1、 數字電子技術實驗指導書韶關學院自動化專業用）自動化系2014年1月10日實驗室：信工405數字電子技術實驗必讀本實驗指導書是根據本科教學大綱安排的，共計14學時。第一個實驗為基礎性實驗，第二和第七個實驗為設計性實驗，其余為綜合性實驗。本實驗采取一人一組，實驗以班級為單位統一安排。1學生在每次實驗前應認真預習，用自己的語言簡要的寫明實驗目的、實驗原理，編寫預習報告，了解實驗內容、儀器性能、使用方法以及注意事項等，同時畫好必要的記錄表格，以備實驗時作原始記錄。教師要檢查學生的預習情況，未預習者不得進行實驗。2學生上實驗課不得遲到，對遲到者，教師可酌情停止其實驗。3非本次實驗用的儀器設備，未經老師

2、許可不得任意動用。4實驗時應聽從教師指導。實驗線路應簡潔合理，線路接好后應反復檢查，確認無誤時才接通電源。5數據記錄記錄實驗的原始數據，實驗期間當場提交。拒絕抄襲。6實驗結束時，不要立即拆線，應先對實驗記錄進行仔細查閱，看看有無遺漏和錯誤，再提請指導教師查閱同意，然后才能拆線。7實驗結束后，須將導線、儀器設備等整理好，恢復原位，并將原始數據填入正式表格中，經指導教師簽名后，才能離開實驗室。實驗1實驗2實驗3實驗4實驗5實驗6實驗7目錄TTL基本邏輯門功能測試組合邏輯電路的設計譯碼器及其應用數碼管顯示電路及應用數據選擇器及其應用同步時序邏輯電路分析計數器及其應用實驗1TTL基本邏輯門功能測試一、

3、實驗目的1、熟悉數字電路試驗箱各部分電路的基本功能和使用方法2、熟悉TTL集成邏輯門電路實驗芯片的外形和引腳排列3、掌握實驗芯片門電路的邏輯功能二、實驗設備及材料數字邏輯電路實驗箱，集成芯片74LS00（四2輸入與非門）、74LS04（六反相器）、74LS08（四2輸入與門）、74LS10（三3輸入與非門）、74LS20（二4輸入與非門）和導線若干。三、實驗原理1、數字電路基本邏輯單元的工作原理數字電路工作過程是數字信號，而數字信號是一種在時間和數量上不連續的信號。（1）反映事物邏輯關系的變量稱為邏輯變量，通常用“0”和“1”兩個基本符號表示兩個對立的離散狀態，反映電路上的高電平和低電平，稱為

4、二值信息。（2）數字電路中的二極管有導通和截止兩種對立工作狀態。三極管有飽和、截止兩種對立的工作狀態。它們都工作在開、關狀態，分別用“1”和“0”來表示導通和斷開的情況。（3）在數字電路中，以邏輯代數作為數學工具，采用邏輯分析和設計的方法來研究電路輸入狀態和輸出狀態之間的邏輯關系，而不必關心具體的大小。2、TTL集成與非門電路的邏輯功能的測試TTL集成與非門是數字電路中廣泛使用的一種邏輯門。實驗采用二4輸入與非門74LS20芯片，其內部有2個互相獨立的與非門，每個與非門有4個輸入端和1個輸出端。74LS20芯片引腳排列和邏輯符號如圖2-1所示。4321011111981234567圖2-174

5、LS20芯片引腳排列和邏輯符號與非門的邏輯功能是：“輸入信號只要有低電平，輸出信號為高電平；輸入信號全為高電平，輸出則為低電平”（即有0得1,全1得0）。在測試與非門的邏輯功能時，輸入端接至邏輯撥位開關，開關向上為邏輯“1”，相應燈亮；開關向下為邏輯“0”，相應燈不亮。輸出端接發光二極管顯示,亮為邏輯“1”，不亮則為邏輯“0”。四、實驗內容實驗邏輯門集成芯片插在擴展板上。芯片Vcc電源為+5V,“GND”為地74LS20芯片按圖21所示連接，二進制的輸入端A、B、C、D接邏輯撥位開關，燈亮為高電平邏輯“1”，燈滅為低電平邏輯“0”，輸出端Y接發光二極管顯示。按照真值表逐項測試。但是，對于74L

6、S20芯片有4個輸入端的與非門，有16個最小項,根據與非門的邏輯功能，只要按表21所示的5項進行測試，便能判斷與非門的邏輯功能是否正常。表2-1雙4輸入與非門74LS20功能測試輸入端輸出端ABCDY11110111101111011110同理，測試集成邏輯門芯片74LS00、74LS04、74LS08、74LS10，分別自擬真值表，記錄實驗狀態，總結各邏輯門的邏輯功能。五、預習要求復習TTL集成邏輯門的有關內容，認真閱讀使用TTL門的注意事項。了解數字電路實驗箱的結構、功能及使用方法。寫出集成芯片74LS00(四2輸入與非門)、74LS04(六反相器)、74LS08(四2輸入與門)、74LS

7、10(三3輸入與非門)、74LS20(二4輸入與非門)的真值表。六、實驗報告與思考題列表記錄74LS00、74LS04、74LS08、74LS10、74LS20實驗結果，寫出各芯片的邏輯功能。怎樣判斷門電路邏輯功能是否正常？與非門一個輸入端接連續脈沖，其余端什么狀態時允許脈沖通過？什么狀態時禁止脈沖通過？1Vcc-142-1B4B133-4A-124-2A1Y-115-2B3B1074LS0062Y3A9A1GND3Y-8Ai?B附：實驗TTL集成芯片引腳排列和邏輯符號12345671A1B1Y2A2B2YGNDVcc144B卜134Ak124Yh113B卜103A3Yk8AB74LS0812

8、34561AB盤C74LSI01234567VC2D2CNC2B2A2Y432101111198ABCD實驗2組合邏輯電路的設計一、實驗目的1、加深理解組合邏輯電路的特點和一般分析方法。2、掌握組合邏輯電路的分析方法和設計方法。二、實驗設備及材料數字邏輯電路實驗箱，集成芯片74LS00（四2輸入與非門）、74LS04（六反相器）、74LS10（三3輸入與非門）、74LS20（二4輸入與非門）和導線若干。三、實驗原理組合邏輯電路的設計是指根據已知條件和所需實現的邏輯功能，設計出最簡單的邏輯電路圖。設計思想如圖2-1所示，用門電路設計組合邏輯電路的步驟為1、根據題目邏輯問題的要求，確定輸入變量和輸

9、出變量“0”和“1”的含義，列出真值表。2、由于真值表寫出邏輯函數表達式，或者直接畫出函數的卡諾圖。3、對邏輯函數化簡或變換，得到所需的最簡表達式。4、由最簡表達式用給定的或相應的邏輯門構成電路，畫出邏輯電路圖。5、驗證設計的正確性。圖2-1組合邏輯電路的設計思路與步驟四、實驗內容組合邏輯電路的設計：4位代碼數字鎖設計電路。使用最少的與非門、非門設計一把四位輸入數字鎖，如圖所示，A,B,C,D為輸入的四個代碼。每把鎖有四位數字代碼（如0101,1001等）。不開鎖時，既沒有輸入（A,B,C,D均為零），信號輸出為0（Z1=0，Z2=0）。如果輸入代碼符合該鎖的代碼時，鎖才能被打開(Z1=1,Z

10、2=0)；如果不符，開鎖時，電路發出報警信號(Z1=O,Z2=l)。Z1Z2五、預習要求1、復習各種基本門電路的功能。2、設計4位代碼數字鎖設計電路，要求寫出步驟(真值表、卡諾圖、邏輯表達式)，用實驗給定的集成芯片實現邏輯電路。3、把所設計的邏輯電路利用multisim軟件實現仿真并驗證電路的正確性。實驗3譯碼器及其應用實驗目的1、掌握3線-8線譯碼器的邏輯功能。2、掌握3線-8線譯碼器的應用。3、掌握用中規模集成芯片74LS138實現邏輯函數和數據分配器的方法。二、實驗設備及材料數字邏輯電路實驗箱，集成芯片74LS20、74LS138三、實驗原理譯碼器是編碼的逆過程，將二進制代碼所表示的信息

11、翻譯出來，稱為譯碼。實現譯碼功能的電路稱為譯碼器。譯碼器在數字電路中應用廣泛，不僅用于代碼轉換、終端的數字顯示，還用于數據分配、存儲器尋址和組合控制信號等。常用的譯碼器有二進制譯碼器，二一十進制譯碼器和七段譯碼器。不同的功能可選用不同種類的譯碼器。二進制譯碼器是將n位二進制代碼譯成電路的2n種輸出狀態。一般原理如圖3-1所示。匚L:進制1=1制碼輸入譯碼霧丄卽個輸出快能輸入圖3-1譯碼器原理圖中規模3線一8線譯碼器集成芯片74HC138含有輸入使能端，n個輸入端，2n個輸出端。當使能輸入端滿足要求時，輸入一組代碼，輸出對應十進制的只有一個低電平為有效電平，其余的輸出為無效狀態高電平。每一組輸出

12、所代表的函數對應于n個輸入變量的最小項。二進制譯碼器實際上也是負脈沖輸出的脈沖分配器，若利用使能端中的一個輸入端輸入數據信息，器件就稱為一個數據分配器（又稱為多路數據分配器）。中規模集成譯碼器74LS138：74LS138是集成3線一8線譯碼器，在數字系統中應用比較廣泛。5TjT1；f,kKA,屯EE:.1-CD圖3-274LS138譯碼器引腳排列圖圖32是其引腳排列。其中A、A、A為地址輸入端，兀為譯碼輸出210端，養、匚為使能端。四、實驗內容1、74LS138譯碼器邏輯功能測試（驗證性實驗）集成芯片74LS138的8腳接地，16腳接電源（+5V），使能端E接高電平，3使能端呂、二為低電平，

13、輸出端廠二分別接到8個發光二極管顯示，以低電平滅燈顯示十進制數，輸入端接邏輯撥位開關，輸入二進制數據。實驗結果記入表3-1中。表3-1測試譯碼器74LS138邏輯功能表使能端輸入端輸出E3E2EiA2A1A0Y0YiY2Y3Y4Y567X1XXXXXX1XXX1000001000011000101000111001001001011001101001112、集成芯片74LS138譯碼器的應用（設計性實驗）利用74LS138譯碼器和74LS20實現邏輯函數：利用3線8線譯碼器能夠產生3變量函數的全部最小項，實現3變量的邏輯函數。用74LS138實現邏輯函數F=ABC+ABC+ABC+ABC。畫出

14、實現電路原理圖，并利用multisim軟件實現仿真，通過實驗進行驗證。自擬表格記錄實驗數據（表格必須有使能端、輸入端、輸出端的數據）五、預習要求1、復習有關譯碼器的原理2、根據實驗任務，畫出所需的實驗線路及記錄表格，實驗前并利用multisim軟件實現仿真六、實驗報告與思考題1、畫出實驗的原理圖，記錄實驗結果，進行分析和小結。2、掌握用3線-8線譯碼器實現邏輯函數的方法。實驗4數碼管顯示電路及應用實驗目的1、熟悉七段共陰、共陽LED數碼管的結構及其使用方法。2、熟悉共陰譯碼驅動電路的原理及使用方法。3、掌握數碼顯示電路的應用。二、實驗設備及材料數字邏輯電路實驗箱共陰數碼管，4線一七段譯碼/驅動

15、器74LS48。三、實驗原理4線一七段譯碼/驅動器是對給定的代碼進行翻譯，直觀地用七段顯示數字。顯示與譯碼是配套使用的。在數字測量儀表和各種數字系統中，將數字量直觀地顯示出來。人們一方面可直接讀取測量和運算的結果；另一方面可用于監視數字系統的工作情況。因此，數字顯示電路是許多數字設備不可缺少的部分。數字顯示電路通常由譯碼器、驅動器和顯示器等部分組成的。如圖4-1所示。輸入信號*計數器-驅動器示器圖4-1數字顯示電路組成方框圖1、LED數碼管數碼的顯示方式一般有三種：字型重疊顯示式；分段顯示式；點陣顯示式。以分段顯示式應用最為普遍。主要器件是七段發光二極管(LED)顯示器。它可分為兩種形式：一種

16、是共陽極顯示器，另一種是共陰極顯示器。如圖4-2,4-3所示。(a)七段共陰發光二極管101|hie|IAI(b)共陰引腳圖圖4-2七段共陰數碼管(a)七段共陽發光二極管八|BfVcc；aibf|.Pel_lLJedVccgh3Iu寸(b)共陽引腳圖圖4-3七段共陽數碼管一個數碼管可以顯示一位09十進制數和一個小數點。小型數碼管(0.5英寸和0.36英寸)每段發光二極管的正向壓降，隨著顯示光(通常為紅、綠、黃、橙色)的顏色不同而略有差別，通常約為22.5V，每個發光二極管的點亮電流在510mA。LED數碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數字需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要有譯碼功能，還要有

17、相當的驅動能力。2、譯碼驅動器(1)4線一七段顯示共陰極譯碼驅動器74LS48半導體數碼管可以用TTL或CMOS集成電路直接驅動，為此就需要用顯示譯碼器將BCD代碼譯成數碼管所需的驅動信號，以便使數碼管用二進制數字顯示出BCD代碼所表示的數值。74LS48是BCD輸入，有上拉電阻能夠配合七段發光二極管工作的4線一七段譯碼/驅動器，它的邏輯符號如圖4-4(b)所示。D、C、B、A是BCD碼的輸入端，Ya,Yb,Yc,Yg,是譯碼輸出，用“1”表示數碼管中筆段的點亮狀態，用“0”表示數碼管中筆段的熄滅狀態，譯碼/驅動器集成芯片引腳排列如圖4-4(a)所示。為試燈端、為滅零輸入端，它們都是低電平有效

18、。當為低電平、為高電平時，數碼管輸出全為1,顯示筆段“”字。當W為低電平且DCBA為0000時，數碼管不顯示，處于滅零狀態。二應為滅燈輸入/滅零輸出。為滅燈輸入端，當是輸出全為零；為滅零輸出端，該器件處于滅零狀態時,，否則，。匚主要是用來控制相鄰的滅零功能。、aVccCfLTBl/RBORBIDAYjGNDslfi15141312111091ai(b)邏輯符號(a)引腳排列圖4-44線一七段譯碼/驅動器74LS48的引腳排列和邏輯符號輸A端82200圖4-574LS48數碼管譯碼/驅動電路圖四、實驗內容74LS48數碼管譯碼/驅動器與數碼管連接功能測試：將74LS48集成芯片的輸入端DCBA(

19、按左高右低)分別接邏輯撥位開關，輸出端分別接共陰數碼管對應的字符。74LS48的3腳亍、4腳：】、5腳無T接邏輯撥位開關，16腳接電源+5V,8腳接地。數碼管與74LS48譯碼/驅動器連接使用時，數碼管的3腳引線必須接一個100200Q小電阻再連接到電路的地端，以限制數碼管工作電流，否則可能會燒壞數碼管。當芯片74LS48的3腳為低電平，4腳和5腳為高電平時，七段數碼管全亮，用此方法可以檢查譯碼器及數碼管的好壞。譯碼器輸入二進制代碼(00001111)時，3、4、5腳應全為高電平。記錄數碼管中的七段顯示高、低電平和顯示的數字，將結果填入表4-1中。表4-1譯碼/驅動器74LS48與共陰數碼管連

20、接功能測試表十進制或功能輸入輸出數碼管顯示記錄試燈LTRBIDCBABl/RBOYaYbYcYdYeYfYg01100001111111011100011011000021113456789101112131415滅燈XXXXXX0滅測燈01XXXX1“E滅零1000000滅五、預習要求1、復習譯碼器和七段發光二極管的原理2、熟悉實驗內容，繪出譯碼器與數碼管連接電路3、將實驗電路利用multisim軟件進行仿真。六、實驗報告與思考題1、整理實驗電路和實驗數據，分析實驗結果，驗證數碼顯示電路的功能。2、譯碼器輸出與數碼管顯示引腳之間為什么要接100200Q的小電阻？實驗5數據選擇器及其應用一、實

21、驗目的1、熟悉數據選擇器集成芯片的邏輯功能2、掌握數據選擇器的工作原理3、掌握用數據選擇器構成組合邏輯電路、實現邏輯函數的方法二、實驗設備及材料數字邏輯電路實驗箱，集成芯片74LS151、74LS10三、實驗原理數據選擇是指通過選擇，把多個通道的數據傳送到唯一的公共數據通道上去。實現數據選擇功能的邏輯電路稱為數據選擇器。數據選擇器的特點是僅有1個輸出端，而輸入部分有地址輸入端和數據輸入端兩部分。它相當于一個多輸入的單刀多擲開關，如圖5-1所示。圖中有4路數據輸入DD,通過選擇控制信03號A、A（地址碼），從四路數據中選中一路數據送至數據輸出端。12laxDDDD-數據榆出/址空圖5-14選1數

22、據選擇器示意圖8選1數據選擇器集成芯片74LS151:74LS151是一種典型的集成數據選擇器。它有3個地址輸入端S、S、S和E210選通端，有8位數據輸入端DD,有兩個互補輸出端，分別是同相輸出端Y和07反相輸出端Y。芯片引腳排列如圖5-2所示。毗6D5D:ASil麗場I)込B.CTYYE罰圖5-274LS151芯片引腳排列四、實驗內容1、測試8選1集成芯片74LS151的邏輯功能（驗證性實驗）在數字邏輯電路實驗箱的擴展板插上芯片74LS151,芯片8腳接地，芯片16腳接電源+5V。輸出端Y接發光二極管。記錄實驗結果，將結果記入表5-1中。表5-174LS151邏輯功能測試輸入輸出ES2S1

23、S0Y1XXX000000010010001101000101011001112、用芯片74LS151與74LS10實現邏輯函數（設計性實驗）要求實現Y=ABC+ABC+BcD+ABD，寫出化簡步驟的邏輯表達式，畫出接線圖，列出測試表格，記錄實驗結果。五、實驗要求1、復習數據選擇器理論知識。2、完成實驗內容中用數據選擇器實現邏輯函數的電路設計，畫出接線圖。并利用multisim軟件實現電路的仿真驗證。六、實驗報告與思考題1、分析實驗內容，總結74LS151的邏輯功能，寫出設計過程，畫出接線圖。2、能否用數據選擇器實現全加器功能？畫出74LS153實現全加器的接線圖。3、論證自己設計各邏輯電路的

24、正確性。實驗6時序邏輯電路的分析一、實驗目的1、掌握JK觸發器的邏輯功能、觸發方式和測試方法2、熟悉集成觸發器的應用。3、掌握同步時序電路的分析方法和功能測試。二、實驗設備及材料數字邏輯電路實驗箱，雙JK觸發器74LS76,74LS08三、實驗原理1、觸發器是能夠存儲一位二進制碼的邏輯電路。它有兩個互補輸出端，其輸出狀態不僅與輸入狀態有關，而且還與原先的輸出狀態有關。觸發器有兩個穩定狀態，用以表示邏輯狀態“1”和“0”，在一定的外界信號作用下，可以從一個穩定狀態翻轉到另一個穩定狀態。它是一個具有記憶功能的二進制信息存儲器件，是構成各種時序電路的最基本邏輯單元。2、JK觸發器在輸入信號為雙端的情

25、況下，JK觸發器是功能完善、使用靈活和通用性較強的一種觸發器。實驗采用74LS76雙JK觸發器，為下降邊沿觸發的邊沿觸發器。引腳排列和邏輯符號如圖6-1所示。JK觸發器的狀態方程為：Qn+i=JQn+KQnJK觸發器常被用作緩沖存儲器、移位寄存器和計數器。圖6-174LS76JK觸發器的引腳排列和邏輯符號3、在同步時序邏輯電路中，所有觸發器都是在同一時鐘信號操作下工作，各個觸發器的變化都是在同一時刻發生的。同步時序邏輯電路的分析步驟:時鐘方程、激勵方程電路圖和輸出方程狀態方程判斷電路狀態表、狀態圖邏輯功能或時序圖計算四、實驗內容1、JK觸發器的邏輯功能測試集成芯片74LS76是雙JK下降沿觸發

26、器，芯片5腳接電源+5V,13腳接地。(1)測試JK觸發器的復位、置位功能。在集成芯片74LS76中，任取一個JK觸發器，廠,R,J,K端接邏輯電平撥位DD開關，CP接單次脈沖，輸出端Q和Q接發光二極管顯示。要求改變置位端的狀態，觀察輸出端Qn的狀態，記入表6-1中。(2)JK觸發器的邏輯功能測試。首先，確定Qn復位或置位S,R的狀態；其次讓S,R端均置高電平，輸DDDD出一個單脈沖CP，原來的輸出發光管顯示Qn狀態即轉變為Qn+1新態。J,K按表6-2中輸入數據，測試Qn+1的狀態，記入表中，說明邏輯功能。JKQnQn+1邏輯功能0001010110011101表6-2JK觸發器的邏輯功能測

27、試2、同步時序邏輯電路功能測試如圖6-2的電路為一般的同步時序電路。F、F采用74LS76雙下降沿觸發12器和與門芯片74LS08構成電路。完成電路接線，用點動脈沖作為時鐘CP,自擬表格，記錄輸出結果。寫出電路的驅動方程、狀態方程和輸出方程（各觸發器的初始狀態均為“0”。根據狀態方程列出狀態表，畫出時序波形圖。說明電路的邏輯功能。圖6-2同步時序邏輯功能測試電路五、預習要求1、復習有關觸發器的內容，熟悉有關器件的管腳分配。2、列出JK觸發器實驗數據表格，說明其功能。3、參考有關資料，查閱74LS76的引腳排列及邏輯功能。4、復習同步時序邏輯電路的分析過程。5、熟悉實驗內容，自擬表格記錄實驗數據，完成同步時序邏輯電路的分析并利用multisim軟件實現電路的仿真。六、實驗報告與思考題1、列表整理JK觸發器實驗結果，用JK觸發器特性方程驗證分析。2、集成觸發器主要有哪幾種？分別采用何種觸發方式？請列舉說明。3、記錄整理同步時序邏輯電路測試的實驗數據，并對實驗結果進行分析。實驗7計數器及其應用一、實驗目的1、熟悉中規模集成計數器的功能及使用方法2、掌握時序邏輯部件功能的測試方法3、能熟練地用中規模集成計數器設計時序電路二、實驗儀器及材料數字邏輯電路實驗箱，74LS00,74LS161三