数字电子技术实验报告册

数字电子技术实验报告册

电工电子实验教学中心

数字电子技术课程组

北京信息科技大学

目 录

实验一 集成逻辑门电路参数的测试 ........................................................................... 3 实验二 门电路功能测试 ............................................................................................. 8 实验三 组合逻辑电路的设计 ................................................................................... 12 实验四 触发器应用设计实验 ................................................................................. 16 实验五 计数、译码、显示电路的设计 ............................................................... 19 实验六 555定时器设计电路 .................................................................................... 24 实验七 基于FPGA的分频器设计 ........................................................................... 27 实验八 基于FPGA的跑马灯实验电路设计 ............................................................. 32 附录 常用数字集成电路管脚图 ................................................................................. 39

实验一 集成逻辑门电路参数的测试

一、 实验目的

(1) 掌握数字实验设备的使用方法。 (2) 熟悉数字集成电路手册的使用方法。 (3) 了解TTL器件和CMOS器件的使用特点。 二、 实验器材与仪器

(1) 双踪示波器：可以同时测量和观察两路信号的波形，测量电路信号波形的幅值、周期等参

数。

(2) 数字万用表：用于测量交流和直流电压、电流、电阻等。某些万用表还可以测量三极管、

二极管、电容和频率等。 (3) 数字实验箱。 三、 预习与思考题

(1) 为什么与非门输出端不能直接接＋5V?当我们希望输出高电平为＋5V时应怎么办？与非门

输出端可以接地吗？

(2) 测量扇出系数NOL的原理是什么？为什么只计算输出低电平时的负载电流值，而不考虑输出

高电平的负载电流值？

(3) 与非门不用的输入端应如何处理？为什么？

(4) 说明TTL集成电路与COMS集成电路在功耗方面的差异。 四、 实验原理说明

在数字电路设计中，我们经常用到一些门电路，对门电路参数的了解，有助于电路设计更加正确可靠。我们以74LS00 为例，学习门电路的主要参数和测试方法。

(1) 与非门的逻辑功能。

与非门的逻辑功能为：当输入端中有一个或一个以上是低电平时，输出端为高电平；只有

当输入端全部为高电平时，输出端才是低电平。图形符号如图1-1所示, 逻辑表达式为

:

B

Y

图1-1 与非门的逻辑符号

(2) TTL与非门基本参数

1) 低电平输入电流IIL

低电平输入电流IIL是指被测输入端接低电平，其余输入端悬空，输出端空载时，由被测输入端流出的电流值。在多级门电路中，IIL相当于前级门输出低电平时，后级向前级门灌入的电流，因此它关系到前级门的灌电流负载能力，即直接影响前级门电路带负载的个数，因此希望IIL小些。测试电路如图1-2。 2) 高电平输入电流IIH

高电平输入电流IIH又称为输入漏电流，它是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端空载，流入被测输入端的电流值。在多级门电路中，它相当于前级门输出高电平时，

流出前级门的电流，称为前级门的拉电流负载，其大小关系到前级门的拉电流负载能力，因此希望IIH小些。由于IIH较小，难以测量，一般免于测试。测试电路如图1-3所示。

Vcc

Vcc

IIH

I

图1-2 IIL测试电路 图1-3 IIH测试电路

3) 电压传输特性

门电路的输出电压Vo随输入电压Vi变化的曲线Vo= (Vi) 称为门电路的电压传输特性，通过它可读得门电路的一些重要参数。如输出高电平、输出低电平、关门电平、开门电平、阈值电平等等。测试电路如图1-4所示。采用逐点测试法，调节Rw ,逐点测得Vi及Vo，然后绘成曲线。

Vcc

+5V

RW10K

图1-4 电压传输特性测试电路

4) 扇出系数No

扇出系数No是指门电路能驱动同类门的个数，它是衡量门电路负载能力的一个参数。TTL与非门有两种不同性质的负载，即灌电流负载和拉电流负载，因此，有两种扇出系数，即低电平扇出系数NOL和高电平扇出系数NOH。通常IIH < IIL,则NOH > NOL，故常以NOL作为门的扇出系数。

NOL测试电路如图1-5所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载RL，调节RL使IOL

增大，VOL随之增高，当VOL达到VOLM（手册中规定低电平规范值0.4V ）时的IOL就是允许灌入的最大负载电流，则

INOL = OL

IIL

通常NOL ≥8。

Vcc+5V

RLIOL

VOL

图1-5 扇出系数测试电路

五、 实验内容与要求

(1) 验证TTL集成与非门74LS00的逻辑功能

利用实验装置上已有的LED指示灯及电平拨码开关所提供的“0”和“1”电平，测量74LS00逻辑功能。测量表格见表1-1：

(2) 74LS00主要参数测试

1) 分别按图 1-2、图 1-3、图 1-5搭接电路，通过实验得到低电平输入电流IIL是，高电平

输入电流

IIH又，低电平输出电流和高电平输出电流，计算出扇出系数，将结果记录入表1-2。

2) 测量电压传输特性曲线。电路如图1-4,调节电位器RW,使VI从0V向高电平变化，逐点测量

VI和V0的对应值，记录在表1-3中。

六、 实验报告书写部分的要求（请在下面的空白页中完成，上面已有的表格除外） (1) 总结示波器、万用表等仪器设备的使用方法及各旋钮的功能。 (2) 填写以上表格的实验数据。 (3) 总结本次实验的收获和结论。 (4) 回答预习思考题。 (5) 其他。

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实验报告得分 指导教师 实验室地点 实验室日期

实验二 门电路功能测试

一、 实验目的

(1) 掌握与门、或门、与非门、异或门等门电路的逻辑功能。 (2) 掌握OC门、三态门的应用和特点。 二、 实验器材与仪器 (1) 数字实验箱。 (2) 数字万用表。 三、 预习与思考题

(1) 复习与门、或门、与非门、异或门、三态门的逻辑功能。

(2) 要使一个异或门实现非逻辑，电路将如何连接，为什么说异或门是可控反相器？ (3) 对于TTL门电路为什么说输入端悬空相当于接高电平？ (4) 说明多个三态门“线与”时应注意的那些问题。 四、 实验内容与要求

(1) 验证与门、或门、与非门、异或门及反向器的逻辑

将集成电路与门74LS08插入集成块的空插座上。注意必须再接上电源正、负极，输入端接逻辑开关，输出端接发光二极管LED，即可进行验证。观察输出结果，并记录在表2-1中。

用同样的方法验证或门74LS32、与非门74LS00、异或门74LS86、反向器74LS04的逻辑功能。（各集成电路的芯片管脚如图2-2所示）

表2-1 测量记录表

(2) 74LS125三态门应用测试

利用74LS125三态门 “线与”连接，实验电路如图2-1所示。三个三态门的输入分别接高电平、地、连续脉冲。根据三个不同状态，观察指示灯的变化，体会三态门的功能。将结果记录在表2-2中。

图2-1 74LS125三态门应用测试

VCC

4B

4A

4Y

3B

3A

3Y

VCC

4B

4A

4Y

3B

3A

3Y

1A 1B1Y2A2B2YGND

1A 1B1Y2A2B2YGND

VCC

4B

4A

4Y

3B

3A

3Y

1A 1B1Y2A2B2YGND

VCC

6A

6Y

5A

5Y

4A

4Y

1A 1Y2A2Y3A3YGND

A

Y

图2-2 74LS125三态输出四总线缓冲器的逻辑符号及引脚排列

五、 实验注意事项

(1) 所有集成电路芯片均需接电源。

六、 实验报告要求（请在下面的空白页中完成，上面已有的表格除外）

(1) 画出实验用逻辑门电路的逻辑符号，并写出逻辑表达式。 (2) 整理并记录实验表格和实验结果。 (3) 总结三态门的功能及正确的使用方法。 (4) 回答预习思考题思考题

实验报告得分 指导教师 实验室地点 实验室日期

实验三 组合逻辑电路的设计

一、 实验目的

(1) 掌握用小规模集成逻辑门设计组合逻辑电路的方法。 (2) 掌握用中规模集成逻辑门设计组合逻辑电路的方法。 (3) 学习检查、分析电路简单故障的能力。 二、 实验设备 (1) 数字实验箱。 (2) 数字万用表。 三、 实验原理与说明

组合逻辑电路的设计方法：

根据给出的实际逻辑问题，求出实现这一逻辑功能的最简单逻辑电路，这就是设计组合逻辑电路时要完成的工作。

组合逻辑电路的设计工作通常可按以下步骤进行，如图3-1所示：

图3-1组合电路设计步骤

(1) 把实际逻辑问题进行逻辑抽象

在许多情况下，提出的设计要求是用文字描述的一个具有一定因果关系的事件。这时就需要通过逻辑抽象的方法，用一个逻辑函数来描述这一因果关系。 逻辑抽象的工作通常是这样进行的：

1) 分析事件的因果关系，确定输入变量和输出变量。输入变量一般被定义为引起事件的

原因，输出变量一般被定义为事件的结果。 2) 定义逻辑状态的含意，进行逻辑状态赋值。

以二值逻辑的0、1两种状态分别代表输入变量和输出变量的两种不同状态。这里0和1的具体含意完全是由设计者人为选定的。

3) 根据给定的因果关系列出逻辑真值表。

(2) 写出逻辑函数式 为便于对逻辑函数进行化简和变换，需要把真值表转换为对应的逻辑函数式。

(3) 选定器件的类型

为了实现最终的逻辑函数，既可以用小规模集成门电路组成相应的逻辑电路，也可以用中规模集成的常用组合逻辑器件或可编程逻辑器件等构成相应的逻辑电路。应该根据对电路的具体要求和器件的资源情况决定采用哪一种类型的器件。

(4) 可能根据需要，将逻辑函数化简或变换成适当的形式 在使用小规模集成的门电路进行设计时，为获得最简单的设计结果，应将函数式化成最简形式，即函数式中相加的乘积项最少，而且每个乘积项中的因子也最少。如果对所用器件的种类有附加的限制(例如只允许用单一类型的或非门)，则还应将函数式变换成与器件种类相适应的形式。

在使用中规模集成的常用组合逻辑电路设计电路时，需要将函数式变换为适当的形式，以便能

用最少的器件和最简单的连线接成所要求的逻辑电路。在使用这些器件设计组合逻辑电路时，应该将待产生的逻辑函数变换成与所用器件的逻辑函数式相同或类似的形式。

(5) 根据化简或变换后的逻辑函数式，画出逻辑电路图。 四、 实验内容

任选以下题目中的一个进行设计并实现。 (1) 题目A：2位二进制乘法器设计

输入A1A0和B1B0两路二进制信号，输出为A1A0×B1B0的乘积，通过数码管显示出来。如A1A0和B1B0为11和10时，显示“6”。 (2) 题目B：4人表决电路

设计一个4人表决电路，多数通过，用发光二极管表示。 (3) 题目C：奇偶校验电路

设计一个6位奇偶校验器，当6个输入中有偶数个1时，发光二极管A亮；否则发光二极管B亮。

(4) 题目D：大月指示器电路

设计一个大月指示器，电路输入表示月份，若该月份天数为31，则发光二极管亮，其它情况发光二极管不亮（注意任意项的处理）。

备选芯片：74LS151、74LS10、74LS20、74LS00、74LS04、74LS08、74LS32等常用集成电路。 五、 实验报告要求（请在下面的空白页中完成，上面已有的表格除外） (1) 从实验内容所列的题目中选择一个题目进行设计，设计方法和方案不限。 (2) 在实验报告中写出设计思路和设计过程，画出电路图，列出元器件清单。 (3) 自行设计测试表格，完成实际电路的测试。



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实验报告得分 指导教师 实验室地点 实验室日期

实验四 触发器应用设计实验

一、 实验目的

(1) 掌握由与非门组成的基本SR锁存器的逻辑功能。 (2) 掌握JK触发器的电路结构及动作特点。 (3) 掌握JK触发器的逻辑功能及测试方法。

(4) 了解分频的概念并掌握使用触发器设计分频器的方法。 二、 实验设备 (1) 双踪示波器。 (2) 数字实验箱。 三、 预习与思考题

(1) 复习JK触发器的电路结构和动作特点。 (2) 熟悉芯片的管脚排列及使用方法。

(3) 对主从JK触发器的输入信号J、K、CP应作何限制？

(4) 如何用触发器实现分频电路？请画出使用触发器实现的4分频电路及输出波形，触发器类

型不限。

四、 实验内容

(1) 用74LS00其中两组与非门按图4-1接成S-R锁存器,将结果填入表4-1中。

SD 表4-1 测量记录表

RD＇

2

图4-1 SR锁存器

(2) JK触发器逻辑功能测试

用数字实验装置所提供的发光二极管、CLK单拍脉冲、电平开关、电源等对74LS112(双JK触发器)进行静态测试，验证其逻辑功能，将结果填入表4-2中。

、Sd 端逻辑功能的测试，将结果填入表4-3中。 (3) JK触发器Rd

表4-2 JK触发器的逻辑功能(

Q

(4) 使用JK触发器设计一个8进制加法计数器， CLK端输入连续脉冲，用示波器观察输入与

输出的波形，将其画在坐标纸上。

五、 实验注意事项

(1) 改接线路时，要关掉电源。

(2) 调节电子仪器各旋钮时，动作不要过猛。实验前，要熟读双踪示波器的使用说明，特别是

观察双踪时，要特别注意开关，旋钮的操作与调节，示波器探头的地线同时接地。

六、 实验报告要求（请在下面的空白页中完成，上面已有的表格除外） (1) 回答思考题；

(2) 在表格中填写实验结果；

(3) 写出实验（4）的设计思路和设计过程，画出电路图，画出输入与输出的波形图。

实验报告得分 指导教师

实验室地点 实验室日期

实验五 计数、译码、显示电路的设计

一、 实验目的

(1) 掌握中规模集成计数器的功能特点及使用方法；

(2) 掌握使用集成计数器构成任意模值进制计数器、分频器的方法； (3) 掌握译码器的原理及使用方法。 (4) 掌握数码显示电路的设计方法。 (5) 掌握电子设计软件Multisim的使用方法。 二、 实验设备 (1) 计算机； (2) 数字实验箱； (3) 数字万用表。 三、 预习与思考题

(1) 计数器芯片简介：74LS160、74LS161芯片引脚图如图5-1所示。

图5-1 74LS160、74LS161的引脚图

请查找资料填写下表：

(2) 译码器

74LS47

图5-2 74LS47的引脚图

74LS47是BCD-七段数码管译码器/驱动器，引脚图如图5-2所示。请查找相关引脚资料，填写

(3) 七段显示器

七段显示器又称数码管，分为共阳极数码管和共阴极数码管2类。 请参考共阳极数码管结构图（图5-3），画出共阴极数码管的结构图。

图5-3 共阳极数码管结构图 共阴极数码管结构图

(4) 请查阅相关资料，回答以下思考题。

1) 数码管在实际使用当中是否需要接限流电阻？为什么？

2) 最常用的共阳极数码管驱动芯片和共阴极数码管驱动芯片各是哪种型号？并说明这两

类数码管的各自显示原理以及在使用数码管时应注意的事项。

3) 请简要说明74LS160和74LS161功能上的差异，若要实现实验内容（1）（N进制计数

器）选择那一种计数器更方便一些？

四、 原理说明

假定已有M进制计数器，需要的是N进制计数器。这时有M > N和M < N两种情况。 (1) M > N的情况

M进制计数器有M个状态，在计数过程中，若设法跳过M－N个状态，即可得到N进制计数器。通常可用两种方法实现，即反馈置零法（或称复位法）和反馈置数法（或称置位法）。

反馈置零法适用于有清零输入端的集成计数器。对于有异步清零输入端的计数器（如74LS160、74LS161）来讲，其工作原理为：当中规模M计数器从S0状态开始计数，当计数脉冲输入N个脉冲后，M进制计数器处于SN状态。如果利用SN状态译码产生一个置零信号反馈到计数器的异步清零输入端，则计数器立刻返回到S0状态，这样就跳过了M－N个状态，从而实现模值为N的计数器。

由于电路在一进入SN状态后立即被置成S0状态，所以SN状态仅在瞬间出现，在稳定的状态循环中不包括SN状态。

反馈置数法适用于具有预置数功能的集成计数器。对于具有同步预置数功能的计数器（如74LS160、74LS161）而言，在其计数过程中，可以将它输出的任何一个状态通过译码，产生一个预置数控制信号反馈至预置数控制端，在下一个计数信号作用后，计数器就会把预置数输入端D0～D3的状态置入输出端。预置数控制信号消失后，计数器就从被置入的状态开始重新计数。

(2) M < N的情况

由于M进制计数器只有M个状态，所以必须用多片M进制计数器组合起来，才能构成N进制

计数器。构成方法有两种。一种是以并行进位的方式连接构成，一种是以串行进位方式连接构成。 五、 实验内容

(1) 用计数器芯片设计实现自己学号的计数器，并译码、显示出来。画出电路原理图，写出设

计过程。用Multisim软件仿真上述电路，打印出仿真结果，附在实验报告中。

(2) 在实验装置上实现六十进制计数器，并译码、显示出来。画出电路原理图，写出设计过程。 六、 实验报告要求（请在下面的空白页中完成，上面已有的表格除外） (1) 回答预习思考题；

(2) 在实验报告中写出电路设计思路和设计过程。画出仿真原理图和仿真结果。列出元器件清

单。写出实验结果及实验总结。。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k7d1.html