数字电路实验指导书（12年4月打印）

《数字电路实验指导书》

数 字 电 路 实 验 指 导 书

目录

第一部分 实验基础知识

一 实验的基本过程---------------------------------------------2 二 实验操作规范和故障检查方法---------------------------------3 三 数字电路实验箱简介-----------------------------------------5

第二部分 基本实验

实验一 逻辑门电路的逻辑功能及测试------------------------------6 实验二 组合逻辑电路的设计------------------------------------- 9 实验三 数据选择器及应用---------------------------------------11 实验四 译码器及应用-------------------------------------------13 实验五 字段译码器逻辑功能测试及应用---------------------------15 实验六 触发器-------------------------------------------------18 实验七 计数器及其应用-----------------------------------------21 实验八 移位寄存器功能测试及应用-------------------------------24 实验九 555定时器---------------------------------------------27 实验十 考查 定时报警电路-------------------------------------31

附录：常用集成电路引脚功能图-------------------------36

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第一部分 实 验 基 础 知 识

随着科学技术的发展，数字电子技术在各个科学领域中都得到了广泛的应用，它是一

门实践性很强的技术基础课，在学习中不仅要掌握基本原理和基本方法，更重要的是学会灵活应用。因此，需要配有一定数量的实验，才能掌握这门课程的基本内容，熟悉各单元电路的工作原理，各集成器件的逻辑功能和使用方法，从而有效地培养学生理论联系实际和解决实际问题的能力，树立科学的工作作风。

一.实验的基本过程

实验的基本过程，应包括：确定实验内容、选定最佳的实验方法和实验线路、拟出较好的实验步骤、合理选择仪器设备和元器件、进行连接安装和调试、最后写出完整的实验报告。

在进行数字电路实验时，充分掌握和正确利用集成器件及其构成的数字电路独有的特点和规律，可以收到事半功倍的效果，对于完成每一个实验，应做好实验预习、实验记录和实验报告等环节。 （一） 实验预习

认真预习是做好实验的关键。预习好坏，不仅关系到实验能否顺利进行，而且直接影响实验效果。预习应按本教材的实验预习要求进行，在每次实验前首先要认真复习有关实验的基本原理，掌握有关器件使用方法，对如何着手实验做到心中有数，通过预习还应做好实验前的准备，写出一份预习报告，其内容包括：

1.绘出设计好的实验电路图，该图应该是逻辑图和连线图的混合，既便于连接线，又反映电路原理，并在图上标出器件型号、使用的引脚号及元件数值，必要时还须用文字说明。 2.拟定实验方法和步骤。

3.拟好记录实验数据的表格和波形座标。 4.列出元器件单。 （二） 实验记录

实验记录是实验过程中获得的第一手资料。测试过程中所测试的数据和波形必须和理论基本一致，所以记录必须清楚、合理、正确，若不正确，则要现场及时重复测试，找出原因。实验记录应包括如下内容： 1.实验任务、名称及内容。

2.实验数据和波形以及实验中出现的现象，从记录中应能初步判断实验的正确性。 3.记录波形时，应注意输入、输出波形的时间相位关系，在座标中上下对齐。 4.实验中实际使用的仪器型号和编号以及元器件使用情况。 （三） 实验报告

实验报告是培养学生科学实验的总结能力和分析思维能力的有效手段，也是一项重要的基本功训练，它能很好地巩固实验成果，加深对基本理论的认识和理解，从而进一步扩大知识面。

实验报告是一份技术总结，要求文字简洁，内容清楚，图表工整。报告内容应包括实验目的、实验内容和结果、实验使用仪器和元器件以及分析讨论等，其中实验内容和结果是报告的主要部分，它应包括实际完成的全部实验，并且要按实验任务逐个书写，每个实验任务应有如下内容：

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1.实验课题的方框图、逻辑图（或测试电路）、状态图，真值表以及文字说明等，对于设计性课题，还应有整个设计过程和关键的设计技巧说明。

2.实验记录和经过整理的数据、表格、曲线和波形图，其中表格、曲线和波形图应充分利用专用实验报告简易座标格，并且三角板、曲线板等工具描绘，力求画得准确，不得随手示意画出。

3.实验结果分析、讨论及结论，对讨论的范围，没有严格要求，一般应对重要的实验现象、结论加以讨论，以便进一步加深理解，此外，对实验中的异常现象，可作一些简要说明，实验中有何收获，可谈一些心得体会。

二.实验中操作规范和常见故障检查方法

实验中操作的正确与否对实验结果影响甚大。因此，实验者需要注意按以下规程进行。 1.搭接实验电路前，应对仪器设备进行必要的检查校准，对所用集成电路进行功能测试。

2.搭接电路时，应遵循正确的布线原则和操作步骤（即要按照先接线后通电，做完后，先断电再拆线的步骤）。

3.掌握科学的调试方法，有效地分析并检查故障，以确保电路工作稳定可靠。 4.仔细观察实验现象，完整准确地记录实验数据并与理论值进行比较分析。

5.实验完毕，经指导教师同意后，可关断电源拆除连线，整理好放在实验箱内，并将实验台清理干净、摆放整洁。

布线原则和故障检查时实验操作的重要问题。 (一)布线原则：应便于检查、排除故障和更换器件。

在数字电路实验中，有错误布线引起的故障，常占很大比例。布线错误不仅会引起电路故障，严重时甚至会损坏器件，因此，注意布线的合理性和科学性是十分必要的，正确的布线原则大致有以下几点：

1.接插集成电路芯片时，先校准两排引脚，使之与实验底板上的插孔对应，轻轻用力将芯片插上，然后在确定引脚与插孔完全吻合后，再稍用力将其插紧，以免集成电路的引脚弯曲，折断或者接触不良。

2.不允许将集成电路芯片方向插反，一般IC的方向是缺口（或标记）朝左，引脚序号从左下方的第一个引脚开始，按逆时钟方向依次递增至左上方的第一个引脚。

3.导线应粗细适当，一般选取直径为0.6～0.8mm的单股导线，最好采用各种色线以区别不同用途，如电源线用红色，地线用黑色。

4.布线应有秩序地进行，随意乱接容易造成漏接错接，较好的方法是接好固定电平点，如电源线、地线、门电路闲置输入端、触发器异步置位复位端等，其次，在按信号源的顺序从输入到输出依次布线。

5.连线应避免过长，避免从集成器件上方跨接，避免过多的重叠交错，以利于布线、更换元器件以及故障检查和排除。

6.当实验电路的规模较大时，应注意集成元器件的合理布局，以便得到最 佳布线，布线时，顺便对单个集成器件进行功能测试。这是一种良好的习惯，实际上这样做不会增加布线工作量。

7.应当指出，布线和调试工作是不能截然分开的，往往需要交替进行，对大型实验元器件很多的，可将总电路按其功能划分为若干相对独立的部分，逐个布线、调试（分调），

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然后将各部分连接起来（联调）。 (二)故障检查

实验中，如果电路不能完成预定的逻辑功能时，就称电路有故障，产生故障的原因大致可以归纳以下四个方面：

1.操作不当（如布线错误等） 2.设计不当（如电路出现险象等） 3.元器件使用不当或功能不正常

4.仪器（主要指数字电路实验箱）和集成器件本身出现故障。

因此，上述四点应作为检查故障的主要线索，以下介绍几种常见的故障检查方法：

1.查线法：

由于在实验中大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路是否插牢、集成电路是否插反等。

2.观察法：

用万用表直接测量各集成块的Vcc端是否加上电源电压；输入信号、时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出是否是插座板、集成块引脚连接线等原因造成的故障。

3.信号注入法

在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围连线，避免相互影响。

4.信号寻迹法

在电路的输入端加上特定信号，按照信号流向逐级检查是否有响应和是否正确，必要时可多次输入不同信号。

5.替换法

对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可更换器件，以检查器件功能不正常所引起的故障。

6.动态逐线跟踪检查法 对于时序电路，可输入时钟信号按信号流向依次检查各级波形，直到找出故障点为止。 7.断开反馈线检查法

对于含有反馈线的闭合电路，应该设法断开反馈线进行检查，或进行状态预置后再进行检查。

以上检查故障的方法，是指在仪器工作正常的前提下进行的，如果实验时电路功能测不出来，则应首先检查供电情况，若电源电压已加上，便可把有关输出端直接接到0—1显示器上检查，若逻辑开关无输出，或单次CP无输出，则是开关接触不好或是内部电路坏了，一般就是集成器件坏了。

需要强调指出，实验经验对于故障检查是大有帮助的，但只要充分预习，掌握基本理论和实验原理，就不难用逻辑思维的方法较好地判断和排除故障。

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三、SAC数字逻辑电路实验箱简介

1.ASC-DS4数字逻辑电路实验箱有以下几大特点：

1）通用性大：本实验箱的主题是有多种多个双列直插座组成的平台，因此它开采用各种不同的TTL、CMOS或其它双列直插式集成元件，连成各种不同规模的实验电路，适应开放型实验、设计型实验、综合型实验、课程设计、毕业设计及科研等要求。

2）集成电路利用率高：在不同的实验电路中，如有相同的集成元件，只需配合一个集成元件就可以完成全部实验，大大地提高了集成元件的利用率。

3）结构简单、功能齐全、使用方便：本机除了可供插各种芯片的主体外，还包括有以下各部分：电源、单脉冲源、连续脉冲（固定频率、连续可调）源、高低电平输出、电平显示、数码显示、续电器、电位器、微音器、面包板等，功能非常齐全，几乎不需要其它仪器设备。电路的连接上采用可以迭插的锥度插头、插座（是国内的专利厂品），使用极为方便，接触牢固、可靠。整机尺寸只有438*33*8cm3. 2.SAC-DS4实验箱的组成： 1）电源：

采用变压器降压，桥式整流、集成稳压电路。电源原理如图1所示。接通220V50Hz交流电源后可输出：

A、 固定+5V（1.0A）具有过流（短路）保护即电源灯灭显示，排故障后自动恢复。 B、 固定+15V（0.3A）具有过流（短路）保护即声音报警，排故障后自动恢复。 C、 固定-15V（0.3A）具有过流（短路）保护即声音报警，排故障后自动恢复。 2）单脉冲源：

在仪器的左下方设有三组单脉冲源，当按动微动开关时相应的插孔同时输出正负单脉冲，并有指示灯燃亮显示（红灯亮为高电平）释放微动开关时恢复原来状态，原理如图2所示。

3）连续脉冲源：

A、CP脉冲频率由电位器控制，连续可调。由波段开关控制频率分为三个频段： 低段为1Hz-100Hz;中段为100Hz-10KHz；高段为10KHz-100KHz。其方波占空比均为50%。原理图3所示。

B、固定频率的连续脉冲有两组，一组为1MHz,另一组为2MHz。原理如图4所示。 4）仪器的上方设有16位电平显示灯组，高电平时红灯亮，低电平时红灯灭。

5）电平输出开关组：

在仪器的下部设有16个高低电平输出插孔，其输出电平由开关控制。开关向上板，红灯亮时输出3.5V以上的高电平；开关向下扳，红灯不亮输出0V低电平。原理如图5所示。 6）数码显示：

仪器上方设有六个七段数码显示，极性可共阴、共阳，由开关控制，数码显示可以通过译码器由A、B、C、D输入1、2、4、8码（高电平有效），也可以不通过译码器直接控制各段显示。原理如图6所示。如用单笔显示时必须将译码（74LS48）片子摘下，否则有分流作用影响实验，损坏器件。 7）集成电路插座群：

仪器台板上设置了IC-8P插座2个：IC-14P插座8个：IC-16P插座4个：IC-20P

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2）由表2-1全加器真值表写出函数表达式。

3）将上面两逻辑表达式转换为能用四2输入异或门（74LS86）和四2输入与非门（74LS00）实现的表达式。

4）画出逻辑电路图如图2-1，并在图中标明芯片引脚号。按图选择需要的集成块及门电路连线，将Ai、Bi、Ci接逻辑开关，输出Si、Ci+1接发光二极管。改变输入信号的状态验证真值表。

2.在一个射击游戏中，每人可打三枪，一枪打鸟(A)，一枪打鸡（B），一枪打兔子（C）。规则是：打中两枪并且其中有一枪必须是打中鸟者得奖（Z）。试用与非门设计判断得奖的电路。（请按照设计步骤独立完成之）

五、实验报告要求：

1．画出实验电路连线示意图，整理实验数据，分析实验结果与理论值是否相等。 2．设计判断得奖电路时需写出真值表及得到相应输出表达式以及逻辑电路图。 3．总结中规模集成电路的使用方法及功能。

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实验三 数据选择器及应用

一、实验目的

1.熟悉中规模集成数据选择器的逻辑功能及测试方法。

2.学习用集成数据选择器进行逻辑设计。

二、实验仪器及材料

a) TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。 b) 参考元件：数据选择器74LS153一片。

三、实验预习要求及思考题

1．预习要求：

1）熟悉74LS153的工作原理及使用方法。

2）根据实验内容要求，写出设计的全过程，画出实验电路图。 3）用multisim软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2.思考题

1) 用双四选一数据选择器74LS153怎样连接成八选一数据选择器? 2) 数据选择器74LS153的使能端有什么有好处?

四、实验原理

1.74LS153的引脚功能图见附录。 2.数据选择器

数据选择器（multiplexer）又称为多路开关，是一种重要的组合逻辑部件，它可以实现从多路数据传输中选择任何一路信号输出，选择的控制由专列的端口编码决定，称为地址码，数据选择器可以完成很多的逻辑功能，例如函数发生器、并串转换器、波形产生器等。

用数据选择器实现组合逻辑函数

1） 选择器输出为标准与或式，含地址变量的全部最小项。例如四选一数据选择器 输出如下：

而任何组合逻辑函数都可以表示成为最小项之和的形式，故可用数据选择器实现。N个地址变量的数据选择器，不需要增加门电路最多可实现N+1个变量的逻辑函数。 2）步骤：

①写出函数的表准与或式，和数据选择器输出信号表达式。 ②对照比较确定选择器各输入变量的表达式。

③根据采用的数据选择器和求出的表达式画出连线图。

五、实验内容

1．验证74LS153的逻辑功能

将双四选一多路数据选择器74LS153 接成的电路如图3-1所示,将A1、A0接逻辑开关，数据输入端D0～D3接逻辑开关，输出端Y接发光二极管。观察输出状态并填表3-1。

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表 3-1

输 入 1 0 0 0 0 0 0 A1 A0 D3 D2 D1 D0 × × 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 × × × × 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 输 出 Y 图 3-1

0 0 2．用4选1数据选择器74LS153设计三输入多数表决电路 1)写出设计过程。

2)画出接线图并在74LS153上连接好电路。 3)验证逻辑功能。

3．用双4选1数据选择器74LS153实现全加器 1)写出设计过程。

2)画出接线图并在74LS153上连接好电路。 3)验证逻辑功能。

六、实验报告要求：

用数据选择器对实验内容进行设计、写出设计全过程、画出接线图、进行逻辑功能测试；总结实验收获、体会。

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实验四 译码器及应用

一、实验目的

1、掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法 2、掌握译码器的级联方法及测试方法。

二、实验仪器及材料

a)TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。 b)参考元件：译码器74ls139、74LS138各一片.

三、实验预习要求及思考题

1．预习要求：

1)复习有关译码器的原理。

2)根据实验任务，画出所需的实验线路及记录表格。

3）用multisim软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2.思考题

1)译码器分哪几类?

2)请将74LS138扩展成4线线译码器,试画出扩展后的电路图。

四、实验原理

1．数据选择器74ls139、74LS138各引脚功能图见附录。

2．译码：是编码的反过程，是将给定的二进制代码翻译成编码时赋予的原意。 译码器：实现译码功能的电路。

译码器特点：(1)多输入、多输出组合逻辑电路。

(2)输入是以n位二进制代码形式出现，输出是与之对应的电位信

息。

译码器分类： 通用译码器：二进制、二─十进制译码器。

显示译码器：TTL共阴显示译码器、TTL共阳显示译码器、CMOS

显示译码器。

本实验主要来学习二进制译码器：用以表示输入变量的状态，如2线－4线、3线－8线和4线－16线译码器。若有n个输入变量，则有2个不同的组合状态，就有2 个输出端供其使用。而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。

n

n

五、实验内容

1．译码器功能测试

将74LS139双2线—4线译码器按图4-1所示连接。输入端A1、A0接逻辑开关，输出Y0~ Y3接发光。改变逻辑开关的状态，观察输出，写出Y0~ Y3的数值（完成表4-1）及其表达式。

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=＿＿＿＿＿ =＿＿＿＿＿ =＿＿＿＿＿ =＿＿＿＿＿

2．译码器的级联应用：

用2-4线译码器74LS139组成的电路如图4-2所示,按图连接,输入D0～D2接逻辑开关,输出Y0～Y7接发光二极管,改变输入信号的状态,观察输出,写出Y0 ～Y7的表达式,并填表4-2.

D2 D1 D0

表 图 4-2 表 4-2 3. 74LS138的应用:

用一片74LS138的3-8译码器及一片74LS20双与非门组成一位全加器的电路图,全加器的三个输入端为被加数X、加数Y、低位向高位的进位Ci-1,输出Si及本位进位输出为Ci。

1).写出真值表. 2).写出逻辑表达式. 3).画出电路图.

4).通过实验分析验证所设计的电路是否正确.

六、实验报告要求：

1．画出实验电路连线示意图，整理实验数据，分析实验结果与理论值是否相等。 2．总结中规模集成电路的使用方法及功能。

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实验五 字段译码器逻辑功能测试及应用

一、实验目的

1.掌握七段译码驱动器74LS47逻辑功能。 2.掌握LED七段数码管的判别方法。 3.熟悉常用字段译码器的典型应用。

二、实验仪器及材料

a) TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。 b) 参考元件：译码器74ls47一片、共阳数码管一个。.

三、实验原理

1、七段发光二极管(LED)数码管

LED数码管是目前最常用的数字显示器，图5-1(a)、(b)为共阴管和共阳管的电路，(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。

一个LED数码管可用来显示一位0～9十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为2～2.5V，每个发光二极管的点亮电流在5～10mA。LED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。

(a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 共阳连接（“0”电平驱动）

(c) 符号及引脚功能 图 5-1 LED数码管

2、BCD码七段译码驱动器

此类译码器型号有74LS47（共阳），74LS48（共阴），CC4511（共阴）等，本实验系采用74LS47／七段译码／驱动器。驱动共阳极LED数码管。

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图 5-2为74LS47引脚排列

图5-2 74LS47引脚排

其中 A、B、C、D — BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g — 译码输出端，输出“0”有效，用来驱动共阳极LED数码管。 ； BI： 消隐输入端，BI＝“0”时，译码输出全为“1”

LT： 测试输入端，BI＝“1”,LT＝“0”时，译码输出全为“0”；

：当BI =LT=1, =0时，输入DCBA为0000，译码输出全为“1”。而DCBA为其它各种组合时，正常显示。它主要用来熄灭无效的前零和后零。 表5-1 输 入 输 出 × × 1 × × × × × × × × × × × × × × × 0 LT × 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 D × × 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 C × × 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 B × × 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 A a b c d e f g 字形 × 1 1 1 1 1 1 1 消隐 × 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 消隐 灭零 - 17 -

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:当本位的“0”熄灭时，下位如果是零也可熄灭。

=0,在多位显示系统中，它与下一位的相连，通知

四、实验内容

1.集成七段显示译码器的功能测试。

按照图5-3连线，输出端接数码管，对照功能表逐项进行测试，并将实验结果与功能表进行比较。

2.LED七段数码管的判别方法 1）共阳共阴的判别及好坏判别

先确定显示器的两个公共端，两者是相通的。这两端可能是两个地端（共阴极），也可能是两个Ｖc端（共阳极），然后用万用表象判别普通二极管正、负极那样判断，即可确定出是共阳还是共阴，好坏也随之确定。 2）字段引脚判别

将共阴显示器接地端和万用表的的黑表笔相接触，万用表的红表笔接触七段引脚之一，则根据发光情况可以判别出a、b、c等七段。对于共阳显示器，先将它的Ｖcc和万用表的红表笔相接触，万用表的的黑表笔分别接显示器各字段引脚，则七段之一分别发光，从而判断之。

五、实验报告要求

1.总结出74LS74各功能端的作用。

2.画出共阴共阳七段数码管的原理图。 3.总结共共阳共阴的判别及好坏判别方法。

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实验六 触发器

一、实验目的

1．熟悉基本RS触发器、D触发器、JK触发器、门控制锁存器的逻辑功能与特点。 2．掌握各功能端的作用。

3．学会使用双踪示波器波形和比较相位。

二．实验仪器及材料

a) TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。

b) 参考元件：与非门74LS00、D触发器74LS74、JK触发器74LS112。

三、预习要求和思考题： 1．预习要求：

1）触发器逻辑功能及其表示方法及触发方式。

2）JK触发器若，J=K=1，问此时时钟信号频率与输出端Q的输出频率之间

存在什么关系？

3）用multisim软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2．思考题

RS触发器为什么不允许出现两个输入同时为零的情况？

四、实验原理

1．74LS00、74LS74、74LS112各引脚功能图见附录。

2．在输入信号为单端的情况下，D触发器用来最为方便，其状态方程为，其

输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态，D触发器的应用很广，可用作数信号的寄存，位移寄存，分频和波形发生等。使用时，查清所用集成块的型号、外型及引线排列。

3．在输入信号为双端的情况下，JK触发器是功能完善.使用灵活和通用性较强的一种

触发器。本实验采用74LS76双JK触发器，是下降边沿除法的边沿触发器。J-K触发器使用时要查清引线排列，其特征方程为

4．在集成触发器的产品中，每一种触发器都有自己固定的逻辑功能。但可以利用转 换的方法获得其它功能的触发器。

五、实验内容及步骤 1．基本RS触发器

按图6-1连线接成基本RS触发器,、为输入信号，输出和分别接发光二极 管，改变输入，观察输出

表6-1

0 0 0 1 1 0 1 1

和端状态，并填表6-1 - 19 -

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图6-1 2.触发器:

1)验证D触发器逻辑功能。

将双D触发器74LS74中的一个触发器的，和D输入端分别接逻辑开关，CP端接 单次脉冲，输出端和分别接发光二极管，根据输出端状态，填表6-2: 表6-2 输 入 0 1 1 0 1 1 1 1 2)观察D触发器的计数状态 将D触发器的，端接高电平, 端与D端相连,这时D触发器处于计数状态,在 CP端加入1KHZ连续脉冲,用示波器双踪观察并记录CP、Q端的波形,注意Q及CP端的频率关系和触发器翻转时间。 3．JK触发器：

1）验证JK触发器的逻辑功能。

将双JK触发器74LS112中的一个触发器的、 、J、K输入端分别接实验箱的逻辑开关，CP端接单次脉冲，、端接发光二极管，观察输出并填表6-3。 2)观察JK触发器的计数状态

将JK触发器的、和J、K输入端都接高电平这时触发器工作于计数状态，CP端加入频率为1KHZ的连续脉冲，用示波器双踪观察输出CP和输出Q端的波形并记录。观察Q与CP之间频率关系和触发器的状态和翻转的时间。 4．J—K触发器的应用。（选作）

将J--K 触发器转换成T触发器并测试其功能。

1） 分析J--K 触发器、T触发器各输入变量和输出变量之间的关系，再将两触发器分析

对比看有何联系。

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输 出 D CP × × × × ↑ 1 ↑ 0

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二、CMOS系列及其它集成电路引脚功能图。（顶视）

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表6-3

输 入 CP J K 0 1 × × × 输 出

1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 × ↓ ↓ ↓ ↓ 1 × × 0 0 1 0 0 1 1 1 × × J--K 触发器的特征方程为：

T触发器的特征方程为：

2）由上可得将J--K触发器的J和K两输入变量做为一个输入变量就可成为T触发器。

原理如下图6-4。

3）通过实验列出真值表来验证所设计的电路是否将J--K触发器转换成T触发器。

六、实验报告要求：

1．实验目的、实验电路。

2．K触发器和D触发器逻辑功能的验证结果，列出它们的功能表。 3．触发器计数状态的连接方式，输入与输出的波形，并画出波形图。

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实验七 计数器及其应用

一、实验目的

1.熟悉中规模集成电路计数器的功能及应用。

2.掌握利用中规模集成电路计数器构成任意进制计数器的方法. 3.学会综合测试的方法。

二、实验仪器及材料

a) TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。

b) 参考元件：与非门74LS00、74LS161、74LS47各一片，7段数码一个。

三、预习要求和思考题：

1.预习要求：

1)根据指定的任务和要求设计电路,画出逻辑图及理论分析的工作波形,以便与实验比较。

2）拟定实验方法、步骤用multisim软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2.思考题:

1)同步计数器与异步计数器有何不同?

2)用两片74LS161及门电路怎样连接可组成M=256异步计数器?

四、实验原理

计数器对输入的时钟脉冲进行计数，来一个CP脉冲计数器状态变化一次。根据计数器计数循环长度M，称之为模M计数器（M进制计数器）。通常，计数器状态编码按二进制数的递增或递减规律来编码，对应地称之为加法计数器或减法计数器。

一个计数型触发器就是一位二进制计数器。N个计数型触发器可以构成同步或异步N位二进制加法或减法计数器。当然，计数器状态编码並非必须按二进制数的规律编码，可以给M进制计数器任意地编排M个二进制码。

在数字集成产品中，通用的计数器是二进制和十进制计数器。按计数长度、有效时钟、控制信号、置位和复位信号的不同有不同的型号。74LS161是集成TTL四位二进制加法计数器，其符号和管脚分布分别如下图所示：

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表 7-1为74LS161的功能表：

表7-1

0 × × × 1 1 1 1 0 1 1 1 × × 0 × × 0 1 1 A B C D × ×××× 0 0 0 0 ↑ A B C D A B C D × ×××× 保持 × ×××× 保持 ↑ ×××× 计数 从表7-1可以知道74LS161在为低电平时实现异步复位（清零CR）功能，即复位不需要时钟信号。在复位端高电平条件下，预置端LD为低电平时实现同步预置功能，即需要有效时钟信号才能使输出状态 等于并行输入预置数A B C D。在复位和预置端都为无效电平时，两计数使能端输入使能信号，74LS161实现模16加法计数功能，；两计数使能端输入禁止信号， ，集成计数器实现状态保持功能，。在

时，进位输出端OC=1。

在数字集成电路中有许多型号的计数器产品，可以用这些数字集成电路来实现所需要的计数功能和时序逻辑功能。在设计时序逻辑电路时有两种方法，一种为反馈清零法，另一种为反馈置数法。 （1）反馈清零法

反馈清零法是利用反馈电路产生一个给集成计数器的复位信号，使计数器各输出端为零（清零）。反馈电路一般是组合逻辑电路，计数器输出部分或全部作为其输入，在计数器一定的输出状态下即时产生复位信号，使计数电路同步或异步地复位。反馈清零法的逻辑框图见图 6-2。 ? ?

Qn-1 ? Q1 Q0

计数器 CP CP Z

7-1 反馈清零法框图

（2）反馈置数法

反馈置数法将反馈逻辑电路产生的信号送到计数电路的置位端，在滿足条件时，计数电路输出状态为给定的二进制码。反馈置数法的逻辑框图如图 6-3所示。

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CP

? Qn-1 ? Q1 Q0 计数器 CP Dn-1 ? D0 ? 组合电路 Z dn-1 ? d0 图 7-2 反馈清零法框图

在时序电路设计中，以上两种方法有时可以并用。

五、实验内容及步骤

1．用74LS161四位二进制同步加法计数器组成一个同步十二进制计数器，cp端送入单次脉冲，输出Q依次与发光二极管相连，送入脉冲的同时观察二极管的亮灭并记录分析其计数状态（利用反馈清零法设计）。

分析提示：74LS161从Q3Q2Q1Q0=0000开始计数，经M-1个时钟脉冲（M为模，本例为12）状态对应二进制数最大，下一个CP后计数器应复位，开始新一轮模M计数。因为是异步清零，所以复位信号不应在M-1个CP时产生，而应在M个CP时产生。所以复位信号在Q3Q2Q1Q0=1100时，使计数器复位Q3Q2Q1Q0=0000。状态从1100→0000是异步变化的，不受时钟CP控制，所示状态1100持续的时间很短暂，仅几级门的传输延迟而已。由状态1100产生低电平复位信号可用与非门实现。 1）画出电路连接图。 2）画出状态转移图。

3）按照电路图连线，通过发光二极管观察所设计电路的计数状态是否为十二进制。

2．用74LS161组成十进制计数器，cp端送入100KHz的脉 冲，用示波器双踪观察并记录计数的时序波形图（利用反馈置数法设计）。 分析提示：反馈置数法是通过反馈产生置数信号LD，將预置数ABCD预置到输出端。74LS161是同步置数的，需CP和LD都有效才能置数，因此LD应先于CP出现。所以M-1个CP后就应产生有效LD信号。若用四位二进制数前10个数作为计数状态，预置数QAQBQCQD=0000，应在QAQBQCQD=1001时预置端变为低电平。

1）画出用74LS161所设计的十进制计数器的电路连接图。 2）画出状态转移图。

3）按照电路图连线，通过示波器观察所设计电路的输出波形是否为如下图：

六、实验报告要求：

1按照实验内容及步骤中的要求详细填写实验报告。 2总结利用计数器实现任意进制计数器的方法。

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实验八 移位寄存器功能测试及应用

一、实验目的：

1.掌握中规模4位双向寄存器逻辑功能及使用方法。

2.熟悉移位寄存器的应用，实现数据的串行、并行转换和构成环形计数器

二、实验仪器及材料

a) TDS-4数电实验箱、双踪示波器、数字万用表。 b) 参考元件：74LS194一片。

三、预习要求及思考题

1.预习要求：

1) 复习有关寄存器有关内容。

2）熟悉74LS194逻辑功能及引脚排列。

3）用multisim软件对实验进行仿真并分析实验是否成功。 2.思考题:

1) 使寄存器 清零，除采用输入低电平外，可否采用右移或左移的方法？可否使

用并行送数法？若可行，如何进行操作？

2) 环行计数器的最大优点和缺点是什么?

四、实验原理

1.位寄存器是一个具有移位功能的寄存器，是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲 的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的称为双向移位寄存器，只需要改变左、右移的控制信号便可实现双向移位要求。根据移位寄存器存取信息的方式不同分为：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式。

本实验选用的4位双向通用移位寄存器，型号为CC40194或74LS194，两者功能相 同，可互换使用，其逻辑符号及引脚图如图8-1所示。

图8-1 74LS194的逻辑符号图及引脚功能图.

其中D0、D1、D2、D3为并行输入端；Q0、Q1、Q2、Q3为并行输出端；SR为右移串行输入端；SL为左移串行输入端；S0、S1为操作模式控制端；CR为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。

74LS194有5种不同操作模式：即并行送数寄存，右移（方向由Q0-->Q3）,左移（方

向由Q3→Q0），保持及清零。

S1、S0和CR端的控制作用如表8-1

2、移位寄存器应用很广，可构成移位寄存器型计数器：顺序脉冲发生器；串行累加

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