前言 电工电子实验是配合相关理论课程教学的一个非常重要的环节，通过实 验能够巩固电工电子基础理论知识，培养学生的实践技能、动手能力和分析 问题及解决问题的能力，启发学生的创新意识并发挥创新思维潜力。 本实验指导书是根据电子技术课程教学的基本要求，在基于天煌教仪的 现代数字电路系统实验箱的基础上编写的电类各专业的实验教学用书，能满 电类专业学生对《电子技术基础（数字部分）》课程实验教学的要求。本书 针对课程特点，根据教学大纲要求，对每个实验的实验目的、实验原理、实 验内容及步骤、设计方法、注意事项等部分进行了详细阐述，实验项目有必 做、选做部分，有设计性和综合性开放实验项目，以适应不同专业学生的实 验要求。将过去的单纯验证性实验转变为基础强化实验：在实验中加强了学 生对实验设计的要求。 本实验指导书由信息学院张春燕主编，由郭文秀主审。由于编者水平有 限，书中难免存在许多不足，敬请读者提出批评和改进意见。 电工电子实验室 2010年3月
I 前 言 电工电子实验是配合相关理论课程教学的一个非常重要的环节，通过实 验能够巩固电工电子基础理论知识，培养学生的实践技能、动手能力和分析 问题及解决问题的能力，启发学生的创新意识并发挥创新思维潜力。 本实验指导书是根据电子技术课程教学的基本要求，在基于天煌教仪的 现代数字电路系统实验箱的基础上编写的电类各专业的实验教学用书，能满 电类专业学生对《电子技术基础（数字部分）》课程实验教学的要求。本书 针对课程特点，根据教学大纲要求，对每个实验的实验目的、实验原理、实 验内容及步骤、设计方法、注意事项等部分进行了详细阐述，实验项目有必 做、选做部分，有设计性和综合性开放实验项目，以适应不同专业学生的实 验要求。将过去的单纯验证性实验转变为基础强化实验；在实验中加强了学 生对实验设计的要求。 本实验指导书由信息学院张春燕主编，由郭文秀主审。由于编者水平有 限，书中难免存在许多不足，敬请读者提出批评和改进意见。 电工电子实验室 2010年3月
目录 实验一TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试 实验二组合逻辑电路的设计与测试 .8 实验三译码器及其应用 .11 实验四数据选择器及其应用 18 实验五触发器及其应用. 25 实验六计数器及其应用。 实验七移位寄存器及其应用. 37 实验八555定时电路及其应用. .45
II 目录 实验一 TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试.1 实验二 组合逻辑电路的设计与测试.8 实验三 译码器及其应用.11 实验四 数据选择器及其应用.18 实验五 触发器及其应用.25 实验六 计数器及其应用.31 实验七 移位寄存器及其应用.37 实验八 555定时电路及其应用.45
实验一TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试 一、实验目的 1、掌握TTL集成与非门的逻辑功能和主要参数的测试方法 2、掌握TTL器件的使用规则 3、进一步熟悉数字电路实验装置的结构，基本功能和使用方法 二、实验原理 本实验采用四输入双与非门74LS20,即在一块集成块内含有两个互相独立的与非 门，每个与非门有四个输入端。其逻辑框图、符号及引脚排列如图1一1(a)、(b)、() 所示。 R 12 (a) (c) 图1一174LS20逻辑框图、逻辑符号及引脚排列 1、与非门的逻辑功能 与非门的逻辑功能是：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（即有“0”得“1”，全“1”得“0”。） 其逻辑表达式为Y=AB: 2、TTL与非门的主要参数 (1)低电平输出电源电流Im和高电平输出电源电流I 与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。I是指所有输入端悬空， 输出端空载时，电源提供器件的电流。【是指输出端空截，每个门各有一个以上的输
1 实验一 TTL集成逻辑门的逻辑功能与参数测试 一、实验目的 1、掌握 TTL 集成与非门的逻辑功能和主要参数的测试方法 2、掌握 TTL 器件的使用规则 3、进一步熟悉数字电路实验装置的结构，基本功能和使用方法 二、实验原理 本实验采用四输入双与非门 74LS20，即在一块集成块内含有两个互相独立的与非 门，每个与非门有四个输入端。其逻辑框图、符号及引脚排列如图 1－1(a)、(b)、(c) 所示。 (b) （a） (c) 图 1－1 74LS20 逻辑框图、逻辑符号及引脚排列 1、与非门的逻辑功能 与非门的逻辑功能是：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（即有“0”得“1”，全“1”得“0”。） 其逻辑表达式为 Y＝ 2、TTL 与非门的主要参数 (1)低电平输出电源电流 ICCL 和高电平输出电源电流 ICCH 与非门处于不同的工作状态，电源提供的电流是不同的。ICCL 是指所有输入端悬空， 输出端空载时，电源提供器件的电流。ICCH 是指输出端空截，每个门各有一个以上的输
入端接地，其余输入端悬空，电源提供给器件的电流。通常I>la,它们的大小标志 着器件静态功耗的大小。器件的最大功耗为Pa=Vclm。手册中提供的电源电流和功 耗值是指整个器件总的电源电流和总的功耗。【c和Ia测试电路如图1一2(a)、(b)所 示。 [注意]：TTL电路对电源电压要求较严，电源电压Vx只允许在+5V士10%的范围 内工作，超过5.5V将损坏器件：低于4.5V器件的逻辑功能将不正常。 +5V (a) (6) (c) (d) 图1一2TTL与非门静态参数测试电路图 (2)低电平输入电流I和高电平输入电流1m I是指被测输入端接地，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小些。 Im是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端空载时，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，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，希望1小些。由于1m较小，难以测量，一般免 于测试。 1n与1m的测试电路如图1-2(c)、(d)所示。 (3)扇出系数N 扇出系数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NL和高电平扇出系数Nm。通常Im<I,则Nm>u,故常 以a作为门的扇出系数。 N的测试电路如图1一3所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载R, 2
2 入端接地，其余输入端悬空，电源提供给器件的电流。通常 ICCL＞ICCH，它们的大小标志 着器件静态功耗的大小。 器件的最大功耗为 PCCL＝VCCICCL。手册中提供的电源电流和功 耗值是指整个器件总的电源电流和总的功耗。ICCL 和 ICCH 测试电路如图 1－2(a)、(b)所 示。 [注意]：TTL 电路对电源电压要求较严，电源电压 VCC 只允许在＋5V±10％的范围 内工作，超过 5.5V 将损坏器件；低于 4.5V 器件的逻辑功能将不正常。 (a) (b) (c) (d) 图 1－2 TTL 与非门静态参数测试电路图 (2)低电平输入电流 IiL和高电平输入电流 IiH IiL 是指被测输入端接地，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，IiL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 IiL小些。 IiH是指被测输入端接高电平，其余输入端接地，输出端空载时，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，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，希望 IiH小些。由于 IiH较小，难以测量，一般免 于测试。 IiL与 IiH的测试电路如图 1－2(c)、(d)所示。 (3)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 NOL和高电平扇出系数 NOH。通常 IiH＜IiL，则 NOH＞NOL，故常 以 NOL作为门的扇出系数。 NOL的测试电路如图 1－3 所示，门的输入端全部悬空，输出端接灌电流负载 RL
调节R使Im增大，V随之增高，当Vu达到V,(手册中规定低电平规范值0.4W)时的 Im就是允许灌入的最大负载电流，则 通常Nm≥8 (④)电压传输特性 门的输出电压v随输入电压y而变化的曲线v。=f(w:)称为门的电压传输特性， 通过它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平Vm、输出低电平V、关门电平 V、开门电平V、阈值电平V,及抗干扰容限V、V等值。测试电路如图1一4所示 采用逐点测试法，即调节R,逐点测得V:及V。,然后绘成曲线。 1000R 1000 图1一3扇出系数试测电路图1一4传输特性测试电路 (⑤)平均传输延迟时间t t是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的0.5Vm至输入波形对应 边沿0.5V,点的时间间隔，如图1一5所示。 (a)传输延迟特性 ()t的测试电路 图1-5传输延迟 图1一5(a)中的to为导通延迟时间，t为截止延迟时间，平均传输延迟时间为 tpd=(tp+tp) 3
3 调节 RL使 IOL增大，VOL 随之增高，当 VOL 达到 VOLm（手册中规定低电平规范值 0.4V）时的 IOL 就是允许灌入的最大负载电流，则 通常 NOL≥8 (4)电压传输特性 门的输出电压 vO 随输入电压 vi 而变化的曲线 vo＝f(vi) 称为门的电压传输特性， 通过它可读得门电路的一些重要参数，如输出高电平 VOH、输出低电平 VOL、关门电平 VOff、开门电平 VON、阈值电平 VT 及抗干扰容限 VNL、VNH 等值。测试电路如图 1－4 所示， 采用逐点测试法，即调节 RW，逐点测得 Vi 及 VO，然后绘成曲线。 图 1－3 扇出系数试测电路 图 1－4 传输特性测试电路 (5)平均传输延迟时间 tpd tpd是衡量门电路开关速度的参数，它是指输出波形边沿的 0.5Vm 至输入波形对应 边沿 0.5Vm点的时间间隔，如图 1－5 所示。 (a) 传输延迟特性 (b) tpd 的测试电路 图 1－5 传输延迟 图 1－5(a)中的 tpdL为导通延迟时间，tpdH为截止延迟时间，平均传输延迟时间为 (t t ) 2 1 tpd = pdL + pdH iL OL OL I I N =