数字电路实验教程 筠绍捷编 38 ●●● 海南大学机电工程学院 二00七年八月
数字电路实验教程 翁绍捷编 海南大学机电工程学院 二 OO 七年八月
前言 电子电路（模拟电子电路和数字电子电路）实验研究的对象是由各科 电子元器件连接而成的各种功能电路和系统，研究的基本任务包括电子 电路的分析和电子电路的设计两方面。电子电路的分析是用实验方法分 析各种功能电路的特性，而电子电路的设计则是在规定的技术指标要求 下，设计各种功能电路，并用实验方法进行分析、修改使之达到规定的 要求。 电子电路实验是继电路分析实验之后的一门重要的电子技术基础实 验课程，其目的不仅在于加强巩固课堂所学的基本理论和基本知识，更 主要的是培养学生如何将一个设计好的功能电路或集成电路部件在工程 上具体实现的工程能力，包括正确使用所需要的仪器仪表、查阅技术料 资和选用合适的元器件，撰写出合格的实验报告。在电子电路的制作过 程中学会基本的调试方法和发现问题、分析问题、解决问题的能力。电 子电路的实验方法一般有传统的直接电路实验方法和计算机模拟实验方 法。直接电路实验方法具有直观、简捷、技术方法简单、实验结果可靠 的优点，目前仍然是一种普遍采用的实验方法。计算机模拟实验方法是 一种计算机上的“电子实验工作台”，根据电路理论，采用元器件模型， 直接模拟电子电路的功能，而不需要任何实际元器件的“数值实验”。目 前己有许多应用于电子电路实验研究的计算机模拟软件，如PSPICE、 ORCDA ELECTRONICS WORKBENCH、PROTEL等，应用电 子电路计算机模拟软件进行实验教学，可增强感性认识，有利于验证与 分析理论，以及易于发挥学生的想象力，因而日益引起各高等学校的重 视，一些高等学校己将计算机模拟软件应用于电子电路的实验教学。 “数字电路实验教程”加强电子电路计算机模拟软件在实验教学中的 应用。共提供了十三个基本分析、设计实验和九个综合性的设计课题， 另外还详细介绍了计算机模拟软件PSPICE和ELECTRONICS WORKBENCH的使用方法，给出了一些实例以及练习题。在实验教学 内容的安排上，对于不同专业的学生可作不同的选择，而实验方法可选 择实际元器件连成电路的直接电路实验方法、计算机模拟实验方法或实 物与模拟相结合的实验方法
前 言 电子电路（模拟电子电路和数字电子电路）实验研究的对象是由各种 电子元器件连接而成的各种功能电路和系统，研究的基本任务包括电子 电路的分析和电子电路的设计两方面。电子电路的分析是用实验方法分 析各种功能电路的特性，而电子电路的设计则是在规定的技术指标要求 下，设计各种功能电路，并用实验方法进行分析、修改使之达到规定的 要求。 电子电路实验是继电路分析实验之后的一门重要的电子技术基础实 验课程，其目的不仅在于加强巩固课堂所学的基本理论和基本知识，更 主要的是培养学生如何将一个设计好的功能电路或集成电路部件在工程 上具体实现的工程能力，包括正确使用所需要的仪器仪表、查阅技术料 资和选用合适的元器件，撰写出合格的实验报告。在电子电路的制作过 程中学会基本的调试方法和发现问题、分析问题、解决问题的能力。电 子电路的实验方法一般有传统的直接电路实验方法和计算机模拟实验方 法。直接电路实验方法具有直观、简捷、技术方法简单、实验结果可靠 的优点，目前仍然是一种普遍采用的实验方法。计算机模拟实验方法是 一种计算机上的“电子实验工作台”，根据电路理论，采用元器件模型， 直接模拟电子电路的功能，而不需要任何实际元器件的“数值实验”。目 前已有许多应用于电子电路实验研究的计算机模拟软件，如 PSPICE 、 ORCDA、 ELECTRONICS WORKBENCH、PROTEL 等，应用电 子电路计算机模拟软件进行实验教学，可增强感性认识，有利于验证与 分析理论，以及易于发挥学生的想象力，因而日益引起各高等学校的重 视，一些高等学校已将计算机模拟软件应用于电子电路的实验教学。 “数字电路实验教程”加强电子电路计算机模拟软件在实验教学中的 应用。共提供了十三个基本分析、设计实验和九个综合性的设计课题， 另外还详细介绍了计算机模拟软件 PSPICE 和 ELECTRONICS WORKBENCH 的使用方法，给出了一些实例以及练习题。在实验教学 内容的安排上，对于不同专业的学生可作不同的选择，而实验方法可选 择实际元器件连成电路的直接电路实验方法、计算机模拟实验方法或实 物与模拟相结合的实验方法。 1
目录 实验部分 实验 TTL门电路实验 实验二 组合逻辑电路设计实验 实验三 优先编码器与七段译码驱动器应用实验 4 实验四 七段字形显示译码器实验 实验五 触发器应用实验 -11 实验六 移位寄存器应用实验 13 实验七 移位寄存器设计实验 16 实验八 二进制计数、 译码显示电路设计实验 19 实验九 十进制计数、译码、显示实验 22 实验十 门电路应用实验 -24 实验十 555定时器电路及其应用实验 -27 实验十二 D/A转换器实验 -29 实验十三 AVD转换器实验： 32 设计部分 课题1 时间计数显示系统的设计 34 课题2 定时控制电路的设计 6 课题3 数字电子钟系统的设计 .37 课题4 交通信号灯控制器的设计 -39 课题5 转速测量显示系统设计 .41 课题6 电子密码锁的设计 A2 课题7 数显式直流稳压电源设计 -44 课题8 三位数字频率计数系统设计 课题9 智力竟赛抢答器设计 -45 附录 实用软件简介 ELECTRONICS WORKBENCH EDA- -46 由子仿直软件 PSPICE -56 EDA练习题 60
目 录 实验部分 实验一 TTL 门电路实验-1 实验二 组合逻辑电路设计实验-3 实验三 优先编码器与七段译码驱动器应用实验-4 实验四 七段字形显示译码器实验-8 实验五 触发器应用实验-11 实验六 移位寄存器应用实验-13 实验七 移位寄存器设计实验-16 实验八 二进制计数、译码显示电路设计实验-19 实验九 十进制计数、译码、显示实验-22 实验十 门电路应用实验-24 实验十一 555 定时器电路及其应用实验-27 实验十二 D/A 转换器实验-29 实验十三 A/D 转换器实验-32 设计部分 课题 1 时间计数显示系统的设计-34 课题 2 定时控制电路的设计-36 课题 3 数字电子钟系统的设计-37 课题 4 交通信号灯控制器的设计-39 课题 5 转速测量显示系统设计-41 课题 6 电子密码锁的设计-42 课题 7 数显式直流稳压电源设计-44 课题 8 三位数字频率计数系统设计-44 课题 9 智力竟赛抢答器设计-45 附 录 实用软件简介 ELECTRONICS WORKBENCH EDA-46 电子仿真软件 PSPICE-56 EDA 练习题 -60 2
实验一TTL门电路实验 一、 实验目的： L.熟悉TTL与非门、或非门的外形及管脚引线排列： 2.加深对门电路逻辑功能的认识： 3. 掌握门电路的使用方法。 二、 实验芯片： 74LS00一四二输入与非门 74LS02一四二输入或非门 2 VCC IY 3 1Y 2 4 0 GND GND 7400(4 2-Input NAND) 7402 (4 2-Input NOR) NAND gate truth table: NOR gate truth table A B I Y A B I Y 引用 图1 三、 实验内容 1.逻辑功能实验：按表1输入，测出输出电压值，并转变为逻辑值。 注：输入端悬空一输入逻辑“1” 输入端接地一输入逻辑“0” 1)与非门逻辑功能的测量：图2 2)或非门逻辑功能的测量：图4
实验一 TTL 门电路实验 一、 实验目的： 1. 熟悉 TTL 与非门、或非门的外形及管脚引线排列； 2. 加深对门电路逻辑功能的认识； 3. 掌握门电路的使用方法。 二、 实验芯片： 74LS00 — 四二输入与非门 74LS02 — 四二输入或非门 图 1 三、 实验内容 1. 逻辑功能实验：按表 1 输入，测出输出电压值，并转变为逻辑值。 注：输入端悬空 — 输入逻辑“1” 输入端接地 — 输入逻辑“0” 1) 与非门逻辑功能的测量：图 2 2) 或非门逻辑功能的测量：图 4 3
图2 2.动态实验：输入=5KHz,Vm=4V的正脉冲。图3、图5所示，输入 方法为： 1)任一端悬空，另一输入端输入正脉冲V,测量、记录V、Vo波形。 2)任一输入端接地，另一输入端输入正脉冲V:,同时测量、记录V:、 Vo波形。， 3)两输入端同时输入正脉冲，测量、记录V、Vo波形。 9*5e +59 A A 51 图4 图5 3.应用实验 1)与非门输出驱动发光二极管：图6 输入Vm=4V,1HZ的正脉冲，观察LED显示情况：改变信号频 率，观察LED显示情况。 2)与非门输出驱动扬声器：图7 输入V:m=4V,=200一800Hz的脉冲信号，改变频率f的大小，观 察发声情况。 四、 实验报告要求： 1.将实验1测得的结果转换为真值表，验证逻辑功能： 2.怎样判断门电路逻辑功能是否正常？ 4
2. 动态实验：输入 f=5KHz ，Vm=4V 的正脉冲。图 3、图 5 所示，输入 方法为： 1) 任一端悬空，另一输入端输入正脉冲 Vi，测量、记录 Vi 、VO波形。 2) 任一输入端接地，另一输入端输入正脉冲 Vi ，同时测量、记录 Vi 、 VO 波形。 ， 3) 两输入端同时输入正脉冲，测量、记录 Vi、VO波形。 3. 应用实验 1) 与非门输出驱动发光二极管：图 6 输入 Vi m =4V, f=1HZ 的正脉冲，观察 LED 显示情况；改变信号频 率，观察 LED 显示情况。 2) 与非门输出驱动扬声器：图 7 输入 Vi m =4V, f=200—800HZ 的脉冲信号，改变频率 f 的大小，观 察发声情况。 四、 实验报告要求： 1. 将实验 1 测得的结果转换为真值表，验证逻辑功能； 2. 怎样判断门电路逻辑功能是否正常？ 4