數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)20141103

1、 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告2014-2015（1）學(xué)期數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 北京信息科技大學(xué)電子信息與控制實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)字電子技術(shù)課程組目 錄實(shí)驗(yàn)一 門電路的功能測(cè)試3實(shí)驗(yàn)二 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)8實(shí)驗(yàn)三 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路的設(shè)計(jì)12實(shí)驗(yàn)四 555定時(shí)器設(shè)計(jì)電路16實(shí)驗(yàn)五 基于FPGA的分頻器的設(shè)計(jì)19實(shí)驗(yàn)六 基于FPGA的跑馬燈的設(shè)計(jì)24實(shí)驗(yàn)一 門電路的功能測(cè)試一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 熟悉數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置，能正確使用裝置上的資源設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；(2) 熟悉雙列直插式集成電路的引腳排列及使用方法；(3) 熟悉并驗(yàn)證典型集成門電路邏輯功能。(4) 了解數(shù)字集成電路數(shù)據(jù)手冊(cè)的使用。二、

2、實(shí)驗(yàn)器材與儀器(1) 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置1臺(tái)；(2) 數(shù)字萬用表1塊；(3) 雙列直插集成電路芯片74LS00、74LS86、74LS125各1片，導(dǎo)線若干。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟使用數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置，將相應(yīng)的集成芯片插入IC插座，并使用導(dǎo)線將門電路輸入端接實(shí)驗(yàn)箱的邏輯電平開關(guān)或脈沖，輸出端接發(fā)光二極管LED或數(shù)碼顯示、蜂鳴器等，測(cè)試與非門、異或門、三態(tài)同相輸出緩沖器的邏輯功能以及應(yīng)用電路邏輯功能。(1) 驗(yàn)證與非門的邏輯功能a) 按照?qǐng)D1.1連接電路；b) 電路通電運(yùn)行，驗(yàn)證不同輸入信號(hào)下，輸出信號(hào)的邏輯狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)見表1.1所示；c) 通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)與非門邏輯功能如下。(2)

3、與非門的應(yīng)用一a) 按照?qǐng)D1.2連接電路；選擇74LS00集成電路芯片中的另一個(gè)與非門，將兩個(gè)輸入端短接，當(dāng)一個(gè)輸入端用。b) 電路通電運(yùn)行，撥動(dòng)開關(guān)S3，觀察輸出信號(hào)邏輯狀態(tài)隨輸入的變化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1.2。c) 通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，現(xiàn)歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。d) 分析表1.1的測(cè)試結(jié)果，除了圖1.2所示第一種用與非門實(shí)現(xiàn)反相器（非門）的接線方案以外，第二種接線方案如圖1.3所示。其主要特點(diǎn)是兩個(gè)輸入端的處理如下：圖1.3 (3)與非門的應(yīng)用二a) 將上兩步實(shí)驗(yàn)電路中的第一個(gè)與非門輸出端與第二個(gè)反相器的輸入端相連，連線如圖1.4所示。使用邏輯開關(guān)輸入、LED燈邏輯電平顯示輸出資源進(jìn)行功能驗(yàn)證，實(shí)

4、驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1.3。 b) 合理選擇數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置中的輸入、輸出資源模塊，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖1.5所示輸入、輸出信號(hào)的驗(yàn)證測(cè)試。i. 實(shí)驗(yàn)方案按照?qǐng)D1.4連接電路，使用實(shí)驗(yàn)裝置中的資源配置輸入信號(hào)和輸出信號(hào)如下輸入信號(hào)接線方案：輸出信號(hào)接線方案：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及效果是：ii. 通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及圖1.5所示輸入、輸出信號(hào)波形，說明該電路的功能描述如下。 (4) 驗(yàn)證異或門的邏輯功能。a) 選擇74LS86集成電路芯片中的一個(gè)異或門，進(jìn)行異或門邏輯功能驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)電路如圖1.6所示。圖1.6b) 電路通電運(yùn)行，上、下?lián)軇?dòng)相應(yīng)輸入開關(guān)，觀察不同輸入信號(hào)下輸出信號(hào)的邏輯狀態(tài)， 選擇合適的萬用表電壓檔位進(jìn)

5、行量測(cè)。測(cè)量開關(guān)信號(hào)上下?lián)軇?dòng)時(shí)的高、低電平值，測(cè)量在開關(guān)電平輸入信號(hào)激勵(lì)下異或門輸出信號(hào)的高、低電平值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1.4。c) 通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)異或門邏輯功能如下。e) 分析表1.4，將異或門的一個(gè)輸入端分別接0或接1應(yīng)用情況，說明這種應(yīng)用下異或門實(shí)現(xiàn)的輸入、輸出之間的邏輯變換功能如下。（5） 三態(tài)門功能驗(yàn)證a) 74LS125是一個(gè)內(nèi)部集成了4個(gè)三態(tài)同相緩沖器的集成電路芯片，選擇74LS125集成電路芯片中的1個(gè)三態(tài)同相緩沖器，按照?qǐng)D1.7連接電路。圖1.7b) 電路通電運(yùn)行，首先，撥動(dòng)開關(guān)S1至“H”，隨后上、下?lián)軇?dòng)開關(guān)S2，觀察并記錄LED燈的邏輯狀態(tài);然后，將開關(guān)S1撥至“

6、L”，隨后上、下?lián)軇?dòng)開關(guān)S2，觀察并記錄LED燈的邏輯狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1.5。c) 總結(jié)歸納三態(tài)同相緩沖器的三個(gè)輸出狀態(tài)以及同相輸出的含義。 （6） 三態(tài)門應(yīng)用a) 使用一片74LS125內(nèi)部的3個(gè)三態(tài)門接成圖1.8所示電路。3個(gè)三態(tài)門的控制端分別由是S1、S2、S3控制，數(shù)據(jù)輸入端分別接連續(xù)脈沖信號(hào)、+VCC(+5V)以及接地，將3個(gè)三態(tài)門輸出端短接為一個(gè)輸出端。b) 根據(jù)三個(gè)開關(guān)不同狀態(tài)觀察指示燈的變化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1.6。c) 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)歸納三態(tài)門輸出短接正常應(yīng)用時(shí)S1、S2、S3控制信號(hào)的組合情況如下。圖1.8四、 實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題及注意事項(xiàng)五、 思考題（1）74LS00

7、、74LS86、74LS125等TTL集成電路是否需要供電電源？若需要，電源電壓VCC應(yīng)該為多少？答:（2）雙列直插式集成電路芯片的管腳順序如何排列？以74LS00為例，說明管腳排列順序及特點(diǎn)。答：（3）如果與非門的一個(gè)輸入端接連續(xù)脈沖，那么：(a)其余輸入端是什么狀態(tài)時(shí)，允許脈沖通過?脈沖通過時(shí)，輸出端波形與輸入端波形有何差別?(b)其余輸入端是什么狀態(tài)時(shí)，不允許脈沖通過?這種情況下與非門輸出是什么狀態(tài)?答：（4）幾個(gè)三態(tài)門的輸出端是否允許短接?有沒有條件限制?應(yīng)注意什么問題?答：（5）幾個(gè)TTL與非門的輸出端是否允許短接?答：（6）要使一個(gè)異或門實(shí)現(xiàn)非邏輯，電路將如何連接，為什么說異或門是

8、可控反相器？答：實(shí)驗(yàn)報(bào)告得分 指導(dǎo)教師 實(shí)驗(yàn)室地點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室日期 六、 實(shí)驗(yàn)過程記錄表1.1 與非門電路邏輯功能測(cè)試表 輸入 與非門輸出Q=(AB),A（S1） B（S2）LED燈（ D0 ）狀態(tài) 邏輯值(0或1)用文字說明0（ L ） 0（ L ）0（ ）1（ ）1（ ）0（ ）1（ ）1（ ） 表1.2 與非門實(shí)現(xiàn)反相器（非門）電路邏輯功能測(cè)試表 輸入 反相器輸出Q=(A),A=B（S3）LED燈（ D1 ）狀態(tài) 邏輯值(0或1) 用文字說明0（ ）1（ ） 表1.3 與非門應(yīng)用二電路邏輯功能測(cè)試表 輸入 輸出Q=(AB)=ABA（S1） B（S2） LED燈顯示狀態(tài) 邏輯值(0或1) 說明

9、0（ ） 0（ ）0（ ）1（ ）1（ ） 0（ ）1（ ） 1（ ） 表1.4 異或門電路邏輯功能測(cè)試表 輸入 異或門輸出Q=AÅBA（S1電平） B（S2電平） 邏輯值(0或1) 電平值（單位） 說明0（ ） 0（ ）0（ ）1（ ）1（ ） 0（ ）1（ ） 1（ ） 測(cè)試中萬用表電壓測(cè)量量程檔位： 表1.5 三態(tài)同相輸出緩沖器邏輯功能測(cè)試表 輸入 輸出QA（S1） B（S2）LED燈（ D0 ）狀態(tài) 邏輯值(0或1)說明1（H ） 0（ L ）1（ H ）0（ L ）0（ L ）1（ H ） 表1.6 三態(tài)門應(yīng)用測(cè)試表輸入信號(hào)輸出A1A2A3S1S2S3LED狀態(tài)邏輯值0（地

10、）1（+5V）連續(xù)脈沖000001010011100101110111實(shí)驗(yàn)二 組合邏輯電路的設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 熟練使用數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) ；(2) 掌握用 實(shí)現(xiàn)組合電路的設(shè)計(jì)方法。(3) 掌握實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路的 方法。二、 實(shí)驗(yàn)器材與儀器(1) 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置1臺(tái)；(2) 雙列直插集成芯片 各1片，導(dǎo)線若干。三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟(1) 用與非門設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)“異或”邏輯功能。a) 按照組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，兩輸入“異或”邏輯函數(shù)的真值表如表2-1所示。最簡(jiǎn)與或式為：與非-與非式為：用與非門實(shí)現(xiàn)的邏輯電路圖為： b) 使用集成電路芯片74LS10和74LS20中的與非門，按照所設(shè)計(jì)的邏輯

11、電路圖連接電路。電路連線圖如下：（參考講義中圖2-4所示畫法）c) 選擇使用數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置中的邏輯電平輸入開關(guān)和邏輯電平輸出LED指示燈，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案如下：d) 記錄并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考表2-2，說明所設(shè)計(jì)的電路是否實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的異或邏輯功能。答： 。(2) 用與非門設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)“同或”邏輯功能。a) 按照組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，兩輸入“同或”邏輯函數(shù)的真值表為：ABZ00011011最簡(jiǎn)與或式為：與非-與非式為：用與非門實(shí)現(xiàn)的邏輯電路圖為： b) 使用集成電路芯片74LS10和74LS20中的與非門，按照所設(shè)計(jì)的邏輯電路圖連接電路。電路連線圖如下：（參考講義中圖2-4所示畫法）c) 選擇使用數(shù)字

12、電路實(shí)驗(yàn)裝置中的邏輯電平輸入開關(guān)和邏輯電平輸出LED指示燈，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案如下：d) 記錄并分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考表2-3，說明所設(shè)計(jì)的電路是否實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的“同或”邏輯功能。答： 。(3) 用與非門設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)下述邏輯功能。a) 實(shí)驗(yàn)題目： 。b) 真值表為：c) 卡諾圖化簡(jiǎn)如下：d) 最簡(jiǎn)與或式為： e) 與非-與非式為： f) 用與非門實(shí)現(xiàn)的邏輯電路圖為：g) 使用集成電路芯片74LS10和74LS20中的與非門，按照所設(shè)計(jì)的邏輯電路圖連接電路。電路連線圖如下：（參考講義中圖2-4所示畫法）h) 選擇使用數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)裝置中的邏輯電平輸入開關(guān)和邏輯電平輸出LED指示燈，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試方案如下：i) 實(shí)驗(yàn)

13、分析及測(cè)試結(jié)論：四、 實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題及注意事項(xiàng)五、 思考題（1）TTL或非門多余的信號(hào)輸入端如何處理？答：（2）異或邏輯的標(biāo)準(zhǔn)與或式是什么？ 答：（3）同或邏輯的標(biāo)準(zhǔn)與或式是什么？答：（4）邏輯原理電路圖與接線圖有什么不同？答：七、 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及過程記錄（1）74LS10及74LS20管腳排列圖如下：（2）異或邏輯的真值表見表2-1ABZ00011011異或邏輯的最簡(jiǎn)與或式： 異或邏輯的與非-與非式： 用與非門實(shí)現(xiàn)的邏輯電路圖：與非門實(shí)現(xiàn)異或邏輯功能測(cè)試：見表2-2 輸入 輸出Q=AÅB=A（S1電平） B（S2電平） 邏輯值(0或1) 0（ ） 0（ ）0（ ）1（ ）1（ ） 0（ ）1（ ） 1（ ）（3）同或邏輯的真值表見表2-3ABZ00011011