数字电路与逻辑设计实验.ppt

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1、数字电路与逻辑设计实验一、实验目的和要求 通过实验可巩固和扩充学过的理论知识。更重要的是通过实验训练，使同学掌握必要的实验技能和培养科学的实验作风。本课程要求学生了解所用仪器，熟练使用仪器，具备对基本电路的分析和设计。拟定实验步骤，对电路进行必要的检测，查出故障与排除故障的能力，综合实验结果与写实验报告的能力。一、实验目的和要求要求独立完成设计、安装、调整、测试的全过程。提高能力。实验中遇到问题自行解决。二、预习 为了按质、按量、按时完成每一个实验，做实验之前要求先预习。做好预习报告。预习报告要求按照教材要求的实验内容，掌握解实验原理，先做好设计，拟定实验步骤。如果预习报告作的好，可在实验过程

2、中将实验数据直接填入预习报告。作为正式的实验报告。不必再花时间写实验报告。三、上课时间:二小时上课时：固定座位，不要随意走动，不要大声喧哗。每做完一个内容，先不要拆电路，待老师检查合格后签字才能做下一个内容。下课时间到，即停止做实验。离开实验室，要老师检查签字。未做完的实验可抽时间补做。四、写实验报告要求：（1）实验目的（2）原理（3）实验内容（4）所用仪器及器件（5）分析五、实验考试 第第15周补作实验。周补作实验。第第16周考试：周考试：考试时间：三小时。内 容：方 式：题目当场抽签，当场设计，当场作实 验，当场写报告。实验完毕要记录实验所用时间。第第17周补考。周补考。六、所用主要仪器1

3、、数电实验箱2、函数发生器3、示波器4、万用表实验一实验一 TTL与非门的静态参数测试与非门的静态参数测试一、器件使用1、集成芯片的使用1 2 3 4 5 6 7地14 13 12 11 10 9 8Vcc74LS00注意：注意：TTL门电路对电源电压VCC要求较严，VCC只允许在+5V10%的范围内工作，超过5.5V将损坏器件，低于4.5V器件的逻辑功能不正常。2、实验箱（电位器）3、万用表4、示波器二、实验内容每块74LS00包含4个与非门，前面的内容选其中的一个进行测试。高电平输入电流IIH较小，难以测量，测不出则以0A记录。集成电路的功耗和集成密度密切相关。功耗大的的元器件则集成度不能

4、很高。当输出端空载,门电路输出低电平时电路的功耗称为空载导通功耗Pon。当输出端为高电平时，电路的功耗称为空载截止功耗Poff。平均功耗P=(Pon+Poff)/2。例如74H系列TTL门电路，平均功耗为22毫瓦。而CMOS门电路平均功耗在微瓦数量级。电压传输特性平均传输延迟时间tpd 用七个与非门构成环形振荡器至示波器波形tV实验二实验二 组合逻辑电路分析与设计组合逻辑电路分析与设计其中内容其中内容5 选做选做一、电路故障排除：（1）电源、接地是否正确。（2）断线或接触不稳的判断：除非是悬空，否则，如果测得电压1.4伏左右。（3）线路连接错误。（4）设计错误。二、实验内容1、设计转换电路自行

5、设计B3B2B1B0G3G2G1G0输入二进制码输出循环码转换电路B3B2B1B0接模拟开关接0-1显示器2.电路测试电路测试G3G2G1G0接0-1显示器3、74LS197构成16进制计数器作为代码转换电路的输入信号74LS197QDQCQBQACPA手动单步脉冲CrLD11QDQCQBQA0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111CPB转换电路B3B2B1B0接0-1显示器74LS197QDQCQBQACPA手动单步脉冲CrLD11CPBG3G2G1G0转换电路B3B2B1B0接示波器74LS197QDQ

6、CQBQACPA(接函数发生器）连续脉冲（10KHz）CrLD114.动态测试1S1CPBG3G2G1G0电压波形图之间相位测试两路输入，Vertical Mode 置AltTriggering Mode 置AUTO，或NORMTriggering Mode 置CH1或CH2如果波形图不稳或不出现则可调LEVELCPG1G2G3G00000100011000100下周实验实验三 利用MSI设计组合逻辑电路实验三 利用MSI设计组合逻辑电路要求：内容1，内容2 作完要分别检查。内容1：1、自己设计2、静态测试。注意接电源，接地，附加控制端应接低电平。S1 S0 A BY 0 0 0 0 0 0

7、0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 10001011101101100A.BA+BABAS1S0Y00110101CPB(QA)A(QB)S0(QC)S1(QD)Y3、动态测试。74LS197接成16进制计数器，观测输出波形。内容二：1、原理：A B CF0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F70 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1D 0 0 0 0 0 0

8、0 0 D 0 0 0 0 0 0 0 0 D 0 0 0 0 0 0 0 0 D 0 0 0 0 0 0 0 0 D 0 0 0 0 0 0 0 0 D 0 0 0 0 0 0 0 0 D 0 0 0 0 0 0 0 0 D 3、线路连接，按教材提示连接。注意：地址输入端A、B、C与A2、A1、A0的连接顺序。4、静态测试地址输入端接模拟开关，输出端接0-1显示器。对照真值表检测。5、动态测试 用74LS197连接成8进制。其输出作为地址输入端。观测记录输入输出波形。A0 A1 A2实验四 译码显示电路1、七段发光二极管数码管 实验箱上数码管是共阴极，注意两个公共端已经相连，实验时连接一个即

9、可。2、BCD码七段译码驱动器 74LS48，本身已有上拉电阻。实验时不必另接。3、四位双向移位寄存器74LS194 功能见本实验附表（2）其功能有：（1）S1=S0=0，保持原来的状态不变（2）S1=0，S0=1，右移DSR为右移送数端，当脉冲到来时，其状态变化情况。DSRQ0Q1Q2Q3Q0n+1=DSRQ1n+1=Q0Q2n+1=Q1Q3n+1=Q2（2）S1=1，S0=0，左移DSL为左移送数端，当脉冲到来时，其状态变化情况。DSLQ0Q1Q2Q3Q0n+1=Q1Q1n+1=Q2Q2n+1=Q3Q3n+1=DSL（3）S1=1，S0=1，并行送数D0、D1、D2、D3为并行送数端，当脉

10、冲到来，其状态变化情况。Q0n+1=D0Q1n+1=D1Q2n+1=D2Q3n+1=D34 设计伪码灭灯电路自己设计。Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 74LS48 A3 A2 A1 A0 LT IBRIB5V接模拟开关 Q0 Q1 Q2 Q3 S1DSR 74LS194 S0 D0 D1 D2 D3 Cr5VQQR1c1JK5V接模拟开关CP接连续脉冲1-2Hz5V接0-1显示器注意：启动节拍发注意：启动节拍发生器时，应先清零，生器时，应先清零，即将清零模拟开关即将清零模拟开关放置在低电平，待放置在低电平，待清零置数后，清零清零置数后，清零模拟开关放置在高模拟开关放置在高电平。电平。

11、cccccccc15V伪码灭灯电路实验五 组合电路中的竞争与冒险组合电路中的竞争与冒险 1、F=AB+BCD+ACD要求只有原变量输入即实现时不能用模拟开关的反变量，要实现反变量，用非门。没有非门，可用与非门。要能观察到竞争冒险现象，实现时应尽可能使同一变量的经过两条路径到达同一点时，两条路径相差的门数尽可能多。F=AB.C BD.AD按上式画逻辑图（自己画）2、写出真值表111111110001101100 011011ABCD3、静态测试验证真值表。4、观测A的险象。中值宽度毛刺幅度5、6、判断险象是否影响下一级电路的正常工作，应看毛刺的幅度大小。1FCFFF（5）（6）7、同内容48、使

12、用公式 AB+AC+BC=AB+AC本实验中F=AB+BCD+ACD=AB+BCD+ACD+BCD冗余项实验六 同步计数器的设计实验内容2一 设计按要求自己设计实验内容二一、设计（1）根据实验要求可以的该特殊十二进制计数器状态转换图。000100100011010001010110 110010111010100110000111（2）确定电路所需触发器数目有效状态为m=12，求所需触发器数目n。2nm=12可得n=4（3）画出次态卡诺图1011110010101001xxx00010111100001100101001101000010X0001101100011011Q3nQ2nQ1nQ0

13、n（4）求出每个触发器的状态方程1001xxx11001100X0001101100011011Q3nQ2nQ1nQ0n1010 xxx01010101X0001101100011011Q3nQ2nQ1nQ0n0100 xxx01011010X0001101100011011Q3nQ2nQ1nQ0n1111xxx00100000X0001101100011011Q3nQ2nQ1nQ0nQ0n+1=Q0Q1n+1=Q0Q1+Q0Q1Q2n+1=Q1Q0Q2+(Q3Q1+Q3Q0)Q2Q3n+1=Q2Q3+Q2Q1Q0Q3(5)求各触发器的驱动方程Q0n+1=Q0Q1n+1=Q0Q1+Q0Q1Q2

14、n+1=Q1Q0Q2+(Q3Q1+Q3Q0)Q2Q3n+1=Q2Q3+Q2Q1Q0Q3J0=K0=1J1=K1=Q0J2=Q1Q0，K2=Q3Q1+Q3Q0=Q3Q1Q0J3=Q2Q1Q0，K3=Q2（6）检查自启动1011110010101001001100000010000101111000011001010011010000100010001101100011011Q3nQ2nQ1nQ0n1111 0000 1101 1111 000100100011010001010110 110010111010100110000111Q3Q2Q1Q0（7）画出逻辑图 Q0 Q1 Q2 Q3二、实验

15、1、电源：一般为5 0.25V （1）如果将电源接入电路后稳压源为零及指示灯暗，而将电源连线拔出，则稳压源正常及指示灯变亮，则可断定，你连接的电路中有短路现象。（2）如果低电平时“0-1”显示器微亮，高电平时更亮，则可断定接地有问题。2、时序逻辑器件，不能以悬空代替高电平。3、时序逻辑器件的清零端和置1端。如果是低电平有效，则正常工作时这两端都接1。反之如果是高电平有效，则正常工作时这两端都接。0。4、用示波器观察和记录波形：一般是比较两个波形的相位关系。待观察信号分别接入CH1、CH2Vertical Mode 置“ALT”Triggering Mode 置“NORM”或“AUTO”Trig

16、gering Source，置CH1或“CH2”若波形不显示或不稳定则可调“LEVEL”5、电路故障：（1）电源、接地是否正确。（2）断线或接触不稳的判断：除非是悬空，否则，如果测得电压1.4伏左右。（3）线路连接错误。（4）设计错误。（5）元器件使用不当或功能不正常（6）仪器（主要指数字电路实验箱）和集成器件本身出现故障。6、故障检查（1）查线法：由于在实验中大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。（2）观察法：用万用表直接测量各集成块的Vcc端是否加上电

17、源电压；输入信号、时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。（3）动态跟踪检查法对于时序电路，将触发器的输出接0-1显示器，输入时钟信号，观察状态变化。如发现某个触发器该触发而没有触发，则可判断该触发器有问题。（a）检查该触发器输入端连接是否正确。（b）这时将状态停留在错误的状态的前一个状态，用万用表测量该触发器的输入端状态。根据输入端状态，如果触发器该翻转而没有翻转，则判断触发器本身故障，应更换器件。以上检查故障的方法，是指在仪器工作正常的前提下进

18、行的，如果实验时电路功能测不出来，则应首先检查供电情况，若电源电压已加上，便可把有关输出端直接接到01显示器上检查，若逻辑开关无输出，或单步CP无输出，则是开关接触不好或是内部电路坏了，否则，一般就是集成器件坏了。实验七实验七 计数译码显示综合实验计数译码显示综合实验 QA QB QC QD74LS160（2）CP A B C D QA QB QC QD 74LS160（1）CP A B C D a b c d e f g 74LS48（2）A0 A1 A2 A3 a b c d e f g74LS48（1）A0 A1 A2 A3QCCS1S20LD&CPS1S21LD1CrCr1LTIB/Y

19、BRIBRLTIB/YBRIBR111实验八 8421码检测电路的设计一、设计 1、求原始状态转换图设电路输入为x，电路输出为F，当输入为非法码时输出为1，否则输出为0。假设起始状态S0，从该状态开始根据输入是0还是1，将分别转换到两个不同的状态S1和S2，从S1和S2接收第二个码元，又根据是0还是1又各自转换到两个不同的新状态。然后再接收第三、第四码元。在接收第四个码元后，根据所接收的代码是否是非法码而确定其输出是否是1，并回到初始状态S0，准备接受新的一组码组。S0S1S2S3S4S6S5S7S8S9S10S11S12S13S14S0S0S0S0S0S0S0S0Sx/F0/01/00/00

20、/00/01/0S0 S0 S0S0S0S0S0S01/01/00/01/00/01/00/01/00/01/00/01/10/01/10/01/10/01/00/01/10/01/10/01/18421码检测器原始状态图码检测器原始状态图原始状态转换表 x01S0S1/0S2/0S1S3/0S4/0S2S5/0S6/0S3S7/0S8/0S4S9/0S10/0S5S11/0S12/0S6S13/0S14/0S7S0/0S0/0S8S0/0S0/1S9S0/0S0/1S10S0/0S0/1S11S0/0S0/0S12S0/0S0/1S13S0/0S0/1S14S0/0S0/1Sn+1S等效状态

21、是输入相同输出相同并且次态也相同。等效状态可以合并。x01S0S1/0S2/0S1S3/0S4/0S2S5/0S6/0S3S7/0S8/0S4S9/0S10/0S5S11/0S12/0S6S13/0S14/0S7S0/0S0/0S8S0/0S0/1S9S0/0S0/1S10S0/0S0/1S11S0/0S0/0S12S0/0S0/1S13S0/0S0/1S14S0/0S0/1Sn+1S2、状态化简（找出等效状态合并）S8、S9、S10、S12、S13、S14为等效状态，合并为S8，在出现这些状态的地方用S8代替。S7和S11等效合并后用S7表示。x01S0S1/0S2/0S1S3/0S4/0S

22、2S5/0S6/0S3S7/0S8/0S4S8/0S8/0S5S7/0S8/0S6S8/0S8/0S7S0/0S0/0S8S0/0S0/1S9S0/0S0/1S10S0/0S0/1S11S0/0S0/0S12S0/0S0/1S13S0/0S0/1S14S0/0S0/1Sn+1S x01S0S1/0S2/0S1S3/0S4/0S2S5/0S6/0S3S7/0S8/0S4S8/0S8/0S5S7/0S8/0S6S8/0S8/0S7S0/0S0/0S8S0/0S0/1Sn+1SS3和S5等效，合并为S3S4和S6等效，合并为S4 x01S0S1/0S2/0S1S3/0S4/0S2S3/0S4/0S3

23、S7/0S8/0S4S8/0S8/0S5S7/0S8/0S6S8/0S8/0S7S0/0S0/0S8S0/0S0/1Sn+1S x01S0S1/0S2/0S1S3/0S4/0S2S3/0S4/0S3S7/0S8/0S4S8/0S8/0S7S0/0S0/0S8S0/0S0/1Sn+1SS1和S2等效合并为S1 x01S0S1/0S2/0S1S3/0S4/0S2S3/0S4/0S3S7/0S8/0S4S8/0S8/0S7S0/0S0/0S8S0/0S0/1Sn+1S x01S0S1/0S1/0S1S3/0S4/0S3S7/0S8/0S4S8/0S8/0S7S0/0S0/0S8S0/0S0/1Sn+

24、1S令S0=A，S1=B，S3=C，S4=D，S7=E，S8=F x01AB/0B/0BC/0D/0CE/0F/0DF/0F/0EA/0A/0FA/0A/1Sn+1S3、状态分配XXEFBCDA0100011011Q3nQ2nQ1n即A=000、B=010、C=011D=001、E=101、F=100代入简化状态表。x01000010/0010/0010011/0001/0011101/0100/0001100/0100/0101000/0000/0100000/0000/1Q3nQ2nQ1n x01AB/0B/0BC/0D/0CE/0F/0DF/0F/0EA/0A/0FA/0A/1Sn+1S

25、A=000、B=010、C=011D=001、E=101、F=1004、由状态转换表可得次态卡诺图 x01000010/0010/0010011/0001/0011101/0100/0001100/0100/0101000/0000/0100000/0000/1Q3nQ2nQ1n001/0100/0100/0010/0 xxx/xxxx/x000/0000/1xxx/xxxx/x000/0000/0011/0101/0100/0010/00001101100011011XQ3nQ2nQ1n5、由次态卡诺图求各触发器的状态方程001/0100/0100/0010/0 xxx/xxxx/x000/

26、0000/1xxx/xxxx/x000/0000/0011/0101/0100/0010/00001101100011011XQ3nQ2nQ1n1000 xx00 xx0011000001101100011011XQ3nQ2nQ1n0001xx00 xx0010010001101100011011XQ3nQ2nQ1n0110 xx00 xx0001100001101100011011XQ3nQ2nQ1nQ1n+1=Q2Q1+XQ2Q1Q2n+1=Q3Q2Q1+XQ2Q1Q3n+1=Q3Q16、由状态方程求驱动发方程Q1n+1=Q2Q1+XQ2Q1Q2n+1=Q3Q2Q1+XQ2Q1Q3n+1=

27、Q3Q1J1=Q2,K1=XQ2J2=Q3Q1,K2=XQ1J3=Q1,K3=1求输出方程0000 xx01xx0000000001101100011011XQ3nQ2nQ1nF=XQ3Q17、画逻辑图一、实验1、静态测试F检测电路 D 74LS74F至显示1XCPCrR=1S=1接实验箱单步脉冲接模拟开关接模拟开关Q3Q2Q1接0-1显示器测试时注意：（1）每次测试试都应该从初始状态开始即从A状态开始。（2）码组的输入从低位开始如检测1011则输入顺序为1101。（3）每输入一个码元即将X所连接的模拟开关放置相应的状态。再输入一个脉冲。故检测一组码元要四个脉冲。（4）观察检测电路输出状态是否是按状态转换表变化。2、动态测试F检测电路 D 74LS74F至显示1XCP 74LS160CrQB(x)R=1S=1下周实验九 内容555定时器的典型应用（1）构成单稳态触发器（2）构成多谐振荡器（5）组成施密特触发器