当前位置:文档之家 > 数字电路及设计实验

数字电路及设计实验

常用数字仪表的使用

实验内容:

1.参考“仪器操作指南”之“DS1000操作演示”,熟悉示数字波器的使用。

2.测试示波器校正信号如下参数:(请注意该信号测试时将耦合方式设置为直流耦合。

峰峰值(Vpp),最大值(Vmax),最小值(Vmin),

幅值(Vamp),周期(Prd),频率(Freq)

顶端值(Vtop),底端值(Vbase),过冲(Overshoot),

预冲(Preshoot),平均值(Average),均方根值(Vrms),即有效值

上升时间(RiseTime),下降时间(FallTime),正脉宽(+Width),

负脉宽(-Width),正占空比(+Duty),负占空比(-Duty)等参数。

3.TTL输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下,一般输出高电平是3.5V,输出低

电平是0.2V。最小输入高电平和低电平:输入高电平>=2.0V,输入低电平<=0.8V。

请采用函数信号发生器输出一个TTL信号,要求满足如下条件:

①输出高电平为3.5V,低电平为0V的一个方波信号;

②信号频率1000Hz;

在示波器上观测该信号并记录波形数据。

集成逻辑门测试(含4个实验项目)

(本实验内容选作)

一、实验目的

(1)深刻理解集成逻辑门主要参数的含义和功能。

(2)熟悉TTL 与非门和CMOS 或非门主要参数的测试方法,并通过功能测试判断器件好坏。

二、实验设备与器件

本实验设备与器件分别是:

实验设备:自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、数字频率计、数字万用表及工具;

实验器件:74LS20两片,CC4001一片,500Ω左右电阻和10k Ω左右电阻各一只。 三、实验项目

数字电路及设计实验

1.TTL 与非门逻辑功能测试

按表1-1的要求测74LS20逻辑功能,将测试结果填入与非门功能测试表中(测试F=1、0时,V OH 与V OL 的值)。

2.TTL 与非门直流参数的测试

测试时取电源电压V CC =5V ;注意电流表档次,所选量程应大于器件电参数规范值。

(1)导通电源电流I CCL 。测试条件:输入端均悬空,输出端空载。测试电路按图1-1(a )连接。

(2)低电平输入电流I iL 。测试条件:被测输入端通过电流表接地,其余输入端悬空,输出空载。测试电路按图1-1(b )连接。

(3)高电平输入电流I iH 。测试条件:被测输入端通过电流表接电源(电压V CC ),其余输入端均接地,输出空载。测试电路按图1-1(c )连接。

(4)电压传输特性。测试电路按图1-2连接。按表1-2所列各输入电压值逐点进行测量,各输入电压值通过调节电位器W 取得。将测试结果在表1-2中记录,并根据实测数据,做出电压传输特性曲线。然后,从曲线上读出V OH ,V OL ,V on ,V off 和V T ,并计算V NH ,V NL 等参数。

表1-1 与非门功能测试表

数字电路及设计实验

数字电路及设计实验

图1-1 I CCL ,I iL 和I iH 测试电路 图1-2 电压传输特性测试电路

表1-2

与非门电压传输特性测试表

数字电路及设计实验

(5)扇出系数N O 。测试条件:所有输入端悬空,负载R L 为可变电阻。测试电路按图1-3连接。调节R L ,使输出电压V OL =0.4V ,测出此时的I OL ,再按下式:

数字电路及设计实验

N O =I Ol /I iL

求得N O 。

3.平均延迟时间t pd 的测试

现一般采用环形振荡器法测t pd ,测试原理电路及波形如图1-4(a )和(b )所示。图1-4(a )中与非门1、与非门2为标准门的t pd1和t pd2是已知的(可预先在高精度的双踪示波器上测出),与非门(3)是被测门。三个与非门构成一个环形振荡电路。点(3)和点(3 )的波形是同一波形,由图1-4(b )可知,振荡波形的周期为:

数字电路及设计实验

图1-4 平均延迟时间测试电路及波形

T =t PHL1+t PHL2+t PHL3+t PLH1+t PLH2+t PLH3=2t pd1+2t pd2+2t pd3 (在一个振荡周期内每个门经过两次延迟时)

图1-3 扇出系数测试电路

从数字频率计上可以读出振荡频率f (也可用示波器测出周期T ),即可算出被测门的平均延时时间为:

T =1/f =2(t pd1+t pd2)+2t pd3 t pd3=1/2f -(t pd1+t pd2)

或者 t pd3=T /2-(t pd1+t pd2)

4.CMOS 或非门电路的测试(注意CMOS 器件使用规则)

(1)传输特性测量

数字电路及设计实验

① 调节电位器W ,选择若干个输入电压值,测量相应的输出电压值,然后由测得的数据作出曲线,并从曲线中求得V oH 、V oL 、V on 和V oFF 等参数值。注意,测量输出端的电压时,要选用高阻抗的直流电压表,最好用直流数字电压表。通常取V on 为0.1V oH 时对应的输入电平值,V oFF 为0.9V OH 对应的输入电平值。 ② 将两个输入端并联在一起,重复上述测试,比较两种情况下电压传输特性和噪声容限的差异。

③ 测试电源电压的影响:将V DD 依次调节至5V

和15V ,观察电路的逻辑功能以及输出高电平V oH 值。

(2)逻辑功能测试

选CC4001按图1-5电路接线。断开与电位器W 连接的输入端和接地输入端,在两个输入端分别送入表1-3中所列出的输入状态,测试其输出相对应的逻辑值。

数字电路及设计实验

五、预习要求

(1)阅读TTL 与非门主要参数的含义及CMOS 门电路的特点。

(2)熟悉CMOS 电路和TTL 电路的使用规则。 (3)设计实验电路,提出器件清单。 (4)拟定实验方案和调测步骤。

图1-5 CMOS 门传输特性测试电路图 表1-3 或非门功能测试表

三态门、OC 门的功能测试及其应用(含2个实验项目)

(本实验内容选作) 一、实验目的

(1)熟悉OC 门和三态门的功能及应用。 (2)掌握OC 门负载电阻选择方法。 二、实验设备与器件

本实验的实验设备和器件为:

实验设备:自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、脉冲信号发生器、万用表及工具;

实验器件:74LS20,74LS00,74LS01,74LS05,CC4011,CC4069和电阻若干。

三、实验项目 1.OC 门实验

(1)OC 门“线与”电路功能测试:将两个OC 门进行“线与”连接,以驱动三个TTL 与非门,如图2-1所示。E C =+5V ,要求V OH =3.6V ,V OL =0.3V ,工作速度无严格要求。试在负载电阻允许值范围,选取R L 值接入电路,并测试其逻辑功能,列表记录测试结果。

(2)用实验方法确定R Lmax 和R Lmin ,要求V OH =3.6V ,V OL =0.3V 。实验电路按图2-2连接,加+5V 电源后,调节电位器W ,先使电路输出为高电平(即F=3.6V ),测得此时的R L 值为R Lmax 。再使电路输出为低电平(即F=0.3V ),测得此时的R L 值为R Lmin 。

(3)用OC 电路实现TTL 与非门驱动CMOS 与非门(CC4011)的电平转换电路。取V DD =10V ,确定电阻值接入电路,然后在输入端加一个方波信号(f i =1kHz ),用示波器观察A 点、B 点、C 点的波形幅度值的变化。

数字电路及设计实验

图2-1 OC 门“线与”功能测试电路

四、预习要求

(1) 阅读OC 门和三态门的工作原理,根据任务要求计算R L 的取值范围(即R Lmax

R Lmin)。

(2)设计实验电路,提出器件清单。

(3)拟定实验方案和调测步骤。

组合逻辑电路的设计及功能测试(含5个实验项目)

一、实验目的

(1)掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。

(2)观察组合逻辑电路的冒险现象。

(3)熟悉消除冒险现象的常用方法。

二、实验设备与器件

本实验的设备和器件如下:

实验设备:自制数字实验平台、双踪示波器、脉冲信号发生器、万用表及工具;

实验器件:74LS00,74LS10,74LS20,74LS04,74LS32。

三、实验项目

1. 用TTL与非门设计一个3人控制表决器。3人表决的结果用指示灯显示,多数赞成则

指示灯亮,反之,则灯不亮。

2. 设计一个全加器。

3. 设计一个四舍五入电路,输入信号为 8421BCD

数字电路及设计实验

4. 设计一个组合逻辑电路,它接收3位二进制数

B2B1B0,仅当B2B1B0对应的十进制数大于2小于6时,

输出Y才为1。

5. 按表3-1设计一个组合逻辑电路。

①设计要求:输入信号仅提供原变量,反变量由

电路自行产生,给定与非门为74LS00、74LS20,画出

逻辑图。

②搭试电路,进行静态测试,验证逻辑功能,记

录测试结果。

③分析输入端D、C、B各处于什么状态下能观察

到输入端A信号变化时产生的冒险现象。

④在A端输入f =100kHz~1MHz的方波信号,观

察电路的冒险现象,记录A和F点的工作波形图。

⑤观察:用增加校正项的方法,消除由输入端A信号变化所引起的冒险现象。画出此

时的电路图,并记录消除冒险后A和F点的波形图。

四、预习要求

(1)必须在预习报告中写出设计全过程,画出设计电路图。

(2)什么叫冒险现象?如何判断一个组合逻辑电路中是否存在冒险现象?

(3)设计实验电路,提出器件清单。

(4)拟定实验方案和调测步骤。

译码器及其应用(含4个实验项目)

一、实验目的

(1)掌握译码器功能测试方法和灵活应用。

(2)熟悉多位译码显示电路的设计方法及工作原理。

二、实验设备与器件

本实验的设备与器件如下:

实验设备:自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、万用表及工具;

实验器件:74LS00,74LS48,BS201/202等。

三、实验任务

1.七段显示译码器74LS48的功能测试

实验电路按图4-1连接。测试时,各输入端按表4-1中相应状态输入信号。观察各输出情况,列表记录并将结果与给出的功能表做比较。

2.采用TTL与非门设计一个输入两位二进制码,显示十进制数的七段显示译码器(要

求使用共阴发光二极管作为显示器)。

3.实验电路示意图如图4-2所示。A3作为数据输入端,A0、A1、A2作为地址。当

A0A1A2=000~111时,测试相应的Q0~Q7的输出。

数字电路及设计实验

数字电路及设计实验

图4-1 74LS48功能测试连线图图4-2 74LS42 用作数据分配器

①A3端输入秒脉冲(周期T≈1秒)信号,列表整理测试结果。

②A3端输入约2kHz连续脉冲,观察并记录A0A1A2的输入、输出波形。

4.采用74LS48和共阴数码管构成一个多位显示电路,并按以下要求完成实验。

分别按下列要求输入信号,观察记录其相应的显示情况,并分析所观察到的现象产生的原因。

①LT=1,BI=1,IC1、IC6的DCBA输入均为0,IC2、IC3、IC4、IC5的DCBA输入不为全0;

②LT=1,BI=1,IC1,IC2、IC5、IC6的DCBA输入均为0,IC3、IC4的DCBA输入不为全0;

③LT=1,BI=1,IC1~IC6的DCBA输入均为0。

四、预习要求

(1)熟悉74LS48的功能和使用方法,拟好实验电路和记录表格。

(2)复习译码显示原理和数据分配器的工作原理。

(3)设计实验电路,提出器件清单。

(4)拟定实验方案和调测步骤。

数据选择器及应用(含6个实验项目)

一、实验目的

(1)掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能及其测试方法。 (2)熟悉数据选择器的应用。 三、实验设备与器件

本实验设备和器件如下:

实验设备:自制数字实验平台、双踪示波器、万用表及工具; 实验器件:74LS151,74LS153,74LS390和74LS00等。 四、实验任务

1. 按表5-1测试74LS151的逻辑功能,在测试中注意E (使能端)的作用。

2. 采用74LS151和74LS153,并利用降维图法实现下列逻辑函数:

F 1=ABD +BCD +ACD +ABC (5-1)

F 2=A B C+A B C +A BC+AB C (5-2)

F 3=A BC+A B C+AB C +ABC

(5-3)

3. 用74LS153扩展成八选一的电路。

4. 用数据选择器和与非门实现8421码转换成5421码中权值为2的码位变换。

5. 设计一个多功能电路,其功能如表5-2所示,选用一片八选一数据选择器和与非门

实现电路。

数字电路及设计实验

数字电路及设计实验

(6)用74LS151八选一电路和74LS390组成一个图形发生器。 由74LS390产生一个固定周期的选择信号,只要将D 0~D 7置成不同的电平,在输出端Q 就会输出不同波形,若假定D 0D 3D 4D 6为“1”,

D 1D 2D 5D 7为“0”,观察Q 端波形。

四、预习要求

表5-1

表5-2

(1)熟悉74LS151和74LS153的工作原理及使用方法。(2)根据实验内容要求,设计实验电路,提出器件清单。(3)拟定实验方案和调测步骤。

集成触发器(含6个实验项目)

一、实验目的

(1)掌握用与非门组成的基本RS 触发器的特征。

(2)掌握集成JK 触发器、D 触发器的逻辑功能和使用方法。 (3)熟悉各种触发器的应用。 二、实验设备及器件

本实验的设备及器件如下:

数字电路及设计实验

实验设备:自制数字实验平台、双踪示波器、万用表; 实验器件:74LS00,74LS73,74LS74,74LS373等。 三、实验任务

1. 如图6-1,用与非门组成一个基本RS 触发器,测试其

逻辑功能,将结果填入表6-1中。

2. 测试JK 触发器(74LS73)的逻辑功能,将测试结果

填入表6-2中。

数字电路及设计实验

数字电路及设计实验

3. 用74LS73设计一个异步四进制计数器,并用双踪示波器观察输入输出波形。(CP 、

1Q 、2Q )

4. 由D 触发器和按钮开关S 组成的电路图如图6-2

数字电路及设计实验

所示,测试其输入CP 和输出Q1,U0(Q2)的对应波形图,并说明此电路的逻辑功能。

5. 试设计一电路,将D 触发器(74LS74)转换为

JK 触发器。

6. 测试74LS373的逻辑功能。 四、预习要求

(1)熟悉各类触发器的逻辑功能。

(2)了解各类触发器之间的类型转换方法。

图6-1 基本RS 触发器

图6-2

表6-1 基本RS 触发器真值表 表6-2 JK 触发器功能测试表

注:Q 端起始状态Q 仅为第一个CP 信号加入前的原态。

移位寄存器及移存型计数器的应用(含3个实验项目)

一、实验目的

(1)掌握中规模集成电路74LS194四位双向移位寄存器的逻辑功能。

(2)熟悉74LS194的应用。

(3)熟悉实用性移存型计数器的逻辑设计方法。

二、实验设备与器件

本实验设备与器件如下:

实验设备:自制数字实验平台、示波器、万用表及常用工具;

实验器件:四位双向移位寄存器74LS194一片、与非门74LS00,74LS10各一片。

四、实验任务

1.测试四位双向移位寄存器74LS194的逻辑功能,测试结果填入表7-1中。

表7-1 74LS194功能测试表

数字电路及设计实验

电路的全部状态,观测并画出输入与输出波形(CP,Q0,Q1,Q2,Q3)。

3.二进制数码的串←→并转换及传输

令74LS194的Q0为最低位,Q3为最高位,串行输入或输出一个四位二进制数。

①串行输入、并行输出:设串行输入为0101。先用右移方式,后用左移方式,实现并行输出。

②并行输入、串行输出:设并行输入1001。采用左移方式,实现串行输出。

③二进制数码在两片74LS194中传输:任选一组四位二进制数码,在图7-2所示电路中实现数据传输。要求所选的代码“1”在八位逻辑指示中,按环形移位显示。

四、预习要求

(1)熟悉74LS194的工作原理。

(2)复习环形计数器的自启动反馈逻辑设计方法,按实验内容画出实验电路。

(3)设计实验电路,提出器件清单。

(4)拟定实验方案和调测步骤。

计数器及其应用(含5个实验项目)

一、实验目的

(1)熟悉同步、异步计数器的工作原理及应用。 (2)掌握任意进制计数器的设计方法。 二、实验设备与器件

本实验的设备与器件如下:

实验设备:自制数字实验平台、双踪示波器及常用仪表和工具;

数字电路及设计实验

实验器件:74LS390,74LS00,74LS162A ,74LS192等。

三、实验任务 1.

将计数器(74LS390)的Q A 端与CP B 端相连,测试其逻辑功能,结果填入表8-1中,然后,用示波器观测CP ,Q A ,Q B ,Q C

及Q D 的波形并与理论分析的工

作波形相比较,若有明显不同,

必须分析原因,查找故障,直至

正常。

2. 用74LS390和与非门74LS00设计一个模24的计数器,用灯显区LED 显示计数器状态并记录,观察计数器输入输出波形。

3. 用74LS162A 设计一个模8的同步计数器,计数状态从0001开始。

4. 设计模60计数器,并用显示译码器、七段LED 数码管配合显示计数过程(时钟脉冲频率用1~2Hz )。

5. 用74LS192设计一个模11的减法计数器,用灯显区LED 显示计数器状态并记录,观察计数器输入输出波形。

五、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,以便与实验波形比较。

(2)设计实验电路,提出器件清单。 (3)拟定实验方案和调测步骤。

表8-1 74LS390逻辑功能测试表

脉冲信号的产生与整形电路(含3个实验项目)

一、实验目的

1.掌握脉冲信号的产生与整形方法。

2.熟悉输出波形与定时元件RC的关系。

3.熟悉改善波形上升沿的方法。

二、实验设备与器件

本实验的设备与器件如下:

实验设备:自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、万用表及工具;

实验器件:74LS00,74LS390,晶体2MHz,电阻,电容,电位器R=1kΩ等若干。

三、实验项目

1.用与非门、电阻组成一个2MHz的晶体振荡电路,并用74LS390设计100分频输出电路。

用双踪示波器观察并画出两级十分频波形图(1CPA,1QD,2CP A,2QD),并标出振荡

波形的周期。

2.用集成与非门构成的环形多谐振荡器性能测试。

①实验电路如图9-2所示。

②用示波器显示并画出A,B,D,E各点和输出V0的波形。

③将电位器R从大到小和从小到大旋动。观察V0的脉宽t p和周期T随R的变化情况,做出定性的结论。当R旋到最大(R=1kΩ)时,用示波器测出V0的周期T并与理论估算T 值进行比较。

3.设计一个用与非门组成的自激多谐不对称振荡器,要求其工作频率为10kHz。通过实验调

整元件参数。

四、预习要求

(1)根据所给题目指标,设计并画好实验电路,提出器件清单。

(2)考虑电路中各点波形对应处的坐标象限,拟定坐标轴(输入、输出波形的坐标轴必须上下对齐)。

(3)拟定实验方案和调测步骤。

集成定时器555及其应用(含3个实验项目)

一、实验目的

(1)熟悉集成定时器555电路原理及其功能。

(2)掌握集成定时器555电路的典型应用。

二、实验设备及器件

本实验的设备及器件如下:

实验设备:双踪示波器、自制数字实验平台、万用表;

实验器件:集成定时器555、74LS390。

三、实验项目

数字电路及设计实验

1.用集成定时器555设计的自激多谐振荡电路如

图10-1所示,按表10-1中所给的元件值计算出

振荡波形的参数,并用示波器测试出振荡电路中

a,b,c各点的波形,计算公式为:

脉冲宽度T P=0.7(R1+R2)C

脉冲间隙T d=0.7R2C

脉冲周期T=0.7(R1+2R2)C

图10-1 555自激多谐振荡器555电路要求R1和R2均应大于或等于1kΩ,但R1+R2

应小于或等于3.3MΩ。

表10-1

数字电路及设计实验

2.图10-2构成间隙声响发生器,调节元件W使振荡器频率为1kHz,并经5分频

后输出,以1Hz信号控制振荡器的复位端R,当1Hz/S信号为高电平时,振荡

器振荡,当1Hz/S信号为低电平时,振荡器停振,这样扬声器发出间隙声响。测

出A,A′点波形图。

3.用集成定时器555构成单稳态触发器,用无抖动开关电路(采用单次CP信号)

实现触发,以控制其他自动化系统工作,要求输出脉宽(即定时时间)为1ms,

1s,试确定相应的电阻、电容值,用示波器观测其输出波形,并与理论值比较分

析。要求有设计全过程说明(含参数估算)。

数字电路及设计实验

四、预习要求

(1)单稳态触发器有哪些特点?

(2)熟悉集成定时器555构成的多谐振荡器输

出信号的脉宽T WH,周期T和频率f的计算方法。

(3)设计实验电路,提出器件清单。

(4)拟定实验方案和调测步骤。

图10-3 间隙声响发生器

大规模集成存储器EEPROM的应用(含3个实验项目)

一、实验目的

(1)了解大规模集成存储器EEPROM。

(2)通过实验熟悉它们的工作特性,使用方法及其应用。

二、实验原理

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory),电可擦可编程只读存储器——一种掉电后数据不丢失的存储芯片,是可用户更改的只读存储器(ROM),其可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程(重写)。EEPROM一般用在即插即用;常用在接口卡中,用来存放硬件设置数据;也常用在防止软件非法拷贝的"硬件锁"上面。

ATMEL 并行接口EEPROM程序存储器芯片——AT28C64,是一种采用CMOS工艺制成的8K×8位28引脚的可用电擦除可编程只读存储器。

(1)A T28C64引脚排列如图11-1所示。

数字电路及设计实验

数字电路及设计实验

图11-1 A T28C64引脚排列图表11-1 A T28C64引脚功能

(2)A T28C64的引脚功能如表11-1所列。

(3

数字电路及设计实验

Notes: 1. X can be V IL or V IH.

2. Refer to the “AC Write Waveforms” diagrams in this datasheet.

3. V H = 12.0V 0.5V.

三、实验设备与器件

本实验的设备与器件如下:

实验设备:自制数字实验平台,双踪示波器,编程器; 实验器件:AT28C64,74LS390,74LS00等。 四、实验任务

数字电路及设计实验

1. 设计一个八路彩灯控制电路,任务要求: ① 设计一个模N 大于或等于20的计数器;

② 自行设计输出花型,列出花型真值表,根据选定的花型列出输出状态编码表;

③画出总体电路图。

2. 用AT28C64实现一个输出序列为011000111的序列信号发生器。

3. 设计一个八位流水灯电路。

五、采用编程器对EEPROM 进行读写操作

编程器主要是基于AT89C51(A T89C51是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM —Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory )的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机)实现对AT28C64的编程,操作步骤如下:

(1) 把EEPROM 器件插在IC 插座上(注意芯片的方向)。 (2) 屏幕上显示“Insert the chip and press any key !”,按任意键,屏幕显示“K0:Read ;

K1:Write ;K2:Erase ”(按K0键进入读操作,按K1键进入写操作,按K2键为擦除芯片)。

(3) 按K2键擦除芯片,芯片擦除进行时,屏幕显示“Erasing ”,擦除完毕后,EEPROM

芯片即为空(EEPROM 中的内容全是FFH )。

(4) 写入内容。按K1键进入写操作,屏幕显示首地址0000H ,按K03键,输入第一

单元的内容,按K03键,进入下一个地址单元,按K03键,输入第二单元的内容,依次将所要写入的N 单元的内容输完,按K03键,进入第N+1地址单元,连续按K00键返回。

(5) 检查所写内容。按K0键进入读操作,按K03依次检查所写内容。如果所写内容

有错,可进入写操作进行修改,修改时,可直接键入需要修改的单元地址,然后修改相应内容。

(6) 取下芯片。

六、预习及思考题

(1)阅读AT28C64的工作原理和各引脚功能。 (2)设计并确定实验电路,提出器件清单。 (3)拟定实验方案和调测步骤。

(4)RAM 和EPROM 、EEPROM 各有何特点?

图11-2 八路彩灯控制电路框图

下载Word文档免费下载:

数字电路及设计实验下载

(共19页)