数字电路实验指导书

1 目 录 实验一 常用仪器设备的使用和数字集成电路的认识 实验二 TTL电路逻辑功能及参数的测试 实验三 组合逻辑电路（一）——电路设计与竟争冒脸 实验四 组合逻辑电路（二）——编码器、数据选择器、数值比较器 实验五 组合逻辑电路（三）——译码与显示电路 实验六 集成触发器 实验七 时序逻辑电路（一）——电路设计与寄存器 实验八 时序逻辑电路（二）——计数器 实验九 脉冲波形的产生和整形 实验十 D/A、A/D转换 2

实验一 常用仪器设备的使用和数字集成电路的认识 一、实验目的 1．熟悉XST-5数字电路实验台，万用表和示波器的使用方法。 2．了解数字集成电路的一般常识。 二、实验设备

XST-5数字电路实验台，DT9205数字万用表，YB4324示波器，若干信号线和导线。 三、实验原理及电路设计

1．XST-5数字电路实验台的外观介绍。 XST-5数字电路实验台为高档金属结构，双组数字实验装置，可一台两人做相同或不同的数字电路实验，可对40脚以下任意集成电路进行测试和试验，同时具备九个分立元器件组成的数字电路模块，以供演示和实验，常用数字集成电路备有多种功能模块图，可使实验连接和观察更加简捷，明了。此实验台均设有安全漏电保护装置及直流稳压电源短路报警装置，以确保人身及设备安全。实验台的面板参见图1 （1）直流电压表、电流表和总交流电压表； （2）直流电源部分； （3）照明灯开关； （4）交流电开关； （5）短路蜂鸣器复位键； （6）测试电流转换键； （7）信号发生器部分； （8）频率计部分； （9）模块部分； （10）集成块插槽； （11）显示电路部分； （12）转接插孔； （13）发光管及图片； （14）双列28脚集成块自锁紧插座； （15）电源接孔及高低电平插孔； 3

（16）双列40脚集成块自锁紧插座。 2．数字集成电路 数字集成电路是电子线路发展的必然产物，是把许多晶体管刻在一块硅片上的结果，它比散件具有很多优点，它的外形有圆形和长方形，一般以长方形见多，它的外形见图4。从图4可以看到它的正面有电路的名称和编号，左侧面有一个缺口，从左下脚向右，再转向左上，按照这样的逆时针，把引脚依次定义为1、2、3„„。对于每一个引脚，都有它的功能，这一点，可以参看图5。图5是一个四2输入与非门集成块74LS00的引脚与内部原理图，它的1、2，4、5，9、10，12、13分别是四个与非门的输入引脚，36、8、11分别是这四个与非门的输出引脚。第7脚接电源负极，第14脚接电源正极，具体的有关常用的集成电路可参看附录A。

四、预习要求与问题思考 1．阅读有关直流稳压电源、信号源、数字频率计、示波器、万用表等的原理、结构及使用方法。 2．参阅有关资料和实物，了解有关集成电路的知识。 3．在示波器使用中，为什么有时在Y轴输入端加入被测电压，荧光屏上只有一条垂直亮线？ 4．在示波器使用中，为什么有时在荧光屏上只看到一条水平亮线？ 5．在示波器使用中，当荧光屏上的波形慢慢移动时，应如何调节示波器，使之静止？ 6．在示波器使用中，输入正弦信号，而荧光屏上显示的波形重叠变化，应如何调节示波器使正弦波稳定？ 7．在示波器使用中，要在荧光屏上呈现稳定波形，是先调扫描范围，还是先调“电平”旋钮？ 8．在示波器使用中，当荧光屏上即无亮点，又无亮线时，应如何调节示波器？ 9．在示波器使用中，当荧光屏上的亮线很宽时，应如何调节？ 10．在示波器使用中，当荧光屏上的亮线或亮点偏离中心时应如何调节？ 11．在示波器使用中，应如何利用示波器本身的校准信号进行示波器校正？

1 2 3 4 7 6 5 14 13 12 11 8 9 10 74LS00

图4 外形图 1 2 3 4 7 6 5

14 13 12 11 8 9 10

B0 A2 B2 B3 Y3 A3 Y2 GND +5v 图5 74LS00原理图 A0 Y0 A1 B1 Y1

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12．在示波器使用中，伴随通道的选择，应当有哪些开关同时变动？ 13．在示波器使用中，当信号输入后，荧光屏上无任何亮点或亮曲线，应如何调节示波器？ 14．在示波器使用中，当信号输入后，荧光屏上的亮线稍有变化，应如何调节？ 15．在示波器使用中，要测试两个相同频率信号的相位差，是选用“交替”还是选用“断续”？ 16．在示波器使用中，如果想使荧光屏上的波形变密，是应增大还是减少扫描频率？ 17．应如何利用示波器测出信号的电压和频率？ 18．在信号源的使用中，应如何使用频率段？ 19. 在信号源的使用中，幅度衰减是什么意思？ 20．在实验过程中，应如何把信号源、实验板及示波器三者通过信号线连接起来？ 21．在电子线路中，为什么要引入“地”的概念？它是什么意思？如何利用？ 22．万用表的电阻档零点为什么在右边，而电流、电压档的零点却在左边？ 23．万用表的电阻档刻度是否均匀？为什么？ 24．在用万用表进行电阻测量时，是否每一个电阻档都应进行零点校正？ 25．在用万用表进行电阻测量时，应注意什么？ 26．在用万用表进行直流电压测量时，应以交流档的值还是直流档的值为准，它们是否相等？ 27．万用表的10伏交流档为什么专用一条刻度线？刻度是否均匀？为什么？ 28．为什么万用表的电流、电压档（10v交流档除外）可以使用同一个刻度线？ 29．万用表的两个表笔，在电阻档时，哪个表现是高电平？在测直流电压时，哪个应测高电平？ 30．能否用万用表的交流档测量1kHz以上的交流信号？ 31. 什么是有效值、峰值？毫伏表的电压读数和示波器的电压读数有什么不同？ 32．用示波器测量交流信号的幅值和频率时，如何尽可能提高测量精度？ 33．低频信号发生器的衰减dB值与输出幅值有何关系？ 34．实验时所用的连线为什么一般要用低频屏蔽线？ 35．应如何区分一个集成电路的管脚和功能？ 36．怎样定义集成电路的管脚？ 五、实验内容与步骤 1．实验台的使用 当实验台面板上的总电源灯亮，220V输入电压表指示出市电值时，该实验台即处于交流 5

供电状态，此时可开启仪器面板上的电源开关，该仪器部分即处于工作状态。由于实验台有直流电压短路报警功能，可能在刚通电时发出报警声。遇到这种情况时，只要按动短路保护复位键即可解决问题。如果再打开照明开关，则上部的日光灯将处于发光照明状态。 （1）直流电源的使用。 此实验台的每一组都具有四个独立直流稳压电压源，两个5V的固定电压源，两个1.5V～30V和1.5～18V的可调电压源。对于可调电压源，在它的正上方都有一个电压表用于指示它的当前值，并有一个电流表用于指示其中一个可调电压源的输出电流，它的选择由一个输出电流选择按钮决定。电压的调节可通过粗调和细调旋钮。以便调到要求的电压。这里需说明一点的是，如果实验中使用了CMOS信号发生器，（包括CMOS单脉冲）可调电压Ⅱ必须进行适当调节，因为它直接影响CMOS信号的幅度，按照这些要求对电源部分用万用表和示波器进行观察。 （2）信号发生器的使用 实验台上配的信号发生器为矩形波和单脉冲信号产生电路。 打开示波器，用信号线把示波器的一个通道接到TTL波形输出端，按下任一频率粗调键，调节频率细调旋钮、幅度调节旋钮，禁止按下TTL/CMOS转换钮，观察输出波形。在观察到波形后，可按动TTL/CMOS转换钮，看波形是否存在，再返回，拉出实验台的频率细调旋钮，调节频率，再拉出幅度调节旋钮，调节幅度。 把信号线改接到CMOS信号输出，按下转换开关，再进行上面的实验，并调节直流稳压源Ⅱ，观察波形变化。 把信号线改接到单脉冲输出，按下频率粗调键中的单脉冲按钮，并按动触发键，观察输出脉冲波。在这种情况下，可进行正负脉冲转换实验，按下TTL/CMOS转换钮，可进行TTL和CMOS状态下的单脉冲输出实验，还可进行CMOS状态下的调节电源Ⅱ的实验，观察哪一部位影响单脉冲输出。 （3）数字频率计实验 数字频率计闸门时间为0.01S、1S、10S三档，其分辨率分别为0.1KH2、1H2、0.1H2、一般情况下选择1S。内显/外测选择按键置于内显示时，自动显示本机信号发生器的频率，置于外测时可用于测量从测频输入孔输入的信号。但是，不管是内显/外测键处于何种状态，从逻辑状态测试部分的状态输入孔输入的连续数字信号都能得到优先测试。另外对外部输入的信号还可以进行0dB和20dB的衰减选择。 （4）逻辑状态测试 根据数字输入信号的不同决定了TTL/CMOS选择键位置，并通过显示部分的H（红色）亮表示高电平，L（绿色）亮表示低电平，HR（黄色）亮表示高阻态，P（白透红）亮表示有 6

脉串通过。若是连续脉冲则通过频率计自动显示其频率。 （5）插件板的使用 插件板由四大部分组成，左边的9个数字电路实验模块部分，中间的12个特定集成块插槽部分，右边的集成块实验部分和显示及转接等部分。 集成块实验部分是仪器使用最频繁的区域，它由集成块锁紧插座，防转插孔，发光管，及两个电位器组成。集成块锁紧插座由28脚和40脚两个，当插座开启后，便可将集成块插入合适的位置，按住被测集成块，压下插座锁紧柄，该集成块即可靠接入实验电路。在插件周围有与插座引脚相连的并被编上相应号码的防转插孔和发光管。即一旦某脚有高电平，相应发光管就发亮。另外，有部分实验用数字电路集成块配有电路模块图片，可在实验的时候，贴在相应的发光管上，增强实验的直观性。 另有一排电平插孔和电源插孔。用导线把电源引到电源插孔中。注意电源正负极，电平插孔中的标注“1”的插孔即显示高电平，（它是通过电阻接到“+V”插孔的），标注“0”的插孔即显示低电平（它是直接接到“⊥”的插孔的）。这里要注意，实验中用到的防转插头在插入插孔后必须旋转150左右的角度，以便牢固接触插座，在取下插头时，必须反转150左右的角度，否则，很容易损坏插孔。 在显示和转接部分，有用于四位二进制数输入的七段译码驱动的显示电路，备用的10个二极管，2个三极管，还有大小插孔转换的转换插孔，当然也可以插入厂家备用的电阻和电容模块，对于显示电路，需要在中上方的“Vcc”插孔插入+5V电压，地线则接在下方接地端，输入的必须是TTL电平。 对于电路板的其它部件，这里就不必说明，在以后的实验中会有介绍。 其放电后才能测量，切勿在电路带电情况下测量电阻。