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1、优质文本2014-20151学期数字电子技术实验报告册班级 学号 姓名 北京信息科技大学电子信息与控制实验教学中心数字电子技术课程组目 录实验一 门电路的功能测试3实验二 组合逻辑电路的设计8实验三 计数、译码、显示电路的设计12实验四 555定时器设计电路16实验五 基于FPGA的分频器的设计19实验六 基于FPGA的跑马灯的设计24实验一 门电路的功能测试一、 实验目的(1) 熟悉数字电路实验装置，能正确使用装置上的资源设计实验方案；(2) 熟悉双列直插式集成电路的引脚排列及使用方法；(3) 熟悉并验证典型集成门电路逻辑功能。(4) 了解数字集成电路数据手册的使用。二、 实验器材与仪器(1
2、) 数字电路实验装置1台；(2) 数字万用表1块；(3) 双列直插集成电路芯片74LS00、74LS86、74LS125各1片，导线假设干。三、 实验内容及步骤使用数字电路实验装置，将相应的集成芯片插入IC插座，并使用导线将门电路输入端接实验箱的逻辑电平开关或脉冲，输出端接发光二极管LED或数码显示、蜂鸣器等，测试与非门、异或门、三态同相输出缓冲器的逻辑功能以及应用电路逻辑功能。(1) 验证与非门的逻辑功能a) 按照图1.1连接电路；b) 电路通电运行，验证不同输入信号下，输出信号的逻辑状态；实验测试数据见表1.1所示；c) 通过分析实验数据，归纳总结与非门逻辑功能如下。(2)与非门的应用一a
3、) 按照图1.2连接电路；选择74LS00集成电路芯片中的另一个与非门，将两个输入端短接，当一个输入端用。b) 电路通电运行，拨动开关S3，观察输出信号逻辑状态随输入的变化，实验数据见表1.2。c) 通过分析实验现象，现归纳总结实验结果如下。d) 分析表1.1的测试结果，除了图1.2所示第一种用与非门实现反相器非门的接线方案以外，第二种接线方案如图1.3所示。其主要特点是两个输入端的处理如下：图1.3 (3)与非门的应用二a) 将上两步实验电路中的第一个与非门输出端与第二个反相器的输入端相连，连线如图1.4所示。使用逻辑开关输入、LED灯逻辑电平显示输出资源进行功能验证，实验数据见表1.3。
4、b) 合理选择数字电路实验装置中的输入、输出资源模块，设计实验方案，实现对图1.5所示输入、输出信号的验证测试。i. 实验方案按照图1.4连接电路，使用实验装置中的资源配置输入信号和输出信号如下输入信号接线方案：输出信号接线方案：实验现象及效果是：ii. 通过分析实验现象及图1.5所示输入、输出信号波形，说明该电路的功能描述如下。 (4) 验证异或门的逻辑功能。a) 选择74LS86集成电路芯片中的一个异或门，进行异或门逻辑功能验证。实验电路如图1.6所示。图1.6b) 电路通电运行，上、下拨动相应输入开关，观察不同输入信号下输出信号的逻辑状态， 选择适宜的万用表电压档位进行量测。测量开关信号
5、上下拨动时的高、低电平值，测量在开关电平输入信号鼓励下异或门输出信号的高、低电平值，实验数据见表1.4。c) 通过分析实验数据，归纳总结异或门逻辑功能如下。e) 分析表1.4，将异或门的一个输入端分别接0或接1应用情况，说明这种应用下异或门实现的输入、输出之间的逻辑变换功能如下。5 三态门功能验证a) 74LS125是一个内部集成了4个三态同相缓冲器的集成电路芯片，选择74LS125集成电路芯片中的1个三态同相缓冲器，按照图1.7连接电路。图1.7b) 电路通电运行，首先，拨动开关S1至“H，随后上、下拨动开关S2，观察并记录LED灯的逻辑状态;然后，将开关S1拨至“L，随后上、下拨动开关S2
6、，观察并记录LED灯的逻辑状态。实验数据见表1.5。c) 总结归纳三态同相缓冲器的三个输出状态以及同相输出的含义。 6 三态门应用a) 使用一片74LS125内部的3个三态门接成图1.8所示电路。3个三态门的控制端分别由是S1、S2、S3控制，数据输入端分别接连续脉冲信号、+VCC(+5V)以及接地，将3个三态门输出端短接为一个输出端。b) 根据三个开关不同状态观察指示灯的变化，实验数据见表1.6。c) 分析实验数据，总结归纳三态门输出短接正常应用时S1、S2、S3控制信号的组合情况如下。图1.8四、 实验过程中出现的问题及考前须知五、 思考题174LS00、74LS86、74LS125等TT
7、L集成电路是否需要供电电源？假设需要，电源电压VCC应该为多少？答:2双列直插式集成电路芯片的管脚顺序如何排列？以74LS00为例，说明管脚排列顺序及特点。答：3如果与非门的一个输入端接连续脉冲，那么：(a)其余输入端是什么状态时，允许脉冲通过?脉冲通过时，输出端波形与输入端波形有何差异?(b)其余输入端是什么状态时，不允许脉冲通过?这种情况下与非门输出是什么状态?答：4几个三态门的输出端是否允许短接?有没有条件限制?应注意什么问题?答：5几个TTL与非门的输出端是否允许短接?答：6要使一个异或门实现非逻辑，电路将如何连接，为什么说异或门是可控反相器？答：实验报告得分 指导教师 实验室地点 实
8、验室日期 六、 实验过程记录表1.1 与非门电路逻辑功能测试表 输入 与非门输出Q=(AB),AS1 BS2LED灯 D0 状态 逻辑值(0或1)用文字说明0 L 0 L 0 1 1 0 1 1 表1.2 与非门实现反相器非门电路逻辑功能测试表 输入 反相器输出Q=(A),A=BS3LED灯 D1 状态 逻辑值(0或1) 用文字说明0 1 表1.3 与非门应用二电路逻辑功能测试表 输入 输出Q=(AB)=ABAS1 BS2 LED灯显示状态 逻辑值(0或1) 说明0 0 0 1 1 0 1 1 表1.4 异或门电路逻辑功能测试表 输入 异或门输出Q=AÅBAS1电平 BS2电平 逻辑
9、值(0或1) 电平值单位 说明0 0 0 1 1 0 1 1 测试中万用表电压测量量程档位： 表1.5 三态同相输出缓冲器逻辑功能测试表 输入 输出QAS1 BS2LED灯 D0 状态 逻辑值(0或1)说明1H 0 L 1 H 0 L 0 L 1 H 表1.6 三态门应用测试表输入信号输出A1A2A3S1S2S3LED状态逻辑值0地1+5V连续脉冲000001010011100101110111实验二 组合逻辑电路的设计一、 实验目的(1) 熟练使用数字电路实验装置设计 ；(2) 掌握用 实现组合电路的设计方法。(3) 掌握实现组合逻辑电路的 方法。二、 实验器材与仪器(1) 数字电路实验装置
10、1台；(2) 双列直插集成芯片 各1片，导线假设干。三、 实验内容及步骤(1) 用与非门设计实现“异或逻辑功能。a) 按照组合逻辑电路的设计方法，两输入“异或逻辑函数的真值表如表2-1所示。最简与或式为：与非-与非式为：用与非门实现的逻辑电路图为： b) 使用集成电路芯片74LS10和74LS20中的与非门，按照所设计的逻辑电路图连接电路。电路连线图如下：参考讲义中图2-4所示画法c) 选择使用数字电路实验装置中的逻辑电平输入开关和逻辑电平输出LED指示灯，设计实验测试方案如下：d) 记录并分析实验数据参考表2-2，说明所设计的电路是否实现预计的异或逻辑功能。答： 。(2) 用与非门设计实现“
11、同或逻辑功能。a) 按照组合逻辑电路的设计方法，两输入“同或逻辑函数的真值表为：ABZ00011011最简与或式为：与非-与非式为：用与非门实现的逻辑电路图为： b) 使用集成电路芯片74LS10和74LS20中的与非门，按照所设计的逻辑电路图连接电路。电路连线图如下：参考讲义中图2-4所示画法c) 选择使用数字电路实验装置中的逻辑电平输入开关和逻辑电平输出LED指示灯，设计实验测试方案如下：d) 记录并分析实验数据参考表2-3，说明所设计的电路是否实现预计的“同或逻辑功能。答： 。(3) 用与非门设计实现下述逻辑功能。a) 实验题目： 。b) 真值表为：c) 卡诺图化简如下：d) 最简与或式
12、为： e) 与非-与非式为： f) 用与非门实现的逻辑电路图为：g) 使用集成电路芯片74LS10和74LS20中的与非门，按照所设计的逻辑电路图连接电路。电路连线图如下：参考讲义中图2-4所示画法h) 选择使用数字电路实验装置中的逻辑电平输入开关和逻辑电平输出LED指示灯，设计实验测试方案如下：i) 实验分析及测试结论：四、 实验过程中出现的问题及考前须知五、 思考题1TTL或非门多余的信号输入端如何处理？答：2异或逻辑的标准与或式是什么？ 答：3同或逻辑的标准与或式是什么？答：4逻辑原理电路图与接线图有什么不同？答：七、 实验预习及过程记录174LS10及74LS20管脚排列图如下：2异或
13、逻辑的真值表见表2-1ABZ00011011异或逻辑的最简与或式： 异或逻辑的与非-与非式： 用与非门实现的逻辑电路图：与非门实现异或逻辑功能测试：见表2-2 输入 输出Q=AÅB=AS1电平 BS2电平 逻辑值(0或1) 0 0 0 1 1 0 1 1 3同或逻辑的真值表见表2-3ABZ00011011同或逻辑的最简与或式： 同或逻辑的与非-与非式： 用与非门实现的逻辑电路图：用与非门实现同或逻辑功能测试表见表2-4 输入 输出AS1电平 BS2电平 逻辑值(0或1) 0 0 0 1 1 0 1 1 4用与非门设计实现下述逻辑功能，实验工程： 。逻辑函数最简与或式： 与非-与非式： 用与非门实现的逻辑电路图：实验报告得分 指导教师 实验室地点 实验日期