数字电路全部实验汇总.pdf

数字电子技术实验报告实验一 门电路逻辑功能及测试.1实验二 数据选择器与应用.4实验三 触发器及其应用.8实验四 计数器及其应用.11 实验五 数码管显示控制电路设计.17实验六 交通信号控制电路.19实验七 汽车尾灯电路设计.25 班级：12 电 创建时间：2010-12-6 19:04:001实验一实验一 门电路逻辑功能及测试门电路逻辑功能及测试一、实验目的：一、实验目的：1.加深了解 TTL 逻辑门电路的参数意义。2.掌握各种 TTL 门电路的逻辑功能。3.掌握验证逻辑门电路功能的方法。4.掌握空闲输入端的处理方法。二、实验设备二、实验设备：THD4 数字电路实验箱，数字双踪示波器，函数信号发射器，74LS00 二输入端四与非门，导线若干。三、实验步骤及内容：三、实验步骤及内容：1.测试门电路逻辑功能。选用双四输入与非门 74LS00 一只，按图接线，将输入电平按表置位，测输出电平 用与非门实现与逻辑、或逻辑和异或逻辑。用74LS00 实现与逻辑。用 74LS00 实现或逻辑。用 74LS00 实现异或逻辑。2.按实验要求画出逻辑图，记录实验结果。3.实验数据与结果将 74LS00 二输入端输入信号分别设为信号 A、B用 74LS00 实现与逻辑 逻辑电路如下：1ABAB创建时间：2010-12-6 19:04:00212374LS00AN45674LS00ANABA 端输入 TTL 门信号，B 端输入高电平，输出波形如下：A 端输入 TTL 门信号，B 端输入低电平，输出波形如下：1、用 74LS00 实现或逻辑逻辑电路如下11ABA BAB 创建时间：2010-12-6 19:04:003 12374LS00AN45674LS00AN910874LS00ANcU1ABA 端输入 TTL 门信号，B 端输入高电平，输出波形如下：A 端输入 TTL 门信号，B 端输入低电平，输出波形如下：2、用 74LS00 实现异或逻辑 ABABBAAB BAABBABA创建时间：2010-12-6 19:04:004 逻辑电路如下：12374LS00AN45674LS00AN910874LS00AN12131174LS00ANBBAAA 端输入 TTL 门信号，B 端输入高电平，输出波形如下：A 端输入 TTL 门信号，B 端输入低电平，输出波形如下：创建时间：2010-12-6 19:04:005实验二实验二 数据选择器及其应用数据选择器及其应用一、实验目的一、实验目的1.通过实验的方法学习数据选择器的电路结构和特点。2.掌握数据选择器的逻辑功能及其基本应用。二、实验设备二、实验设备1.数字电路实验箱2.示波器3.74LS153、74LS00 及基本电路三、实验内容三、实验内容1.某导弹发射场有正、副指挥员各一名，操作员两名。当政副指挥员同时发出命令时，两名操纵员中有一人按下发射按钮，即可产生一个点火信号发射导弹，试用以上仪器设计组合逻辑电路，完成点火信号的控制，写出函数式，列出真值表，画出实验电路。2.设计一个一位全加器。四、实验步骤与结果四、实验步骤与结果1.点火信号控制电路组合逻辑电路采用正逻辑。A、B、C、D 为四个输入变量（A、B为指挥员，C、D 为操作员），F 表示输出变量（1 表示发射，0 表示不发射）。真值表为：ABCDF111011101111111画出卡诺图：ABCD00011110创建时间：2010-12-6 19:04:006000000010010110010100010降维卡诺图：根据降维卡诺图得到如下表达式：D)AB(CABCDCABF组合逻辑电路为:ABC00011110000D010010创建时间：2010-12-6 19:04:0072.一位全加器组合逻辑电路中 A、B、C 为输入端，S1、C0 为输出端，其中 A 为被加数，B 为加数，C 为前级加法器的进位，S1 为和的个位，C0 表示是否进位。真值表为：ABCS1C00000000110010100110110010101011100111111 根据真值表，画出卡诺图：SABCI000111100010111010ABCI0001111000010创建时间：2010-12-6 19:04:008 C0降维后：组合逻辑电路为:实验三实验三 触发器及其应用触发器及其应用 一、实验目的：一、实验目的：熟悉基本 D 触发器的功能测试。了解触发器的两种触发方式（脉冲电平触发和脉冲边沿触发）及10111AB00011110S1 端CICICICICO 端0CI1CI创建时间：2010-12-6 19:04:009触发特点。熟悉触发器的实际应用。二、实验设备二、实验设备:数字电路实验箱函数信号发生器数字万用表74LS00、74LS74三、实验原理：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，也是数字逻辑电路中一种重要的单元电路。在数字系统和计算机中有着广泛的应用。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。触发器有集成触发器和门电路组成的触发器。触发方式有电平触发和边沿触发两种。D 触发器在时钟脉冲 CP 的前沿（正跳变 01）发生翻转，触发器的次态取决于 CP 的脉冲上升沿到来之前 D 端的状态，即=D。因此，它具有置 0、置 1 两种功能。由于在 CP=1 期间电路具有维持阻塞作用，所以在 CP=1 期间，D 端的数据状态变化，不会影响触发器的输出状态。和分别是决定触发器初始状态的直接置 0、置1 端。当不需要强迫置 0、置 1 时，和端都应置高电平（如接+5V 电源）。74LS74，74LS175 等均为上升沿触发的边沿触发器。图一为 74LS74 的引脚图和逻辑图。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。74LS74 引脚图和逻辑图四、实验内容：四、实验内容：1一个水塔液位显示控制的示意图，虚线表示水位。传感器 A B 被水浸没时会有高电平输出，I 是水泵控制电路逻辑函数，L 是水泵的控制信号，信号为 1 时水泵开启，设计 I 的逻辑电路。要求，水位低于 A 时开启水泵 L，水位高于 B 时，关闭水泵 L。2用 D 触发器和若干门电路，设计一个用在智力竞赛中两组抢答者的灯光显示电路。要求：先抢答者按下抢答开关发出灯光显示，同创建时间：2010-12-6 19:04:0010时封锁后抢答者的灯光显示电路，最后由主持人清除灯光显示和封锁信号，用实验验证设计结果。五、实验方法与结果：五、实验方法与结果：1.根据题意列出真值表为水位下降：水位下降：水位上升：水位上升：利用 RS 触发器电路：12374ALS00ANaU145674ALS00ANbU1910874ALS00ANcU1BLA2.设计电路图如下：1Q1/Q2Q2/Q1D2D1/RD 2/RD 1CP 2CP关关 1关关 2关关 3+12374ALS00ANaU145674ALS00ANbU1CP其中在触发器 CP 端接入 10Kz 脉冲，用示波器记录 6 端输出相对于CP 的波形ABL100110011ABL011111100创建时间：2010-12-6 19:04:0011开关未按时：开关按下时：实验四实验四 计数器及其应用计数器及其应用一、实验目的一、实验目的创建时间：2010-12-6 19:04:00121.熟悉常用中规模计数器的逻辑功能。2.掌握二进制计数器和十进制计数器的工作原理。二、实验设备二、实验设备1.数字电路实验箱2.数字万用表2.数字双踪示波器3.74LS90三、实验原理三、实验原理计数是一种最简单的基本运算，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。计数器按计数进制分有：异步计数器，同步计数器；按计数功能分有：加法计数器，减法计数器，双向计数器等。目前，TTL 和 CMOS 电路中计数器的种类很多，大都具有清零和预置功能，使用者根据器件手册就能正确地运用这些器件。实验中用到异步清零二五十进制异步计数器 74LS90 和异步清零同步置数四位二进制计数器 74LS161。1、异步清零 2-5-10 进制异步计数器 74LS9074LS90 是一块 2-5-10 进制异步计数器，它由四个主从 JK 触发器和一些附加门电路组成，其中一个触发器构成一位二进制计数器；另三个触发器构成异步五进制计数器。在 74LS90 计数器电路中，设有专用置 0 端 R01 R02 和置 9 端 S91 S92。当 R1=R2=S1=S2=0 时，时钟从 CP1 引入，Q0 输出为二进制；时钟从 CP2 引入，Q3 输出为五进制；时钟从 CP1 引入，Q0 接 CP2，即二进制的输出与五进制的输入相连，则 Q3Q2Q1Q0 输出为十进制 8421BCD 码；时钟从 CP2 引入，而 Q3 接 CP1，即五进制的输出与二进制的输入相连，Q0Q3Q2Q1 输出为十进制 5421BCD 码。创建时间：2010-12-6 19:04:001374LS9074LS90 功能表功能表输入输出)1(0R)2(0R)1(9S)2(9SCP3Q2Q1Q0Q110000011000000111001011100100计数00计数00计数00计数四、实验内容四、实验内容1.实现 0-9 十进制计数2.实现六进制计数3.实现 0，2，4，6，8，1，3，5，7，9 计数五、实验操作与结果五、实验操作与结果1、输入信号为=5Hz,5V 方波，用 74LS90 实现十进制设计电路如下：创建时间：2010-12-6 19:04:0014状态转换真值表 8421BCD 计数3Q2Q1Q0Q13nQ12nQ11nQ10nQ00000001000100100010001100110100010001010101011001100111011110001000100110010000（二）输入信号为=5Hz,5V 方波利用清零法，六进制，0110 清零，将 Q1 接 R01,Q2 接 R02状态转换真值表创建时间：2010-12-6 19:04:00153Q2Q1Q0Q13nQ12nQ11nQ10nQ000000010001001000100011001101000100010101010000（三）输入信号为=5Hz,5V 方波，用 74LS90 实现0、2、4、6、8、1、3、5、7、9首先，列出真值表输入输出3Q2Q1Q0QF00000001020100401106100080001100113创建时间：2010-12-6 19:04:0016010150111710019与与 5421BCD 码的真值表进行比较码的真值表进行比较0Q3Q2Q1Q13nQ12nQ11nQ10nQ00000001000100100010001100110100010010001000100110011010101010111011110011000000比较得只要将 5421BCD 输出的 0Q 移到末端即可实现所需序列故将 CP1 接 3Q，CP2 接输入方波信号创建时间：2010-12-6 19:04:0017实实验验三三 数数码码管管显显示示控控制制电电路路一一、设设计计任任务务与与要要求求1.能自动循环显示数字 0，1，2，3，4，1，3，0，2，4二、二、实验设备实验设备：数字电路实验箱；数字双踪示波器；数字万用表；仿真软件multisim;74LS00、74LS90、电阻和电容。三、三、实验原理：实验原理：1.利用 74LS90、74LS00、74LS10 实现逻辑功能；2.经过卡诺图化简实现码制转换出现所需数列；3.用 74LS47 驱动七段译码管，经过数码管显示。四、四、实验设计过程及电路图实验设计过程及电路图：1)74LS90 产生十进制计数器（5421BCD）以及所设计的序列相互对应如下表所示Q0Q3Q2Q1F3F2F1F0000000000001000100100010001100110100010010000001100100111010000010110010110101002）卡诺图如下：F1：创建时间：2010-12-6 19:04:0018Q0Q3Q2Q10 0 011110000000100111111010F0：Q0Q3Q2Q10 0 011110000010110111101000 F0=Q0/Q2/Q3+/Q0Q1/Q3 F1=0 F2=Q3 F3=/Q0Q2+Q0Q1 电路图如下：创建时间：2010-12-6 19:04:0019五、实验总结：五、实验总结：1对卡诺图的化简是关键，这直接决定了所用门的多少；2使用仿真软件 multisim 时要注意线路的排布，防止混淆；3使用仿真软件 multisim 时可以采用分开测试和分模块测试的方法，这样可以很快找出原因。实实验验六六 交交通通的的信信号号灯灯控控制制电电路路一一、设设计计任任务务与与要要求求1设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间设为25s；2要求黄灯先亮 5 秒，才能变换运行车道；3黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次 。二二、设设计计原原理理图图创建时间：2010-12-6 19:04:00201分析系统的逻辑功能 画出系统框图，它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作TL:表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25 秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。TY：表示黄灯亮的时间间隔为 5 秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。ST：表示定时器到了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。2画出交通灯控制器的 ASM（Algorithmic State Machine，算法状态机）（1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL 时，控制器发出状态信号 ST，转到下一工作状态。（2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔 TY 时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。（3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL 时，控制器发出状态转换信号 ST，转到下一工作状态。（4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔创建时间：2010-12-6 19:04:0021TY 时，控制器发出状态转换信号 ST，系统又转换到第（1）种工作状态。交通灯以上 4 种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为 00、01、11、10，并分别用S0、S1、S3、S2 表示，则控制器的工作状态及功能如表 12、1所示，控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见，把灯的代号和灯的驱动信号合二为一，并作如下规定：表表 1 12 2、1 1 控控制制器器工工作作状状态态及及功功能能 控制状态信号灯状态车道运行状态S0（00）甲绿，乙红甲车道通行，乙车道禁止通行S1（01）甲黄，乙红甲车道缓行，乙车道禁止通行S3（11）甲红，乙绿甲车道禁止通行，甲车道通行S2（10）甲红，乙黄甲车道禁止通行，甲车道缓行AG=1：甲车道绿灯亮；BG=1：乙车道绿灯亮；AY=1：甲车道黄灯亮；BY=1：乙车道黄灯亮；AR=1：甲车道红灯亮；BY=1：乙车道红灯亮；由此得到交通灯的 ASM 图，如 图 12、2 所示。设控制器的初始状态为 S0（用状态框表示 S0），当 S0 的持续时间小于 25秒时，TL=0（用判断框表示 TL），控制器保持 S0 不变。只有当S0 的持续时间等于 25 秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示 ST），并转换到下一个工作状态。依此类推可以弄懂 ASM 图所表达的含义。3单元电路的设计 （1）定时器 定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的计数器构成，要求计数器在状态信号 ST 作用下，首先清零，然后在创建时间：2010-12-6 19:04:0022时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1 计数，向控制器提供模 5 的定时信号 TY 和模 25 的定时信号 TL。由两片 74LS163 级联组成的定时器电路如图 12、4 所示 图 12、3 74LS163 的外引线排列图和时序波形图 （2）控制器 控制器是交通管理的核心，它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从 ASM 图可以列出控制器的状态转换表，如表 12、3 所示。选用两个 D 触发器 FF1、FFO 做为时序寄存器产生 4 种状态，控制器状态转换的条件为 TL 和 TY，当控制器处于 Q1n+1Q0n+1 00 状态时，如果 TL 0，则控制器保持在 00状态；如果，则控制器转换到 Q1n+1Q0n+1 01 状态。这两种情况与条件 TY 无关，所以用无关项 X表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号 ST。表 12.2 74LS163 功能表 创建时间：2010-12-6 19:04:0023表 12.3 控制器状态转换表 状态转换表根据表 12.3、可以推出状态方程和转换信号方程，其方法是：将 Q1n+1、Q0n+1 和 ST 为 1 的项所对应的输入或状态转换条件变量相与，其中 1用原变量表示，0用反变量表示，然后将各与项相或，即可得到下面的方程：根据以上方程，选用数据选择器 74LS153 来实现每个 D 触发器的输入函数，将触发器的现态值 加到 74LS153 的数据选择输入端作为控制信号即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图 12.5 所示。图中 R、C 构成上电复位电路 。图 12、5 控制器电路图 创建时间：2010-12-6 19:04:0024（3）译码器 译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、Q0 的 4 种工作状态，翻译成甲、乙车道上 6 个信号灯的工作状态。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4 所示。表 12、4 控制器状态编码与信号灯关系表 状态AGAYARBGBYBR001000010101100011101010010000010译码器电路图(4)555 定时器电路至至此此交交通通灯灯信信号号灯灯控控制制电电路路已已完完成成要要求求功功能能，整整体体电电路路图图如如下下：创建时间：2010-12-6 19:04:0025经仿真软件测试满足设计要求四四、实实验验仪仪器器设设备备1数字电路实验箱 2集成电路74LS74、74LS20、74LS00、74LS153、74LS163、NE555 3电阻、电容4.其它 发光二极管 6 只 实实验验七七 汽汽车车尾尾灯灯控控制制电电路路1.设计任务与要求：设计一个一个汽车尾灯（四个灯）控制电路，使尾灯能随着汽车运动状态的改变而发生亮灭变化。要求：汽车刹车时尾灯全灭；汽车左转时四个尾灯从左向右依次变亮，以此循环；汽车右转时四个尾灯从右向左以此变亮，依次循环；汽车正常行驶时，尾灯全亮。2.设计原理创建时间：2010-12-6 19:04:0026(1)模拟汽车的运行状态如下S1 合向上边，S2 和向下边，汽车右转；S1 合向下边，S2 和向上边，汽车左转；S1、S2 同时合向上边时，汽车在刹车状态；S1、S2 同时合向下边时，汽车正常运行。(2)实验原理与内容列出真值表如下ABQ1Q2L1L2L3L40100100001010100011000100111000110000100100110001010000110110010111111000000L1=ABQQBAQQBA1212ABBAQAQ12ABm1L2=ABQQBAQQBA1212ABBAQAQ12ABm3L3=ABQQBAQBQA1212ABBAQAQ12ABm5L4=ABQQBAQBQA1212ABBAQAQ12ABm7,作为 74LS138 的三个输入，对应图中 C,B,A.，,2Q1QABA1m,就是 74LS138 的输出 Y1,Y3,Y5,Y7。然后按照以上四个3m5m7m逻辑表达式利用 74LS00 连接电路，即可达到实验目的。实验仿真电路图如下创建时间：2010-12-6 19:04:0027