新版數(shù)字電路實驗指導(dǎo)書.doc

《新版數(shù)字電路實驗指導(dǎo)書.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《新版數(shù)字電路實驗指導(dǎo)書.doc（53頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

數(shù)字電子技術(shù) 實驗指導(dǎo)書 適用專業(yè)：電子信息工程、應(yīng)用電子 浙江師范大學(xué)電工電子實驗教學(xué)中心 馮根良 張長江 目 錄 實驗項目 實驗一 門電路邏輯功能的測試……………………………………驗證型（1） 實驗二 組合邏輯電路Ⅰ（半加器全加器及邏輯運算）…………驗證型（7） 實驗三 組合邏輯電路Ⅱ（譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器）………………驗證型（13） 實驗四 觸發(fā)器………………………………………………………驗證型（17） 實驗五 時序電路（計數(shù)器、移位寄存器）………………………驗證型（22） 實驗六 組合邏輯電路的設(shè)計和邏輯功能驗證……………………設(shè)計型（27） 實驗七 D/A-A/D轉(zhuǎn)換器……………………………………………設(shè)計型（34） 實驗八 555定時的應(yīng)用……………………………………………設(shè)計型（41） 實驗九 集成電路多種計數(shù)器綜合應(yīng)用……………………………綜合型（46） 實驗一 門電路邏輯功能及測試 一、實驗?zāi)康? 1. 熟悉門電路的邏輯功能、邏輯表達式、邏輯符號、等效邏輯圖。 2. 掌握數(shù)字電路實驗箱及示波器的使用方法。 3、學(xué)會檢測基本門電路的方法。 二、實驗儀器及材料 1、儀器設(shè)備：雙蹤示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)字電路實驗箱 2. 器件： 74LS00 二輸入端四與非門 2片 74LS20 四輸入端雙與非門 1片 74LS86 二輸入端四異或門 1片 三、預(yù)習(xí)要求 1. 預(yù)習(xí)門電路相應(yīng)的邏輯表達式。 2. 熟悉所用集成電路的引腳排列及用途。 四、實驗內(nèi)容及步驟 實驗前按數(shù)字電路實驗箱使用說明書先檢查電源是否正常，然后選擇實驗用的集成塊芯片插入實驗箱中對應(yīng)的IC座，按自己設(shè)計的實驗接線圖接好連線。注意集成塊芯片不能插反。線接好后經(jīng)實驗指導(dǎo)教師檢查無誤方可通電實驗。實驗中改動接線須先斷開電源，接好線后再通電實驗。 1.與非門電路邏輯功能的測試 圖 1.1 （1）選用雙四輸入與非門74LS20一片，插入數(shù)字電路實驗箱中對應(yīng)的IC座，按圖1.1接線、輸入端1、2、4、5、分別接到K1~K4的邏輯開關(guān)輸出插口，輸出端接電平顯示發(fā)光二極管D1~D4任意一個。 （2）將邏輯開關(guān)按表1.1的狀態(tài)，分別測輸出電壓及邏輯狀態(tài)。 表1.1 輸入 輸出 1(k1) 2(k2) 4(k3) 5(k4) Y zhe 電壓值（v） zhi（V） H H H H L H H H L L H H L L L H L L L L 2. 異或門邏輯功能的測試 圖 1.2 （1）選二輸入四異或門電路74LS86，按圖1.2接線，輸入端1、2、4、5接邏輯開關(guān)(K1~K4)，輸出端A、B、Y接電平顯示發(fā)光二極管。 （2）將邏輯開關(guān)按表1.2的狀態(tài)，將結(jié)果填入表中。 表1.2 輸入 輸出 1(K1) 2(K2) 4(K3) 5(K4) A B Y 電壓（V） L H H H H L L L H H H H L L L H H L L L L L H H 3. 邏輯電路的邏輯關(guān)系測試 表1.3 輸入 輸出 A B Y L L H H L H L H （1）用74LS00、按圖1.3，1.4接線，將輸入輸出邏輯關(guān)系分別填入表1.3、表1.4中。 圖 1.3 表1.4 輸入 輸出 A B Y Z L L H H L H L H 圖 1.4 （2）寫出上面兩個電路邏輯表達式，并畫出等效邏輯圖。 4. 利用與非門控制輸出（選做） 圖 1.5 用一片74LS00按圖1.5接線，S接任一電平開關(guān)，用示波器觀察S對輸出脈沖的控制作用。 5. 用與非門組成其它邏輯門電路,并驗證其邏輯功能。 （1）組成與門電路 由與門的邏輯表達式Z=A·B= 得知，可以用兩個與非門組成與門，其中一個與非門用作反相器。 ①將與門及其邏輯功能驗證的實驗原理圖畫在表1.5中，按原理圖聯(lián)線，檢查無誤后接通電源。 ②當輸入端A、B為表1.5的情況時，分別測出輸出端Y的電壓或用LED發(fā)光管監(jiān)視其邏輯狀態(tài)，并將結(jié)果記錄表中，測試完畢后斷開電源。 表1.5 用與非門組成與門電路實驗數(shù)據(jù) 邏輯功能測試實驗原理圖 輸入 輸出 Y A B 電壓 邏輯值 表1.6 用與非門組成或門電路實驗數(shù)據(jù) 邏輯功能測試實驗原理圖 輸入 輸出Y A B 電壓 邏輯值 （2）組成或門電路 根據(jù)De. Morgan定理，或門的邏輯函數(shù)表達式Z=A+B可以寫成Z＝，因此，可以用三個與非門組成或門。 ①將或門及其邏輯功能驗證的實驗原理圖畫在表1.6中，按原理圖聯(lián)線，檢查無誤后接通電源。 ②當輸入端A、B為表1.6的情況時，分別測出輸出端Y的電壓或用LED發(fā)光管監(jiān)視其邏輯狀態(tài)，并將結(jié)果記錄表中，測試完畢后斷開電源。 （3）組成或非門電路 或非門的邏輯函數(shù)表達式Z= ，根據(jù)De. Morgan定理，可以寫成Z=·=，因此，可以用四個與非門構(gòu)成或非門。 ①將或非門及其邏輯功能驗證的實驗原理圖畫在表1.7中，按原理圖聯(lián)線，檢查無誤后接通電源。 ②當輸入端A、B為表1.7的情況時，分別測出輸出端Y的電壓或用LED發(fā)光管監(jiān)視其邏輯狀態(tài)，并將結(jié)果記錄表中，測試完畢后斷開電源。 表1.7用與非門組成或非門電路實驗數(shù)據(jù) 邏輯功能測試實驗原理圖 輸入 輸出Y A B 電壓 邏輯值 表1.8用與非門組成異或門電路實驗數(shù)據(jù) 邏輯功能測試實驗原理圖 輸入 輸出Y A B 電壓 邏輯值 （4）組成異或門電路（選做） 異或門的邏輯表達式Z=A +B = ，由表達式得知，我們可以用五個與非門組成異或門。但根據(jù)沒有輸入反變量的邏輯函數(shù)的化簡方法，有·B=（+）·B=·B，同理有A=A·(+)=A·，因此Z=A+B=，可由四個與非門組成。 ①將異或門及其邏輯功能驗證的實驗原理圖畫在表1.8中，按原理圖聯(lián)線，檢查無誤后接通電源。 ②當輸入端A、B為表1.8的情況時，分別測出輸出端Y的電壓或用LED發(fā)光管監(jiān)視其邏輯狀態(tài)，并將結(jié)果記錄表中，測試完畢后斷開電源。 五、實驗報告 1. 按各步聚要求填表并畫邏輯圖。 2. 回答問題。 （1）怎樣判斷門電路邏輯功能是否正常？ （2）與非門一個輸入接連續(xù)脈沖，其余端什么狀態(tài)時允許脈沖通過？什么狀態(tài)時禁止脈沖通過？ （3）異或門又稱可控反相門，為什么？ 51 實驗二 組合邏輯電路Ⅰ（半加器、全加器） 一、實驗?zāi)康? 1. 掌握組合邏輯電路的功能測試。 2. 驗證半加器和全加器的邏輯功能。 3. 學(xué)會二進制數(shù)的運算規(guī)律。 二、實驗儀器及材料 1、實驗儀器設(shè)備：雙蹤示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)字電路實驗箱 2 器件 74LS00 二輸入端四與非門 3片 74LS86 二輸入端四異或門 1片 74LS54 四組輸入與或非門 1片 三、預(yù)習(xí)要求 1. 預(yù)習(xí)組合邏輯電路的分析方法。 2. 預(yù)習(xí)用與非門和異或門構(gòu)成的半加器、全加器的工作原理。 3. 預(yù)習(xí)二進制數(shù)的運算。 四、實驗內(nèi)容及步驟 1. 組合邏輯電路功能測試 （1）用2片74LS00組成圖2.1所示邏輯電路。為便于接線和檢查，在圖中要注明芯片編號及各引腳對應(yīng)的編號。 圖2.1 （2）先按圖2.1寫出Y2的邏輯表達式并化簡。 表2.1 輸入 輸出 A B C Y1 Y2 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0 （3）圖中A、B、C接邏輯開關(guān)，Y1，Y2接發(fā)光管電平顯示。 （4）按表2.1要求，改變A、B、C輸入的狀態(tài)，填表寫出Y1，Y2的輸出狀態(tài)。 （5）將運算結(jié)果與實驗結(jié)果進行比較。 2.用異或門（74LS86）和與非門組成的半加器電路 根據(jù)半加器的邏輯表達式可知，半加器Y是A、B的異或，而進位Z是A、B相與，即半加器可用一個異或門和二個與非門組成一個電路。如圖2.2。 圖2.2 （1）在數(shù)字電路實驗箱上插入異或門和與非門芯片。輸入端A、B接邏輯開關(guān)k，Y，Z接發(fā)光管電平顯示。 （2）按表2.2要求改變A、B狀態(tài)，填表并寫出y、z邏輯表達式。 表2.2 輸入端 A 0 1 0 1 B 0 0 1 1 輸出端 Y Z 3.全加器組合電路的邏輯功能測試 （1）寫出圖2.3電路的邏輯表達式。 （2）根據(jù)邏輯表達式列真值表。 （3）根據(jù)真值表畫出邏輯函數(shù)S1 C1的卡諾圖。 圖2.3 S1＝ C1＝ （4）填寫表2.3各點狀態(tài) 表2.3 A1 B1 C1-1 Y Z X1 X2 X3 S1 C1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 （5）按原理圖選擇與非門并接線進行測試，將測試結(jié)果記入表2.4，并與上表進行比較看邏輯功能是否一致。 4.用異或門、與或非門、與非門組成的全加器電路的邏輯功能測試 全加器電路可以用兩個半加器和兩個與門一個或門組成。在實驗中，常用一片雙異或門、一片與或非門和一片與非門來實現(xiàn)。 （1）畫出用異或門、與或非門和非門實現(xiàn)全加器的邏輯電路圖，寫出邏輯表達式。 （2）找出異或門、與或非門和與非門器件按自己設(shè)計畫出的電路圖接線，注意：接線時與或非門中不用的與門輸入端應(yīng)該接地。 （3）當輸入端A1 B1 C1-1為下列情況時，測量S1和C1的邏輯狀態(tài)并填入表2.5。 表2.4 A1 B1 C1-1 C1 S1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 表2.5 輸入端 A1 0 0 0 0 1 1 1 1 B1 0 0 1 1 0 0 1 1 C1-1 0 1 0 1 0 1 0 1 輸出端 S1 C1 五、實驗報告 1. 整理實驗數(shù)據(jù)、圖表并對實驗結(jié)果進行分析討論。 2. 總結(jié)全加器卡諾圖的分析方法。 3．總結(jié)實驗中出現(xiàn)的問題和解決的辦法。 實驗三 組合電路Ⅱ（譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器） 一、實驗?zāi)康? 1. 熟悉集成數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器的邏輯功能及測試方法。 2. 學(xué)會用集成數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器進行邏輯設(shè)計。 二、實驗儀器及材料 1.實驗儀器設(shè)備：雙蹤示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)字電路實驗箱 2. 器件： 74LS139 2-4線譯碼器 1片 74LS153 雙4選1數(shù)據(jù)選擇器 1片 74LS00 二輸入端四與非門 1片 三、實驗內(nèi)容及步驟 1. 譯碼器功能測試 將74LS139雙2-4線譯碼器按圖3.1分別輸入邏輯電平，并填寫表3、1輸出狀態(tài)。 圖3-1 表3.1 輸入 輸出 使能 選擇 1G 1B 1A Y0 Y1 Y2 Y3 H L L L L X L L H H X L H L H 2. 譯碼器轉(zhuǎn)換 將雙2-4線譯碼器轉(zhuǎn)換為3-8線譯碼器。 （1）畫出轉(zhuǎn)換電路圖。 （2）在實驗箱上接線并驗證設(shè)計是否正確。 （3）設(shè)計并填表寫該3-8線譯碼器功能表。 3. 數(shù)據(jù)選擇器的測試及應(yīng)用 （1）將雙4選1數(shù)據(jù)選擇器74LS158參照圖3.2接線，測試其功能并填寫3、2功能表。 （2）找到實驗箱脈沖信號源中Sc，S1兩個不同頻率的信號，接到數(shù)據(jù)選擇器任意2個輸入端，將選擇端置位，使輸出端可分別觀察到Sc ，S1信號。 圖3-2 （3）分析上述實驗結(jié)果并總結(jié)數(shù)據(jù)選擇器作用并畫出波形。 接電平開關(guān) 接電平顯示 表3.2 選擇端 輸入端 輸出控制 輸出 A1 A0 D0 D1 D2 D3 Q X X X X X X H L L L X X X L L L H X X X L L H X L X X L L H X H X X L H L X X L X L H L X X H X L H H X X X L L H H X X X H L 四、實驗報告 1. 畫出實驗要求的波形圖。 2. 畫出實驗內(nèi)容2、3的接線圖。 3. 總結(jié)譯碼器和數(shù)據(jù)選擇的使用體會。 實驗四 觸發(fā)器 一、實驗?zāi)康? 1. 熟悉并掌握R-S、D、J－K觸發(fā)器的特性和功能測試方法。 2. 學(xué)會正確使用觸發(fā)器集成芯片。 3. 了解不同邏輯功能FF相互轉(zhuǎn)換的方法。 二、實驗儀器及材料 1. 實驗儀器設(shè)備：雙蹤示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)字電路實驗箱 2. 器件 74LS00 二輸入端四與非門 1片 74LS74 雙D觸發(fā)器 1片 74LS76 雙J-K觸發(fā)器 1片 三、實驗內(nèi)容及步驟 1. 基本RS觸發(fā)器功能測試： 兩個TTL與非門首尾相接構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器的電路。如圖5.1所示。 （1）試按下面的順序在S R 端加信號： =0 =1 =1 =1 =1 =0 =1 =1 圖4.1 基本RS觸發(fā)器電路 觀察并記錄觸發(fā)器的Q、端的狀態(tài)，將結(jié)果填入下表4.1中，并說明在上述各種輸入狀態(tài)下，RS執(zhí)行的是什么邏輯功能？ 表4.1 Q 邏輯功能 0 1 1 1 1 1 0 1 （2）端接低電平， 端加點動脈沖。 （3） 端接高電平，端加點動脈沖。 （4）令＝,端加脈沖。 記錄并觀察（2）、（3）、（4）三種情況下，Q、端的狀態(tài)。從中你能否總結(jié)出基本RS的Q或 端的狀態(tài)改變和輸入端、 的關(guān)系。 （5）當、 都接低電平時，觀察Q、 端的狀態(tài)，當、同時由低電平跳為高電平時，注意觀察Q、端的狀態(tài)，重復(fù)3～5次看Q、端的狀態(tài)是否相同，以正確理解“不定” 狀態(tài)的含義。 2. 維持-阻塞型D觸發(fā)器功能測試 雙D型正邊沿維持－阻塞型觸發(fā)器74LS74的邏輯符號如圖4.2所示。 圖中、 端為異步置1端，置0端（或稱異步置位，復(fù)位端），CP為時鐘脈沖端。 試按下面步驟做實驗： （1）分別在、 端加低電平，觀察并記錄Q、端的狀態(tài)。 圖4.2D邏輯符號 （2）令、 端為高電平，D端分別接高，低電平，用點動脈沖作為CP，觀察并記錄當CP為0、 、1、 時Q端狀態(tài)的變化。 （3）當＝＝1、CP＝0（或CP＝1），改變D端信號，觀察Q端的狀態(tài)是否變化？ 整理上述實驗數(shù)據(jù)，將結(jié)果填入下表4.2中。 （4）令＝＝1，將D和端相連，CP加連續(xù)脈沖，用雙蹤示波器觀察并記錄Q相對于CP的波形。 表4.2 CP D Qn Qn+1 0 1 X X 0 1 1 0 X X 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0（1） X 0 1 CP Q 3. 負邊沿J-K觸發(fā)器功能測試 雙J－K負邊沿觸發(fā)器74LS76芯片的邏輯符號如圖4.3所示。 圖4.3 J-K邏輯符號 自擬實驗步驟，測試其功能，并將結(jié)果填入表4.3中，若令J＝K＝1時，CP端加連續(xù)脈沖，用雙蹤示波器觀察Q～CP波形，試將D觸發(fā)器的D和端相連時觀察Q端和CP的波形并與相比較，有何異同點？ 4. 觸發(fā)器功能轉(zhuǎn)換 （1）將D觸發(fā)器和J-K觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器，列出表達式，畫出實驗電路圖。 （2）接入連續(xù)脈沖，觀察各觸發(fā)器CP及Q端波形，比較兩者關(guān)系。 JK T′ CP Q D T′ CP Q （3）自擬實驗數(shù)據(jù)表并填寫之。 表4.3 CP J K Q Qn+1 0 1 X X X X 1 0 X X X X 1 1 0 X 0 1 1 1 X 0 1 1 X 0 1 1 1 X 1 1 四、實驗報告 1. 整理實驗數(shù)據(jù)并填表。 2. 寫出實驗內(nèi)容3、4的實驗步驟及表達式。 3. 畫出實驗4的電路圖及相應(yīng)表格。 4. 總結(jié)各類觸發(fā)器特點。 實驗五 時序電路（計數(shù)器、移位寄存器） 一、實驗?zāi)康? 1. 掌握常用時序電路分析，設(shè)計及測試方法。 2. 訓(xùn)練獨立進行實驗的技能。 二、實驗儀器及材料 1. 實驗儀器設(shè)備：雙蹤示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)字電路實驗箱 2. 器件 74LS112 雙J-K觸發(fā)器 2片 74LS175 四D觸發(fā)器 1片 74LS10 三輸入端三與非門 1片 74LS00 二輸入端四與非門 1片 三、實驗內(nèi)容及步驟 1. 異步二進制計數(shù)器 （1）按圖5.1接線。將J=K=1 圖5.1 （2）由CP端輸入單脈沖，測試并記錄Q1～Q4，端狀態(tài)及波形。 （3）試將異步二進制加法計數(shù)改為減法計數(shù)，參考加法計數(shù)器，要求實驗并記錄。 2. 異步二一十進制加法計數(shù)器 （1）按圖5.2接線。 QA、QB、QC、QD4個輸出端分別接發(fā)光二極管顯示，復(fù)位端R接入單脈沖，置位端S接高電平“1”，CP端接連續(xù)脈沖。 （2）在CP端接連續(xù)脈沖，觀察CP、QA、QB、QC、QD 的波形。 （3）將上圖改成一個異步二一十進制減法計數(shù)器，并畫出CP、QA、QB、QC、QD 的波形。 圖5.2 CP Q1 Q2 Q3 Q4 3. 自循環(huán)移位寄存器—環(huán)形計數(shù)器。 （1）按圖5.3接線，將A、B、C、D置為1000.用單脈沖計數(shù)，記錄各觸發(fā)器狀態(tài)。 圖5.3 改為連續(xù)脈沖計數(shù)，并將其中一個狀態(tài)為“0”的觸發(fā)器置為“1”（模擬干擾信號作用的結(jié)果），觀察記數(shù)器能否正常工作，分析原因。 （2）按圖5.4接線，與非門用74LS10三輸入端三與非門重復(fù)上述實驗，對比實驗結(jié)果，總結(jié)關(guān)于自啟動的體會。 圖5.4 四、實驗報告 1. 畫出實驗內(nèi)容要求的波形及記錄表格。 2.總結(jié)時序電路特點。 實驗六 組合邏輯電路的設(shè)計和邏輯功能驗證 一、實驗?zāi)康? 1. 掌握組合邏輯電路的設(shè)計方法。 2. 學(xué)會使用集成電路的邏輯功能表。 二、實驗儀器及材料 1. 數(shù)字電路實驗箱、雙蹤示波器、數(shù)字萬用表。 2. 元器件： 雙輸入與門CD4081 1片 四異或門CD4070 2片 四位數(shù)值比較器CD4063 1片 三、注意事項及說明 1. CMOS門電路的電源電壓為+3V—+15V，有些可達18V，實驗前應(yīng)先驗證或調(diào)整正確，才可給門電路通電，本實驗可選+5V供電。 2. 門電路的輸出端不可直接并聯(lián)，也不可直接聯(lián)連電源+5V和電源地，否則將造成門電路永久性損壞。 3. CMOS集成電路的多余輸入端不可懸空。 4. 實驗時應(yīng)認真檢查，僅當各條聯(lián)線全部正確無誤時，方可通電。 四、實驗內(nèi)容、原理及步驟 （1）設(shè)計一個一位比較器（大、同、?。┑慕M合電路并驗證其邏輯功能。 （2）驗證四位數(shù)值比較器的邏輯功能。 （3）設(shè)計一個八位二進制奇偶檢測器的組合電路并驗證其邏輯功能。 （4）設(shè)計一個兩位二進制數(shù)比較器（大、同、?。┑慕M合電路（選做）。 CD4081為四雙輸入與門；CD4070為四異或門，CD4063為四位數(shù)值比較器，它們均為CMOS集成電路。圖6-1為上述三種集成電路的引腳功能描述。 圖 6.1 1. 一位（大、同、?。┍容^器的設(shè)計及其邏輯功能的驗證 ① 根據(jù)命題要求列真值表 設(shè)A、B為兩個二進制數(shù)的某一位，即比較器的輸入，M、 G、L為比較器的輸出，分別表示兩個二進制數(shù)比較后的大、同、小結(jié)果，其邏輯功能真值表見表6-1. ② 寫表達式 根據(jù)表6-1的真值表，并為了減少門電路的種類，我們做如下的運算： 同 大 小 ③ 畫邏輯圖 根據(jù)上述表達式，讀者可用兩個異或門和兩個與門實現(xiàn)上述的大、同、小比較器，并將邏輯圖畫在表6-1右邊的空白處。 ④ 實驗驗證 選CD4081、CD4070各一片，按所畫邏輯原理圖聯(lián)線，檢查無誤后接通電源。當輸入端A、B為表6-1的情況時，用三只LED發(fā)光管，分別監(jiān)視輸出端M、G、L的邏輯狀態(tài)，驗證邏輯功能的正確性。當輸出高電平時，LED發(fā)光管亮，表示邏輯值為“1”，當輸出低電平時，LED發(fā)光管滅，表示邏輯值為“0”，實驗完畢后斷開電源。 表6-1 一位比較器真值表 輸入 輸出 說 明 A B M G L 0 0 0 1 0 A = B 0 1 0 0 1 A < B 1 0 1 0 0 A > B 1 1 0 1 0 A = B 2. 四位數(shù)值比較器邏輯功能的驗證 ① 引腳和功能描述 CD4063為CMOS四位二進制數(shù)值比較器集成電路，十六引腳雙列直插式封裝，所有功能引腳分三類：比較輸入端、級聯(lián)輸入端和輸出端。比較輸入端實現(xiàn)本級兩組四位二進制數(shù)的比較；級聯(lián)輸入端則是為實現(xiàn)多級芯片的相互級聯(lián)所設(shè)，當僅使用一級比較時，可將AB三個級聯(lián)輸入端，分別接“0”、“1”、“0”；輸出端則為兩組四位二進制數(shù)的比較輸出，有小、相等和大三種結(jié)果。其引腳描述見圖6-1，邏輯功能見表6-2. ② 按上述的引腳和功能描述，聯(lián)接好驗證四位數(shù)值比較器邏輯功能的實驗電路，檢查無誤后接通電源。當輸入為表6-3的情況時，用三只LED發(fā)光管，分別監(jiān)視其輸出端L、G、M的邏輯狀態(tài)，驗證邏輯功能的正確性國。并將結(jié)果記錄表6-3中，實驗完畢后斷開電源。 表6-2 四位數(shù)值比較器簡化邏輯功能表 輸 入 輸出 比較輸入端 級聯(lián)輸入端 A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0 AB AB A3>B3 X X X A3=B3 A2>B2 X X A3=B3 A2=B2 A1>B1 X A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0>B0 X X X X X X X X X X X X L L H L L H L L H L L H A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 L L H L H L H L L L L H L H L H L L A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0B AB 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 3. 八位二進制奇偶檢測器的設(shè)計及其邏輯功能驗證。 ① 原理描述 在數(shù)字通訊系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)噪聲或外界干擾的存在，可能給信息代碼的傳送引入差錯。為了發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，常采用奇偶校驗碼傳送，在接收端再用奇偶檢測器進行檢測，以提高設(shè)備抗干擾能力和系統(tǒng)的可靠性。設(shè)B0、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7為八位二進制數(shù)，即奇偶檢測器的輸入，O為奇偶檢測器的奇輸出，則檢測器的輸出函數(shù)為： O = B0 + B1 + B2 + B3 + B4 + B5 + B6 + B7 由表達式知，我們可用異或門實現(xiàn)上述的奇偶檢測器，并將邏輯圖畫在表6-4右邊的空白處。 ② 實驗驗證 選CD4070兩片，按所畫邏輯原理圖聯(lián)線，檢查無誤后接通電源。當輸入端為表6-4中的情況時，用一只LED發(fā)光二極管，監(jiān)視其輸出端O邏輯狀態(tài)，驗證邏輯功能的正確性。并將結(jié)果記錄表6-4中，實驗完畢后斷開電源。 表6-4 奇偶檢測器邏輯功能驗證實驗數(shù)據(jù)表 輸入 輸出 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 O 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4. 設(shè)計一個兩位二進制數(shù)比較器（大、同、小）的組合電路（選做） 對兩個兩位無符號二進制數(shù)進行比較（大、同、小），根據(jù)比較結(jié)果，使相應(yīng)的三個輸出端中的一個輸出為“1”。 ① 根據(jù)命題要求列真值表 假設(shè)第一個二進制數(shù)為A B，第二個二進制數(shù)為C D，即比較器的四個輸入，又設(shè)M、G、L為比較器的輸出，分別表示兩個二進制數(shù)比較后的大、同、小結(jié)果，其邏輯功能真值表見表6-5。 ②　寫表達式 根據(jù)表6-5的真值表，對G采用公式法化簡，對M和L采用卡諾圖法化簡得： 表6-5　　　兩位二進制數(shù)比較器邏輯功能真值表 輸　　入 輸　　出 說　　明 A B C D M G L 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 AB=CD ABCD AB=CD ABCD AB>CD AB=CD ABCD AB>CD AB>CD AB=CD ③ 畫邏輯圖 根據(jù)上述表達式，讀者可自行畫出比較器的邏輯圖，并驗證其邏輯功能。 五、實驗報告和要求 根據(jù)實驗結(jié)果，整理實驗數(shù)據(jù)，寫出實驗報告，并思考下列問題： 1. 怎樣利用四位數(shù)值比較器芯片設(shè)計一簡易電子密碼鎖？ 2. 怎樣利用四位數(shù)值比較器及其輔助芯片設(shè)計一簡易電梯升降自動判別電路？ 實驗七 D/A、A/D轉(zhuǎn)換器 一、實驗?zāi)康? 1. 了解D/A和A/D轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)和性能。 2. 熟悉D/A和A/D轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用。 二、實驗儀器及材料 1. 實驗儀器設(shè)備：雙蹤示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)字電路實驗箱 2. 器件 DAC0832 1片 ADC0809 1片 741 1片 三、實驗原理 在數(shù)字電子技術(shù)很多應(yīng)用場合往往需要把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，或把數(shù)字量轉(zhuǎn)成模擬量，完成這一轉(zhuǎn)換功能的轉(zhuǎn)換器有多種型號，使用者借助于手冊提供的器件性能指標及典型應(yīng)用電路，可正確使用這些器件。本實驗采用大規(guī)模集成電路DAC0832實現(xiàn)D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換，ADC0809實現(xiàn)A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換。 1. D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832 DAC0832是采用CMOS工藝制成的電流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，引腳排列如圖4-36所示，各引腳含義為： ～：數(shù)字信號輸入端，—MSB，—LSB。 ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。 CS:片選信號，低電平有效，與ILE信號合起來共同控制是否起作用。 ：寫信號1，低電平有效，用來將數(shù)據(jù)總數(shù)的數(shù)據(jù)輸入鎖存于8位輸入寄存器中，有效時，必須使和ILE同時有效。 :傳送控制信號，低電平有效，用來控制是否起作用。 ：寫信號2，低電平有效，用來將鎖存于8位輸入寄存器中的數(shù)字傳送到8位D/A寄存器鎖存起來，此時WFER應(yīng)有效。 :D/A輸出電流1，當輸入數(shù)字量全為1時，電流值最大。 ：D/A輸出電流2。 ：反饋電阻。DAC832為電流輸出型芯片，可外接運算放大器，將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，電阻是集成在內(nèi)的運算放大器的反饋電阻，并將其一端引出片外，為在片外連接運算放大器提供方便。當?shù)囊龆耍_9）直接與運算放大器的輸出端相連接，如圖4-37所示，而不另外串聯(lián)電阻時，則輸出電壓如式（4.1.12）所示。 （4.1.12） :基準電壓，通過它將外加高精度的電壓源接至T型電壓網(wǎng)絡(luò)，電壓范圍為（-10～+10）V，也可以直接向其他D/A轉(zhuǎn)換器的電壓輸出端。 :電源，電壓范圍（+5～+15）V。 AGND：模擬地。 DGND：數(shù)字地。 ② A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809 ADC0809是采用CMOS工藝制成的8位逐次漸近型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，引腳排列，如圖4—38所示。各引腳含義為： ～：8路模擬量輸入端。 ：地址輸入端。 ALE:地址鎖存允許輸入信號，應(yīng)在此腳施加正脈沖，上升沿有效，此時鎖存地址碼，從而選通相應(yīng)的模擬信號通道，以便進行A/D轉(zhuǎn)換。 START：啟動信號輸入端，應(yīng)在此腳施加正脈沖，當上升沿到達時，內(nèi)部逐次逼近寄存器START復(fù)位，在下降沿到達后，開始A/D轉(zhuǎn)換過程。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號（轉(zhuǎn)換結(jié)束標志），高電平有效，轉(zhuǎn)換在進行中EOC為低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC自動變?yōu)楦唠娖?，標志A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束。 OVTEN（OE）：輸入允許信號，高電平有效，即OE=1時，將輸出寄存器中數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上。 CP：時鐘信號輸入端，外接時鐘脈沖，時鐘頻率一般為640。REF(+)、REF(-):基準電壓的正極和負極。一般（+）接+5V電源，（-）接地。 ～:數(shù)字信號輸出端—MSB、—LSB ADC0809通過引腳～輸入8路單邊模擬輸入電壓，ALE將3位地址線進行鎖存，然后由譯碼電路選通8路中某一路進行A/D轉(zhuǎn)換，地址譯碼與輸入選通關(guān)系如表4—18所示。 表4-18 ADC0809地址譯碼與輸入選通關(guān)系 被選模擬通道 地 址 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 四、實驗內(nèi)容及步驟 1. 用DAC0832及運算放大器741組成D/A轉(zhuǎn)換電路 按圖4-37連接實驗電路，輸入數(shù)字量由邏輯開關(guān)提供，輸出模擬量用數(shù)字電壓表測量。片選信號 (腳1)、寫信號(腳2)、寫信號(腳18)、傳送控制信號（腳17）接地；基準電壓（腳8）及輸入寄存器允許ILE（腳19）接+5V電源；(腳12)接運算放大器741的反相輸入端2及同相輸入端3；(腳9)通過電阻（或不通過）接運算放大器輸出端6。 a. 調(diào)零。～全置0，調(diào)節(jié)電位器使741輸出為零。 b. 按表4-19輸出數(shù)字量，測量相應(yīng)的輸出模擬量,記入表中右方輸出模擬電壓處。 表 4-19 用DAC0832及運算放大器組成D/A轉(zhuǎn)換昌路功能測試表 A/D轉(zhuǎn)換 D/A轉(zhuǎn)換 輸入數(shù)字量 輸出模擬量 輸入模擬量 輸出數(shù)字量 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 2. A/D轉(zhuǎn)換器 按圖4-39連接電路，輸入模擬量接0～+5V直流可調(diào)電源（自己設(shè)計），輸出數(shù)字量接0—1指示器。 將三位地址線（腳23、24、25）同時接地，因而選通模擬輸入（腳23）通道進行A/D轉(zhuǎn)換；時鐘信號CLOCK（腳10）用f=1kHz連續(xù)脈沖源；啟動信號SRART（腳6）和地址鎖存信號ALE（腳22）相連于P點，接單次脈沖；參考電壓（+）（腳12）接+5V電源，（-）（腳15）接地；輸出允許信號OE（腳9）固定接高電平。 a.測試腳6（ALE）、腳22（START）、腳7（OE）的功能 測試腳6、腳7連接于P點，接單次脈沖源，調(diào)節(jié)輸入模擬量為某值，按一下P端單脈沖源按鈕，相應(yīng)的輸出數(shù)字量便由0—1指示器顯示出來，來完成一次A/D轉(zhuǎn)換。 斷開P點與單脈沖源間連線，將ALE、START與EDC端連接在一起如圖4-39中虛線所示，則電路處于自動狀態(tài)，觀察A/D轉(zhuǎn)換器的工作情況。 b. 令電路片于自動轉(zhuǎn)換狀態(tài) 調(diào)節(jié)輸入模擬量，記入表4-19在左方輸入模擬電壓處。 五、實驗報告 整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果。 六、預(yù)習(xí)要求 復(fù)習(xí)D/A、A/D轉(zhuǎn)換器部分內(nèi)容。 實驗八 555時基電路的應(yīng)用 一、實驗?zāi)康? 1. 掌握555時基電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，學(xué)會對此芯片的正確使用。 2. 學(xué)會分析和測試用555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，旋密特觸發(fā)器等三種典型電路。 二、實驗儀器及材料 1. 實驗儀器設(shè)備：雙蹤示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)字電路實驗箱 2. 器件 NE556，（或NE555二片）雙時基電路 1片 二極管1N4148 2只 電位器22K，1K 2只 電阻、電容 若干 揚聲器 一支 三、實驗原理 本實驗所用的時基電路芯片為NE556，同一芯片上集成了二個各自獨立的555時基電路，圖中各管腳的功能簡述如下： TH-高電平觸發(fā)端：當TH端電平大于2/3V ，輸出端OUT呈低電平，DIS端導(dǎo)通。 -低電平觸發(fā)端：當端電平小于1/3V時，OUT端呈現(xiàn)高電平，DIS端關(guān)斷。 -復(fù)位端：＝0，OUT端輸出低電平，DIS端導(dǎo)通。 VC-控制電壓端：VC接不同的電壓值可以改變TH，的觸發(fā)電平值。 DIS-放電端：其導(dǎo)通或關(guān)斷為RC回路提供了放電或充電的通路。 OUT-輸出端。 VCC-接正電源端。 GND-接地端。 表8.1 TH OUT DIS X X L L 導(dǎo)通 H L 導(dǎo)通 H 原狀態(tài) 原狀態(tài) H H 關(guān)斷 556芯片的管腳功能如圖8.1所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖如圖8.2所示。 （1）按圖8.3接線，可調(diào)電壓取自電位器分壓器。 （2）按表8.1逐項測試其功能并記錄。 四、實驗內(nèi)容及步驟 1. 555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器電路 圖8.1 圖8.2 時基電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖 圖8.4 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器 圖8.3 測試接線圖 （1）按圖8-4接線。 （2）用示波器觀察并測量OUT端波形的頻率和理論估算值比較，算出頻率的相對誤差值。 （3）若將電阻值改為，，電容C不變，上述的數(shù)據(jù)有何變化？ （4）根據(jù)上述電路的原理，充電回路的支路是,放電回路的支路是，將電路略作修改，增加一個電位器RW ，和兩個引導(dǎo)二極管，構(gòu)成圖8.5所示的占空比可調(diào)的多諧振蕩器。 其點空比q為 調(diào)節(jié)RW的阻值，可改變q值。 合理選擇元件參數(shù)（電位器選用22K）,使電路的占空比q＝0.2，且正脈沖寬度為0.2Ms。 調(diào)試電路，測出所用元件的數(shù)值，估算電路的誤差。 3. 555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖8.5 占空比可調(diào)多諧振蕩器電路 圖8.6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 （1）按圖8.6接線，圖中，輸入頻率約為10KHZ左右的方波時，用在器示波器觀察OUT端相對于的波形，并測出輸出脈沖的寬度TW （2）調(diào)節(jié)R 頻率，分析并記錄觀察到的OUT端波形的變化。 （3）若輸出脈沖TW=20US，怎樣調(diào)整電路參數(shù)，記錄各有關(guān)參數(shù)值。 3. 應(yīng)用電路 圖8.8所用555的兩個時基電路構(gòu)成低頻對高頻調(diào)制的救護車警鈴電路。 （1）參考實驗內(nèi)容2確定圖8.8中未定元件參數(shù) （2）按圖接線，注意揚聲器先不接 （3）用示波器觀察輸出波形并記錄 （4）接上揚聲器，調(diào)整參數(shù)聲響效果滿意。 （5）本實驗所使用的電器電壓V0＝+5V 圖8.8 救護車警鈴電路 五、實驗報告 1、按實驗內(nèi)容的要求整理實驗數(shù)據(jù)。 2、按實驗內(nèi)容的要求計算出相關(guān)電路的元器件參數(shù)。 3、畫出實驗內(nèi)容2、3中的相應(yīng)波形。 實驗九 集成電路多種計數(shù)器綜合應(yīng)用 一、實驗?zāi)康? 1. 熟悉集成計數(shù)器邏輯功能和各控制端作用。 2. 掌握計數(shù)器使用方法。 二、實驗儀器及材料 1. 實驗儀器設(shè)備：雙蹤示波器、數(shù)字萬用表、數(shù)字電路實驗箱 2. 器件 74LS290 二一五十進制計數(shù)器 2片 共陰LED數(shù)字顯示管 2只 三、實驗內(nèi)容及步驟 1. 集成計數(shù)器74LS290功能測試。 74LS290是二一五一十進制異步計數(shù)器，邏輯簡圖為圖6.1所示。 74LS290具有下述功能： 圖6.1 74LS290邏輯圖 直接置0（R0(1),R0(2)=1）,直接置（S0(1),S0(2)=1） 二進制計數(shù)（CP1輸入QA輸出） 五進制計數(shù)（CP1輸入QA QB QC輸出） 十進制計數(shù)（兩種接法如圖6.2A、B所示） 按芯片引腳圖分別測試上述功能，并填入表6.1、表6.2、表6.3中。 圖6.2 十進制計數(shù)器 2. 計數(shù)器級連 分別用2片74LS290計數(shù)器級連成二一五混合進制、十進制計數(shù)器。 （1）畫出連線電路圖。 （2）按圖接線，并將輸出端接到LED數(shù)碼顯示器的相應(yīng)輸入端，用單脈沖作為輸入脈沖驗證設(shè)計是否正確。 （3）畫出四位十進制計數(shù)器連接圖并總結(jié)多級計數(shù)級連規(guī)律。 表6.1 功能表 R0(1) R0(2) S0(1) S0(2) 輸出 QD QG QB QA H H L X H H X L X X H H X L X L L X X L X L L X 表6.2 二一五混合時制 計數(shù) 輸出 QA QD QG QB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 表6.3 十進制 計數(shù) 輸出 QD QG QB QA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3. 任意進制計數(shù)器設(shè)計方法 采用脈沖反饋法（稱復(fù)位法或置位法），可用74LS290組成任意（M）計數(shù)器，圖6.3是用74LS290實現(xiàn)模7計數(shù)器的兩種方案，圖（A）采用復(fù)位法，即計到M異步置0，圖（B）采用置位法，即計數(shù)計到M-1異步置0。 圖6.3 74LS290實現(xiàn)七進制計數(shù)方法 當實現(xiàn)十以上進制的計數(shù)器時可將多片級連使用。 圖6.4是45進制計數(shù)的一種方案，輸出為8421 BCD碼。 圖6.4 圖6.5 LED七段顯示引腳圖 （1）按圖6.4接線，并將輸出接到LED顯示器上驗證。 （2）設(shè)計一個六十進制計數(shù)器并接線驗證。