1、數字電路實驗及基本要求數字電路實驗及基本要求電子實驗中心電子實驗中心 數字電路教研室數字電路教研室實驗教學目的實驗教學目的v 本實驗課是本實驗課是數字邏輯設計基礎數字邏輯設計基礎專業專業基礎課程的課內基礎課程的課內實踐教學課，重在培養學生數字電路的實踐技能。要求實踐教學課，重在培養學生數字電路的實踐技能。要求學生完成基本實驗、綜合實驗，掌握中小型數字系統的學生完成基本實驗、綜合實驗，掌握中小型數字系統的設計方法，并能獨立完成調試過程；設計方法，并能獨立完成調試過程；v 實驗項目由實驗項目由Multisim電路仿真電路仿真、74系列中規模集成電路系列中規模集成電路實驗實驗構成，充分融合了現代數字

2、電路的設計需要。構成，充分融合了現代數字電路的設計需要。v 通過實驗可以更好地鞏固和加深對理論知識的理解，增通過實驗可以更好地鞏固和加深對理論知識的理解，增強理論聯系實際的能力，提高動手能力；強理論聯系實際的能力，提高動手能力；v 通過實踐教學引導學生在理論指導下有所創新，為后續通過實踐教學引導學生在理論指導下有所創新，為后續專業課程的學習和今后工作打下必要的基礎。專業課程的學習和今后工作打下必要的基礎。實驗方式實驗方式v （1）學生應根據理論課程環節的相關要求，充分做好實）學生應根據理論課程環節的相關要求，充分做好實驗預習工作；驗預習工作；v （2）進入實驗室后，實驗開始前指導教師僅僅介紹實

3、驗）進入實驗室后，實驗開始前指導教師僅僅介紹實驗的相關要求、任務、操作步驟及注意事項，工作原理不的相關要求、任務、操作步驟及注意事項，工作原理不再重復介紹講解；再重復介紹講解；v （3）學生根據實驗要求，獨立完成相關實驗內容，并記）學生根據實驗要求，獨立完成相關實驗內容，并記錄實驗數據，由指導老師檢查驗收，課后完成實驗報告錄實驗數據，由指導老師檢查驗收，課后完成實驗報告，下次實驗時上交；，下次實驗時上交；v （3） 一人一組獨立完成指定的實驗項目。一人一組獨立完成指定的實驗項目。v 注：有設計性環節的實驗需要學生事先充分預習，帶著注：有設計性環節的實驗需要學生事先充分預習，帶著目的和問題來做實

4、驗。目的和問題來做實驗。 （1 1）掌握數字電路實驗板的基本結構原理、功能及其）掌握數字電路實驗板的基本結構原理、功能及其使用方法。使用方法。 （2 2）了解常用數字集成電路的主要參數及邏輯功能。）了解常用數字集成電路的主要參數及邏輯功能。 （3 3）具有使用儀器和輔助工具（如邏輯筆）查找和排）具有使用儀器和輔助工具（如邏輯筆）查找和排除電路故障的能力，能根據電路原理對故障現象進行分析，除電路故障的能力，能根據電路原理對故障現象進行分析，借助相關儀器，逐步縮小故障范圍，排除故障。借助相關儀器，逐步縮小故障范圍，排除故障。 （4 4）通過實驗，進一步掌握數字電路的綜合分析與設通過實驗，進一步掌握

5、數字電路的綜合分析與設計方法。計方法。 實驗基本要求實驗基本要求實驗中應注意的問題實驗中應注意的問題v 電路設計問題電路設計問題 在數字邏輯電路設計時，應根據要求進行設計。在數字邏輯電路設計時，應根據要求進行設計。v 布線問題布線問題做到認真、合理地布線做到認真、合理地布線 1.設計電路，畫出邏輯電路圖，并標出各管腳號，將所用設計電路，畫出邏輯電路圖，并標出各管腳號，將所用芯片所有端（數據輸入，使能、清零、置位等端子）預先芯片所有端（數據輸入，使能、清零、置位等端子）預先標記。接電源、地或外部輸入信號等，為實驗布線打好基標記。接電源、地或外部輸入信號等，為實驗布線打好基礎；礎； 2. 布線時，

6、先將電源和地線接好（包括使能端、清零端等布線時，先將電源和地線接好（包括使能端、清零端等），再按信號的輸入輸出關系連好電路，需要經常變換的），再按信號的輸入輸出關系連好電路，需要經常變換的信號線最后接；信號線最后接； 3. 接好后，對照電路圖仔細核對后，再打開電源，開始實接好后，對照電路圖仔細核對后，再打開電源，開始實驗測試。驗測試。故障檢測與排除故障檢測與排除v 設計好的數字電路進行實驗，電路達不到預期的邏輯功設計好的數字電路進行實驗，電路達不到預期的邏輯功能時，如果是組合電路，說明電路沒能按真值表工作；能時，如果是組合電路，說明電路沒能按真值表工作；如是時序電路，說明電路沒能按狀態表工作，

7、均表明電如是時序電路，說明電路沒能按狀態表工作，均表明電路存在故障，應仔細排查，一般按下述步驟進行：路存在故障，應仔細排查，一般按下述步驟進行：1. 完成布線后應檢查一遍，以查出漏接和錯接的導線。完成布線后應檢查一遍，以查出漏接和錯接的導線。2. 檢查電源是否正常，芯片是否發燙，如是，則立即斷電檢查。檢查電源是否正常，芯片是否發燙，如是，則立即斷電檢查。3. 用邏輯筆查出斷線、引線虛接等。按照電路的邏輯功能，分別檢查用邏輯筆查出斷線、引線虛接等。按照電路的邏輯功能，分別檢查各級電路的輸入輸出是否正常。各級電路的輸入輸出是否正常。4. 對于有故障的多級電路，為減少調測工作量，可將可疑范圍分成兩對

8、于有故障的多級電路，為減少調測工作量，可將可疑范圍分成兩個區，分別檢測。個區，分別檢測。5. 如果懷疑芯片壞了，對于如果懷疑芯片壞了，對于SSI或簡單功能的或簡單功能的MSI，可以通過測試它，可以通過測試它的邏輯功能，迅速判斷芯片的好壞。的邏輯功能，迅速判斷芯片的好壞。數字電路實驗板介紹及使用數字電路實驗板介紹及使用數字電路實驗板的使用數字電路實驗板的使用v本實驗板上，對于本實驗板上，對于74系列中規模器件，已將芯片電源、控制線系列中規模器件，已將芯片電源、控制線進行了固定連接，僅僅留出了必要的輸入、輸出端口供學生連線進行了固定連接，僅僅留出了必要的輸入、輸出端口供學生連線使用，大量簡化了連線

9、環節；各分區電源通過開關單獨控制。使用，大量簡化了連線環節；各分區電源通過開關單獨控制。v少量連線使用圖中所示綠線（少量連線使用圖中所示綠線（2號線）進行端口連接；號線）進行端口連接；v注：線的頂部可以注：線的頂部可以疊插疊插，用來擴展連接節點；，用來擴展連接節點；v模式操作（加模式操作（加/減、置數減、置數/清零）直接通過模式開關進行切換，清零）直接通過模式開關進行切換，不必換線；不必換線；請愛護使用導線請愛護使用導線v與接線孔插拔連線時，請用手指捏住線柄操作（左圖）；與接線孔插拔連線時，請用手指捏住線柄操作（左圖）；v切勿直接抓住線身將線從接線孔中切勿直接抓住線身將線從接線孔中“扯扯”出；

10、出；錯誤錯誤正確正確實驗板實驗板BANK1BANK1使用說明使用說明v BANK1的編碼器實驗區，用來進行水箱水位監測實驗。的編碼器實驗區，用來進行水箱水位監測實驗。v 若需要用若需要用LED查看查看74LS147的反碼輸出狀態，只需要使的反碼輸出狀態，只需要使用用4根連接線從根連接線從編碼反碼輸出編碼反碼輸出接口接到接口接到8位位LED區區的任意的任意4個個LED接線孔處即可（連接時注意高低位，高位在左，接線孔處即可（連接時注意高低位，高位在左，低位在右）；低位在右）； 如需要使用數碼管觀察相應的數字編碼，只需要使用如需要使用數碼管觀察相應的數字編碼，只需要使用4根根連接線從連接線從編碼原碼

11、輸出編碼原碼輸出接口按高低位順序連到七段譯碼顯接口按高低位順序連到七段譯碼顯示接線孔即可。示接線孔即可。按此打按此打開電源開電源脆弱！請勿用脆弱！請勿用力按或側向扭曲力按或側向扭曲實驗板實驗板BANK2BANK2使用說明使用說明v BANK2加加/減法器實驗區，可進行加法器和原減法器實驗區，可進行加法器和原/反碼實驗。反碼實驗。v 電路中已將電路中已將LED顯示固定，不需另行接線，使用時只需要顯示固定，不需另行接線，使用時只需要從邏輯開關區用從邏輯開關區用8根連接導線連接到根連接導線連接到A:加加/減法輸入端減法輸入端和和 B:被加被加/減法輸入端減法輸入端，然后用邏輯開關產生相應的邏輯電平，

12、然后用邏輯開關產生相應的邏輯電平，在，在LED上觀察加上觀察加/減法結果。減法結果。觀察原反碼需觀察原反碼需另行接線，用另行接線，用外接外接LED查看查看按此打按此打開電源開電源脆弱！請勿用脆弱！請勿用力按或側向扭曲力按或側向扭曲實驗板實驗板BANK3BANK3使用說明使用說明v BANK3移位寄存器實驗區，用來做扭環計數器和環形計移位寄存器實驗區，用來做扭環計數器和環形計數器實驗，這一部分連線稍多。數器實驗，這一部分連線稍多。v 這一部分包含兩片這一部分包含兩片74LS194，M1、M0、DSL、DSR及及外部與非門均由學生根據設計要求接線，外部與非門均由學生根據設計要求接線，實驗板實驗板B

13、ANK4BANK4使用說明使用說明v BANK4計數器實驗區，用來完成計數器實驗區，用來完成74LS160及其級聯實驗及其級聯實驗v 兩片兩片74LS160采用同步級聯方式，最大模值采用同步級聯方式，最大模值100；使用；使用74LS20四與非門作反饋清零四與非門作反饋清零/置數；置數；v 撥碼開關切換至撥碼開關切換至“ON”位置時，表示相應反饋接通；位置時，表示相應反饋接通；v 可設計可設計099任意模值清零任意模值清零/置數的計數器。置數的計數器。不耐用！不耐用！請小心操作請小心操作實驗板實驗板BANK5BANK5、6 6使用說明使用說明v BANK5是為是為FPGA加載程序的加載程序的U

14、SB-Blaster電路區，已電路區，已將將JTAG調試接口調試接口直接接入了直接接入了FPGA；若需要進行；若需要進行AS固固化編程需要使用雙列化編程需要使用雙列10芯扁平線將兩個黑色底座相連。芯扁平線將兩個黑色底座相連。v BANK6是是FPGA實驗區，各外圍元件，如數碼管、實驗區，各外圍元件，如數碼管、LED燈、按鍵、蜂鳴器、撥碼開關、紅外檢測、左右轉開關燈、按鍵、蜂鳴器、撥碼開關、紅外檢測、左右轉開關、時鐘電路都已與、時鐘電路都已與FPGA完成了固定連接，使用時不需完成了固定連接，使用時不需進行任何連線操作。進行任何連線操作。v 連接到連接到FPGA的所有端口都已經以白色絲印的方式標印

15、的所有端口都已經以白色絲印的方式標印在了電路板空白區域，在了電路板空白區域，配置引腳時直接查看即可。配置引腳時直接查看即可。v 當使用當使用USB線與線與PC機相連后，整塊電路板都將得到供電機相連后，整塊電路板都將得到供電，若由于，若由于USB線質量不好，會使得線路壓降過大，而導線質量不好，會使得線路壓降過大，而導致部分電路不能穩定工作，此時可通過致部分電路不能穩定工作，此時可通過USB端口的直流端口的直流電源接口通過電源接口通過+5V電源適配器來進行供電。電源適配器來進行供電。實驗板實驗板BANK7BANK7使用說明使用說明v BANK7是整塊實驗電路板的公共使用單元，由是整塊實驗電路板的公

16、共使用單元，由2組組4-7譯碼譯碼顯示、邏輯筆、可調頻率脈沖、顯示、邏輯筆、可調頻率脈沖、8位位LED顯示、顯示、2個普通按個普通按鍵、兩個單穩態按鍵、鍵、兩個單穩態按鍵、8個邏輯開關及個邏輯開關及1|2|4|8Hz連續脈沖連續脈沖構成。構成。v 4-7譯碼顯示使用共陰數碼管，由譯碼顯示使用共陰數碼管，由CD4511譯碼后進行數碼譯碼后進行數碼顯示，使用時只需要在顯示，使用時只需要在8|4|2|1接線口提供接線口提供8421碼即可；碼即可；v 8位位LED使用使用74LS245作為顯示驅動，接入高電平作為顯示驅動，接入高電平LED燈亮燈亮、懸空或接入低電平、懸空或接入低電平LED熄滅；熄滅；v

17、 單脈沖按鍵采用單脈沖按鍵采用NE555構成的單穩態進行按鍵消抖，時間構成的單穩態進行按鍵消抖，時間常數為常數為1S（即（即1秒內按動秒內按動2次，只能檢測到次，只能檢測到1次按鍵動作）次按鍵動作）v 邏輯開關推到上方輸出高電平，撥到下方輸出低電平。邏輯開關推到上方輸出高電平，撥到下方輸出低電平。v 邏輯筆輸入高電平或懸空時紅燈點亮，輸入低電平時綠燈邏輯筆輸入高電平或懸空時紅燈點亮，輸入低電平時綠燈點亮，用于測試電路邏輯狀態非常方便。點亮，用于測試電路邏輯狀態非常方便。補充說明補充說明v 1、74系列需要用戶接線的芯片的輸入端，都已經通過系列需要用戶接線的芯片的輸入端，都已經通過2K電阻下拉至

18、低電平，防止未接線時引入干擾；電阻下拉至低電平，防止未接線時引入干擾； 因此，未接線的端子默認輸入為低電平因此，未接線的端子默認輸入為低電平v 2、BANK1區由于含有區由于含有10級電壓比較電路，對電源電壓級電壓比較電路，對電源電壓較為敏感，若由于實驗板上開啟的模塊過多而使電壓下較為敏感，若由于實驗板上開啟的模塊過多而使電壓下降，基準電壓會偏移，此時柱狀降，基準電壓會偏移，此時柱狀LED顯示會錯亂。顯示會錯亂。 因此，請只打開所進行實驗部分的電源開關，關閉其他部因此，請只打開所進行實驗部分的電源開關，關閉其他部分的開關。分的開關。v 1. 輕拿輕放，請勿磕碰；輕拿輕放，請勿磕碰；v 2. 各

19、開關按鈕輕觸輕按，請勿大力扭曲或按壓；各開關按鈕輕觸輕按，請勿大力扭曲或按壓；v 3. 插拔連接導線時，捏住導線手柄，垂直插入或拔出，插拔連接導線時，捏住導線手柄，垂直插入或拔出，請勿側向插拔；請勿側向插拔；v 4. 連接電路時，請關閉實驗板總電源再進行，連接完畢連接電路時，請關閉實驗板總電源再進行，連接完畢檢查確認后再開啟電源，進行測試操作；檢查確認后再開啟電源，進行測試操作；v 5. 芯片損壞由指導老師確認并進行更換，切勿擅自拔插芯片損壞由指導老師確認并進行更換，切勿擅自拔插操作。操作。實驗板使用注意事項實驗板使用注意事項實驗一：組合邏輯電路實驗實驗一：組合邏輯電路實驗賴祖亮賴祖亮 小木蟲

20、小木蟲加減運算電路實驗加減運算電路實驗 水箱水位監測電路實驗水箱水位監測電路實驗 賴祖亮賴祖亮 小木蟲小木蟲1-1-一、實驗目的一、實驗目的熟悉異或門的邏輯功能及應用熟悉異或門的邏輯功能及應用 1 熟悉原碼、反碼、補碼的編碼原理及應用；熟悉原碼、反碼、補碼的編碼原理及應用； 2掌握組合邏輯電路的設計和分析方法。掌握組合邏輯電路的設計和分析方法。 3掌握中小規模集成邏輯器件的使用掌握中小規模集成邏輯器件的使用41、加減運算電路實驗、加減運算電路實驗 1-1-二、實驗原理二、實驗原理1、加減運算電路實驗、加減運算電路實驗 由由74LS86四異或門構成的四位原碼四異或門構成的四位原碼/反碼發生器反碼

21、發生器 四異或門集成電路四異或門集成電路74LS86簡介簡介 進行加法運算時，和數信號和進位信號幾乎是同時產生進行加法運算時，和數信號和進位信號幾乎是同時產生的的（忽略進位信號產生電路的短暫延遲）（忽略進位信號產生電路的短暫延遲），因而可視為，因而可視為并行加法器。并行加法器。 1、加減運算電路實驗、加減運算電路實驗 超前進位加法器超前進位加法器74LS283簡介簡介實驗參考電路如下圖所示實驗參考電路如下圖所示 v 圖中異或門作為圖中異或門作為可控反相器可控反相器，將以原變量或者反變量的，將以原變量或者反變量的形式傳遞到并行加法器。形式傳遞到并行加法器。 v 控制信號控制信號ADD/SUB連接

22、到連接到四個異或門的一個輸入端，四個異或門的一個輸入端，控制異或門作為反相器或緩控制異或門作為反相器或緩沖器，該信號還連接到并行沖器，該信號還連接到并行加法器的加法器的進位輸入端進位輸入端 該電路可以對該電路可以對4位有符號或無符號二進制數作加減運算。位有符號或無符號二進制數作加減運算。 1、加減運算電路實驗、加減運算電路實驗 通過以下計算可以驗證加法減法運算電路的通過以下計算可以驗證加法減法運算電路的運算過程。運算過程。v （1）設）設A=(1001)2、B=(-0011)2，將，將A、B分別用分別用5位原位原碼表示，試求碼表示，試求A+B的值。的值。 v （2）設）設A=(0100)2、B

23、=(-0111)2，將，將A、B分別用分別用5位原位原碼表示，試求碼表示，試求A+B的值。的值。0110 （ 舍棄 ）反相器輸入 （B ）0011110010011100 + 1反相器輸入 （B）0111100001001000+ 1反相器輸出 （ B ）反相器輸出 （ B ）11010011111011110111011求補A+ B補求結果為正即A + B補=A + B原=00110 由此可得A + B =（0110）2A + B補求結果為負1=即A + B補=A+ B原=10011 由此可得A + B =（-0011）2補解（1）：解（2）：01、加減運算電路實驗、加減運算電路實驗 v 使

24、用異或門設計一個四位的原碼和反碼發生器，將測試使用異或門設計一個四位的原碼和反碼發生器，將測試結果填入下表中；結果填入下表中；1-1-三、實驗內容和要求三、實驗內容和要求1、加減運算電路實驗、加減運算電路實驗 v 測試測試4位超前進位加法器位超前進位加法器74LS283的邏輯功能的邏輯功能；v 用用集成四異或門電路集成四異或門電路74LS86和四位超前進位加法器和四位超前進位加法器74LS283設計一個四位加減法運算電路。要求：寫出設設計一個四位加減法運算電路。要求：寫出設計過程，畫出設計電路，計算以下習題，驗證加減法運計過程，畫出設計電路，計算以下習題，驗證加減法運算電路結果算電路結果。v

25、（1）設）設A=(1101)2、B=(-0110)2，將，將A、B分別用分別用5位位原碼原碼表示表示 ，試，試求求A+B的值的值v （2）設）設A=(0110)2、B=(-1100)2，將，將A、B分別用分別用5位位原碼表示，試求原碼表示，試求A+B的值。的值。 252021-12-151、加減運算電路實驗、加減運算電路實驗 1-1-四、實驗接線說明四、實驗接線說明1、加減運算電路實驗、加減運算電路實驗 接燈，用來接燈，用來觀察觀察ADD/SUB的電平狀態的電平狀態異或門原異或門原/反碼輸出反碼輸出測試端，測試端，接燈觀察接燈觀察接邏輯開接邏輯開關，為電關，為電路提供輸路提供輸入電平入電平2-

26、2-一、實驗目的一、實驗目的熟悉與非邏輯門、譯碼器、和優先編碼器熟悉與非邏輯門、譯碼器、和優先編碼器1掌握七段顯示譯碼器掌握七段顯示譯碼器74LS48（CD4511） 2掌握優先編碼器掌握優先編碼器74LS147 32、水箱水位監測電路實驗、水箱水位監測電路實驗 2-2-二、實驗原理二、實驗原理2、水箱水位監測電路實驗、水箱水位監測電路實驗 優先編碼器優先編碼器74LSl4774LSl47是將是將相應相應輸入輸入通道的輸入轉換通道的輸入轉換成對應的成對應的BCD代碼輸出的二代碼輸出的二-十進制編碼器。十進制編碼器。低電平輸入有效，反碼輸出低電平輸入有效，反碼輸出。優先編碼器優先編碼器74LSl

27、47邏輯功能簡介邏輯功能簡介六非門集成電路六非門集成電路74LS04 六非門集成電路六非門集成電路74LS04簡介簡介 v 做反相器使用做反相器使用v 用以將用以將74LS147的反碼的反碼輸出變換為原碼輸出輸出變換為原碼輸出2、水箱水位監測電路實驗、水箱水位監測電路實驗 7段顯示譯碼器段顯示譯碼器74LS48/CD4511邏輯功能簡介邏輯功能簡介 為燈測試輸入。為燈測試輸入。LT / 是雙重功能端口，是雙重功能端口， 為滅燈輸入；為滅燈輸入； 為滅零輸出為滅零輸出BIORBIRB， 為滅零輸入。是專為多位數字顯示時滅掉不需要顯示的為滅零輸入。是專為多位數字顯示時滅掉不需要顯示的0而設定的，而

28、設定的，2、水箱水位監測電路實驗、水箱水位監測電路實驗 實驗實驗板上板上已經已經連接連接輸入輸入8421碼碼2、水箱水位監測電路實驗、水箱水位監測電路實驗 7段顯示數碼管功能簡介段顯示數碼管功能簡介2、水箱水位監測電路實驗、水箱水位監測電路實驗 v 七段顯示譯碼器七段顯示譯碼器74LS48（CD4511）邏輯功能測試）邏輯功能測試 v 二二-十進制高位優先編碼器十進制高位優先編碼器74LSl47邏輯功能測試邏輯功能測試 v 用用 74LS04、74LS147、CD4511和數碼管設計一個水箱和數碼管設計一個水箱水位監測顯示電路水位監測顯示電路 （1）顯示分辨率以整數米（）顯示分辨率以整數米（m）為單位，要求寫出設計過）為單位，要求寫出設計過程，畫出邏輯電路。程，畫出邏輯電路。 （2）在實驗板上連接顯示電路，用板載電位器替代水箱）在實驗板上連接顯示電路，用板載電位器替代水箱水位監測探頭。調節電位器，觀察柱狀水位監測探頭。調節電位器，觀察柱狀LED的點亮位置及的點亮位置及數碼管的對應顯示數值，驗證電路功能。數碼管的對應顯示數值，驗證電路功能。2-2-三、實驗內容三、實驗內容2、水箱水位監測電路實驗、水箱水位監測電路實驗 2-2-四、