數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)教案

數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)PAGE42004~2005學(xué)年度第二學(xué)期數(shù)學(xué)系緒論數(shù)字邏輯電路是高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)中的一門主要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是為培養(yǎng)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)人才的需要而設(shè)置的，它為計(jì)算機(jī)組成原理、微型機(jī)及其應(yīng)用等后續(xù)課程打下牢固的硬件基礎(chǔ)。數(shù)字邏輯電路是一門理論性和實(shí)踐性均較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，實(shí)驗(yàn)是數(shù)字邏輯電路課程中極其重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生真正掌握本課程的基本知識和基本理論，加強(qiáng)對課本知識的理解，有利于培養(yǎng)各方面的能力；有利于實(shí)踐技能的提高；有利于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)的形成。一、常用電子儀器的使用1、示波器2、THD—4型數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱3、萬用表二、實(shí)驗(yàn)課的程序?qū)嶒?yàn)預(yù)習(xí)由于實(shí)驗(yàn)課的時間有限，因此，每次實(shí)驗(yàn)前要作好預(yù)習(xí)，寫好預(yù)習(xí)報(bào)告。預(yù)習(xí)的要求：理解實(shí)驗(yàn)原理，包括所用元器件的功能。粗略了解實(shí)驗(yàn)具體過程。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，畫好實(shí)驗(yàn)線路及數(shù)據(jù)表格。實(shí)驗(yàn)操作每次測量后，應(yīng)立即將數(shù)據(jù)記錄下來，并由實(shí)驗(yàn)老師簽字。實(shí)驗(yàn)操作一般步驟：在連接實(shí)驗(yàn)線路之前，必須保證“數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱”所有電源關(guān)閉；按所畫的實(shí)驗(yàn)線路圖連接實(shí)驗(yàn)線路，所用短路線必須事先用萬用表檢查，以減少故障點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)線路連接完成后，必須仔細(xì)檢查實(shí)驗(yàn)線路，以保證實(shí)驗(yàn)線路連接無誤；實(shí)驗(yàn)線路連接正確后，接通電源，進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)。如變動實(shí)驗(yàn)線路，必須從（1）重新進(jìn)行。故障檢查方法及處理：檢查元器件的接入電源是否正確；使實(shí)驗(yàn)線路處于靜態(tài)，用萬用表“直流電壓擋”，從輸入級向輸出級逐級檢查邏輯電平，確定故障點(diǎn)；關(guān)閉“數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱”電源，用萬用表“歐姆擋”，檢查實(shí)驗(yàn)線路連接是否正確，確定故障點(diǎn)；關(guān)閉“數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱”電源，按實(shí)驗(yàn)操作一般步驟（2）（3）（4）將故障排除。3．實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)有如下項(xiàng)目：實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件實(shí)驗(yàn)元器件引腳圖實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)線路及實(shí)驗(yàn)記錄等實(shí)驗(yàn)結(jié)果及故障處理分析、討論和體會等“思考題”要求同學(xué)在完成基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的前提下去做，并將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)所用器件、線路、結(jié)果及分析等做副頁附在實(shí)驗(yàn)報(bào)告最后，其副頁由實(shí)驗(yàn)老師簽字確認(rèn)。（該內(nèi)容滿分1分）（1）~（4）及（5）（7）的部分內(nèi)容應(yīng)在寫預(yù)習(xí)報(bào)告時完成。注意：鼓勵同學(xué)對原線路及思考題在一定范圍內(nèi)做合理的改動。附：實(shí)驗(yàn)所用器件引腳圖74LS002輸入四與非門74LS01集電極開路輸出2輸入四與非門74LS204輸入雙與非門74LS7474LS1383線—8線譯碼器 74LS192可預(yù)置BCD可逆計(jì)數(shù)器（雙時鐘）(EN=0,Y=X;EN=1,Y=Z)74LS244八同相三態(tài)緩沖器/線驅(qū)動器 CD4511實(shí)驗(yàn)一TTL與非門邏輯功能測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆誘TL門電路邏輯功能測試方法。掌握用示波器觀察波形及測量波形幅度和周期的方法。二、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及元器件：數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱，雙蹤示波器，萬用表，74LS00三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：采用典型的TTL與非門74LS00完成下列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測試與非門輸入輸出的邏輯關(guān)系測試與非門開關(guān)作用，用示波器觀察與非門輸入輸出波形。四、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)線路及實(shí)驗(yàn)記錄：測試與非門74LS00的輸入輸出邏輯關(guān)系，測試輸出電平一片74LS00有四個雙輸入與非門，將其中一個與非門的二個輸入分別接邏輯開關(guān)，可按要求分別輸入高、低電平，然后用萬用表測輸出電平（見圖1-1），并填寫下表1-1：表1-1輸入輸出V1V2V30V0V0V5V5V0V5V5V熟悉示波器的使用方法并用示波器測試數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上輸出的20KHz連續(xù)脈沖的周期及幅值，并填寫下表1-2。（連接方式見圖1-2）表1-2頻率（KHZ）周期（μS）幅值（V）20測試74LS00與非門開關(guān)作用表1-3輸入輸出V1（K1）V2V30V（0）5V（1）將74LS00的其中一個與非門的一個輸入端接邏輯開關(guān)，另一輸入端接數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上的連續(xù)脈沖源，邏輯開關(guān)K1分別接1和0時，用示波器觀察輸入脈沖和輸出信號的相對波形關(guān)系并加以記錄在表1-3，連接方式見圖1-3。五、思考題·進(jìn)行74LS00其中一個與非門的平均傳輸延遲時間tpd的測試。實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)的問題：示波器使用不熟。線路連接不熟煉。實(shí)驗(yàn)二三態(tài)門和OC門一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜び?jì)算機(jī)中常用的兩種特殊門電路：三態(tài)門和OC門（集電極開路門）。二、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及元器件：數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱，雙蹤示波器，萬用表，74LS01，IC74LS244三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：采用74LS01典型的集電極開路與非門芯片，完成OC門邏輯功能的測試采用74LS01芯片構(gòu)成邏輯電平轉(zhuǎn)換電路采用74LS244典型的三態(tài)緩沖器，進(jìn)行三態(tài)門邏輯功能的測試四、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)線路及實(shí)驗(yàn)記錄：測試OC門邏輯功能并記錄一片74LS01有四個雙輸入OC門，將其中一個OC門的二個輸入分別接邏輯開關(guān)，可按要求分別輸入高、低電平，輸出端通過電阻10KΩ接電源5V，見圖2-1，然后用萬用表測在不同輸入條件下的輸出電平，并填寫下表2-1：表2－１輸入輸出V1(V)V2(V)V3(V)０Ｖ０Ｖ０Ｖ５Ｖ５Ｖ０Ｖ５Ｖ５Ｖ２．用７４ＬＳ０１構(gòu)成邏輯電平轉(zhuǎn)換電路并測試將一片74LS01其中一個OC門的二個輸入同時接一個邏輯開關(guān)，可按要求分別輸入高、低電平，輸出端通過電阻10KΩ接電源15V，見圖2-2，然后用萬用表分別測量輸入在為0V、5V時的輸出電平，并填寫下表2-2：表２－2輸入（V1、V2）輸出（V3）０Ｖ5V３．測試三態(tài)門邏輯功能表２－3輸入輸出（V3）使能輸入（V2）數(shù)據(jù)輸入（V1）０Ｖ０Ｖ５Ｖ５Ｖ０Ｖ５Ｖ一片74LS244有八個三態(tài)門，分成二組分別有二個使能端控制，在其中一個三態(tài)門上驗(yàn)證其邏輯功能：在它的輸入端接邏輯開關(guān)，分別接輸入高、低電平；其對應(yīng)的使能端也接邏輯開關(guān)，可作不同的控制，見圖2-3，然后用萬用表測在不同使能端控制下的輸入和輸出電平，并填寫下表2-3：五、思考題采用74LS01修改圖2-3，使其電路在使能端控制信號為“高電平”時，將進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)的問題：對三態(tài)門的概念理解不深。對OC門的概念理解不深實(shí)驗(yàn)三組合邏輯電路的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战M合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法。用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。掌握組合邏輯電路調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及元器件：數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱，雙蹤示波器，萬用表，74LS00，74LS20，74LS138。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)A、B、C、D為四位二進(jìn)制數(shù)碼，X=8A+4B+2C+D，用74LS20及274LS00設(shè)計(jì)一個組合邏輯電路，當(dāng)4<X≤15時，它的輸出Y=1，否則為0。2．用74LS138和74LS20構(gòu)成函數(shù)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)如下邏輯函數(shù)：P=A·B·C+A(B+C)四、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)線路及實(shí)驗(yàn)記錄：自己設(shè)計(jì)和擬定實(shí)驗(yàn)中易出現(xiàn)的問題：對設(shè)計(jì)過程不很理解。對譯碼器的理解不深。集成電路接線時總忘接電源。實(shí)驗(yàn)四觸發(fā)器及簡單時序電路設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沼|發(fā)器的性質(zhì)掌握觸發(fā)器的邏輯功能，觸發(fā)方式。掌握簡單時序電路的設(shè)計(jì)調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及元器件：數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱，雙蹤示波器，萬用表，74LS00，74LS74三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：采用74LS74芯片，進(jìn)行集成D觸發(fā)器的邏輯功能和觸發(fā)方式測試采用74LS74中二個D觸發(fā)器構(gòu)成一個異步四進(jìn)制的加計(jì)數(shù)器，并用示波器觀察其相對的輸入、輸出波形。四、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)線路及實(shí)驗(yàn)記錄：驗(yàn)證集成D觸發(fā)器的邏輯功能一個74LS74有二個D觸發(fā)器，采用一個D觸發(fā)器進(jìn)行驗(yàn)證，其中/SD1、/RD1分別接單脈沖源的負(fù)脈沖輸出端或接邏輯開關(guān)，D1接邏輯開關(guān)，CP1接單脈沖源的正脈沖輸出端，Q1、/Q1分別接邏輯電平燈顯示其高低，或用萬用表測量其電平值，并將測量結(jié)果記錄在表4-1中。表4-1輸入輸出/RD1/SD1D1CP1Q1/Q101××10××110↑111↑2．構(gòu)成一個異步四進(jìn)制的加計(jì)數(shù)器根據(jù)異步四進(jìn)制加計(jì)數(shù)器構(gòu)成原理，采用74LS74中二個D觸發(fā)器可設(shè)計(jì)出如圖4-1所示的實(shí)驗(yàn)線路，按此實(shí)驗(yàn)線路圖連接線路:表4-2CP1次數(shù)Q2Q1012345圖4-1CP1接單脈沖源的正脈沖輸出端，Q1、Q2分別接邏輯電平燈顯示其高低，利用對/SD1、/RD1、/、SD2、/RD2端的控制，使Q1、Q2初始值分別為“0”，而后逐一在CP1端加正脈沖，觀察Q1、Q2的變化，并記錄在表4-2中；CP1接連續(xù)脈沖源的輸出端，輸入連續(xù)脈沖，用示波器觀察并記錄CP1、Q2的相對波形及各自的幅值、脈寬、周期。六、思考題采用74LS00、74LS74構(gòu)成一個T觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)時易出現(xiàn)的問題：1、對觸發(fā)器的復(fù)位、清零端具體應(yīng)用不太理解。2、示波器的使用不熟練。實(shí)驗(yàn)五計(jì)數(shù)、譯碼及顯示一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜こＳ弥幸?guī)模計(jì)數(shù)器的邏輯功能；掌握計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路的工作原理及其應(yīng)用。進(jìn)一步提高使用示波器的能力。二、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備及元器件：數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱，雙蹤示波器，萬用表，74LS192×2、CD4511、NES-5011A三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：采用一片74LS192構(gòu)成一位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器并進(jìn)行邏輯功能驗(yàn)證采用二片74LS192構(gòu)成二位十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，其輸出經(jīng)譯碼器/驅(qū)動器CD4511到七段顯示器NES-5011AG，觀察顯示器的變化，驗(yàn)證8421BCD計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能。四、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)線路及實(shí)驗(yàn)記錄：構(gòu)成一位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并進(jìn)行邏輯功能驗(yàn)證采用一片74LS192，CR接邏輯開關(guān)以進(jìn)行清零控制，/LD接邏輯開關(guān)以進(jìn)行置位控制，CPU接邏輯開關(guān)或單脈沖源的正脈沖輸出端，CPD接邏輯開關(guān)或單脈沖源的正脈沖輸出端；D0~D3接邏輯開關(guān)以進(jìn)行預(yù)置數(shù)字的輸入，Q0~Q3、/BO、/CO接邏輯電平燈?！PD接邏輯開關(guān)高電平，CPU接單脈沖源的正脈沖輸出端，輸入單次脈沖，觀察Q0~Q3、/CO邏輯電平燈的變化并記錄在表5-1：表5-1輸入輸出CR/LDCPUD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0/CO00×0100011↑0100012↑0100013↑0100014↑0100015↑0100016↑0100017↑××××018↑××××·CPD接邏輯開關(guān)高電平，CPU接連續(xù)脈沖源的輸出端，輸入連續(xù)脈沖信號，用示波器觀察CPU和Q3的變化并記錄波形。CPU接邏輯開關(guān)高電平，CPD接單脈沖源的正脈沖輸出端，輸入單次脈沖，觀察Q0~Q3、/BO邏輯電平燈的變化并記錄在表5-2：表5-2輸入輸出CR/LDCPDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0/BO00×0100011↑0100012↑0100013↑0100014↑0100015↑0100016↑0100017↑××××018↑××××2．構(gòu)成二位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，驗(yàn)證8421BCD計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能。采用二片74LS192、數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上的二片CD4