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数字电子技术实验报告册
数字电子技术实验报告册
电工电子实验教学中心
数字电子技术课程组
1
北京信息科技大学
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数字电子技术实验报告册
目 录
实验一 集成逻辑门电路参数的测试 ...........................................................................3
实验二 门电路功能测试............................................................................................. 8
实验三 组合逻辑电路的设计................................................................................... 12
实验四 触发器应用设计实验 .................................................................................16
实验五 计数、译码、显示电路的设计 ...............................................................19
实验六 555 定时器设计电路.................................................................................... 24
实验七 基于 FPGA 的分频器设计...........................................................................27
实验八 基于 FPGA 的跑马灯实验电路设计............................................................. 32
附录 常用数字集成电路管脚图 .................................................................................39
2
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数字电子技术实验报告册
实验一 集成逻辑门电路参数的测试
一、 实验目的
(1) 掌握数字实验设备的使用方法。
(2) 熟悉数字集成电路手册的使用方法。
(3) 了解 TTL 器件和 CMOS 器件的使用特点。
二、 实验器材与仪器
(1) 双踪示波器:可以同时测量和观察两路信号的波形,测量电路信号波形的幅值、周期等参
数。
(2) 数字万用表:用于测量交流和直流电压、电流、电阻等。某些万用表还可以测量三极管、
二极管、电容和频率等。
(3) 数字实验箱。
三、 预习与思考题
(1) 为什么与非门输出端不能直接接+ 5V?当我们希望输出高电平为+5V 时应怎么办?与非门
输出端可以接地吗?
(2) 测量扇出系数 N
OL
的原理是什么?为什么只计算输出低电平时的负载电流值,而不考虑输出
高电平的负载电流值?
(3) 与非门不用的输入端应如何处理?为什么?
(4) 说明 TTL 集成电路与 COMS 集成电路在功耗方面的差异。
四、 实验原理说明
在数字电路设计中,我们经常用到一些门电路,对门电路参数的了解,有助于电路设计更加正
确可靠。我们以 74LS00 为例,学习门电路的主要参数和测试方法。
(1) 与非门的逻辑功能。
与非门的逻辑功能为:当输入端中有一个或一个以上是低电平时,输出端为高电平;只有
当输入端全部为高电平时,输出端才是低电平。图形符号如图 1-1 所示 , 逻辑表达式为 :
A
B
Y
图 1-1 与非门的逻辑符号
(2) TTL 与非门基本参数
1) 低电平输入电流 I
IL
低电平输入电流 I
IL
是指被测输入端接低电平,其余输入端悬空,输出端空载时,由被测
输入端流出的电流值。在多级门电路中,I
IL
相当于前级门输出低电平时,后级向前级门灌入
的电流,因此它关系到前级门的灌电流负载能力,即直接影响前级门电路带负载的个数,因
此希望 I
IL
小些。测试电路如图 1-2。
2) 高电平输入电流 I
IH
高电平输入电流 I
IH
又称为输入漏电流,它是指被测输入端接高电平,其余输入端接地,
输出端空载,流入被测输入端的电流值。在多级门电路中,它相当于前级门输出高电平时,
3
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数字电子技术实验报告册
流出前级门的电流,称为前级门的拉电流负载,其大小关系到前级门的拉电流负载能力,因
此希望 I
IH
小些。由于 I
IH
较小,难以测量,一般免于测试。测试电路如图 1-3 所示。
Vcc
+5V
Vcc
+5V
I
IH
μA
I
IL
mA
图 1-2 I
IL
测试电路 图 1-3 I
IH
测试电路
3) 电压传输特性
门电路的输出电压 Vo 随输入电压 Vi 变化的曲线 Vo= (Vi) 称为门电路的电压传输特性,
通过它可读得门电路的一些重要参数。如输出高电平、输出低电平、关门电平、开门电平、
阈值电平等等。测试电路如图 1-4 所示。采用逐点测试法,调节 Rw ,逐点测得 Vi 及 Vo,然
后绘成曲线。
Vcc +5V
R
W
10K
Vi
Vo
图 1-4 电压传输特性测试电路
4) 扇出系数 No
扇出系数 No 是指门电路能驱动同类门的个数,它是衡量门电路负载能力的一个参数。TTL
与非门有两种不同性质的负载,即灌电流负载和拉电流负载,因此,有两种扇出系数,即低
电平扇出系数 N
OL
和高电平扇出系数 N
OH
。通常 I
IH
< I
IL
,则 N
OH
> N
OL
,故常以 N
OL
作为门的扇出系
数。
N
OL
测试电路如图 1-5 所示,门的输入端全部悬空,输出端接灌电流负载R
L
,调节 R
L
使 I
OL
增大,V
OL
随之增高,当 V
OL
达到 V
OLM
(手册中规定低电平规范值 0.4V )时的 I
OL
就是允许灌入
的最大负载电流,则
I
N
OL
=
OL
I
IL
通常 N
OL
≥8。
4
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Vcc +5V
R
L
1K
m
A
I
OL
200Ω
V
V
OL
图 1-5 扇出系数测试电路
五、 实验内容与要求
(1) 验证 TTL 集成与非门 74LS00 的逻辑功能
利用实验装置上已有的 LED 指示灯及电平拨码开关所提供的“0”和“1”电平,测量 74LS00
逻辑功能。测量表格见表 1-1:
表 1-1 74LS00 的逻辑功能测量表
输入 输出
A B Y
0 0
0 1
1 0
1 1
(2) 74LS00 主要参数测试
1) 分别按图 1-2、图 1-3、图 1-5 搭接电路,通过实验得到低电平输入电流 I
IL
是,高电平
输入电流 I
IH
又,低电平输出电流和高电平输出电流,计算出扇出系数,将结果记录入表
1-2。
表 1-2 测量记录表
I
IL
I
IH
I
OL
I
OH
N
OL
2) 测量电压传输特性曲线。电路如图 1-4,调节电位器 R
W
,使 V
I
从 0V 向高电平变化,逐点测量
V
I
和 V
0
的对应值,记录在表 1-3 中。
表 1-2 测量记录表
V
I
V
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3 3.5 4 „
六、 实验报告书写部分的要求(请在下面的空白页中完成,上面已有的表格除外)
(1) 总结示波器、万用表等仪器设备的使用方法及各旋钮的功能。
(2) 填写以上表格的实验数据。
(3) 总结本次实验的收获和结论。
(4) 回答预习思考题。
(5) 其他。
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