数字电路与逻辑设计实验讲课教案

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1、数字电路与逻辑设计实验,一、实验目的和要求,通过实验可巩固和扩充学过的理论知识。更重要的是通过实验训练，使同学掌握必要的实验技能和培养科学的实验作风。 本课程要求学生了解所用仪器，熟练使用仪器，具备对基本电路的分析和设计。拟定实验步骤，对电路进行必要的检测，查出故障与排除故障的能力，综合实验结果与写实验报告的能力。,一、实验目的和要求,要求独立完成设计、安装、调整、测试的全过程。提高能力。实验中遇到问题自行解决。,二、，为了按质、按量、按时完成每一个实验，做实验之前要求先预习。做好预习报告。预习报告要求按照教材要求的实验内容，掌握解实验原理，先做好设计，拟定实验步骤。如果预习报告作的好，可在实

2、验过程中将实验数据直接填入预习报告。作为正式的实验报告。不必再花时间写实验报告。,三、上课,实验器件：一次发给你们，请妥善保管。到课程考试结束，交回实验室，发多少，交回多少。损坏照价赔偿。,四、写实验报告,要求： （1）实验目的 （2）原理 （3）实验内容 （4）所用仪器及器件 （5）分析,五、实验考试,第15周补作实验。 第16周考试： 考试时间：三小时。 内 容： 方 式：题目当场抽签，当场设计，当场作实 验，当场写报告。实验完毕要记录实验所用时间。 第17周补考。,六、所用主要仪器,1、数电实验箱 2、函数发生器 3、示波器 4、万用表,实验一 TTL与非门的静态参数测试,一、器件使用

3、1、集成芯片的使用,1 2 3 4 5 6 7地,14 13 12 11 10 9 8,Vcc,74LS00,注意：TTL门电路对电源电压VCC要求较严，VCC只允许在+5V10%的范围内工作，超过5.5V将损坏器件，低于4.5V器件的逻辑功能不正常。,2、实验箱（电位器） 3、万用表 4、示波器 二、实验内容 每块74LS00包含4个与非门，前面的内容选其中的一个进行测试。 高电平输入电流IIH较小，难以测量，测不出则以0A记录。,集成电路的功耗和集成密度密切相关。功耗大的的元器件则集成度不能很高。 当输出端空载,门电路输出低电平时电路的功耗称为空载导通功耗Pon。当输出端为高电平时，电路的

4、功耗称为空载截止功耗Poff。平均功耗P=(Pon+Poff)/2。例如74H系列TTL门电路，平均功耗为22毫瓦。而CMOS门电路平均功耗在微瓦数量级。,电压传输特性,平均传输延迟时间tpd 用七个与非门构成环形振荡器,波形,t,V,实验二 组合逻辑电路分析与设计,其中内容5 选做,一、电路故障排除： （1）电源、接地是否正确。 （2）断线或接触不稳的判断：除非是悬空，否则，如果测得电压1.4伏左右。 （3）线路连接错误。 （4）设计错误。,实验二组合逻辑电路分析与设计,内容1：将四位二进制码B3B2B1B0码转换为四位循环码G3G2G1G0。 逻辑函数式： G3=B3,用与非门实现,用异或

5、门实现,G2=B3B2,G1=B2B1,G0=B1B0,二、实验内容 1、设计,转换电路,自行设计,B3,B2,B1,B0,G3,G2,G1,G0,输入二进制码,输出循环码,转换电路,B3,B2,B1,B0,接模拟开关,接0-1显示器,2.电路测试,G3,G2,G1,G0,接0-1显示器,3、74LS197构成16进制计数器作为代码转换电路的输入信号,74LS197,QD,QC,QB,QA,CPA,手动单步脉冲,Cr,LD,1,1,CPB,转换电路,B3,B2,B1,B0,接0-1显示器,74LS197,QD,QC,QB,QA,CPA,手动单步脉冲,Cr,LD,1,1,CPB,G3,G2,G1

6、,G0,转换电路,B3,B2,B1,B0,接示波器,74LS197,QD,QC,QB,QA,CPA,(接函数发生器）连续脉冲（10KHz）,Cr,LD,1,1,4. 动态测试,1,S1,CPB,G3,G2,G1,G0,电压波形图之间相位测试 两路输入， Vertical Mode 置Alt Triggering Mode 置AUTO，或NORM Triggering Mode 置CH1或CH2 如果波形图不稳或不出现则可调LEVEL,CP,G1,G2,G3,G0,0 0 0 0,1 0 0 0,1 1 0 0,0 1 0 0,下周实验,实验三 利用MSI设计组合逻辑电路,实验三 利用MSI设计

7、组合逻辑电路,要求：内容1，内容2 作完要分别检查。 内容1： 1、自己设计 2、静态测试。注意接电源，接地，附加控制端应接低电平。,CP,B(QA),A(QB),S0(QC),S1(QD),Y,3、动态测试。74LS197接成16进制计数器，观测输出波形。,内容二： 1、原理：,3、线路连接，按教材提示连接。注意：地址输入端A、B、C与A2、A1、A0的连接顺序。 4、静态测试 地址输入端接模拟开关，输出端接0-1显示器。对照真值表检测。 5、动态测试 用74LS197连接成8进制。其输出作为地址输入端。观测记录输入输出波形。,A0 A1 A2,实验三利用MSI设计组合逻辑电路,内容1：由功

8、能表写出逻辑式：,内容2：按教材提示连接,实验四 译码显示电路,1、七段发光二极管数码管 实验箱上数码管是共阴极，注意两个公共端已经相连，实验时连接一个即可。 2、BCD码七段译码驱动器 74LS48，本身已有上拉电阻。实验时不必另接。 3、四位双向移位寄存器74LS194 功能见本实验附表（2） 其功能有：,（1）S1=S0=0，保持原来的状态不变 （2）S1=0，S0=1，右移 DSR为右移送数端，当脉冲到来时，其状态变化情况。 DSRQ0Q1Q2Q3,Q0n+1=DSR Q1n+1=Q0 Q2n+1=Q1 Q3n+1=Q2,（2）S1=1，S0=0，左移 DSL为左移送数端，当脉冲到来时

9、，其状态变化情况。 DSLQ0Q1Q2Q3,Q0n+1=Q1 Q1n+1=Q2 Q2n+1=Q3 Q3n+1=DSL,（3）S1=1，S0=1，并行送数 D0、D1、D2、D3为并行送数端，当脉冲到来，其状态变化情况。,Q0n+1=D0 Q1n+1=D1 Q2n+1=D2 Q3n+1=D3,设计灭灯电路。当输入为伪码即输入为10101111时，时灭灯输入IB有效即IB=0，显示电路灭灯。,0,0,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,00,01,10,11,00,01,10,11,A3A2,A1A0,实验四 译码显示电路,4 设计伪码灭灯电路 自己设计。,Ya Yb Yc Y

10、d Ye Yf Yg 74LS48 A3 A2 A1 A0 LT IBR,IB,5V,接模拟开关,Q0 Q1 Q2 Q3 S1 DSR 74LS194 S0 D0 D1 D2 D3 Cr,5V,Q,Q,R1,c1,J,K,5V,接模拟开关,CP接连续脉冲 1-2Hz,5V,接0-1显示器,注意：启动节拍发生器时，应先清零，即将清零模拟开关放置在低电平，待清零置数后，清零模拟开关放置在高电平。,cc,cc,cc,cc,1,5V,伪码灭灯电路,实验五 组合电路中的竞争与冒险,1、F=AB+BCD+ACD 要求只有原变量输入即实现时不能用模拟开关的反变量，要实现反变量，用非门。没有非门，可用与非门。

11、要能观察到竞争冒险现象，实现时应尽可能使同一变量的经过两条路径到达同一点时，两条路径相差的门数尽可能多。,按上式画逻辑图（自己画）,2、写出真值表,3、静态测试验证真值表。 4、观测A的险象。,中值宽度,毛刺幅度,5、6、判断险象是否影响下一级电路的正常工作，应看毛刺的幅度大小。,7、同内容4 8、使用公式 AB+AC+BC=AB+AC,本实验中,F=AB+BCD+ACD=AB+BCD+ACD+BCD,冗余项,实验六 同步计数器的设计,实验内容2 一 设计按要求自己设计,实验内容二 一、设计 （1）根据实验要求可以的该特殊十二进制计数器状态转换图。 0001001000110100010101

12、10 110010111010100110000111,（2）确定电路所需触发器数目 有效状态为m=12，求所需触发器数目n。 2nm=12 可得n=4 （3）画出次态卡诺图,（4）求出每个触发器的状态方程,(5)求各触发器的驱动方程,J0=K0=1,J1=K1=Q0,J2=Q1Q0， K2=Q3Q1+Q3Q0=Q3Q1Q0,J3=Q2Q1Q0， K3=Q2,（6）检查自启动,1111 0000 1101 1111 000100100011010001010110 110010111010100110000111,Q3Q2Q1Q0,（7）画出逻辑图,Q0 Q1 Q2 Q3,二、实验 1、电源：

13、一般为5 0.25V （1）如果将电源接入电路后稳压源为零及指示灯暗，而将电源连线拔出，则稳压源正常及指示灯变亮，则可断定，你连接的电路中有短路现象。 （2）如果低电平时“0-1”显示器微亮，高电平时更亮，则可断定接地有问题。 2、时序逻辑器件，不能以悬空代替高电平。 3、时序逻辑器件的清零端和置1端。如果是低电平有效，则正常工作时这两端都接1。反之如果是高电平有效，则正常工作时这两端都接。0。 4、用示波器观察和记录波形：一般是比较两个波形的相位关系。 待观察信号分别接入CH1、CH2 Vertical Mode 置“ALT”,Triggering Mode 置“NORM”或“AUTO” T

14、riggering Source，置CH1或“CH2” 若波形不显示或不稳定则可调“LEVEL” 5、电路故障： （1）电源、接地是否正确。 （2）断线或接触不稳的判断：除非是悬空，否则，如果测得电压1.4伏左右。 （3）线路连接错误。 （4）设计错误。 （5）元器件使用不当或功能不正常 （6）仪器（主要指数字电路实验箱）和集成器件本身出现故障。,6、故障检查 （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）动态跟踪检查法 对于时序电路，将触发器的输出接0-1显示器，输入时钟信号，观察状态变化。如发现某个触发器该触发而没有触发，则可判断该触发器有问题。（a）检查该触