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1、数字电路与逻辑设计实验(shyn)第一页，共69 页。一、实验(shyn)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(xu sheng)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。第二页，共69 页。一、实验(shyn)目的和要求要求独立完成设计、安装(nzhung)、调整、测试的全过程。提高能力。实验中遇到问题自行解决。第三页，共69 页。二、预习(yx)为了按质、按量、按时完成每一个实验(shyn
2、)，做实验(shyn)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(shyn)内容，掌握解实验(shyn)原理，先做好设计，拟定实验(shyn)步骤。如果预习报告作的好，可在实验(shyn)过程中将实验(shyn)数据直接填入预习报告。作为正式的实验(shyn)报告。不必再花时间写实验(shyn)报告。第四页，共69 页。三、上课(shng k)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(losh)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(losh)检查签字。未做完的实验可抽时间补做。第五页
3、，共69 页。四、写实验报告要求：（1）实验目的（2）原理（3）实验内容(nirng)（4）所用仪器及器件（5）分析第七页，共69 页。五、实验(shyn)考试 第15 周补作实验(shyn)。第16 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(shyn)完毕要记录实验(shyn)所用时间。第17 周补考。第八页，共69 页。六、所用(su yn)主要仪器1、数电实验(shyn)箱2、函数发生器3、示波器4、万用表第九页，共69 页。实验(shyn)一 TTL 与非门的静态参数测试一、器件使用(shyng)1、集成芯片的使用(shyng)1
4、 2 3 4 5 6 7 地14 13 12 11 10 9 8Vcc74LS00注意：TTL 门电路对电源(dinyun)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。第十页，共69 页。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(qin mian)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。第十一页，共69 页。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很高。当输出端空载,门电路输出低电平时电路的功
5、耗称为(chn wi)空载导通功耗Pon。当输出端为高电平时，电路的功耗称为(chn wi)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。第十二页，共69 页。电压(diny)传输特性第十三页，共69 页。平均(pngjn)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(b xn)tV第十四页，共69 页。实验二 组合逻辑电路分析(fnx)与设计其中(qzhng)内容5 选做 一、电路故障排除：（1）电源、接地(jid)是否正确。（2）断线或接触不稳的判断：除非是悬空，否则，
6、如果测得电压1.4 伏左右。（3）线路连接错误。（4）设计错误。第十五页，共69 页。二、实验内容(nirng)1、设计转 换(zhunhun)电路自行设计B3 B2B1B0G3G2G1G0输 入(shr)二 进 制码输出循环码第十七页，共69 页。转 换(zhunhun)电路B3B2B1 B0接模拟(mn)开关接0-1 显示器G3G2G1G0第十八页，共69 页。接0-1 显示器3、74LS197 构成16 进制计数器作为代码(di m)转换电路的输入信号74LS197QDQCQBQACPA手动单步(dn b)脉冲CrLD11QDQCQBQA0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0
7、1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1CPB第十九页，共69 页。转 换(zhunhun)电路B3B2B1B0接0-1 显示器74LS197QDQCQBQACPA手动单步(dn b)脉冲CrLD11CPBG3G2G1G0第二十页，共69 页。转 换(zhunhun)电路B3B2B1B0接示波器74LS197QDQCQBQACPA(接函数发生器）连续(linx)脉冲（10KHz）CrLD114.动态(dngti)测试1S1CPBG3G2G1G0第二十一页，共69
8、 页。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(b wn)或不出现则可调LEVEL第二十二页，共69 页。CPG1G2G3G00000100011000100第二十三页，共69 页。下周实验(shyn)实验三 利用MSI 设计组合(zh)逻辑电路第二十四页，共69 页。实验(shyn)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(jinch)。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
9、 A B Y 0 0 0 0 0 0 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+BA BAS1S0Y00110101第二十五页，共69 页。74LS151 实现(shxin)的逻辑关系第二十六页，共69 页。CPB(QA)A(QB)S0(QC)S1(QD)Y3、动态测试(csh)。74LS197 接成16 进制计数器，观测输出波形。第二十七页，共69 页。内容(nir
10、ng)二：1、原理：A B C F0 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 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 第二十八页，共69 页。3、线路连接(linji)，按教材提示连接(linji)。注意：地址输入端A、B、C 与A2、A1、A0 的连接(linji)顺序。4、静态测试地址输入端接模拟开
11、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(linji)成8 进制。其输出作为地址输入端。观测记录输入输出波形。第二十九页，共69 页。A0 A1 A2第三十页，共69 页。实验四 译码显示(xinsh)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(s wi)双向移位寄存器74LS194 功能见本实验附表（2）其功能有：第三十二页，共69 页。（1）S1=S0=0，保持原来的状态不变（2）S1=0，S0=1，右移DSR
12、 为右移送数端，当脉冲到来时，其状态变化(binhu)情况。DSRQ0Q1Q2Q3Q0n+1=DSRQ1n+1=Q0Q2n+1=Q1Q3n+1=Q2第三十三页，共69 页。（2）S1=1，S0=0，左移 DSL 为左移送(y sn)数端，当脉冲到来时，其状态变化情况。Q0 Q1 Q2 Q3 DSLQ0n+1=Q1Q1n+1=Q2Q2n+1=Q3Q3n+1=DSL第三十四页，共69 页。（3）S1=1，S0=1，并行送数D0、D1、D2、D3 为并行送数端，当脉冲到来(doli)，其状态变化情况。Q0n+1=D0Q1n+1=D1Q2n+1=D2Q3n+1=D3第三十五页，共69 页。4 设计伪码
13、灭灯电路(dinl)自己设计。第三十七页，共69 页。Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 74LS48 A3 A2 A1 A0 LT IBRIB5V接模拟(mn)开关 Q0 Q1 Q2 Q3 S1DSR S0 D0 D1 D2 D3 Cr5VQQ R1c1JK5V接模拟(mn)开关CP 接连续(linx)脉冲1-2Hz5V接0-1 显示器注意：启动节拍发生器时，应先清零，即将清零模拟开关放置在低电平，待清零置数后，清零模拟开关放置在高电平。cc cccccc15V伪码灭灯电路第三十八页，共69 页。实验五 组合电路中的竞争(jngzhng)与冒险第三十九页，共69 页。1、F=AB+BC
14、D+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(jnggu)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(zj)画）2、写出真值表11 1 1 111 10001101100 01 10 11ABCD第四十页，共69 页。3、静态测试验证(ynzhng)真值表。4、观测A 的险象。中值宽度(kund)毛刺(moc)幅度第四十一页，共69 页。5、6、判断险象是否影响下一级电路的正常工作(gngzu)，应看毛刺的幅度大小。1 FCFFF
15、（5）（6）7、同内容48、使用(shyng)公式 AB+AC+BC=AB+AC本实验(shyn)中F=AB+BCD+ACD=AB+BCD+ACD+BCD冗余项第四十二页，共69 页。实验(shyn)六 同步计数器的设计实验内容2一 设计(shj)按要求自己设计(shj)第四十三页，共69 页。二、实验1、电源：一般为5（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。
16、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(gun x)。待观察信号分别接入CH1、CH2Vertical Mode 置“ALT”第五十页，共69 页。Triggering Mode 置“NORM”或“AUTO”Triggering 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(zhngqu)。（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
17、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。第五十一页，共69 页。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 端是否加上电源电压(diny)；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。第五十二
18、页，共69 页。（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(mu)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
19、电路坏了，否则，一般就是集成器件坏了。第五十三页，共69 页。实验(shyn)七 计数译码显示综合实验(shyn)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/YBRIBRLTIB/YBRIBR11 1第五十四页，共69 页。实验(shyn)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，
20、电路输出为F，当输入为非法码时输出为1，否则(fuz)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。第五十五页，共69 页。S0S1S2S3S4S6 S5S7 S8 S9 S10S11S12S13 S14S0S0S0S0S0S0 S0S0Sx/F0/01/00/00/00/01/0S0S0 S0S0S0S0 S0 S01/0
21、1/00/01/00/01/00/0 1/00/01/00/01/10/01/10/01/10/01/00/01/10/01/10/01/18421 码检测器原始(yunsh)状态图第五十六页，共69 页。原始(yunsh)状态转换表 x0 1S0 S1/0 S2/0S1 S3/0 S4/0S2 S5/0 S6/0S3 S7/0 S8/0S4 S9/0 S10/0S5 S11/0 S12/0S6 S13/0 S14/0S7 S0/0 S0/0S8 S0/0 S0/1S9 S0/0 S0/1S10 S0/0 S0/1S11 S0/0 S0/0S12 S0/0 S0/1S13 S0/0 S0/1S
22、14 S0/0 S0/1Sn+1S等效状态是输入相同(xin tn)输出相同(xin tn)并且次态也相同(xin tn)。等效状态可以合并。第五十七页，共69 页。x0 1S0 S1/0 S2/0S1 S3/0 S4/0S2 S5/0 S6/0S3 S7/0 S8/0S4 S9/0 S10/0S5 S11/0 S12/0S6 S13/0 S14/0S7 S0/0 S0/0S8 S0/0 S0/1S9 S0/0 S0/1S10 S0/0 S0/1S11 S0/0 S0/0S12 S0/0 S0/1S13 S0/0 S0/1S14 S0/0 S0/1Sn+1S2、状态(zhungti)化简（找出
23、等效状态(zhungti)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(dit)。S7 和S11 等效合并后用S7 表示。x0 1S0 S1/0 S2/0S1 S3/0 S4/0S2 S5/0 S6/0S3 S7/0 S8/0S4 S8/0 S8/0S5 S7/0 S8/0S6 S8/0 S8/0S7 S0/0 S0/0S8 S0/0 S0/1S9 S0/0 S0/1S10 S0/0 S0/1S11 S0/0 S0/0S12 S0/0 S0/1S13 S0/0 S0/1S14 S0/0 S0/1Sn+1S第五十八页，共69 页。x0
24、 1S0 S1/0 S2/0S1 S3/0 S4/0S2 S5/0 S6/0S3 S7/0 S8/0S4 S8/0 S8/0S5 S7/0 S8/0S6 S8/0 S8/0S7 S0/0 S0/0S8 S0/0 S0/1Sn+1SS3 和S5 等效(dn xio)，合并为S3S4 和S6 等效(dn xio)，合并为S4 x0 1S0 S1/0 S2/0S1 S3/0 S4/0S2 S3/0 S4/0S3 S7/0 S8/0S4 S8/0 S8/0S5 S7/0 S8/0S6 S8/0 S8/0S7 S0/0 S0/0S8 S0/0 S0/1Sn+1S第五十九页，共69 页。x0 1S0 S1
25、/0 S2/0S1 S3/0 S4/0S2 S3/0 S4/0S3 S7/0 S8/0S4 S8/0 S8/0S7 S0/0 S0/0S8 S0/0 S0/1Sn+1SS1 和S2 等效(dn xio)合并为S1 x0 1S0 S1/0 S2/0S1 S3/0 S4/0S2 S3/0 S4/0S3 S7/0 S8/0S4 S8/0 S8/0S7 S0/0 S0/0S8 S0/0 S0/1Sn+1S第六十页，共69 页。x0 1S0 S1/0 S1/0S1 S3/0 S4/0S3 S7/0 S8/0S4 S8/0 S8/0S7 S0/0 S0/0S8 S0/0 S0/1Sn+1S令S0=A，S1
26、=B，S3=C，S4=D，S7=E，S8=F x0 1A B/0 B/0B C/0 D/0C E/0 F/0D F/0 F/0E A/0 A/0F A/0 A/1Sn+1S第六十一页，共69 页。3、状态(zhungti)分配X X E FB C D A0100 01 10 11Q3nQ2nQ1n即A=000、B=010、C=011D=001、E=101、F=100代入简化(jinhu)状态表。x0 1000 010/0 010/0010 011/0 001/0011 101/0 100/0001 100/0 100/0101 000/0 000/0100 000/0 000/1Q3nQ2nQ
27、1n x0 1A B/0 B/0B C/0 D/0C E/0 F/0D F/0 F/0E A/0 A/0F A/0 A/1Sn+1SA=000、B=010、C=011D=001、E=101、F=100第六十二页，共69 页。4、由状态(zhungti)转换表可得次态卡诺图 x0 1000 010/0 010/0010 011/0 001/0011 101/0 100/0001 100/0 100/0101 000/0 000/0100 000/0 000/1Q3nQ2nQ1n001/0100/0100/0 010/0 xxx/xxxx/x 000/0 000/1xxx/x xxx/x 000/
28、0000/0011/0 101/0 100/0010/0000110110001 1011XQ3nQ2nQ1n第六十三页，共69 页。5、由次态卡诺图求各触发器的状态方程001/0100/0 100/0 010/0 xxx/xxxx/x 000/0 000/1xxx/x xxx/x000/0 000/0011/0101/0 100/0 010/00001101100011011XQ3nQ2nQ1n1 0 0 0 x x 0 0 x x 0 01 1 0 00001101100 01 10 11XQ3nQ2nQ1n0 0 0 1x x 0 0 x x 0 01 0 0 10001101100 0
29、1 10 11XQ3nQ2nQ1n0 1 1 0 x x 0 0 x x 0 00 1 1 00001101100 01 10 11XQ3nQ2nQ1nQ1n+1=Q2Q1+XQ2Q1Q2n+1=Q3Q2Q1+XQ2Q1Q3n+1=Q3Q1第六十四页，共69 页。6、由状态方程求驱动(q dn)发方程Q1n+1=Q2Q1+XQ2Q1Q2n+1=Q3Q2Q1+XQ2Q1Q3n+1=Q3Q1J1=Q2,K1=XQ2J2=Q3Q1,K2=XQ1J3=Q1,K3=1求输出(shch)方程0 0 0 0 x x 0 1x x 0 00 0 0 00001101100 01 10 11XQ3nQ2nQ1n
30、F=XQ3Q1第六十五页，共69 页。7、画逻辑图第六十六页，共69 页。一、实验(shyn)1、静态测试F检测(jin c)电路 D 74LS74F至显示(xinsh)1XCPCrR=1 S=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。第六十七页，共69 页。2、动态(dngti)测试F检测电路 D 74LS74F至显示1XCP 74LS160CrQB(x)R=1 S=1第六十八页，共69 页。下周实验九 内容(nirng)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）组成施密特触发器第六十九页，共69 页。