数字电路实验指导书2014版

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1、 河海大学文天学院 电子技术基础实验 数字电子技术部分 王飞王飞 朱丹朱丹 编编 2014 5 目 录 前 言 1 实验一 实验装置及门电路的研究 6 实验二 用 SSI 设计组合逻辑电路的实验分析 9 实验三 MSI 组合功能件的应用 I 12 实验四 MSI 组合功能件的应用 II 18 实验五 触发器 23 实验六 集成电路计数器 译码和显示 27 实验七 集成定时器 32 实验八 设计性实验一 数字代码锁 38 实验九 设计性实验二 BCD 码全加器 39 实验十 设计性实验三 血型遗传电路 40 1 前 言 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

2、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

3、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

4、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 2 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

5、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 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

6、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 3 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

7、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

8、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

9、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 4 线 调试 分调 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

10、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

11、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 5 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

12、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 6 实验一 实验装置及门电路的研究 一 实验目的一 实验目的 1 学习测试 与非 门电路的逻辑功能 2 了解 与非 门组成的其它逻辑门 3 掌握数字电子技术实验箱的使用 以及数字电子技术实验的一般方法 二 实验原理二 实验原理 与非 门是门电路中应用较多的一种 它的逻辑功能是 全 1 出 0

13、有 0 出 1 即只有当全部输入端都接高电平 1 时 输出端才是低电平 0 否则 输出端为高电平 1 图 1 1 是一个具有 3 个输入端的 与非 门逻辑 图 根据手册规定 与非 门的高低电平和其他电参数有一定的规范值 若不 符合 则表明该 与非 门不能使用 图 1 1 图 1 2 检验 与非 门应按规定的测试条件进行 在实际使用时 有时可用万用表 对 与非 门进行简易检验 以 TTL 与非 门为例 当接通 5V 直流电源后 先让各个输入端接高电平 用万用表测量其输出端的电压 然后把各个输入端依 次接地 测量输出端的电压 根据测量数据是否符合规范值则可判别这个 与非 门好否 图 1 2 为 与

14、非 门的电气特性 与非 门可以组成其他基本逻辑电路 图 1 3 由三个 与非 门组成的 或 门电路 它的逻辑表达式为 F A B 图 1 4 由四个 与非 门组成的 异或 门电路 它的逻辑表达式为 F A B ABAB 本实验使用的二输入集成 与非 门的型号为 7400 它包含四个 与非 门 每个 与非 门有 2 个输入端 其外引线及内部示意图如图 1 5 四输入集成 与非 门的型号为 7420 它包含二个 与非 门 每个 与非 门有 4 个输 UOL 0 1 2 3 UOH A B Uoff Uon U Ui V 7 入端 其外引线及内部示意图如图 1 6 图 1 3 图 1 4 图 1 5

15、 图 1 6 三 实验设备及所选用组件箱三 实验设备及所选用组件箱 名 称 数 量 设备编号 数字电子技术实验箱 1 数字式直流电流 电压表 1 集成电路与非门 7400 7420 各 1 四 实验步骤四 实验步骤 1 测试二输入与非门 7400 四输入与非门 7420 的逻辑功能 用与非门分别在电子技术实验箱上完成相应的连线 改变与非门输入端相应的逻辑开关位置从而改变与非门的输入端逻辑状 态 观察电子技术实验箱上逻辑电平指示灯的状态 其中那个高电平灯亮 低 电平灯灭 观测与非门的逻辑功能 并将观测到的结果记录在表 1 1 中 2 或 门的逻辑功能 按图 1 5 接线 用三个与非门组成了 或

16、门电路 同样将 或 门的二 个输入端接至数据开关 改变两输入端的电平 看输入与输出之间是否符合 或 逻辑 填写表 1 2 A B F 1 2 3 A B F 2 3 4 1 8 表 1 1 与非 门功能测试记录表 7400 结果记录 7420 结果记录 输入端 输出端 输入端 输出端 1 1 2 2 3 3 1 1 2 2 4 4 5 5 6 6 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 3 异或 门的逻辑功能 按图 1 6 接线 四个与非门组成了 异或 门 将它的两个输入端 A B 接 至数据开关 改变两输入端电平 测输出电平的变化规律 填写表 1 2 4 与 或非 门的逻辑功能 写出用与非门组成他们的逻辑表达式 画出相应的电路逻辑图 利用电子技术实验箱上逻辑开关及逻辑电平指示灯的状态测试其相应的 逻辑功能 填写表 1 2 表 1 2 各类 门 电路数据记录表 输入端 输出端 0 0 0 1 1 0 1 1 五 预习思考五 预习思考 1 根据 与非 门管脚排列 画出实际实验线路 2 如何根据 与非 门的逻辑功能及其