《數字電子技術》
實驗指導書
電子電氣工程系
前言 數位電路是電子類專業的基本課程，是後繼課程的基礎，因此這門課的作用和地位是不言而喻的。數位電路基礎實驗是學生掌握好這門課程，透徹理解教材的重要環節。本實驗課程的開設強調學生的基本動手能力，對數位電路的基本概念的理解能力和基本原理的靈活應用能力。
主要在於為後繼課程的開設打下堅實的基礎。
本實驗課程講義是為了進一步使學生透徹理解教材，把握基本原理，培養基本動手能力，為後繼課程的順利進行而開設。目的是使學生掌握數位電路的基本原理，了解常見基礎數字單元的設計和工作原理，從基本電路設計中培養起基本動手能力。
本實驗指導書設定的具體實驗專案有：解碼器、資料選擇器、觸發器、計數器、移位暫存器、脈衝分配器、自激多諧**器、脈衝延時與波形整形電路、555時基電路。其中安排有設計和綜合實驗要求，可按教學計畫選作。
考慮到初學者剛接觸數位電路時驗證、設計實驗有一定困難，講義中給出了相應框圖和有關晶元的引腳說明，為了培養同學們的創新精神和實踐能力，要求同學們一定要獨立思考，自己動手實踐，本講義僅作參考以啟迪思路，希望學生用不同的方法實現數字電子技術實驗要求的功能。
本講義採用了天煌的實驗儀器，做實驗時首先要清楚實驗台的電路模組結構、正確操作方法、以便正確驗證和設計實驗要求的電路，在實驗台上順利除錯通過。
本次編寫參考了天煌實驗教儀原有的實驗內容，由於本書編寫時間倉促，水平有限，書中難免有許多疏漏和錯誤之處，歡迎各位老師和同學批評指正，提出改進的意見。
電子電氣工程系
2023年11月
目錄一、實驗一組合邏輯電路的設計與測試01
二、實驗二解碼器及其應用04
三、實驗三資料選擇器及其應用11
四、實驗四觸發器及其應用17
五、實驗五計數器及其應用24
六、實驗六移位暫存器及其應用28
七、實驗七脈衝分配器及其應用35
八、實驗八 555時基電路及其應用40
實驗一組合邏輯電路的設計與測試
一、實驗學時：2學時
二、 實驗型別：設計性
三、 開出要求：必修
四、 實驗目的：在掌握基本閘電路組成的整合晶元基礎上，掌握組合邏輯電路的設計與測試方法。
五、 實驗原理、實驗內容、方法和手段及實驗組織執行要求：
（一）實驗原理
使用中、小規模積體電路來設計組合電路是最常見的邏輯電路。設計組合電路的一般步驟
如圖1-1所示。
圖1-1 組合邏輯電路設計流程圖
根據設計任務的要求建立輸入、輸出變數，並列出真值表。然後用邏輯代數或卡諾圖化
簡法求出簡化的邏輯表示式。並按實際選用邏輯門的型別修改邏輯表示式。根據簡化後的邏輯表示式，畫出邏輯圖，用標準器件構成邏輯電路。最後，用實驗來驗證設計的正確性。
（二）實驗內容
舉例：用「與非」門設計乙個表決電路。當四個輸入端中有三個或四個為「1」時，輸出
端才為「1」。
設計步驟範例：
1、根據題意列出真值表如表1-1所示，再添入卡諾圖表1-2中。
表1-1
表1-2
2、由卡諾圖得出邏輯表示式，並演化成「與非」的形式
3、根據邏輯表示式畫出用「與非門」構成的邏輯電路如圖1-2所示。
圖1-2 表決電路邏輯圖
4、用實驗驗證邏輯功能
在實驗裝置適當位置選定三個14p插座，按照整合塊定位標記插好整合塊cc4012。
按圖5-2接線，輸入端a、b、c、d接至邏輯開關輸出插口，輸出端z接邏輯電平顯示輸入插口，按真值表（自擬）要求，逐次改變輸入變數，測量相應的輸出值，驗證邏輯功能，與表5-1進行比較，驗證所設計的邏輯電路是否符合要求。
（三）實驗方法和手段
先集中講授實驗的基本原理、操作過程、注意事項，再由學生自主操作，具體問題採用個別指導的形式來解決實際問題；針對獨立完成的設計，需寫出具體的設計方案，在自主實際操作中遇到的問題，可以給予相關提示。
六、 實驗裝置與器件
1、+5v直流電源 2、邏輯電平開關
3、邏輯電平顯示器 4、直流數字電壓表
5、cc4011×2（74ls00） cc4012×3（74ls20） cc4030（74ls86）
cc4081（74ls08） cc4085×2（74ls54） cc4001（74ls02）
七、實驗步驟：
（一）設計用與非門及用異或門、與門組成的半加器電路。
1、要求按本文所述的設計步驟進行，直到測試電路邏輯功能符合設計要求為止。
1）根據題意列出真值表。
2）由卡諾圖得出邏輯表示式，並演化成「與非」的形式。
3）根據邏輯表示式畫出用「與非門」構成的邏輯電路圖。
4）用實驗驗證邏輯功能。
（二）設計乙個兩位二進位制全加器，要求用異或門、與門、或門組成。
具體設計步驟同上。
（三）設計乙個對兩個兩位無符號的二進位制數進行比較的電路：根據第乙個數是否大於、等於、小於第二個數，使相應的三個輸出端中的乙個輸出為「1」，要求用與門、與非門及或非門實現。
具體設計步驟同上。
八、思考問題：
1、根據實驗任務要求設計組合電路，並根據所給的標準器件畫出邏輯圖。
2、如何用最簡單的方法驗證「與或非」門的邏輯功能是否完好？
3、「與或非」門中，當某一組與端不用時，應作如何處理？
九、實驗成績評定辦法：
主要評分點：原理描述（5分）、實驗流程（5分）、除錯過程（10分）、資料記錄（5分）、
解決問題的能力（10分）、資料蒐集（5分）、實驗結果與效果（10分）、實驗報告（50分）。
十、其它說明：
注：四路2-3-3-2輸入與或非門74ls54，封裝引腳和邏輯圖如圖1-3和1-4所示：
圖1-3 74ls54引腳排列圖圖1-4 74ls54的邏輯圖
邏輯表示式如下：
實驗二解碼器及其應用
一、實驗學時：3學時
二、實驗型別：驗證性
三、開出要求：必修
四、實驗目的：
通過本實驗的學習，使學生掌握中規模整合解碼器的邏輯功能和使用方法，熟悉數碼管的使用，培養學生的分析、設計組合電路的技能，為今後繼續學習時序電路的分析和設計奠定基礎。
五、實驗原理、實驗內容、方法和手段及實驗組織執行要求：
（一）實驗原理
解碼器是乙個多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的**進行「翻譯」，變成相應的狀態，使輸出通中相應的一路有訊號輸出。解碼器在數字系統中有廣泛的用途，不僅用於**的轉換、終端的數字顯示，還用於資料分配，存貯器定址和組合控制訊號等。
不同的功能可選用不同種類的解碼器。
解碼器可分為通用解碼器和顯示解碼器兩大類。前者又分為變數解碼器和**變換解碼器。
1、變數解碼器（又稱二進位制解碼器）
變數解碼器用以表示輸入變數的狀態，如2線-4線、3線-8線和4線-16線解碼器。若有n個輸入變數，則有2n個不同的組合狀態，就有2n個輸出端供其使用。而每乙個輸出代表的函式對應於n個輸入變數的最小項。
以3線-8線解碼器74ls138為例進行分析，圖1-1（a）、（b）分別為其邏輯圖及引腳排列。
圖 2-1 3-8解碼器74ls138邏輯圖及引腳排列
其中a2、a1、a0為位址輸入端，為解碼輸出端，當時，或時，解碼器被禁止，所有輸出同時為1。
表2-1
二進位制解碼器實際上也是負脈衝輸出的脈衝分配器。若利用使能端乙個輸入端輸入資料資訊，器件就成為乙個資料分配器（又稱多路分配器）圖1-2所示。若在s1輸入端輸入資料資訊，，位址碼所對應的輸出是s1資料資訊的反碼；若從端輸入資料資訊，令，位址碼所對應的輸出就是端資料資訊的原碼。
若資料資訊是時鐘脈衝，則資料分配器便成為時鐘脈衝分配器。
根據輸入位址的不同組合譯出唯一位址，故可用作位址解碼器。接成多路分配器，可將乙個訊號源的資料資訊傳輸到不同的地點。
二進位制解碼器還能方便地實現邏輯函式，如圖1-3所示，實現的邏輯函式是
圖2-2 作資料分配器圖2-3 實現邏輯函式
利用使能端能方便地將兩個3/8解碼器組合成乙個4/16解碼器，如圖1-4所示。
圖2-4 用兩片74ls138組合成4/16解碼器
2、資料顯示解碼器
a、七段發光二極體（led）數碼管
led資料管是目前最常用的數字顯示器，圖1-5（a）、（b）為共陰管和共陽管的電路，（c）為兩種不同出線形式的引出腳功能圖。
(a) 共陰連線（「1」電平驅動） （b）共陽連線（「0」電平驅動）
（c）符號及引腳功能
圖2-5 led數碼管
乙個led數碼管可用來顯示一位0~9十進位制數和乙個小數點。小型數碼管（0.5寸和0.
36寸）每段發光二極體的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2~2.5v，每個發光二極體的點亮電流在5~10ma。led數碼管要顯示bcd碼所表示的十進位制數字就需要有乙個專門的解碼器，該解碼器不但要完成解碼功能，還要有相當的驅動能力。
b、bcd碼七段解碼驅動器
此類解碼器型號有74ls47（共陽），74ls48（共陰），cc4511（共陰）等，本實驗系採用cc4544bcd碼鎖存/七段解碼/驅動器。驅動共陰極led數碼管。
圖1-6為cc4511引腳排列
圖2-6 cc4511引腳排列
其中a、b、c、d——bcd碼輸入端
a、b、c、d、e、f、g——解碼輸出端，輸出「1」有效，用來驅動共陰極led數碼管。
——測試輸入端， =「0」時，解碼輸出全為「1」
——消隱輸入端， =「0」時，解碼輸出全為「0」
le——鎖定端，le=「1」時解碼器處於鎖定（保持）狀態，解碼輸出保持在le=0時的數值，le=0為正常解碼。
數位電路實驗指導書
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數位電路實驗指導書 選
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