接实验电路。 （2）将开关 D0D7拔到“0” ，观察 DAC 输出的运放反相放大器输出是否为 0。 （3）将开关 D0D7拔到“80” ，调节 50K 电位器使输出电压为 2.5V。 （4）按表 2 所列输入数字信号，用万用表测试数模转换电压，并将测量结果填 入表 2 中。 表 2： 输 入 数 字

26、 信 号UREF=5V D7D6D5D4D3D2D1D0十六进制UO 11100110E6 11001100CC 10110011B3 100110109A 1000000080 0110011066 010011114F 0011001133五实验报告要求：整理实验测试结果，与理论计算比较；分析产生误差的原因。实验六：序列信号发生器的设计（设计性）实验六：序列信号发生器的设计（设计性）信息学院数字电子技术实验讲义- 15 -一、实验目的1熟悉综合运用所学知识设计数字系统的方法；2熟悉合理选用数字集成电路的方法；3提高电路布局、检查和排除故障的能力；4培养如何正确选用测试仪器对数字系统进行正确

27、测试的能力。二、预习与参考1如何用 555 定时器设计多谐振荡器；2查阅集成手册，挑选所需的计数器和数据选择器；3如何用中规模计数器实现任意进制计数器；4如何用中规模数据选择器实现电子开关；5结合教学内容和实验要求，认真设计实验电路。三、设计指标多谐振荡器的输出频率为 1Hz，允许波动 10%。四、实验要求（设计要求）1用 555 定时器设计一个多谐振荡器，输出频率为 1Hz；2使用中规模集成器件（计数器和 8 选 1 数据选择器）设计一个输出序列为 01001100010111 的序列信号发生器；3将多谐振荡器的输出作为序列信号发生器的时钟输入；4用仿真软件 Multisim：画出相应的设计

28、电路、调试、观察输出结果。信息学院数字电子技术实验讲义- 16 -五、实验设备：微机和仿真软件 Multisim六、调试及结果测试1用仿真示波器观察多谐振荡器的输出波形是否满足要求，若不满足，可改变电阻或电容的大小。2在序列信号发生器的输出端接一仿真灯，观察灯的变化是否符合题目要求；若不符合，请修改所设计的电路，直到符合题目要求为止。七、考核形式考核成绩=课堂验收仿真结果60%+实验报告40%八、实验报告要求1题目名称；2任务和要求；3原理电路的设计：（1）单元电路的设计和元器件的选择；（2）画出完整的电路图，并说明主要工作原理。4在调试过程中遇到过哪些问题，你是如何解决的？5整理好测试数据，并分析是否满足要求。6有哪些收获、体会和建议？信息学院数字电子技术实验讲义- 17 -九、思考题如果对多谐振荡器的频率稳定度要求较高，则可将 555 定时器多谐振荡器改成石英晶体振荡器（石英晶体的固有谐振频率为1MHz） ，则电路应该如何修改，才能得到 1Hz 的频率信号。画出相关的电路。