数字电路实验指导书验指导书

【预备知识】第一章 实验基础知识随着科学技术的发展，电路与电子技术在各个科学领域中都得到了广泛的应用，它是一门实践性很强的技术基础课，在学习中不仅要掌握基本原理和基本方法，更重要的是学会灵活应用。因此，需要配有一定数量的实验，才能掌握这门课程的基本内容，熟悉各单元电路的工作原理，各集成器件的逻辑功能和使用方法，从而有效地培养学生理论联系实际和解决实际问题的能力，树立科学的工作作风。一、实验的目的和要求实验是电路课程中重要的实践性教学环节，实验的目的不仅要巩固和加深理解所学的知识，更重要的是要训练基本实验技能，学会独立进行实验，树立工程实际观点和严谨的科学作风。对学生实验技能训练的具体要求是：1. 能正确使用常用的仪器、仪表。2. 能按电路图正确接线和查线。3. 学习查阅手册，对常用的电子元器件和仪表，具有使用的基本知识。4. 能准确读取实验数据，观察实验现象，测绘波形曲线。5. 能整理分析实验数据，独立写出内容完整的、条理清楚的、整洁的实验报告。二、实验的基本过程实验的基本过程，应包括确定实验内容，选定最佳的实验方法和实验线路，拟出较好的实验步骤，合理选择仪器设备和元器件，进行正确连接和调试，认真实验并记录实验数据。1．实验预习认真预习是做好实验的关键，预习好坏，不仅关系到实验能否顺利进行，而且直接影响实验效果。预习应按本教材的实验预习要求进行，在每次实验前首先要认真复习有关实验的基本原理，掌握有关器件使用方法，对如何着手实验做到心中有数。通过预习还应做好实验前的准备，写出一份预习报告，其内容包括：（1）．绘出设计好的实验电路图，该图应该是逻辑图和连线图的混合，既便于连接线，又反映电路原理，并在图上标出器件型号、使用的引脚号及元件数值，必要时还须用文字说明。（2）．拟定实验方法和步骤。（3）．拟好记录实验数据的表格和波形坐标。（4）．列出元器件单。2．实验记录实验记录是实验过程中获得的第一手资料，测试过程中所测试的数据和波形必须和理论基本一致，所以记录必须清楚、合理、正确，若不正确，则要现场及时重复测试，找出原因。实验记录应包括如下内容：（1）．实验任务、名称及内容。（2）．实验数据和波形以及实验中出现的现象，从记录中应能初步判断实验的正确性。（3）．记录波形时，应注意输入、输出波形的时间相位关系，在坐标中上下对齐。（4）．实验中实际使用的仪器型号和编号以及元器件使用情况。3．实验报告实验报告是培养学生科学实验的能力和分析思维能力的有效手段，也是一项重要的基本功训练，它能很好地巩固实验成果，加深对基本理论的认识和理解，从而进一步扩大知识面。实验报告是一份技术总结，要求文字简洁，内容清楚，图表工整。报告内容应包括实验目的、实验内容和结果、实验使用仪器和元器件以及分析讨论等，其中实验内容和结果是报告的主要部分，应包括实际完成的全部实验，并且要按实验任务逐个书写。每个实验任务应有如下内容：(1)．实验课题的方框图、逻辑图（或测试电路）、状态图，真值表以及文字说明等，对于设计性课题，还应有整个设计过程和关键的设计思路说明。(2)．实验记录和经过整理的数据、表格、曲线和波形图，其中表格、曲线和波形图应充分利用专用实验报告简易坐标格，并用三角板、曲线板等工具描绘，力求画得准确，不得随手示意画出。(3)．实验结果分析、讨论及结论，对讨论的范围，没有严格要求，一般应对重要的实验现象，结论加以讨论，以使进一步加深理解，此外，对实验中的异常现象，可作一些简要说明，实验中有何收获，也可谈一些心得体会。三、实验中操作和常见故障检查方法1．实验规范操作实验中操作的正确与否对实验结果影响甚大。因此，实验者需要注意按以下规程进行。(1)．搭接实验电路前，应对仪器设备进行必要的检查校准，对所用集成电路进行功能测试。(2)．搭接电路时，应遵循正确的布线原则和操作步骤（即要按照先接线后通电，做完后，先断电再拆线的步骤）。(3)．掌握科学的调试方法，有效地分析并检查故障，以确保电路工作稳定可靠。(4)．仔细观察实验现象，完整准确地记录实验数据并与理论值进行比较分析。(5)．实验完毕，经指导教师同意后，可关断电源拆除连线，整理好放在实验箱内，并将实验台清理干净、摆放整洁。布线原则和故障检查是实验操作的重要问题。2．布线原则在电子与电路实验中，错误布线引起的故障常占很大比例。布线错误不仅会引起电路故障，严重时甚至会损坏器件，因此，注意布线的合理性和科学性是十分必要的，正确的布线原则大致有以下几点：(1)．接插集成电路时，先校准两排引脚，使之与实验底板上的插孔对应，轻轻用力将电路插上，然后在确定引脚与插孔完全吻合后，再稍用力将其插紧，以免集成电路的引脚弯曲，折断或者接触不良。(2)．不允许将集成电路方向插反，一般IC的方向是缺口（或标记）朝左，引脚序号从左下方的第一个引脚开始，按逆时钟方向依次递增至左上方的第一个引脚。(3)．导线应粗细适当，一般选取直径为0.6～0.8mm的单股导线，最好采用各种色线以区别不同用途，如电源线用红色，地区用黑色笔。(4)．布线应有秩序地进行，随意乱接容易造成漏接错接，较好的方法是接好固定电平点，如电源线、地线、门电路闲置输入端、触发器异步置位复位端等，其次，在按信号源的顺序从输入到输出依次布线。(5)．连线应避免过长，避免从集成元件上方跨接，避免过多的重叠交错，以利于布线、更换元器件以及故障检查和排除。(6)．当实验电路的规模较大时，应注意集成元器件的合理布局，以便得到最佳布线，布线时，顺便对单个集成元件进行功能测试。这是一种良好的习惯，实际上这样做不会增加布线工作量。(7)．应当指出，布线和调试工作是不能截然分开的，往往需要交替进行，对大型实验元器件很多的，可将总电路按其功能划分为若干相对独立的部分，逐个布线、调试（分调），然后将各部分连接起来（联调）。3．故障检查实验中，如果电路不能完成预定的逻辑功能时，就称电路有故障，产生故障的原因大致可以归纳以下四个方面：(1)．操作不当（如布线错误等）。(2)．设计不当（如电路出现险象等）。(3)．元器件使用不当或功能不正常。(4)．仪器（主要指数字电路实验箱）和集成元件本身出现故障。因此，上述四点应作为检查故障的主要线索，以下介绍几种常见的故障检查方法：(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)．信号注入法在电路的每一级输入端加上特定信号，观察该级输出响应，从而确定该级是否有故障，必要时可以切断周围连线，避免相互影响。(4)．信号寻迹法在电路的输入端加上特定信号，按照信号流向逐线检查是否有响应和是否正确，必要时可多次输入不同信号。(5)．替换法对于多输入端器件，如有多余端则可调换另一输入端试用。必要时可更换器件，以检查器件功能不正常所引起的故障。(6)．动态逐线跟踪检查法对于时序电路，可输入时钟信号按信号流向依次检查各级波形，直到找出故障点为止。(7)．断开反馈线检查法对于含有反馈线的闭合电路，应该设法断开反馈线进行检查，或进行状态预置后再进行检查。以上检查故障的方法，是指在仪器工作正常的前提下进行的，如果实验时电路功能测不出来，则应首先检查供电情况，若电源电压已加上，便可把有关输出端直接接到0、1显示器上检查，若逻辑开关无输出，或单次CP无输出，则是开关接触不好或是内部电路坏了，一般就是集成器件坏了。需要强调指出，实验经验对于故障检查是大有帮助的，但只要充分预习，掌握基本理论和实验原理，就不难用逻辑思维的方法较好地判断和排除故障。四、实验规则1．严禁带电接线、拆线或改接线路。2．接线完毕后，要认真复查，确信无误后，经教师检查同意，方可接通电源进行实验。3．实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味）应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。查找原因、排除故障，经指导教师同意再继续进行实验。4．室内仪器设备不准任意搬动调换，非本次实验所用的仪器设备，未经教师允许不得动用。没有弄懂仪表，仪器及设备的使用方法前，不得贸然使用。若损坏仪器设备，必须立即报告教师，作出书面检查，责任事故要酌情赔偿。5．实验完毕后，先由本人检查实验数据是否符合要求，然后再请教师检查，经教师认可后方可拆线，并将实验器材整理好。6．实验要严肃认真，保持安静、整洁的学习环境。五、注意事项1．接线时，电流表应串联在线路中，电压表应并联在被测元件上。2．合理选择量程，勿使表计超出量程。3．信号源的输出应由小至大，逐渐增大，实验结束信号源的输出应该归到零位。4．稳压源的输出端不允许短路。5．注意测量仪表的选择。6．接线使用自锁紧插头，严禁用力拉线，拆线时，应手捏线端并旋转轻微向上用力拔起，以防线被拉断。7．使用￠0.5单股硬线时，剥塑料皮时不得伤线。拔线方向需垂直面包板，避免斜向拽线，防止线头断在小插孔内。如万一将线断在插孔中，可用小刀将线头挑出。8．集成电路安插时严防弯折管脚，使用起拔器进行拆卸。9．注意集成电路的方向及电源引脚位置。【基础性实验】实验一TTL与非门参数测试与使用一、实验目的    1．掌握TTL集成与非门的逻辑功能和主要参数的测试方法；2．掌握TTL门电路器件的使用规则；3.熟悉数字电路学习机及示波器使用方法；　    4.熟悉数字电路实验箱的结构、基本功能和使用方法。二、实验预习要求    1.了解TPE－ADⅡ模拟数字实验箱的基本结构及使用方法；    2．了解TTL与非门主要参数的定义和意义；3．熟悉各测试电路，了解测试原理及测试方法；4．熟悉所用集成电路的引　线位置及各引线用途。5．了解双踪示波器使用方法6．自拟实验步骤和数据表格。三、实验原理    1．TTL与非门的主要参数    TTL与非门具有较高的工作速度、较强的抗干扰能力、较大的输出幅度和负载能力等优点，因而在各种数字系统的设计中得到了广泛的应用。（1）输出高电平VOH：输出高电平是指与非门有一个以上输入端接地或接低电平时的输出电平值。空载时，VOH必须大于高电平（VOHmin=2.4V）；接有拉电流负载时，VOH将下降。测试VOH的电路如图实验1.1所示。   （2）输出低电平VOL：输出低电平是指与非门的所有输入端都接高电平时的输出电平值。空载时，VOL必须低于标准低电平（VOL=O.3V）；接有灌电流负载时，VOL将上升。测试VOL电路如图实验1.2所示。   （3）输入短路电流IIS：输入短路电流IIS是指被测输入端接地，其余输入端悬空时，由被测输入端流出的电流。前级输出低电平时，后级门的IIS就是前级的灌电流负载。一般IIS＜1.6mA。测试IIS的电路见图实验1.3所示。（4）扇出系数N：扇出系数N是指门电路能驱动同类门的数目，用以衡量带负载的能力。图实验1.4所示电路能测试输出为低电平时，最大允许负载电流IOL，然后求得N＝IOL／IIS。一般N＞8的与非门才被认为是合格的。图实验1.3IIS的测试电路图实验1.4扇出系数N的测试电路    2．TTL与非门的电压传输特性利用电压传输特性不仅能检查和判断TTL与非门的好坏，还可以从传输特性上直接读出其主要静态参数，如VOH、VOL、VON、VOFF、VNH和VNL，如图实验1.5所示。传输特性的测试电路如图实验1.6所示。        从图实验1.5中可知    开门电平VON：是保证输出为标准低电平VOL时，允许的最小输入高电平值。一般VON＜1.8V。    关门电平VOFF：是保证输出为标准高电平VOH时，允许的最大输入低电平值。    高电平噪声容限VNH：VNH=VSH-VON=2.4V-VON低电平噪声容限VNL：VNL=VOFF-VSL=VOFF-0.4V测试根据与非门的功能，其外引线排列如附录四、实验仪器设备    1.TPE－ADⅡ实验箱（+5V电源、单脉冲源、连续脉冲源、逻辑电平开关、LED显示、面包板、数码管、电位器等）1台；    2.数字万用表1块；3.四两输入集成与非门74LS001片；    4.电阻5.1kΩ、1kΩ、5O0Ω、100Ω各1只；    5.示波器1台。五、实验内容及方法1．按TTL与非门的真值表逐项验证其逻辑功能。2．用数字万用表分别测量TTL与非门74LS00在带负载和开路两种情况下的输出高电平VOH和输出低电平VOL。测试电路如图实验1.1及图实验1.2所示。    3．测试TTL与非门的输入短路电流IIS，测试电路如图实验1.3所示。    4．测试与非门输出为低电平时，允许灌入的最大负载电流IOL，然后利用N＝IOL／IIS求出该与非门的扇出系数N。测试电路见图实验1.4。具体测试方法有二:①输入端全部悬空，逐渐减小电阻RP，读出仍能保持Vo＝0.4V的最大负载电流，即IOL。②输入端全部悬空，输出端用500Ω电阻代替（10OΩ＋RP）。用万用表直流电压档测量VO，若VO＜0.4V，则产品合格。然后再用万用表电流档测出IOL，通过公式计算出扇出系数。   5．测量TTL与非门的电压传输特性曲线。测量电路如图实验1.5所示。在示波器上用X－Y显示方式观察曲线，并用坐标纸描绘出特性曲线，在曲线上标出VOH、VOL、VON、VOFF，计算VNH和VNL。   温馨提示:TTL集成电路使用注意（1）接插集成块时,要认清定位标记,不得插反。（2）TTL与非门对电源电压的稳定性要求较高，只允许在+5V上有±10%的波动。电源电压超过+5.5V，易使器件损坏；低于4.5V又易导致器件的逻辑功能不正常。电源极性绝对不允许接错。（3）TTL与非门不用的输入端允许悬空（但最好接高电平），不能接低电平。（4）TTL与非门的输出端不允许直接接电源电压或地，也不能并联使用。（5）输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态。当R≤680Ω时，输入端相当于逻辑“0”；当R≥4.7KΩ时,输入端相当于逻辑“1”。对于不同系列的器件要求的阻值不同。实验二组合逻辑电路分析与设计一、实验目的1.掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法；2.掌握组合逻辑电路的设计方法。二、实验预习要求1.熟悉门电路工作原理及相应的逻辑表达式；2.熟悉数字集成电路的引脚位置及引脚用途；3.预习组合逻辑电路的分析与设计步骤。三、实验原理通常，逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。电路在任何时刻，输出状态只决定于同一时刻各输入状态的组合，而与先前的状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。1．组合逻辑电路的分析过程，一般分为如下三步进行：   （1）由逻辑图写出输出端的逻辑表达式；    （2）画出真值表；    （3）根据对真值表进行分析，确定电路功能。2．组合逻辑电路的一般设计过程为图实验2.1所示。设计过程中，“最简”是指电路所用器件最少，器件的种类最少，而且器件之间的连线也最少。四、实验仪器设备1．TPE－ADⅡ实验箱（+5V电源，单脉冲源，连续脉冲源，逻辑电平开关，LED显示，面包板数码管等）1台；2．四两输入集成与非门74LS002片；3.四两输入集成异或门74LS861片；4.两四输入集成与非门74LS203片。五、实验内容及方法1．分析、测试74LS00组成的半加器的逻辑功能。    （1）用74LS00组成半加器，如图实验2.2所示电路，写出逻辑表达式并化简，验证逻辑关系。    （2）列出真值表。    （3）分析、测试用异或门74LS86与74LS00组成的半加器的逻辑功能，自己画出电路，将测试结果填入自拟表格中，并验证逻辑关系。图实验2.2由与非门组成的半加器电路2．分析、测试全加器电路，设计用74LS86和74LS00组成全加器电路，用异或门、与门和或门组成的全加器如图实验2.3所示，将测试结果填于真值表内，验证其逻辑关系。    全加和:进位：图实验2.3全加器电路图3．设计：用“与非门”设计一个表决电路。当四个输入端中有3个或4个“1”时输出为“1”其步骤如下。（1）写出真值表。表实验2.1真值表输入输出输入输出ABCDZABCDZ0000100000011001001010100011101101001100010111010110111001111111    （2）用卡诺图化简。    （3）写出逻辑表达式，Z=ABC+BCD+ACD+ABD。    （4）用“与非门”构成的逻辑电路图。图实验2.4表决电路逻辑图4．学生自行设计：设计一个对两个两位无符号二进制数进行比较的电路，根据第一个数是否大于、等于、小于第二个数，使相应的三个输出端中的一个输出为“1”。六、实验报告1.整理实验数据并填表，对实验结果进行分析。2.总结组合逻辑电路的分析与设计方法。实验三译码器和数据选择器一、实验目的1．熟悉中规模集成译码器电路的原理及功能；2．掌握中规模集成译码器的使用方法及功能测试方法；3．了解集成译码器的应用。二、实验预习要求1．复习译码器电路工作原理；2．预习中规模集成电路译码器74LS138的逻辑功能及使用方法；3．仔细阅读实验原理与实验内容，设计相应的电路和数据表格。三、实验原理译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路，其功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平的信号，它是编码的反操作。译码器在数字系统中的用途比较广泛，它不仅常用于代码的转换，终端的数字显示，还用于数据分配、脉冲分配、存储器寻址和组合逻辑信号的产生等场合。常用的译码器电路有二进制译码器、二-十进制译码器、显示译码器等种类，不同的功能需求可选用不同种类的译码器来实现。本实验采用TTL中规模集成译码电路74LS138译码器，其管脚分布图见附录，表实验3.1为其功能真值表。鉴于74LS138有三个附加的控制端G1、G2A、G2B，可利用其片选的作用可以级联扩展译码器的功能，也可以利用其控制功能构成一个完整的数据分配器。1.用74LS138实现组合逻辑功能由于二进制译码器的每一个输出均是输入代码的最小项函数，因此，配以适当的门电路，利用74LS138可以实现任意自变量数不超过三个的组合逻辑函数。如图实验3.1逻辑图所示，用一个74LS138和一个四输入与非门可以实现逻辑函数。。2.用74LS138实现一个数据分配器数据分配器也称多路分配器，其功能是，在数据传输过程中，将某一路数据分配到不同的数据通道上。数据分配器是单输入、多输出组合逻辑电路。带控制输入端的译码器也是一个完整的数据分配器。如图实验3.1所示，如果把G1作为数据输入端（同时令G2A＝G2B＝0），将C、B、A作为地址输入端，则从G1送来的数据只能通过由CBA所指定的一根数据线上送出去，实现数据的反码分配输出。3.数据选择器数据选择器也叫多路开关，其功能是在地址选择信号的控制下，从多路数据中选择一路数据作为输出信号，其原理如图实验3.2所示。数据选择器是一种多输入、单输出的组合逻辑多路。由于多路数据选择器与多路数据分配器的功能正好相反，它们配合使用，可以实现在一条数据传输线上传送多路信号。如图实验3.3所示，在传送线STL的两端接以多路数据选择器和多路数据分配器，在相同地址输入的控制下即可实现多通道并行—串行—并行数据传输系统。四、实验仪器设备1.TPE-AD型数字电路实验箱1台2.3线-8线译码器74LS1381块3.双四输入与非门74LS201块4.四两输入与非门74LS001块5.双四选一数据选择器74LS1531块五、实验内容及方法1.74LS138逻辑功能测试74LS138输入端接逻辑电平开关，输出端接电平指示灯，用真值表记录实验数据，分析并确认译码器的逻辑功能。2.用74LS138和74LS20构成一位全减器设计电路并在实验箱上实现之。全减器的输入，被减数A、减数B、低位来的借位C，接逻辑开关；全减器的输出，数据差D、向高位的借位C，接电平指示灯。观察输入与输出的状态变化，用真值表记录实验结果并分析之。3.用74LS138实现一个数据分配器设计电路并在实验箱上实现之。数据分配器的数据输入可采用实验箱1Hz信号源的输出端；地址及其它输入接逻辑开关；输出接电平指示灯，观察输入与输出的状态变化，记录结果并分析之电路的功能。4.用74LS138和74LS153构成一个四通道数据传输系统设计电路并在实验箱上实现之。输入数据可利用实验箱上的信号源或逻辑开关；地址及其它输入接逻辑开关；输出接电平指示灯，观察输入与输出的状态变化，记录结果并分析电路的功能。六、实验报告1.画出实验线路图，记录整理实验现象及实验所得的有关波形，对实验结果进行分析。2.总结使用集成译码器和数据选择器的体会。实验四基本RS触发器和D触发器一、实验目的1.熟悉并验证触发器的逻辑功能；2.掌握RS和D触发器的使用方法和逻辑功能的测试方法。二、实验预习要求1．预习触发器的相关内容；2．熟悉触发器功能测试表格。三、实验原理触发器是一个具有记忆功能的二进制信息存储器件，是构成多种时序电路的最基本逻辑单元。触发器具有两个稳定状态，即“0”和“1”，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。1．基本RS触发器图实验4.1基本RS触发器图实验4.1为由两个与非门交叉耦合构成的基本RS触发器。基本RS触发器具有置“0”、置“1”和“保持”三种功能。通常称为置“1”端，因为=0时触发器被置“1”；端为置“0”端，因为=0时触发器被置“0”；当==1时，触发器状态保持。基本RS触发器也可以用两个“或非门”组成，此时为高电平有效置位触发器。2.D触发器D触发器的状态方程为：Qn+1=D。其状态的更新发生在CP脉冲的边沿，74LS74（CC4013）、74LS175（CC4042）等均为上升沿触发，故又称之为上升沿触发的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态。D触发器应用很广，可用做数字信号的寄存、移位寄存、分频和波形发生器等。四、实验仪器设备1、TPE-AD数字实验箱1台2、双D触发器74LS742片3、四两输入集成与非门74LS001片4、双通道示波器1台五、实验内容及方法1．测试基本RS触发器的逻辑功能按图实验4.1连接电路，用两个与非门组成基本RS触发器，输入端、接逻辑开关的输出口，输出端Q、接逻辑电平显示灯输入接口，按表实验4.1的要求测试并记录。表实验4.1RS触发器的逻辑功能2．测试D触发器的逻辑功能。（1）测试、的复位、置位功能。在=0，=1作用期间，改变D与CP的状态，观察Q、状态。在=1，=0作用期间，改变D与CP的状态，观察Q、状态。自拟表格记录。（2）测试D触发器的逻辑功能表实验4.2D触发器的逻辑功能双D触发器74LS74的引脚分布图如附录所示，了解电路，按表实验4.2进行测试，并观察触发器状态更新是否发生在CP脉冲的上升沿（即0→1），记录在表格中。(3)用D触发器构成分频器。按图实验4.2连接电路,构成2分频和4分频器。图实验4.2用74LS74双D触发器构成分频器    在CP1端加入1KHz的连续方波，并用示波器观察CP1、Q1、Q2各端的波形。再取一只74LS74组件，仿照图实验4.2电路连成8分频和16分频器六、实验报告1．整理实验所测结果，总结RS触发器和D触发器的特点。2．画出分频器实验测得的波形图。七、思考题在R-S触发器中，对触发器脉冲的宽度有何要求？实验五J-K触发器一、实验目的1.掌握J-K触发器的逻辑功能；2.掌握集成J-K触发器逻辑功能的测试方法；3.掌握不同逻辑功能触发器之间的相互转换方法。二、实验预习要求1.复习J-K触发器的逻辑功能；2.掌握D触发器和J-K触发器的真值表及其转换的基本方法。三、实验原理    1．J-K触发器    本实验中采用的74LS112为下降沿触发的边沿触发器。其状态方程为                        其中J和K为数据输入端，是触发器状态更新的依据，若J、K有两个或两个以上输入端时，组成“逻辑与”的关系。触发器的功能表如表实验5.1所示。   表实验5.1触发器的功能表输入输出JK01ddd0110ddd1000dddφφ11↓0011↓101011↓010111↓1111↑ddd:表示任意态,↓:表示下降沿,φ:表示不定态,:表示现态,:表示次态 2．触发器功能转换    在集成触发器的产品中，每一种触发器都有自己固定的逻辑功能。但可以利用转换的方法获得具有其它功能的触发器。例如将J-K触发器转换成D触发器、T触发器、Tˊ触发器。其转换电路如图实验5.1所示。(a)J-K转换成D(b)J-K转换成T(c)J-K转换成Tˊ图实验5.1J-K触发器转换成D、T、Tˊ触发器四、实验仪器设备1.TPE-ADⅡ数字电路实验箱1台2.双J-K触发器74LS112（或CC4027）1片3.四两输入与非门74LS00（或CC4011）1片五、实验内容及方法    测试并掌握JK触发器74LS112逻辑功能及应用。    1.测试的置位和复位功能    将J、K端接逻辑开关输出插口，CP端接单脉冲，Q、端接至逻辑电平显示灯接口。在的作用期间记录J、K及CP的状态，观察Q、状态并记录。    2.测试J-K触发器的逻辑功能    按表实验5.1的要求改变J、K、CP的状态，观察Q、状态变化，观察Q端的状态更新是否发生在CP脉冲的下降沿（即CP由1→0），并记录之。    3.将JK触发器转换成D触发器    按图实验5.1的（a）图连接电路，CP接单脉冲源，Q端接逻辑电平显示接口，验证逻辑功能，并自拟表格记录。    4.将J和K端相连，构成T触发器    在CP端输入1Hz的连续脉冲，用实验箱逻辑电平显示Q端的变化。    在CP端输入1KHz的连续脉冲，用示波器观察CP、Q、端波形，注意相位与时间的关系。六、实验报告1．整理实验数据，并填表；2．列出触发器相互转换的表达式及实验步骤；3.总结J-K触发器的特点。实验六计数器及其应用一、实验目的1．学习集成触发器构成计数器的方法；2．掌握中规模集成计数器的使用方法及功能测试方法；3．用集成电路计数器构成1／N分频器。二、实验预习要求1．复习计数器电路工作原理；2．预习中规模集成电路计数器74LS192的逻辑功能及使用方法；3．复习实现任意进制计数的方法。三、实验原理    计数器是典型的时序逻辑电路，它用来累计和记忆输入脉冲的个数。计数是数字系统中很重要的基本操作，集成计数器是最广泛应用的逻辑部件之一。    计数器种类较多，按构成计数器中的多触发器是否使用一个时钟脉冲源来分，有同步计数器和异步计数器；根据计数制的不同，分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；根据计数的增减趋势，又分为加法、减法和可逆计数器。还有可预置数和可编程序功能计数器等。图实验6.1　四位二进制异步加法计数器    1.用D触发器构成异步二进制加/减计数器。    如图实验6.1所示，用四个D触发器构成四位二进制异步加法计数器，其连接特点是将D触发器接成T’触发器，再由低位触发器的端和高一位的CP端相连。  如果将上图中的Q端与高一位的CP端相连，即可构成四位二进制异步减法计数器。  2.计数器级联使用及任意进制计数器的实现    （1）任意进制的实现        图实验6.2所示利用74LS192采用复位法构成五进制计数器。        图实验6.3所示利用74LS161采用置位法构成十进制计数器。图实验6.2复位法构成五进制计数器图实验6.3置位法构成十进制计数器    （2）一个十进制计数器只能表示0～9，要扩大计数范围，常常用多个十进制计数器级联使用。74LS192设有进位（或借位）输出端，因此可用其进位（或借位）输出信号驱动下一级计数器。如图实验6.4所示。图实验6.4计数器扩展四、实验仪器设备1.TPE－ADⅡ数字电路实验箱1台2.双时钟同步加/减计数器74LS1922片3.四位同步二进制加法计数器74LS1611片4.双D触发器74LS742片5.四两输入集成与非门74LS001片五、实验内容及方法1.用74LS74D触发器构成四位二进制异步加法计数器。    （1）按图实验6.1连接，接至逻辑开关输出插孔，将CP端接单次脉冲源，输出端Q3、Q2、Q1、Q0接逻辑电平显示插孔，接高电平+5V。    （2）清零后，逐个送入单次脉冲，观察并记录Q3、Q2、Q1、Q0状态。    （3）将单次脉冲改为1Hz的连续脉冲，观察Q3、Q2、Q1、Q0的状态。    （4）将CP改为1KHz，用示波器观察CP、Q3、Q2、Q1、Q0端波形。    （5）将图实验6.1改成减法计数器，重复上述步骤，并列表记录输出状态。2.74LS192逻辑功能测试    将74LS192的CP接单脉冲源，清零端（CR=1）、置数端=0、数据输入端（D3～D0）分别接逻辑开关，输出端（Q3～Q0）接逻辑电平显示插孔；和接逻辑电平显示插孔或译码显示输入的相应插孔。按表6.1逐项测试，检查是否相符。    （1）清零（CR）    当CR=1，其它输入端状态为任意态，此时Q3Q2Q1Q0=0000。之后，置CR=0，清零结束。    （2）置数    当CR=0，CPu、CPD任意，D3D2D1D0任给一组数据，=0时，输出Q3、Q2、Q1、Q0与D3、D2、D1、D0数据相同，此时74LS192处于置数状态。    （3）加法计数    CR=0，LD＝CPD＝1，CPu接单次脉冲源。在清零后送入9个单次脉冲，观察输出状态变化是否发生在CPu的上升沿。    （4）减计数        CR=0，LD＝CPu＝1，CPD接单次脉冲源。参照（3）进行实验。3．任意进制的实现 按图实验6.2连接电路，构成5进制计数器。 按图实验6.3连接电路，构成十进制计数器。 按图实验6.4连接电路，实现00～99加法计数，输入1Hz连续计数脉冲，并记录之。六、实验报告1.画出实验线路图，记录整理实验现象及实验所得的有关波形，对实验结果进行分析。2.总结使用集成计数器的体会。实验七移位寄存器及其应用一、实验目的1.移位寄存器74LS194的逻辑功能及使用方法；2.熟悉4位移位寄存器的应用。二、实验预习要求1.了解74LS194的逻辑功能；2.用4位移位寄存器构成8位移位寄存器；3.了解移位寄存器构成环形计数器的方法。三、实验原理1.移位寄存器是指寄存器中所存的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。74LS194是一个4位双向移位寄存器，最高时钟脉冲为36MHz，其逻辑符号及引脚排列如附录所示。其中：D0～D1为并行输入端；Q0～Q3为并行输出端；SR－右移串引输入端；SL－左移串引输入端；S1、S0－操作模式控制端；－为直接无条件清零端；CP－为时钟脉冲输入端。2．用74LS194构成8位移位寄存器电路如图实验7.1所示,将芯片（1）的Q3接至芯片（2）的S3，将芯片(2）的Q4接至芯片(1）的S1即可构成8为移位寄存器。注意：端必须正确连接。图实验7.18位移位寄存器电路连接图3.74LS194构成环形移位寄存器把移位寄存器输出反馈到其串行输入端，可进行循环移位，如图实验7.2所示。设初态为Q3Q2Q1Q0=1000，则在CP作用下，模式设为右移，输出状态依次为1000→0100→0010→0001→1000.图实验7.2环形计数器四、实验仪器设备1.TPE－ADⅡ数字实验箱1台2.四位双向移位寄存器74LS1942片3.四两输入集成与非门74LS001片五、实验内容及方法1.测试74LS194（或CC40194）的逻辑功能参附录接线，、S1、S0、SL、SR、D3、D2、D1、D0分别接逻辑电平开关输出插孔；Q3、Q2、Q1、Q0用LED电平显示，CP接单脉冲源输出插孔。按表实验7.1进行逐项对比测试。表实验7.174LS194工作状态表CP功能X0XX清除=0时，=0000，正常工作时，=1↑111送数=串行送数（SRSL）被禁止↑101右移=↑110左移=↑100保持=↓1XX保持=   （1）清零：令=0，此时Q3Q2Q1Q0=0000。之后置=1    （2）送数：令=S1=S0=1，D3D2D1D0=0101，加CP脉冲，观察CP=0、CP由0→1、CP由1→0，三种情况下寄存器输出状态的变化。结果应该是输出状态的变化应发生在CP的上升沿。    （3）右移：令=1，S1=0，S0=1，由右移输入端SR送入二进制码0100，由CP端加入4个单脉冲信号，观察输出情况。    （4）左移：先清零或预置，再令=1，S1=1，S0=0，从SL送入1010；连续输入4个CP脉冲，观察输出情况。    （5）保持：令=1，S1=S0=0，加CP脉冲，观察寄存器的输出状态是否变化。2．8位移位寄存器    （1）参照图实验7.2连接电路，Q0～Q7用LED显示；    （2）用并行送数法预置寄存器为某一个二进制数码（如:=1，S1=S0=1，送11）；    （3）设定S1S0移位模式（S1S0=01右移），用单脉冲源依次输入CP脉冲，观察Q0～Q7的变化情况。3．环型计数器    （1）参照图实验7.2连接电路，Q0～Q3用LED显示；    （2）参照实验内容2进行，观察输出状态的变化情况。六、实验报告1.总结74LS194的逻辑功能；2.画出相应的电路图，画出环型计数器的输出波形图。【综合性设计性实验】实验八（一）时序逻辑电路设计一、设计内容1．用JK触发器设计一个8421码十进制同步加法计数器。时钟信号CP由实验箱的“单次”或1Hz自动秒脉冲提供，计数器输出状态用实验箱上的LED数码管检测，记录实验结果。用实验箱上的1kHz时钟信号作为计数器的计数脉冲CP，用示波器观察并记录CP及计数器各输出端的对应波形。2．用D或JK触发器设计一个110串行序列信号检测器。输入信号由电平输出器提供，时钟信号CP接逻辑实验箱的“单次”时钟信号。当连续输入信号110时，该电路输出1，否则输出0。设依次送入的信号为001101110。3．用D触发器设计一个同步四相时钟发生器，其输入时钟CP及各输出波形如图实验8.1所示。输入时钟CP为1kHz时钟信号，用示波器观察时钟信号CP与各输出端对应的波形。二、设计要求1．用Mutisim2001进行电路仿真。2．画出时序逻辑电路原理图。3．叙述集成触发器的逻辑功能和使用。4．写出设计过程，并记录实验结果。实验八（二）十字路口交通管理系统一.设计说明在城市街道的十字路口，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各设一组红、绿、黄交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄等亮，表示该条道路上未过停车线的车辆禁止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮，表示该条道路允许通行。交通管理系统的控制电路自动控制十字路口的两组红、绿、黄交通信号灯的状态，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。二.设计方法1．用SSI、MSI集成电路对以上内容进行设计2．主要参考元器件：74LS90、74LS74、3．74LS153、集成门电路、发光二极管、开关、电阻、电容等。三.设计任务和要求设计一个甲、乙两道十字路口交通管理系统，使得两方向的车辆和行人能安全通行。设甲、乙两道的红、黄、绿信号灯分别用R、Y、G和r、y、g表示。具体要求如下：1．甲道通行，乙道禁止通行，即甲道绿灯亮，乙道红灯亮，历时30s。2．甲道停车，乙道禁止通行，以便让甲道停车线以内的车辆顺利通过。即甲道黄灯亮，乙道红灯亮，历时10s。3．甲道禁止通行，乙道通行，即甲道红灯亮，乙道绿灯亮，历时30s。4．甲道禁止通行，乙道停车，以便让乙道停车线以内的车辆顺利通过。即甲道红灯亮，乙道黄灯亮，历时10s。然后，又返回开始重新循环。附加功能：若某条道路上有人要穿越马路或发生其他紧急情况，可通过按动特设开关，发出请求信号，管理器应能响应上述请求，指挥有关道路上的红灯点亮，使人们安全穿越马路。设甲、乙两道的特设开关分别为S1、S2。交通管理器的简单示意图如图实验8.2所示。实验八（三）两人乒乓球游戏一.设计说明两人乒乓游戏机是用8～16只发光二极管代表乒乓球台，中间两个发光二极管兼做球网，用点亮的发光二极管按一定的方向移动来表示球的运动。在游戏机的两侧各设置两个开关，一个是发球开关S1A、S1B，另一个是击球开关S2A、S2B。甲、乙二人那乒乓球比赛规则来操作开关。当甲方按动发球开关S1A时，靠近甲方的第一盏灯亮，然后发光二极管又甲方向乙方依次点亮，代表球在移动。当球过网后按设计者规定的球位允许乙方击球。若乙方提前击球或未接住来球，则判乙方失分，甲方得1分。然后重新发球，比赛继续进行。二.设计方法用SSI、MSI集成电路对以上内容进行设计，主要参考元器件：74LS194、74LS90、74LS48、共阴数码管、74LS151、门电路、发光二极管、开关、晶振、电阻、电容等。三.设计任务和要求设计一个两个乒乓游戏机，该游戏机模拟乒乓球比赛的过程，并按比赛规则自动裁判和计分，其简单示意图实验8.3所示。具体设计要求如下。1．用12只发光二极管代表球台。发球方按动发球开关，送出一个单脉冲信号，靠近该方的第一个发光二极管点亮，然后按一定速度向对方移动，要求移动速度为0.1s～0.5s。2.接球方只有当球到达最后一只发光二极管，即靠近本方的第一只管子点亮时，才可按动击球开关，将球击回。提前击球或未接住球均判为失分，当未接住来球时，发光二极管熄灭，表示乒乓球出台，对方得分。此时需按规则重新发球，继续比赛。3.一方击球后，双方可以较量多个回合，直到一方失误为止，此时，胜方记分牌自动加1分。比赛进行到一方获得21分时，一局结束，记分牌全部清零。【附录与参考文献】常用集成电路功能及封装图一．74LS系列TTL电路外引线排列1．74LS00四2输入正与非门Y=2．74LS04六反相器Y=3．74LS10三3输入正与非门Y=4．74LS20双4输入正与非门Y=5．74LS27三3输入正或非门Y=6．74LS54四路（2-3-3-2）输入与或非门Y=}7．74LS74双正沿触发D触发器8．74LS862输入异或门Y=A⊕B9．74LS90二-五-十进制异步加计数器10．74LS112双负沿触发JK触发器11．74LS1383线-8线译码器12．74LS139双2线-8线译码13．74LS14710线-4线优先编码器14．74LS1518选1数据选择器15．74LS153双4选1数据选择器16．74LS161/74LS163同步四位二进制计数器17．74LS192同步可逆双时钟BCD计数器18．74LS1944位双向通用移位寄存器19．74LS248BCD七段显示译码器二．其他集成电路外引线排列。1.CD4511BCD七段显示译码器2．TS547共阴LED数码管3．NE555定时器参考文献1.高吉祥.电路技术基础实验与课程设计.电子工业出版社，20072.章海涛.王羽佳实验电子技术基础.电子工业出版社，20083.周良权,方向乔编.数字电子技术基础.高等教育出版社，1999年4.叶致诚,唐冠宗编.电子技术基础实验.高等教育出版社，2009年5.邹华跃编.数字集成电路基础学习参考，南京大学出版社，2009年6.余志新,徐娟编.电路与电子学习与实验指导.华南理工大学出版，2010年