數(shù)字電子技術(shù)與邏輯設(shè)計(jì)

1、數(shù)字電子技術(shù)與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書河北政法職業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)系計(jì)算機(jī)信息管理、經(jīng)濟(jì)信息管理、電子商務(wù)專業(yè)用2006年11月前 言 “數(shù)字電子技術(shù)”課可分成三部分，分別是基礎(chǔ)知識、組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。基礎(chǔ)知識包括數(shù)制與代碼、邏輯代數(shù)與邏輯函數(shù)，有各種門（與、或、非、與非、或非、與或非、異或和觸發(fā)器（RS、JK、D、T），還有公式法化簡、卡諾圖化簡；組合邏輯電路包括分析、設(shè)計(jì)和常用組合部件三部分；時(shí)序邏輯電路包括同步時(shí)序電路、異步時(shí)序電路和計(jì)數(shù)器三部分。開設(shè)“數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”的目的在于鞏固課堂所學(xué)知識；培養(yǎng)學(xué)生分析、設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試數(shù)字電路的基本技能；為后繼課打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的編排既要

2、緊密聯(lián)系課堂教學(xué)又要考慮后繼課的需要。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書以TPE-D實(shí)驗(yàn)箱為例編寫，實(shí)用性比較強(qiáng)。水平有限，指導(dǎo)書中若有不妥之處，敬請各位老師同學(xué)不吝賜教。目 錄實(shí)驗(yàn)一 示波器、函數(shù)信號發(fā)生器的使用3實(shí)驗(yàn)二 各種門電路功能測試（與非門）5實(shí)驗(yàn)三 1.用與非門實(shí)現(xiàn)三人多數(shù)表決器 2.用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)三輸入奇校驗(yàn)7實(shí)驗(yàn)四 集成觸發(fā)器的功能測試14 實(shí)驗(yàn)五 中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器的應(yīng)用 17 實(shí)驗(yàn)一：函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器的使用一、 函數(shù)信號發(fā)生器(一)函數(shù)信號發(fā)生器的技術(shù)參數(shù)：頻率范圍：0.110MHz/0.55MHz/0.22MHz輸出波形：正弦波、方波、三角波等七種波形輸出幅度： 20Vp-p輸出

3、衰減：0dB、-20dB、-40dB 、-60dB對稱度調(diào)節(jié)：15%85%直流偏置:±10V掃描方式：線性、對數(shù)、外掃描外測頻率：0.1Hz30MHz輸出功率：10W（僅P型機(jī)有）外形尺寸：240mm x 90mm x 280mm(二)函數(shù)信號發(fā)生器的使用1. 電源按鈕：按下此開關(guān)，電源接通，頻率計(jì)顯示。2. 數(shù)字顯示：頻率顯示，單位kHz,燈亮有效。電壓顯示，單位V，燈亮有效。3. 頻率范圍：按下有效。X2、 X20、 X200、 X2K、 X200K、X2M。4. 波形選擇：按下有效。正弦波、三角波、方波。5. 頻率調(diào)節(jié)：與“頻率倍乘”按鈕配合選擇工作頻率。6. 波形對稱：逆時(shí)針

4、到底關(guān)。7. 直流偏置：逆時(shí)針到底關(guān)。8. 輸出幅度：調(diào)節(jié)輸出電壓值。9. 掃描信號：內(nèi)。10. 掃描波形：線性。11. 計(jì)數(shù)方式：彈出。12. 輸出幅度：彈出。二、雙蹤示波器(一)熟悉示波器面板主要旋(按)鈕的作用1電源控制及顯示控制按鈕 INTENSITY(亮度)：調(diào)節(jié)基線的亮度。 FOCUS(聚焦)：調(diào)節(jié)最佳的基線寬度。 P0WER(電源)：開機(jī)和關(guān)機(jī)。2Y軸控制按鈕(VERTICAL部分) POSITION(垂直位移)：上下移動(dòng)基線。 VERTICAL。 MODE(垂直方式)：輸入信號顯示選擇。 CHl，CH2：單獨(dú)顯示通道1或通道2的波形。 ALT：交替顯示通道l或通道2的波形。 C

5、HOP：以500KHz的速度在CH1和CH2之間切換。 ADD：顯示通道1和通道2的代數(shù)和。VOLTSDIV(垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù))：選擇垂直顯示的偏轉(zhuǎn)系數(shù)。 VARIABLE(微調(diào))：在VOLTS/DIV的校準(zhǔn)位置之間提供連續(xù)變化的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng) GND(接地)：在GND時(shí)給出參考點(diǎn)。 DCAC(直流交流)：輸入信號耦合方式。 CHl 0R X，CH2 0R Y(信號輸入插座)：信號輸入端。；3X軸控制按鈕(HORIZONT部分) POSITION(水平移位粗調(diào))：在水平方向控制基線位置。 FINE(水平移位細(xì)調(diào))：在水平方向細(xì)調(diào)基線位置。 HORIZONT MODE(水平方式)：水平顯示方式。 SECD

6、IV(掃描時(shí)間系數(shù))：選擇時(shí)基速度。 ， VARIABLE(微調(diào))：提供連續(xù)變化的未校準(zhǔn)的掃描速度。4觸發(fā)控制按鈕(TRTRIGGER部分) LEVEL(電平)：選擇信號的實(shí)際觸發(fā)點(diǎn)。 TRIGGER MODE：觸發(fā)方式。 SLOPE：選擇觸發(fā)掃描信號的極性。 SOURCE：選擇耦合到觸發(fā)電路的信號源。 COUPLINC：觸發(fā)源耦合方式。(二)示波器的使用1測量前的準(zhǔn)備(1)各按鈕的預(yù)備位置：垂直部分POSITl0N(垂直移位)：居中MODE(垂直方式)：CH1VOLTSDIV(垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù))：50mVVARLABLE(微調(diào))：順時(shí)針到底·GND(接地)：彈出DCAC(耦合方式)：A

7、C水平部分 POSITl0N(水平移位)：居中 MODE(水平方式)：X1 SECDIV(掃描時(shí)間系數(shù))：。02ms VARLABLE(微調(diào))：順時(shí)針到底觸發(fā)部分 LEVEL(電平)：逆時(shí)針到底 SLOPE(極性)：彈起 MODE(方式)：AUT0 SOURCE(觸發(fā)源)：CHl COUPLING(觸發(fā)耦合)：AC(2)開啟電源，調(diào)節(jié)亮度、聚焦、Y軸移位和X軸移位使熒光屏上出現(xiàn)一條清晰均勻的掃描亮線。2電壓的測量 被測信號經(jīng)示波器探頭輸入Y軸。 根據(jù)被測信號的幅度和頻率，合理選擇VOLTSDIV(垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù))的檔位和DECD”(掃描時(shí)間系數(shù))的檔位，并調(diào)節(jié)“LEVEL(電平)”旋鈕，使熒光屏

8、上出現(xiàn)二至三個(gè)周期穩(wěn)定波形。 (1)測量峰峰電壓值 ， 讀出被測信號的峰峰在垂直方向上偏轉(zhuǎn)的格數(shù)。 則被測信號的峰峰電壓為：Vp-p=垂直偏轉(zhuǎn)(格數(shù))VOLTS/IV (2)測量波形上指定點(diǎn)的電壓(相對于地)； 將GND(接地)按鈕按下，調(diào)節(jié)垂直移位(POSIT10N)將基線移到中心刻度線，將輸入耦合設(shè)置為DC。 讀出被測點(diǎn)與中心刻度線之間垂直偏轉(zhuǎn)格數(shù)(在水平刻度線之上為正，之下為負(fù))。 則該點(diǎn)的電壓為垂直偏轉(zhuǎn)格數(shù)VOLTSDIV3時(shí)間的測量被測信號經(jīng)示波器探頭輸入Y軸。調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕使熒光屏上出現(xiàn)12個(gè)穩(wěn)定波形。(1)測量信號波形任意兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔。讀出給定兩點(diǎn)相距的水平格數(shù)。則該兩點(diǎn)的時(shí)間

9、間隔=(水平格數(shù)DECDIV)擴(kuò)展倍率(2)測量信號的周期和頻率按上面方法，測量波形一個(gè)完整波形周期的時(shí)間間隔，即為該波形的周期T，而頻率是周期的倒數(shù)f1/T。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將函數(shù)信號發(fā)生器的正弦波信號輸出端通過開路電纜與示波器CH1或CH2輸入電纜相連。調(diào)整示波器上的有關(guān)旋鈕，使熒光屏上出現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的正弦波信號。1測量正弦波的峰峰電壓 由函數(shù)信號發(fā)生器輸出f1KHz、電壓分別為1V、2V、4V的正弦信號，測出相應(yīng)的電壓峰峰值，并與信號發(fā)生器的電壓輸出值相比較。2測量指定點(diǎn)的電壓 在上題中，測出每種信號中的最高點(diǎn)的電壓值。3.測量波形上兩點(diǎn)間的時(shí)間間隔由“函數(shù)信號發(fā)生器”分別輸入50Hz、100

10、Hz、200 Hz、1k Hz、10k Hz的信號，利用示波器測出其周期，再計(jì)算各自的頻率。四、實(shí)驗(yàn)體會(huì)實(shí)驗(yàn)二 集成邏輯門電路邏輯功能的測試     一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;   1、熟悉數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)、基本功能和使用方法。    2、掌握常用與非門、非門、異或門的邏輯功能及其測試方法。    二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備1、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱和TPE-D 1臺(tái)    2、雙蹤示波器1臺(tái)    3、元器件： 74LS00（四路2輸入與

11、非門） 74LS04（六路反相器）74LS86（四路2輸入異或門） 各一塊    4、導(dǎo)線若干    三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.集成電路芯片簡介數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中所用到的集成芯片都是雙列直插式的，其引腳排列規(guī)則如圖74LS00所示。識別方法是：正對集成電路型號(如74LS00)或看標(biāo)記(左邊的缺口或小圓點(diǎn)標(biāo)記)，從左下角開始按逆時(shí)針方向以1、2、3依次排列到最后一腳(左上角)。在標(biāo)準(zhǔn)型TTL集成電路中，電源端Vcc一般排在左上端。接地端GND一般排在右下端。如74LS00為14腳芯片，14腳為Vcc，7腳為GND。在門電路芯片中，輸入端一般用A，B

12、，C，D，表示，輸出端用Y表示。如一塊集成芯片有幾個(gè)門電路時(shí)，在其輸入、輸出端的功能標(biāo)號前(或后)標(biāo)上相應(yīng)的序號。如74LS00為四個(gè)2輸入與非門電路，1A、1B為第一個(gè)與非門的輸入端；1Y為該門的輸出端，2A、2B為第二個(gè)與非門的輸入端，2Y為其輸出端，依此類推。若集成芯片引腳的功能標(biāo)號為NC，則表示該引腳為空腳，與內(nèi)部電路不連接。2.測試74LS00（四2輸入端與非門）邏輯功能    （1）將74LS00正確接入數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱，注意識別1腳位置。按圖1搭建電路。按表1要求輸入高、低電平信號，測出相應(yīng)的輸出邏輯電平。得表達(dá)式 圖1 表1（2）將與非門的一個(gè)輸入端

13、A接到1kHz的連續(xù)脈沖上，同時(shí)接入雙蹤示波器的CH1通道；另一個(gè)輸入端B加高電平。將與非門的輸出端F接入雙蹤示波器的CH2通道。觀察與非門的輸出與輸入邏輯關(guān)系。并畫出輸入和輸出波形。(3) 將與非門的一個(gè)輸入端A接到1kHz的連續(xù)脈沖上，同時(shí)接入雙蹤示波器的CH1通道；另一個(gè)輸入端B加低電平。將與非門的輸出端F接入雙蹤示波器的CH2通道。觀察與非門的輸出與輸入邏輯關(guān)系。并畫出輸入和輸出波形。2、測試74LS04（六非門）的邏輯功能    將74LS04正確接入數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱，注意識別1腳位置。先按引腳圖2搭建電路，然后按表2要求輸入高、低電平信號，測出相應(yīng)的輸出

14、邏輯電平。得表達(dá)式為圖2 表2 3、測試74LS86（四2輸入異或門）邏輯功能    將74LS86正確接入數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱，注意識別1腳位置。按圖3搭建電路。按表3要求輸入高、低電平信號，測出相應(yīng)的輸出邏輯電平。得表達(dá)式為Y=AB    圖3 表3   四、實(shí)驗(yàn)體會(huì)實(shí)驗(yàn)三：1.設(shè)計(jì)與非門實(shí)現(xiàn)三人表決器的邏輯電路2.用4選一數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)奇校驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、學(xué)會(huì)用與非門實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路    2、學(xué)會(huì)用中規(guī)模集成芯片四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路。 

15、;   3、了解由小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)和由中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)組合邏輯電路的不同特點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備1、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱TPE-D 1臺(tái)    2、元器件：74LS00(二輸入端四與非門) 74LS04(六路反相器) 74LS10(三輸入端三與非門) 74LS20 74LS153(雙4選一數(shù)據(jù)選擇器) 各1塊    3、導(dǎo)線若干四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（簡單實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）(一)設(shè)計(jì)與非門實(shí)現(xiàn)三人表決器的邏輯電路1、搭建電路：（1）輸入A、B、C；同意為1，不同意為0；輸出F；多數(shù)同意為1，多數(shù)不同意為0。（2）根據(jù)要求列出真

16、值表，化簡后的函數(shù)表達(dá)式為用與非門實(shí)現(xiàn)上述邏輯功能，按圖1搭建電路：輸 入輸 出ABCF000001010011100101110111三人多數(shù)表決器的真值表 圖12、通過改變邏輯電平開關(guān)，實(shí)現(xiàn)輸入信號的所有組合，觀察輸出狀態(tài)，完成真值表。(二)用4選一數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)奇校驗(yàn)1、原理：（1）輸入A、B、C；輸出F，輸入變量中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)時(shí)輸出為1，否則為0。（2）列出真值表，寫出函數(shù)表達(dá)式：四選一數(shù)據(jù)選擇器的輸出函數(shù)表達(dá)式為：設(shè)AA1，BA0；對照比較FY，則I0I3C，I1I2C2、按圖2搭建電路。輸 入輸 出ABCF000001010011100101110111奇校驗(yàn)的真值表 圖23、通

17、過改變邏輯電平的開關(guān)置位，實(shí)現(xiàn)各種輸入，觀察輸出狀態(tài)，完成真值表。五、實(shí)驗(yàn)體會(huì)實(shí)驗(yàn)四各種類型觸發(fā)器功能測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握D觸發(fā)器和J-K觸發(fā)器的邏輯功能及觸發(fā)方式。2、 掌握觸發(fā)器功能的測試方法。3、掌握J(rèn)K T，D T的轉(zhuǎn)換方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器件1、 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱TPE-D 1臺(tái) 2、 74LS74 雙上升沿D觸發(fā)器 1片3、 74LS73 雙下降沿J-K觸發(fā)器 1片三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、 測試74LS74觸發(fā)器邏輯功能 1）按圖(1)接線。 表1輸 入輸 出 DCPn+1x00xx01xx10xx110011111 圖 圖(1) x任意狀態(tài)2）直接置位（SD）端、復(fù)位（RD）端

18、功能測試，將結(jié)果填入表1中。3）與CP端功能測試從端輸入單個(gè)脈沖,按表1改變開關(guān)狀態(tài)。將測試結(jié)果記入表1中。 2、將D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器(翻轉(zhuǎn))。原理：1）按圖(1)接線，將管腳2和6接一起。2）將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2中。表2輸 入輸 出 CPn+100x01x10x114、 測試74LS73 觸發(fā)器邏輯功能。按圖(2)接線。圖(2) 1）直接復(fù)位（）功能測試，將測試結(jié)果填入表3中。 2）功能測試。 圖(2)中CP端加單脈沖，按表3利用開關(guān)改變各輸入端狀態(tài)，在CP端加單脈沖，借助指示燈觀測輸出端狀態(tài)并將結(jié)果記入表3。 (注：先在J、K端加信號，且在CP下降沿時(shí)刻，觸發(fā)翻轉(zhuǎn))表3 輸 入輸 出 J

19、KKCPQn+1xx0x001100111010110111104、將觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器(保持和翻轉(zhuǎn))。原理：1）按圖(2)接線，將管腳3和14相連接電平開關(guān)。2）將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表4中。表4輸 入輸 出 TCPn+10xx10101110四、實(shí)驗(yàn)體會(huì)共3頁實(shí)驗(yàn)五 中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.熟悉中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器的及應(yīng)用。2.掌握用74LS161的異肯清零、同步置數(shù)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器件1. 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱TPE-D 1臺(tái) 2. 74LS161 四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 1片3. 74LS00 1片 74LS20 1片 74LS90 1片三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 &#

20、160;                 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（簡單實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）    (一)用74LS161及輔助門電路實(shí)現(xiàn)一個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器：    1、利用異步清0端  。電路圖如圖9-1。    2、利用同步置數(shù)端LD，從0000開始計(jì)數(shù)。電路圖如圖9-2。    3、利用同步置數(shù)端LD，到1111結(jié)束。電路圖如圖9-3。