《数字电路》 实验指导书 福州大学物信学院 电子信息工程系
《数 字 电 路》 实验指导书 福州大学物信学院 电子信息工程系
目录 第一章数字电路实验的基本知识.1 1.1数字集成电路 1.2数字实验 2 第二章数字电路实验7 实验一 常用电子仪器的使用.7 实验二门电路的逻辑功能测试及功能转换.9 实验三SSI组合逻辑电路的设计 16 实验四MSI组合逻辑电路的设计 23 实验五时序逻辑电路的设计26 实验六555集成定时器及其应用.29 第三章数字电路课程设计3引 课程设计1：交通灯逻辑控制电路设计31 课程设计2：十翻二运算电路设计37 课程设计3：数字电子钟逻辑电路设计42 附录部分集成电路引脚图37
目 录 第一章 数字电路实验的基本知识 .1 1.1 数字集成电路 .1 1.2 数字实验 . 2 第二章 数字电路实验.7 实验一 常用电子仪器的使用.7 实验二 门电路的逻辑功能测试及功能转换 .9 实验三 SSI 组合逻辑电路的设计 .16 实验四 MSI 组合逻辑电路的设计 .23 实验五 时序逻辑电路的设计 .26 实验六 555 集成定时器及其应用 .29 第三章 数字电路课程设计 .31 课程设计 1：交通灯逻辑控制电路设计 .31 课程设计 2：十翻二运算电路设计 .37 课程设计 3：数字电子钟逻辑电路设计 .42 附录 部分集成电路引脚图.37
第一章数字电路实验的基本知识 1.1数字集成电路 数字电路分集成电路(IC-Integrated Circuit)和分立元件两种。分立元件是 将晶体管、电阻等元器件用导线在线路板上连接起来的电路：而集成电路则是将 上述元器件和导线通过半导体制造工艺做在一块硅片上而成为一个不可分割的整 体电路。 数字集成电路就是完成数字逻辑功能的集成电路。集成电路按集成度可分为 小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)和超 大规模集成电路(VLSI)。实验中经常用的是中、小规模集成电路，小规模集成 电路主要是一些门电路，中规模集成电路主要是数据选择器、计数器等数字电路。 中、小规模数字电路常见的是TTL电路和CMOS电路。实验中主要采用TTL的 74系列电路作为实验用器件。 数字IC器件有多种封装方式，为了教学方便，在实验中所用的74系列器件 封装选用双列直插器件。下图11.1是双列直插封装的正面示意图。 0000000 141312111098 234567 UUUUUUU 图1.1.1双列直插式封装图 双列直插封装有以下特点： 1.从左面看，器件一端有一个半圆的缺口，这是正方向的标志。缺口下边的引 脚号为1，引脚号按逆时针方向增加，图中的数字表示引脚号。双列直插封装1C 引脚个数有14、16、20、24和28等。 2.双列直插封装器件有两列引脚。引脚之间的间距为2.54mm,两列引脚之间距 1
1 第一章 数字电路实验的基本知识 1.1 数字集成电路 数字电路分集成电路（IC－Integrated Circuit）和分立元件两种。分立元件是 将晶体管、电阻等元器件用导线在线路板上连接起来的电路；而集成电路则是将 上述元器件和导线通过半导体制造工艺做在一块硅片上而成为一个不可分割的整 体电路。 数字集成电路就是完成数字逻辑功能的集成电路。集成电路按集成度可分为 小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI）和超 大规模集成电路（VLSI）。实验中经常用的是中、小规模集成电路，小规模集成 电路主要是一些门电路，中规模集成电路主要是数据选择器、计数器等数字电路。 中、小规模数字电路常见的是 TTL 电路和 CMOS 电路。实验中主要采用 TTL 的 74 系列电路作为实验用器件。 数字 IC 器件有多种封装方式，为了教学方便，在实验中所用的 74 系列器件 封装选用双列直插器件。下图 1.1.1 是双列直插封装的正面示意图。 图 1.1.1 双列直插式封装图 双列直插封装有以下特点： 1． 从左面看，器件一端有一个半圆的缺口，这是正方向的标志。缺口下边的引 脚号为 1，引脚号按逆时针方向增加，图中的数字表示引脚号。双列直插封装 IC 引脚个数有 14、16、20、24 和 28 等。 2．双列直插封装器件有两列引脚。引脚之间的间距为 2.54mm，两列引脚之间距 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7
离有宽(15.24mm)、窄(7.62mm)两种。两列引脚之间的距离能够做较小改变， 但引脚间距不能改变。将器件插入实验台上的插座中去或者从插座中拔出时要小 心，不要将器件引脚搞弯或折断。 3.74系列器件一般在右下角的最后一个引脚是GND,左上角的引脚Vcc。例如， 14引脚器件引脚7是GND,引脚14是Vcc:20引脚器件引脚10是GND,引脚 20是Vc心。但也有例外的，所以使用IC时要先看清引脚图，找对电源和地，避免 因接线错误造成器件损坏。 注意：不能带电拔、插器件，拔、插器件只能在关断电源的情况下进行。 1.2数字实验 随着集成电路的广泛应用，一般采用的实验方案使用接插式通用底板和双列 直插式集成元件，通过接插的方式进行实验。 1.2.1实验准备 实践证明，实验前的准备工作做得是否充分，对实验能否顺利完成以及能否 从实验中有所收获有很大影响。为了体现准备工作是否充分，一般要求实验前书 写实验预习报告。预习报告不同于正式报告，没有规定的书写格式和要求，只要 自己看得懂就行了。要求尽可能简洁、思路清楚、一目了然，内容以实验电路图 (实验电路图就是在逻辑图的输入输出端注上器件的管脚排列序号)为主，附以 简要的文字说明和记录结果数据的图表。根据验证性实验和设计性实验的不同， 准备的侧重点和要求有所不同。 1.验证性实验 验证性实验指实验内容、实验电路等大多是预先指定的。对这类实验，实验 者要预先弄情实验目的和具体要求，对实验结果、实验中可能出现的现象、预先 做出分析和估计。 2.设计性实验 设计性实验指根据实验目的及具体要求，由设计者自己设计电路以及实验的
2 离有宽（15.24mm）、窄（7.62mm）两种。两列引脚之间的距离能够做较小改变， 但引脚间距不能改变。将器件插入实验台上的插座中去或者从插座中拔出时要小 心，不要将器件引脚搞弯或折断。 3．74 系列器件一般在右下角的最后一个引脚是 GND，左上角的引脚 Vcc。例如， 14 引脚器件引脚 7 是 GND，引脚 14 是 Vcc；20 引脚器件引脚 10 是 GND，引脚 20 是 Vcc。但也有例外的，所以使用 IC 时要先看清引脚图，找对电源和地，避免 因接线错误造成器件损坏。 注意：不能带电拔、插器件，拔、插器件只能在关断电源的情况下进行。 1.2 数字实验 随着集成电路的广泛应用，一般采用的实验方案使用接插式通用底板和双列 直插式集成元件，通过接插的方式进行实验。 1．2．1 实验准备 实践证明，实验前的准备工作做得是否充分，对实验能否顺利完成以及能否 从实验中有所收获有很大影响。为了体现准备工作是否充分，一般要求实验前书 写实验预习报告。预习报告不同于正式报告，没有规定的书写格式和要求，只要 自己看得懂就行了。要求尽可能简洁、思路清楚、一目了然，内容以实验电路图 （实验电路图就是在逻辑图的输入输出端注上器件的管脚排列序号）为主，附以 简要的文字说明和记录结果数据的图表。根据验证性实验和设计性实验的不同， 准备的侧重点和要求有所不同。 1．验证性实验 验证性实验指实验内容、实验电路等大多是预先指定的。对这类实验，实验 者要预先弄情实验目的和具体要求，对实验结果、实验中可能出现的现象、预先 做出分析和估计。 2．设计性实验 设计性实验指根据实验目的及具体要求，由设计者自己设计电路以及实验的
具体步骤，这类实验可培养学生独立设计能力，做这类实验前要注意以下几点： (1)熟悉所使用器件的逻辑功能、使用条件和引脚图： (2)进实验室前按要求设计好实验电路，并画出实验电路图。 1.2.2实验过程 一、电路的连接 1.插IC器件 (1)首先要认清方向，凹槽朝左，引脚按逆时针排列，1脚在左侧第一个位置。 注意不要插反，否则一接电源就会烧坏IC器件。 (2)将C器件插到底板上时要注意对准，引脚间隔与底板插孔间隔相同，插入 时用力要轻，不要一下子插紧，待确定管脚和插孔位置一致后，再稍用力插牢， 以防IC器件管脚弯曲或折断。 2.布线 (1)导线要求 布线用的导线直径应和通用底板插孔直径相一致，不宜太粗或过细；导线最 好用色线以区别不同用途。导线的剥头一般以5一7mm为宜，剥头不允许弯曲。 (2)布线顺序 布线最好有顺序地进行，以免造成漏接。布线时先将固定电平的端点接好， 如电源线、地线、门电路的多余端或实验过程中始终不改变的输入端等，这些连 线要尽可能短一些：然后按信号流向顺序布线。 (3)布线要求 A.布线长度不宜太长，最好贴近底板： B.避免导线相互交叉，更不要覆盖插孔，切忌导线跨越器件的上空： C.一个插孔只能插一根导线，不允许插两根导线： D.正确布线的底板应使电路清晰、整洁，这样不仅会提高电路的可靠性，也 便于检查和排除故障、更换器件等： E.在接实验电路之前，要对所有器件进行功能验证，确保所有器件都是有效 3
3 具体步骤，这类实验可培养学生独立设计能力，做这类实验前要注意以下几点： （1）熟悉所使用器件的逻辑功能、使用条件和引脚图； （2）进实验室前按要求设计好实验电路，并画出实验电路图。 1．2．2 实验过程 一、电路的连接 1．插 IC 器件 （1）首先要认清方向，凹槽朝左，引脚按逆时针排列，1 脚在左侧第一个位置。 注意不要插反，否则一接电源就会烧坏 IC 器件。 （2）将 IC 器件插到底板上时要注意对准，引脚间隔与底板插孔间隔相同，插入 时用力要轻，不要一下子插紧，待确定管脚和插孔位置一致后，再稍用力插牢， 以防 IC 器件管脚弯曲或折断。 2．布线 （1）导线要求 布线用的导线直径应和通用底板插孔直径相一致，不宜太粗或过细；导线最 好用色线以区别不同用途。导线的剥头一般以 5－7mm 为宜，剥头不允许弯曲。 （2）布线顺序 布线最好有顺序地进行，以免造成漏接。布线时先将固定电平的端点接好， 如电源线、地线、门电路的多余端或实验过程中始终不改变的输入端等，这些连 线要尽可能短一些；然后按信号流向顺序布线。 （3）布线要求 A．布线长度不宜太长，最好贴近底板； B．避免导线相互交叉，更不要覆盖插孔，切忌导线跨越器件的上空； C．一个插孔只能插一根导线，不允许插两根导线； D．正确布线的底板应使电路清晰、整洁，这样不仅会提高电路的可靠性，也 便于检查和排除故障、更换器件等； E．在接实验电路之前，要对所有器件进行功能验证，确保所有器件都是有效