数字电子技术实验讲义.doc

预备实验 门电路逻辑功能及测试

一、 实验目的

1. 熟悉门电路逻辑功能。
2. 熟悉示波器使用方法。

二、 实验仪器及材料

双踪示波器
74LS00 四2输入与非门 2片
74LS20 二4输入与非门 1片
74LS86 四2输入异或门 1片

三、 预习规定

1. 复习门电路工作原理及相应逻辑表达式。
2. 熟悉所用集成电路的引线位置及各引线用途。
3. 了解双踪示波器使用方法。

图0-1

四、 实验内容

实验前先检查电源是否正常，然后选择实验用的集成电路，按自己的实验接线图接好连线，特别注意Vcc及地线不能接错。先接好后经实验指导教师检查无误后可通电实验。实验中改动接线须先断开电源，接好线后再通电实验。

1. 测试门电路逻辑功能
1) 选用74LS20按图0-1接线输入端接S1-S4（电平开关输出插口），输出端接电平显示发光二极管（D1-D8任意一个）。
2) 将电平开关按表0-1置位，分别测出电压及逻辑状态。

表0-1
输 入
输 出
1
2
3
4
Y
电压（V）
H
H
H
H

L
H
H
H

L
L
H
H

L
L
L
H

L
L
L
L

2. 异或门逻辑功能测试
1) 选74LS86按图0-2接线输入端1、2、4、5接电平开关，输出端A、B、Y接电平显示发光二极管。
2) 将电平开关按表0-2置位，将结果填入表中。

图0-2

表0-2
输 入
输 出
A
B
Y
L
L
L
L

H
L
L
L

H
H
L
L

H
H
H
L

H
H
H
H

L
H
L
H

3. 逻辑电路的逻辑关系
1) 用74LS00按图 0-3，0-4接线，将输入输出逻辑关系分别填入表0-3，0-4中。
2) 写出上面两个电路逻辑表达式。
图 0-3

表0-3
输 入
输 出
A
B
Y
Z
L
L

L
H

H
L

图 0-4

H
H

表0-4
输 入
输 出
A
B
Y
Z
L
L

L
H

H
L

H
H

4. 运用与非门控制输出
用74LS00按图0-5接线，S接任一电平开关用示波器观测S对输出脉冲的控制作用。
5. 用与非门组成其它门电路并测实验证
1) 组成或非门：用一片四2输入与非门组成或非门，画出电路图，测试并填表0-5。
2) 组成异或门：将异或门表达式转化为与非门表达式后，画出逻辑电路图，测试并填表0-6。

表0-6
输 入
输 出
A
B
Y
0
0

0
1

1
0

1
1

表0-5
输 入
输 出
A
B
Y
0
0

0
1

1
0

1
1

图 0-5

五、 实验报告
1. 按各环节规定填表并画出逻辑图。
2. 思考题
1) 如何判断门电路逻辑功能是否正常？
2) 与非门的一个输入接连续脉冲，其余端什么状态时允许脉冲通过？什么状态时严禁脉冲通过？
3) 异或门又称可控反相门，为什么？
实验一 TTL与非门重要参数测试

一、 实验目的

掌握TTL与非门电路重要参数的意义及测试方法。

二、 实验仪器及材料

双踪示波器 1台
直流稳压电源 1台
直流表（μA/mA） 各1只
万用表 1只

三、 实验内容

测试表所列TTL与非门的各项参数，记录测试结果。

待测参数

符号

测试条件

测试电路

测试结果

输入短路电流

待测输入接地，其余开路，空载

0.22

输入交叉漏电流

待测输入接+5V，其余接地，空载

X

输出
高电平

待测输入接地，其余开路。

4.37

输出
低电平

待测输入接+1.8V，其余开路，负载接380Ω。

0.37

开门电平

待测输入端接可变电源，输出接等效负载，时

1.28

关门电平

待测输入端接可变电源，输出时

1.07

扇出系数

待测输入接+1.8V，调，保证输出电压，

10ma

空载通导功耗

输入端所有开路，输出空载

1ma

空载截止功耗

待测输入端短路，输出空载

同上

平均传输延迟时间

X
注：平均延迟时间及其测试原理
平均延迟时间

图1-1 平均传输延迟时间
如图1-1所示，是输出脉冲下降到0.5相对于输入脉冲上升到0.5的延迟，叫做导通延迟时间。是输入脉冲上升到0.5相对于输出脉冲下降到0.5的延迟，叫做截止延迟时间。测试可用环形振荡器法，电路如图1-2（a）所示。这种方法是用奇数个与非门组成环形振荡器。图1-2（a）是用三个与非门组成环形振荡器，1-2（b）是各点的波形，由波形图可见，由三个与非门组成的环形振荡器的输出波形（图中3点波形）的周期，正好是三个与非门的平均延迟时间的2倍，即，其中T由示波器测定。

四、 实验报告

1. 记录TTL与非门的各项参数的测试结果。
2. 思考题
1) 根据测得的开门电平和关门电平分别求出电路的高电平噪声容限和低电平噪声容限。
2) 为什么一个与非门的扇出系数仅由输出为低电平时的扇出系数来决定？
3) 能否将两个TTL与非门的输出端并接在一起工作？为什么？

（a）tpd测试电路

图1-2 环形振荡器及各点波形

实验二 组合逻辑电路（半加器全加器及逻辑运算）

一、 实验目的

1. 掌握组合逻辑电路的功能测试。
2. 验证半加器和全加器的逻辑功能。
3. 学会二进制数的运算规律。

二、 实验仪器及材料

74LS00 四2输入与非门 3片
74LS86 四2输入异或门 1片
74LS54 四组输入与或非门 1片

三、 预习规定

1. 预习组合逻辑电路的分析方法。
2. 预习用与非门和异或门构成的半加器、全加器的工作原理。
3. 预习二进制数的运算。

四、 实验内容

图2-1 74LS00逻辑电路功能测试

1. 组合逻辑电路功能测试。

1) 用2片74LS00组成图2-1所示逻辑电路。为便于接线和检查，在图中要注明芯片编号及各引脚相应的编号。
2) 图中A、B、C接电平开关，Y1、Y2接发光管电平显示。
3) 按表2-1规定，改变A、B、C的状态填表并写出Y1、Y2逻辑表达式。
4) 将运算结果与实验比较。
表2-1
输 入
输 出
A
B
C
Y1
Y2
0
0
0

0
0
1

0
1
1

1
1
1

1
1
0

1
0
0

1
0
1

0
1
0

图2-2

2. 测试用异或门(74LS86)和与非门组成的半加器的逻辑功能。
根据半加器的逻辑表达式可知，半加器Y是A、B的异或，而进位Z是A、B相与，故半加器可用一个集成异或门和二个与非门组成如。
1) 用异或门和与门接成以上电路。A、B接电平开关S。Y、Z接电平显示。
2) 按表2-2规定改变A、B状态，填表。

表2-2

输入端
A
0
1
0
1
B
0
0
1
1

输出端
Y

Z

图 2-3

3. 测试全加器的逻辑功能。
1) 写出图 2-3电路的逻辑表达式。
2) 根据逻辑表达式列真值表。
3) 根据真值表画逻辑函数Si、Ci的卡诺图。

Y= Z= X1= X2=
X3= Si= Ci=

BiCi-1
Ai

00

01

11

10
0

1

BiCi-1
Ai

00

01

11

10
0

1

Si= Ci=

4) 填写表 2-3各点状态

表2-3
Ai
Bi
Ci-1
Y
Z
X1
X2
X3
Si
Ci
0
0
0

0
1
0

1
0
0

1
1
0

0
0
1

0
1
1

1
0
1

1
1
1

5) 按原理图选择与非门并接线进行测试，将测试结果记入表2-4，并与上表进行比较看逻辑功能是否一致。

4. 测试异或、与或非门和非门组成的全加器的逻辑功能。

全加器可以用两个半加器和两个与门一个或门组成，在实验中，常用一块双异或门、一个与或非门和一个与非门实现。
1) 画出用异或门、与或非门和非门实现全加器的逻辑电路图，写出逻辑表达式。
2) 找出异或门、与或非门和与门器件按自己画出的图接线。接线时注意与或非门中不用的与门输入端接地。
3) 当输入端Ai、Bi及Ci-1为下列情况时，用万用表测量Si和Ci的电位并将其转为逻辑状态填入下表。

表2-4
Ai
Bi
Ci-1
Ci
Si
0
0
0

0
1
0

1
0
0

1
1
0

0
0
1

0
1
1

1
0
1

1
1
1

输入端
Ai
0
0
0
0
1
1
1
1
Bi
0
0
1
1
0
0
1
1
Ci-1
0
1
0
1
0
1
0
1
输出端
Si

Ci

五、实验报告
1. 整理实验数据、图表并对实验结果进行分析讨论。
2. 总结组合逻辑电路的分析方法。

实验三 组合逻辑电路设计

一、 实验目的

掌握组合逻辑电路的设计方法。

二、 实验仪器及材料

74LS20 二4输入与非门 3只
74LS00 四2输入与非门 3只

三、 实验任务

1. 设计一个数字锁

设该锁网络示意图如图3-1， 其中A、B、C、D是四个二进制代码输入端，E为开锁控制输入端。每把锁都有规定的四位数字代码（设该锁的数字代码为1011），若输入代码符合该锁代码，开锁（控制输入端E=1）时，锁才被打开（F1=1）；若不符，开锁时，电路将发出报警信号（F2=1），规定用最少的与非门实现。
图3-1 数字锁示意图

1) 设计规定
写出逻辑表达式，画出实验电路图。
2) 搭试电路进行验证。

2. 按表3-1的规定设计一个逻辑电路

1) 设计规定
输入信号仅提供原变量，规定用最少数量的与非门实现，写出逻辑表达式，画出逻辑图。
2) 搭试电路验证逻辑功能，记录实验结果。

表3-1
输 入
输出
输 入
输出
A
B
C
D
F
A
B
C
D
F
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0

3. 用三只74LS00实现一个全加器

1) 设计规定
写出设计过程，画出实验电路图。
2) 搭试电路进行验证，记录实验结果。
实验四 时序逻辑电路设计

一、 实验目的

掌握同、异步时序逻辑电路的设计方法。

二、 实验设备与器材

频率计 1台
双踪示波器 1台

三、 实验环节与任务

1. 用JK触发器设计一个8421码十进制同步计数器。
1) 设计规定：
A. 写出设计过程；
B. 画出实验电路。
2) 按设计的逻辑图搭试电路，用单次脉冲作为计数输入脉冲，计数状态用发光二极管监测。
3) 逐个输入计数脉冲，观测并记录结果。
4) 用1KHz（或100KHz）时钟作为计数输入脉冲CP，用示波器观测并记录CP及计数器各输出端的相应波形。
2. 用JK触发器设计一个8421码十进制异步加法器。
规定同1。
3. 用D触发器设计一个同步四相对钟发生器，其输入输出波形分别如图4-1所示。
图4-1 四相发生器的示意图及输入输出波形图

1) 设计规定：
A. 写出设计过程；
B. 画出实验电路。
2) 试搭接电路，其中四相对钟的时钟为100KHz的时钟脉冲，用示波器观测并画出CP、、、、的相应波形。
实验五 顺序脉冲和脉冲分派器电路

一、 实验目的

通过实验进一步掌握顺序脉冲发生器和脉冲分派器等电路的原理，学会自行设计和使用这类电路。

二、 实验设备与器材

TTL芯片：74LS112 双下降沿触发J-KFF 1片
74LS160/161 十进制/十六进制同步计数器 1片
74LS00 四2输入与非门 1片
74LS10 3输入三与非门 2片
74LS04 六反相器 1片
CMOS芯片：CD4013 双D触发器 2片

三、 实验任务

图5-1 顺序脉冲发生器

1. 顺序脉冲发生器的功能测试
如图5-1所示电路为扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器。图中FF2、FF1用边沿J-KFF74LS112。完毕电路连接。在CP端加点脉冲，测出电路的的状态变化顺序，画出状态转换图形式。在CP端加连续脉冲，观测并记录和CP的波形，画出时序图。
2. 顺序脉冲发生器的设计
试用DFF设计一个能自启动的环形计数器，电路的输出为一组顺序脉冲，脉冲宽度为2ms，脉冲的高低电平值分别为5V和0V。试自行设计电路，合理选取器件。完毕电路的连接，测试电路的功能。
3. 脉冲分派电路的设计
三相六拍步进机的脉冲分派电路的状态转换图5-2所示。C为控制变量，当C=0时，步进机正转，C=1时，步进机反转。试设计该电路，画出电路图。完毕电路的接线，测试电路的功能，检查所设计的电路能否自启动？

4. 序列脉冲发生器
图5-3 序列脉冲发生器电路

图5-3所示为一个序列脉冲发生器电路。图中芯片使用74LS160同步计数器。在CP端加点脉冲，观测芯片和Y的状态变化，说明电路在CP的作用下Y端能输出什么样的脉冲序列？若希望输出端能周期性的输出的脉冲序列，则电路应当如何改接？试实验之。

四、 思考题

1. 顺序脉冲发生器的特点是什么？可用哪几种方法实现？各有何优缺陷？
2. 步进机的脉冲分派电路的自启动问题你认为应如何解决？以实验角度考虑，尚有别的办法吗？
3. 试设计一个四相八拍的步进机脉冲分派电路，并通过实验验证电路的功能。
4. 试用74LS161芯片和部分门电路设计一个脉冲序列电路。规定电路的输出端Y在时钟CP的作用下，能周期性地输出01的脉冲序列。

实验六 用TTL与非门构成脉冲电路
一、 实验目的
1. 掌握用集成与非门构成的单稳态触发器和自激多谐振荡器的工作原理。
2. 学习单稳态触发器和多谐振荡器的设计方法和实验调整方法。

二、 实验设备与器材

双踪示波器 1台； 1KΩ电位器 1只；
74LS00（四2输入TTL与非门） 1只； 电阻、电容 若干。

三、 实验环节与任务

1. 微分型单稳态触发器
1) 按照图6-1接好线路，将100KHz的脉冲作为输入信号。

图6-1 微分型单稳态触发器
2) 用示波器分别测量、、、，并按同一时间坐标画出各点波形。
3) 按表6-1选取时钟频率和定期元件参数，用示波器分别测量各情况下的脉宽，将结果填入表内与理论值进行比较。
表6-1
时钟频率
R（Ω）
C（F）
测量值
计算值
100KHz
510
5100P

100KHz
510
3300P

1KHz
330
0.47μ

2. 设计一个积分型单稳态触发器
用100KHz的时钟作为触发信号，规定输出脉冲宽度，选择定期电容C为3300p，通过调整定期电阻，使实际电路符合设计规定。测量并记录定期电阻值。

3. 用74LS00设计一个多谐振荡器
使其周期T=15。取C=0.01μ，通过调整定期电阻使电路符合设计规定。测量并记录电阻值。

四、 思考题

1) R取值受何限制？为什么？
2) 单稳态触发器是上升沿还是下降沿触发？为什么？

实验七 555时基电路

一、 实验目的

1. 掌握555时基电路的结构和工作原理，学会对此芯片的对的使用。
2. 学会分析和测试用555时基电路构成的多谐振荡器，单稳态触发器典型电路。

二、 实验设备与器材

1. 双踪示波器
2. 器件
NE556（或LM556，5G556等）双时基电路 1片
二极管1N4148 2只
电位器22K、1K 2只
电阻、电容 若干
扬声器 1只

三、 实验环节与任务

图7-1 时基电路556管脚图

1. 555时基电路功能测试
本实验所用的555时基电路芯片为NE556，同一芯片上集成了两个各自独立的555时基电路，图中各管脚的功能简述如下：
TH高电平触发端：当TH端电平大于2/3Vcc，输出端OUT呈低电平，DIS端导通。
低电平触发端：当端电平小于1/3Vcc，输出端OUT呈高电平，DIS端关断。
复位端：=0，OUT端输出低电平，DIS端导通。
VC控制电压端：VC接不同的电压值可以改变TH，的触发电平值。
DIS放电端：其导通或关断为RC回路提供了放电或充电的通路。
OUT电压输出端
芯片的功能如表7-1所示，管脚如图7-1所示，功能简图如图7-2所示。
表7-1
TH

OUT
DIS
X
X
L
L
导通
>2/3Vcc
>1/3Vcc
H
L
导通
<2/3Vcc
>1/3Vcc
H
原状态
原状态
<2/3Vcc
<1/3Vcc
H
H
关断
1) 按图7-3接线，可调电压取自电位器分压器。
2) 按表7-1逐项测试其功能并记录。
图7-4 多谐振荡器电路

2. 555时基电路构成的多谐振荡器电路如图7-4所示。

1) 按图接线。图中元件参数如下：

2) 用示波器观测并测量OUT端波形的频率，和理论估算值比较，算出频率的相对误差值。
3) 若将电阻值改为电容C不变，上述数据有何变化？
4) 根据上述电路的原理，充电回路的支路是，放电回路的支路，将电路略做修改，增长一个电位器和两个引导二极管，构成图7-5所示的占空比可调的多谐振荡器。其占空比为 改变的位置，可调节q值。
合理选择元件参数（电位器选用22KΩ），使电路的占空比q=0.2，调试正脉冲宽度为0.2ms。
调试电路，测出所用元件的数值，估算电路的误差。

图7-6 单稳态触发器电路
图7-5 占空比可调的多谐振荡器电路

3. 555构成的单稳态触发器
实验如图7-6所示。
1) 按图7-6接线，图中，是频率约为10KHz左右的方波时，用双踪示波器观测OUT端相对于的波形，并测出输出脉冲的宽度。
2) 调节的频率，分析并记录观测到的OUT端波形的变化。
3) 若想使，如何调整电路？测出此时各有关的参数值。

4. 应用电路

图7-7所示用556的两个时基电路构成低频对高频调制的救护车警铃电路。
1) 参考实验内容2拟定图7-7中未定元件参数。
2) 按图接线，注意扬声器先不接。
3) 用示波器观测输出波形并记录。
4) 接上扬声器，调整参数到声响效果满意。
图7-7 用时基电路组成警铃电路

5. 时基电路使用说明

556定期器的电源电压范围较宽，可在+5V——+16V范围内使用（若为CMOS的555芯片则电压范围在+3V——+18V内）。电路的输出有缓冲器，因而有较强的带负载能力，双极性定期器最大灌电流和拉电流都在200mA左右，因而可直接推动TTL或CMOS电路中的各种电路，涉及能直接推动蜂鸣器等器件。
本实验所使用的电源电压Vcc=+5V。

四、 实验报告

1. 按实验内容各步规定整理实验数据。
2. 画出实验内容3和4中的相应波形图。
3. 画出实验内容4最终调试满意的电路图并标记出各元件参数。
4. 总结时基电路基本电路及使用方法。

实验八 移位型控制器设计

一、 实验目的

熟悉移位型控制器的设计及实验。

二、 实验设备与器材

双踪示波器 1台
74LS76（TTL双JK触发器）
74LS00（TTL四2入与非门）
74LS20（TTL二4入与非门）
74LS74（TTL双D触发器）
74LS90（TTL二-五-十计数器）

三、 实验环节与任务

1. 某一小型数字系统的控制过程可用表8-1状态来描述，其中X、Y是外部控制输入，试用JK触发器为该系统设计一个移位型控制器。
规定：
1) 写出设计过程；
2) 画出实验电路；
3) 验证并记录实验结果。

表8-1
当前状态
下一状态
输 出F
XY=00
XY=01
XY=10
XY=11
00
01
10
11
A
A
B
C
D
1
0
0
0
B
A
A
C
D
0
1
0
0
C
A
B
B
D
0
0
1
0
D
A
B
C
D
1
1
1
1

2. 设计一个四状态的移位型控制器，规定它在第一个状态的停留时间为一个时钟周期，在第二个状态的停留时间为二个时钟周期，第三个状态的停留时间为三个时钟周期，第四个状态的停留时间为四个时钟周期后返回第一个状态，然后进行第二个循环（提醒：为使系统在每个状态的停留规定数量的时钟周期，要使用计数器）。
规定：
1) 写出设计过程；
2) 画出实验电路；
3) 连接电路，用示波器观测并画出CP与控制器各输出端的相应波形。
实验九 简易十字路口交通管理系统设计

一、 实验目的

训练对简朴数字系统的设计和实验能力。

二、 实验设备与器材

万用表 1只
双踪示波器 1台
74LS00（TTL四2入与非门）
74LS04（六反相器）
74LS08（TTL四2入与门）
74LS20（TTL二4入与非门）
74LS74（TTL双D触发器）
74LS90（TTL二-五-十计数器）
74LS390（双十进制计数器）

三、 实验任务

设计一个东西南北十字路口交通信号灯的控制装置，使两方向的车辆运营情况如下：
1) 东西方向通行，南北方向禁行（东西方向的绿灯亮，南北方向的红灯亮）。
2) 东西方向停车（东西方向停车线以外的车辆严禁通行，停车线以内的车辆通过），南北方向仍然禁行（东西方向的黄灯亮，南北方向的红灯亮）。
3) 东西方向禁行，南北方向通行（东西方向的红灯亮，南北方向的绿灯亮）。
4) 东西方向仍然禁行，南北方向停车（东西方向的红灯亮，南北方向的黄灯亮）。之后又返回1）循环。
各段的历时时间如下：
1) 历时1分钟；
2) 历时10秒钟；
3) 历时1分钟；
4) 历时10秒钟；
规定：画出实验电路并连接电路予以验证。

实验十 多模式彩灯显示系统

一、 实验目的

训练数字系统的设计及实验能力。

二、 实验设备与器材

示波器、万用表、器件自定。

三、 实验任务

设计一个四模式三路彩灯（红、绿、黄三种颜色）显示系统。该系统的显示模式由外部输入Z、Y控制，规定开机自动置入初态后便按规定模式循环运营。设各路彩灯均为8个（红灯序号为r1-r8，绿灯序号为g1-g8，黄灯序号为y1-y8），各模式规定如下：

1． XY=00时，系统的显示模式在以下六个节拍间循环：

第一节拍，依次点亮奇号红灯（r1亮→r1、r3亮→r1、r3、r5亮→r1、r3、r5、r7亮），其余灯均灭。
第二节拍，依次点亮偶号红灯，其余灯均灭。
第三节拍，依次点亮奇号绿灯，其余灯均灭。
第四节拍，依次点亮偶号绿灯，其余灯均灭。
第五节拍，依次点亮奇号黄灯，其余灯均灭。
第六节拍，依次点亮偶号黄灯，其余灯均灭。

2． XY=01时，系统的显示在第一、二节拍间循环。

3． XY=10时，系统的显示在第三、四节拍间循环。

4． XY=11时，系统的显示在第五、六节拍间循环。
实验十一 示波器多踪显示接口

一、 实验目的

1. 了解多路模拟开关工作原理及应用。
2. 进一步了解示波器显示原理及使用方法。
3. 学习调试电路方法及分析能力。

二、 预习规定

1. 复习定期器、运算放大器、计数器及模拟开关原理和使用。
2. 画出原理图中定期器的实际电路，并标出图中管脚号。
3. 阅读示波器原理及使用方法参考资料。
4. 拟订实验环节及登记表格。

三、 实验说明

常用示波器为单踪和双踪两种，如同时要观测两路以上波形可在被测信号和示波器输入端之间加一接口电路。接口电路由时钟产生器、计数器、多路模拟开关及求和运算放大器四部分组成。
1. 时钟产生器
使用定期电路555，规定输出频率为20KHz～50KHz可调,输出稳定。
2. 计数器
使用四位二进制计数器电路74LS163，只用2位输出和，有四种状态组合，控制模拟开关的4路信号选通。
3. 模拟开关
用2片4051模拟开关电路分别接通直流和交流信号。直流信号通过4个电位调节起，使多路输入信号在示波器屏幕上分开，交流信号即是要观测的信号。两个模拟开关的控制端并接，由计数器来的信号控制。
4. 运算放大器
接成反相求和电路。使两个模拟开关的直流信号和交流信号相加后在输出端送入示波器显示。
5. 实验中所用负电源可用555定期器电路产生。
图11-1

应用电路中经常规定一个与原电压大小相等，极性相反的，输出电流较小的负电源，运用555可以达成这个规定。图11-1是将输入4.5～16V正电压变成相应负电压的极性反转电路，调节可在一定范围调节输出电压值。
四、 实验环节与任务

1. 插接并调试好实验所用负电源（-5V）。
2. 按图11-2接线，先不接入S1～S4，调～，在示波器上应显示四条水平亮线。
3. 将S1～S4接在一起，输入100Hz， 0.3V正弦信号，观测输出端波形。
4. 改变输入信号频率（例如：1KHz，10KHz），观测输出波形。
5. S1～S4输入相同频率，不同波形信号（例如：正弦波、三角波、方波等）。观测输出波形。
6. 输入不同频率波形，观测输出波形。

图11-2
实验十二 数字电子钟
一、 实验目的

1. 掌握数字电子钟的设计、组装与调试方法。
2. 熟悉集成电路的使用方法。

二、 设计内容及规定

1. 设计一个有＂分＂、＂秒＂、＂时＂（23小时59分59秒）显示、且有校时功能的电子钟。
2. 用中小规模集成电路组成电子钟、并在实验箱上进行组装、调试。
3. 画出框图和逻辑电路图，写出设计、实验总结报告。
4. 选做：
1) 闹钟系统．
2) 整点报时。在59分51秒、53秒、55秒、57秒输出750HZ音频信号，在59分59秒时输出1000HZ信号，音响连续1秒，在1000HZ音响结束时刻为整点 。
3) 日历系统。
图12-1 数字电子钟的逻辑框图

三、 数字电子钟基本原理

　数字电子钟的逻辑框图如图12-1所示。它由石英晶体振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器和校时电路组成，石英晶体振荡器产生的信号通过振荡器作为秒脉冲，秒脉冲送入计数器计数，计数结果通过＂时＂、＂分＂、＂秒＂译码器显示时间。
1. 石英晶体振荡器
石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简朴、频率易调整。它还具有压电效应，在晶体某一方向加一电场，则在与此垂直的方向上产生机械振动，有了机械振动，就会在相应的垂直面上产生电场，从而使机械振动和电场互为因果，这种循环过程一直连续到晶体的机械强度限止时，才达成最后稳定。这种压电谐振的频率即为晶体振荡器的固有频率。　　　　　　　　　　　
用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图12-2所示。运用两个非门G1和G2自我反馈，使它们工作在线性状态，然后运用石英晶体JU来控制振荡频率，同时用电容C1来作为两个非门之间的耦合，两个非门输入和输出之间并接的电阻R1和R2是作为负反馈元件用，由于反馈电阻很小，可以进似认为非门的输出输入压降相等。电容C2是为了防止寄生振荡。例如：电路中的石英震荡频率是4MHz时，则电路的输出频率为4MHz。
2. 分频器
　由于石英晶体振荡器产生的频率很高，要得到秒脉冲，需要用分频电路。例如，振荡器输出4MHz信号，通过D触发器（74LS74）进行4分频变成1MHz，然后送到10分频计数器（74LS90，该计数器可以用8421码制，也可以用5421码制），通过6次10分频而获得1Hz的方波信号作为秒脉冲信号。
3. 计数器
秒脉冲信号通过6级计数器，分别得到＂秒＂个位，十位，＂分＂个位，十位以及＂时＂个位，十位的计时．＂秒＂、＂分＂计数器为60进制，小时为24进制。
1) 60进制计数器：＂秒＂计数器电路与＂分＂计数器电路都是60进制，它由一级10进制计数器和一级6进制计数器和连接构成，应采用两片中规模集成电路74LS90串接起来构成的＂秒、＂分＂计数器。
74LS90是10进制计数器，QD1作为10进制的进位信号74LS90计数器是10进制异步计数器，用反馈归零法实现10进制计数，IC2和与非门组成6进制计数。74LS90是在CP信号的下降沿反转计数，QA2和QC2相与0101的下降沿，作为＂分＂、（＂时＂）计数器的输入信号。QB2和QC20230高电平1分别送到计数器的清零R0（1），R0（2），74LS90内部的R0（1）和R0（2）与非后清零而使计数器归零，完毕6进制计数。
2) 24进制计数：小时计数电路是24进制计数电路。
当＂时＂个位计数输入端CP5来到第10各触发信号时，计数器复零，进位端QD5向＂时＂十位计数器输出进位信号，当第24个＂时＂（来自＂分＂计数器输出的进位信号）脉冲到达时，计数器的状态为＂0100＂，计数器的状态为＂0010＂，此时＂时＂个位计数器的QC5和＂时＂十位计数器的QB6输出为＂1＂。把它们分别送到“时＂计数器的清零端R0（1）和R0（2），通过7490内部的R0（1）和R0（2）与非后清零，计数器复零，完毕24进制计数。
4. 译码器
　 译码是把给定的代码进行翻译。计数器采用的码制不同，译码电路也不同。
　 74LS48驱动器是与8421BCD编码计数器配合用的七段译码驱动器。74LS48配有灯测试LT、动态灯灭输入RBI，灭灯输入／动态灭灯输出BI／RBO，当LT=0时，74LS48的输出全＂1＂。74LS48的使用方法参照该器件功能的介绍（参看TTL手册）。
　 74LS48的输入端和计数器相应的输出端、74LS48的输出端和七段显示器的相应段相连。
5. 显示器
　 本系统用七段发光二极管来显示译码器输出的数字，显示器有两种：共阳极和共阴极显示器。74LS48译码器相应的显示器是共阴（接地）显示器。
四、 调试要点
　 组装时注意：器件管脚的连接一定要准确，＂悬空端＂、＂清零端＂、＂置一端＂要对的解决，调试环节和方法如下：
1) 用示波器检查石英晶体振荡器的输出信号和频率，晶振输出频率应为4MHz。
2) 将频率为4MHz的信号送入分频器，并用示波器检查各级分频器的输出频率是否符合设计规定。
3) 将1秒信号分别送入＂时＂、＂分＂、＂秒＂计数器，检查各级计数器的工作情况。