信息学院《数字电子技术》实验讲义 实验一：集成逻辑门电路的测试与使用 一. 实验目的： 1,学会检测常用集成门电路的好坏的简易方法： 2.掌握TTL与非门逻辑功能和主要参数的测试方法： 3.掌握TTL门电路与CMOS门电路的主要区别。 二.实验仪器与器件： 1.元器件：74LS20、74LS00(TTL门电路)，4011(CM0S门电路)： 2.实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。 三.实验原理： 1.集成逻辑门电路的管脚排列： (1)74LS20(4输入端双与非门)：Y=ABCD Vec 2A 2B Ne 2C 2D 2Y 141312111098 1234567 1A 1B Nc 1C 1D 1Y GND Ve:表示电源正极、GND:表示电源负极、Me:表示空脚。 (2)74LS00(2输入端4与非门)：Y=AB Vcc 4A 4B 4Y 3A 3B 3Y 141312111098 123 4567 1A 1B IY 2A 2B 2Y GND -1
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 1 - 实验一：集成逻辑门电路的测试与使用 一． 实验目的： 1．学会检测常用集成门电路的好坏的简易方法； 2．掌握 TTL 与非门逻辑功能和主要参数的测试方法； 3．掌握 TTL 门电路与 CMOS 门电路的主要区别。 二． 实验仪器与器件： 1．元器件：74LS20、74LS00(TTL 门电路)，4011(CMOS 门电路)； 2．实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。 三． 实验原理： 1．集成逻辑门电路的管脚排列： （1） 74LS20（4 输入端双与非门）：Y= ABCD VCC 2A 2B NC 2C 2D 2Y 1A 1B NC 1C 1D 1Y GND VC C：表示电源正极、GND：表示电源负极、NC：表示空脚。 （2） 74LS00（2 输入端 4 与非门）：Y= AB VCC 4A 4B 4Y 3A 3B 3Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7
信息学院《数字电子技术》实验讲义 (3)4011(2输入端4与非门)：Y=AB Vcc 4A 4B 4Y 3Y 3B 3A 141312111098 1234567 IA IB IY 2Y 2B 2A GND 集成门电路管脚的识别方法：将集成门电路的文字标注正对着自己，左下角 为1，然后逆时针方向数管脚。 2.TTL与非门的主要参数有： 导通电源电流1c、低电平输入电流I血、高电平输入电流1、输出高电平 输出低电平VoL 值电压V 注意：不同型号的集成门电路其测试条件及规范值是不同的。 3.检测集成门电路的好坏的简易方法： (1)在未加电源时，利用万用表的电阻档检查各管脚之间是否有短路 (2)加电源：利用万用表的电压档首先检查集成电路上是否有电，然 后再利用门电路的逻辑功能检查电路。 例如：“与非”门逻辑功能是：“见低出高，同高出低”。 对于TTL与非门：若将全部输入端悬空测得输出电压小于0.4V,将 任一输入端接地测得输出电压大于3.5V,则说明该门是好的。 思考：COMS与非门如何测试。 四.实验内容和步骤： 1.将74LS20加上+5V电压，检查集成门电路的好坏。 测试条件：Vcc=5V,输入端悬空，输出空载，如图(1)。 VCC-3V 图(1) 图(2) .2
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 2 - （3） 4011（2 输入端 4 与非门）： Y= AB VCC 4A 4B 4Y 3Y 3B 3A 1A 1B 1Y 2Y 2B 2A GND 集成门电路管脚的识别方法：将集成门电路的文字标注正对着自己，左下角 为 1，然后逆时针方向数管脚。 2．TTL 与非门的主要参数有： 导通电源电流 ICCL、低电平输入电流 IIL、高电平输入电流 IIH、输出高电平 VOH、输出低电平 VOL、阈值电压 VTH等。 注意：不同型号的集成门电路其测试条件及规范值是不同的。 3．检测集成门电路的好坏的简易方法： （1） 在未加电源时，利用万用表的电阻档检查各管脚之间是否有短路 现象； （2） 加电源：利用万用表的电压档首先检查集成电路上是否有电，然 后再利用门电路的逻辑功能检查电路。 例如：“与非”门逻辑功能是：“见低出高，同高出低”。 对于 TTL 与非门：若将全部输入端悬空测得输出电压小于 0.4V，将 任一输入端接地测得输出电压大于 3.5V，则说明该门是好的。 思考：COMS 与非门如何测试。 四． 实验内容和步骤： 1．将 74LS20 加上+5V 电压，检查集成门电路的好坏。 2．TTL 与非门的主要参数测试： （1）导通电源电流 ICCL= 。 测试条件：VCC=5V，输入端悬空，输出空载，如图（1）。 图（1） 图（2） 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7
信息学院《数字电子技术》实验讲义 (2)低电平输入电流Im= 测试条件：VcC=5V,被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空，输出 空载，如图(2)，依次测量每个输入端。 (3)高电平输入电流1 测试条件：Vc=5V,被测输入端通过电流表接Vc,其余输入端接地，输 出空载，如图(3)，每个输入端都测一下。 注意：在测试中万用表应串入电路中，档位选择应由10mA档逐渐减小。 Q+VCC-5V 图(3) 图(4) 3.比较TTL门电路和CMOS门电路的性能： 在下列情况下，用万用表电压档测量图(4)V2端得到的电压填入表(2)： 表(2)： 在不同的V下 74LS004011 V1接高电平(3V) V1接低电平(0.4V) V1经1009电阻接地 V1经10kQ电阻接地 思考：请回答为何结果不同？ 五。实验报告要求： 1.记录本次实验中所得到的各种数据。根据测试数据判断所测与非门的逻 辑关系是否正确。 2.思考并回答下列问题： TL与非门中不用的输入端可如何处理？各种处理方法的优缺点是什 么？CMOS与非门呢？ -3
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 3 - （2）低电平输入电流 IIL= 。 测试条件：VCC=5V，被测输入端通过电流表接地，其余输入端悬空，输出 空载，如图（2），依次测量每个输入端。 （3）高电平输入电流 IIH= 。 测试条件：VCC=5V，被测输入端通过电流表接 VCC，其余输入端接地，输 出空载，如图（3），每个输入端都测一下。 注意：在测试中万用表应串入电路中，档位选择应由 10mA 档逐渐减小。 图（3） 图（4） 3．比较 TTL 门电路和 CMOS 门电路的性能： 在下列情况下，用万用表电压档测量图（4）Vi2 端得到的电压填入表（2）： 表（2）： 在不同的 Vi1 下 74LS00 4011 Vi1 接高电平（3V） Vi1 接低电平（0.4V） Vi1 经 100Ω电阻接地 Vi1 经 10kΩ电阻接地 思考：请回答为何结果不同？ 五． 实验报告要求： 1．记录本次实验中所得到的各种数据。根据测试数据判断所测与非门的逻 辑关系是否正确。 2．思考并回答下列问题： TTL 与非门中不用的输入端可如何处理？各种处理方法的优缺点是什 么？CMOS 与非门呢？
信息学院《数字电子技术》实验讲义 实验二：组合逻辑电路的设计 一. 实验目的： 1,掌握用门电路设计组合逻辑电路的方法： 2.掌握组合逻辑电路的调试方法。 实验仪器和器件： 1.实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。 2.元器件：74LS151、74LS04、74LS20、74LS138、74LS125:它们的管脚排列 如下： (1)74LS04(非门)：Y=A 14131211098 1234567 1A IY 2A 2Y 3A 3Y GND (2)74LS138(3线-8线译码器)： 161514131211109 123 4 5678 A.A A:S2 SS GND (2)74LS125(三态缓冲器)：Y=A(C=0)、Y为高阻(C=1) Vcc 4C 4A 4Y 3C 3A 3Y 141312111098 234567 IC IA IY 2C 2A 2Y GND -4
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 4 - 实验二：组合逻辑电路的设计 一． 实验目的： 1．掌握用门电路设计组合逻辑电路的方法； 2．掌握组合逻辑电路的调试方法。 二． 实验仪器和器件： 1．实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。 2．元器件：74LS151、74LS04、74LS20、74LS138、74LS125；它们的管脚排列 如下： （1）74LS04（非门）： Y= A VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND （2）74LS138（3 线—8 线译码器）： VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 A0 A1 A2 S2 S3 S1 Y7 GND （2）74LS125（三态缓冲器）：Y=A（C=0）、Y 为高阻（C=1） VCC 4C 4A 4Y 3C 3A 3Y 1C 1A 1Y 2C 2A 2Y GND 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7
信息学院《数字电子技术》实验讲义 (6)74LS151(八选一数据选择器)： Vec D Ds 161514131211109 12345678 D3 D2 D Do YY S GND 三.实验原理：组合电路的设计大可分为以下几个步： 1,根据给定的实际问题的逻辑关系列出真值表 2.根据真值表写出逻辑函数表达式并化简： 3.根据集成芯片的类型变换逻辑函数表达式并画出逻辑电路图： 4.检查设计的组合逻辑电路是否存在竞争旨险，若有则设法消除。 四.实验内容与步骤： 1.根据组合逻辑电路的设计方法自行设计下列题目： (1)设计用3个开关控制一个电灯的逻辑电路，要求改变任何一个开关的状态 都能控制电灯由亮变灭或者由灭变亮。要求用74LS138和与非门实现。 (2)用三态门和非门设计一个数据传输电路：要求当C-0时传输A路数据、当 C=1时传输B路数据。 (3)人的血型有A、B、AB、O4种。输血时输血者的血型与受血者血型必须 符合图(1)中用箭头指示的授受关系。试用数据选择器和非门电路设计 个逻到 电路 判断输血者与受血者的血型》 术规 提示 可以 用两个逻辑变量的4种取值表示输血者的血型。用另外两个逻辑变量的4 种取值表示受血者的血型。) 图(1) -5
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 5 - （6）74LS151（八选一数据选择器）： Y=A2A1A0D0+A2A1A0D1+A2A1A0D2+A2A1A0D3+A2A1A0D4+A2A1A0D5+A2A1A0D6+ A2A1A0D7 VCC D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 D3 D2 D1 D0 Y Y S GND 三． 实验原理：组合逻辑电路的设计大致可分为以下几个步骤： 1．根据给定的实际问题的逻辑关系列出真值表； 2．根据真值表写出逻辑函数表达式并化简； 3．根据集成芯片的类型变换逻辑函数表达式并画出逻辑电路图； 4．检查设计的组合逻辑电路是否存在竞争冒险，若有则设法消除。 四． 实验内容与步骤： 1．根据组合逻辑电路的设计方法自行设计下列题目： （1）设计用 3 个开关控制一个电灯的逻辑电路，要求改变任何一个开关的状态 都能控制电灯由亮变灭或者由灭变亮。要求用 74LS138 和与非门实现。 （2）用三态门和非门设计一个数据传输电路：要求当 C=0 时传输 A 路数据、当 C=1 时传输 B 路数据。 （3）人的血型有 A、B、AB、O 4 种。输血时输血者的血型与受血者血型必须 符合图（1）中用箭头指示的授受关系。试用数据选择器和非门电路设计一 个逻辑电路，判断输血者与受血者的血型是否符合上述规定。（提示：可以 用两个逻辑变量的 4 种取值表示输血者的血型。用另外两个逻辑变量的 4 种取值表示受血者的血型。） A A B B AB AB O O 图（1） 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8
信息学院《数字电子技术》实验讲义 2.按拟定的设计方案连接电路，检查无误后，方可接通电源，验证所设计电路 的罗辑功能。 3.注意实验中有无异常情况，如有异常情况出现，则对它进行分析并加以解决。 五.实验报告要求： 1.写出设计全过程，画出实验电路图。 2.记录实验验证的结果，讨论实验中出现的异常情况，写出实验心得体会 实验三：时序逻辑电路的设计 一，实验目的： 1.熟悉MSI计数器的使用方法，学会利用MSI计数器构成N进制计数器： 2.熟悉七段显示译码器和数码管的使用方法： 3.掌握电路故障的查找与排除。 二.实验仪器和器件： 1.实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。 2.元器件：74LS00、74LS191、74LS161、74LS48:它们的管脚排列如下： (1)74LS191:同步十六进制加/减计数器 Vcc Do CPL CPo C/B LD D2 Da 16151413121109 123 45678 D1 Q Qo S U/D Q2 Q3 GNI 74LS191的功能表： D U/D 工作状态 1 保持 X × 0 × 异步预置数 0 1 0 加法计数 0 1 1 减法计数 6
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 6 - 2．按拟定的设计方案连接电路，检查无误后，方可接通电源，验证所设计电路 的逻辑功能。 3．注意实验中有无异常情况，如有异常情况出现，则对它进行分析并加以解决。 五． 实验报告要求： 1．写出设计全过程，画出实验电路图。 2．记录实验验证的结果，讨论实验中出现的异常情况，写出实验心得体会。 实验三：时序逻辑电路的设计 一． 实验目的： 1．熟悉 MSI 计数器的使用方法，学会利用 MSI 计数器构成 N 进制计数器； 2．熟悉七段显示译码器和数码管的使用方法； 3．掌握电路故障的查找与排除。 二． 实验仪器和器件： 1．实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验测试台。 2．元器件： 74LS00、74LS191、74LS161、74LS48；它们的管脚排列如下： （1）74LS191：同步十六进制加/减计数器 Vcc D0 CPI CPO C/B LD D2 D3 D1 Q1 Q0 S U/D Q2 Q3 GND 74LS191 的功能表： CPI S LD U/D 工作状态 ╳ 1 1 ╳ 保持 ╳ ╳ 0 ╳ 异步预置数 ↑ 0 1 0 加法计数 ↑ 0 1 1 减法计数 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8
信息学院《数字电子技术》实验讲义 (2)74LS161:同步十六进制计数器 C Qo Q Q2 Q3 ET LD 161514131211109 1 2 4567 Rp CP Do D1 D2 D3 EP GND 74LS161的功能表： CP RD LD EP ET 工作状态 0 异步置零 0 同步预置数 1 1 0 1 保持 1 1 保持（但C-0) 1 1 1 加法计数 (3)74LS48:BCD-七段显示译码器 Vce f g a b c de 161514131211109 23 567 A1 A2 LT BI/RBO RBI A3 Ao GND 三.实验内容与步骤： 1.将74LS191接成8421码十进制加法计数器。 (1)画出连线图，电路输出用译码显示电路表示出来（显示译码器用 74LS48,数码管由数字逻辑实验测试台中的提供)。 (2)74LS191的CP脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供， 要求开关每动作一次，数码管的显示将从0一→1→2 一9循环变化 2.将74LS191接成8421码十进制减法计数器。 -7-
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 7 - （2）74LS161：同步十六进制计数器 Vcc C Q0 Q1 Q2 Q3 ET LD RD CP D0 D1 D2 D3 EP GND 74LS161 的功能表： CP RD LD EP ET 工作状态 ╳ 0 ╳ ╳ ╳ 异步置零 ↑ 1 0 ╳ ╳ 同步预置数 ╳ 1 1 0 1 保持 ╳ 1 1 ╳ 0 保持（但 C=0） ↑ 1 1 1 1 加法计数 （3）74LS48：BCD-七段显示译码器 Vcc f g a b c d e A1 A2 LTBI/RBO RBI A3 A0 GND 三．实验内容与步骤： 1．将 74LS191 接成 8421 码十进制加法计数器。 （1） 画出连线图，电路输出用译码显示电路表示出来（显示译码器用 74LS48，数码管由数字逻辑实验测试台中的提供）。 （2） 74LS191 的 CP 脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供， 要求开关每动作一次，数码管的显示将从 0→1→2→┄→9 循环变化。 2．将 74LS191 接成 8421 码十进制减法计数器。 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8
信息学院《数字电子技术》实验讲义 (1)画出连线图，电路输出用译码显示电路表示出来（显示译码器用74LS48, 数码管由数字逻辑实验测试台中的提供)。 (2)74LS191的CP脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供， 要求开关每动作 数码管的显示将从 0循环变化 (注意：做2时不用重新插线，只要在1的基础上改动几条线就可以了) 3.使用两片74LS161设计一个六十进制计数器。 (1)画出连线图，电路输出直接由数字逻辑实验测试台中的译码显示电路 表示出来。 (2)74LS161的CP脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供，要 求开关每动作一次，数码管的显示将从0一1→2→一→59循环变化。 四.实验报告要求： 1.复习相关MS计数器的内容。 2.按照实验内容设计并画出电路图和接线图，自拟具体的测试步骤。 3.排除实验中出现的异常现象，分析原因。 4.思考题：使用两片74LS161实现六十进制计数器共有几种方法？画出对应的 电路连接图。 实验四：脉冲信号的产生与变换 一.实验目的： 1.熟悉RC环形振荡器的使用， 2.熟悉555集成定时器的使用， 3.掌握用示波器对输出波形进行定性和定量分析的方法。 二.实验仪器和器件： 1.实验仪器：稳压电源、万用表、示波器、数字逻辑实验测试台。 2.元器件：74LS04、555定时器，电阻、电容若干它们的管脚排列如下： 555定时器： 65 GND TR OUT RD -8
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 8 - （1）画出连线图，电路输出用译码显示电路表示出来（显示译码器用 74LS48， 数码管由数字逻辑实验测试台中的提供）。 （2） 74LS191 的 CP 脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供， 要求开关每动作一次，数码管的显示将从 9→8→7→┄→0 循环变化。 （注意：做 2 时不用重新插线，只要在 1 的基础上改动几条线就可以了） 3．使用两片 74LS161 设计一个六十进制计数器。 （1） 画出连线图，电路输出直接由数字逻辑实验测试台中的译码显示电路 表示出来。 （2）74LS161 的 CP 脉冲由数字逻辑实验测试台中的单次脉冲开关提供，要 求开关每动作一次，数码管的显示将从 0→1→2→┄→59 循环变化。 四．实验报告要求： 1．复习相关 MSI 计数器的内容。 2．按照实验内容设计并画出电路图和接线图，自拟具体的测试步骤。 3．排除实验中出现的异常现象，分析原因。 4．思考题：使用两片 74LS161 实现六十进制计数器共有几种方法？画出对应的 电路连接图。 实验四：脉冲信号的产生与变换 一． 实验目的： 1．熟悉 RC 环形振荡器的使用， 2．熟悉 555 集成定时器的使用， 3．掌握用示波器对输出波形进行定性和定量分析的方法。 二． 实验仪器和器件： 1．实验仪器：稳压电源、万用表、示波器、数字逻辑实验测试台。 2．元器件：74LS04、555 定时器，电阻、电容若干；它们的管脚排列如下： 555 定时器： Vcc DISC TH Vco GND TR OUT RD 8 7 6 5 1 2 3 4
信息学院《数字电子技术》实验讲义 三.实验原理： 5定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成电路 器件 555定时器包括放电三极管、复位三极管、电压比较器A1和A2、R-S触发 器、输出缓冲级，以及由三个5kQ电阻组成的分压器。比较器的参考电压从分 压器电阻上取得，分别为2Vcc/3和Vcc3。高电平触发端6接比较器A1的同相 端，低电平触发端2接比较器A2的反相端，分别作为阀值端和外触发输入端， 用来启 复位端 低电平时， 电。控制电压端5可以在一定范围内调节比较器的参考电压，不用时将它美 电路 输出为低电平 不用时应接至Vc( 地之间接0.01μF电容器，以防止干扰电压引入。利用这种定时器只须外接RC 电路就可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等，应用广泛而灵活。 555定时器的功能表： 输入 输出 Rp TH TR OUT 放电管T状态 0 X 低 导通 >2Vce/3 >Vee/3 低 导通 Vec/3 不变 不变 1 2Vcc/3 Vcc/3 高 截止 四.实验内容与步骤： L.RC环形振荡器： 100 图(1) 按图(1)连接检查无误后，方可接上电源。 (1)用示波器观察振荡器的振荡波形且测出振荡周期： (2)断开A、B加入电位器Rw,用示波器测出振荡周期可调范围填入表 (1)中： -9
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 9 - 三． 实验原理： 555定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成电路 器件。 555 定时器包括放电三极管、复位三极管、电压比较器 A1 和 A2、R-S 触发 器、输出缓冲级，以及由三个 5kΩ 电阻组成的分压器。比较器的参考电压从分 压器电阻上取得，分别为 2Vcc/3 和 Vcc/3。高电平触发端 6 接比较器 A1 的同相 端，低电平触发端 2 接比较器 A2 的反相端，分别作为阀值端和外触发输入端， 用来启动电路，复位端 4 为低电平时，电路输出为低电平，不用时应接至 Vcc 电源端。控制电压端 5 可以在一定范围内调节比较器的参考电压，不用时将它与 地之间接 0.01μF 电容器，以防止干扰电压引入。利用这种定时器只须外接 RC 电路就可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等，应用广泛而灵活。 555 定时器的功能表： 输入 输出 RD TH TR OUT 放电管 TD 状态 0 × × 低 导通 1 > 2Vcc/3 > Vcc/3 低 导通 1 Vcc/3 不变 不变 1 2Vcc/3 < Vcc/3 高 截止 四． 实验内容与步骤： 1．RC 环形振荡器； R 1k Rs 100 C 1uF A B Vo 图（1） 按图（1）连接检查无误后，方可接上电源。 （1） 用示波器观察振荡器的振荡波形且测出振荡周期； （2） 断开 A、B 加入电位器 RW，用示波器测出振荡周期可调范围填入表 （1）中：
信息学院《数字电子技术》实验讲义 A、B间接 波 形 周期 电阻R 电位器RW 2.555多谐振荡器 +5V Vo 0.0 0.047uF 图(2) 按图(2)连接检查无误后，方可接上电源。 用示波器观察输出端(3脚)有无矩形波。 3、555单稳态触发器 +5V 12K 555 0.047F 0.01F 图(3) 按图(3)连接检查无误后，方可接上电源 .10
信息学院《数字电子技术》实验讲义 - 10 - A、B 间接 波 形 周 期 电阻 R 电位器 RW 2．555 多谐振荡器： 7 6 2 3 5 4 8 1 R1 10K R2 10K C 0.047uF 0.01uF +5V Vo 图（2） 按图（2）连接检查无误后，方可接上电源。 用示波器观察输出端（3 脚）有无矩形波。 3、555 单稳态触发器： 图（3） 按图（3）连接检查无误后，方可接上电源