1、电子技术与数字逻辑课程实验教学大纲华东政法大学信息科学技术学院计算机教研室2007.12电子技术与数字逻辑课程实验教学大纲【课程代码】1090194 【课程类别】必修课【课程学时】72 【实验学时】18【授课专业】计算机一、 实验教学任务和目的本课程实验教学目的是使学生掌握数字逻辑与数字系统的基本工作原理、基本分析方法和基本应用技能，熟悉常用的中规模组合逻辑部件、可编程逻辑部件的功能及其应用。培养学生分析和设计数字电路系统的动手能力，为计算机原理等课程的学习打下良好的基础。 二、实验教学基本要求做实验前学生应当提前预习实验所设计到的知识，实验指导书应包括实验目的、要求、仪器设备、实验步骤等做好
2、实验准备工作。学生实验后要写出严谨的、实事求是的、文字通顺的、字迹公整的实验报告。做实验过程中要认真，仔细的观察每个结果，详细记录实验结果，并分析实验结果。三、实验项目与学时分配序号 实验项目名称 学时 类型 实验室 备注 示波器的使用 2 演示 数字逻辑实验室2 基本逻辑门电路 、组合逻辑电路2 验证 数字逻辑实验室3 译码器和数据选择器2 验证 数字逻辑实验室4 触发器 2 验证 数字逻辑实验室5 计数器 2 验证 数字逻辑实验室6 寄存器、移位寄存器2 验证 数字逻辑实验室7 存储器 设计 数字逻辑实验室8 GAL 器件的编程 2 设计 数字逻辑实验室9 FPGA 器件的应用设计9 设计
3、 数字逻辑实验室合计 18四、实验教学内容实验项目一实验示波器的使用、实验目的 了解二踪示波器（XJ432X）的基本工作原理和使用方法； 学会用示波器测量脉冲波形的幅度、周期、脉冲宽度等参数。测量逻辑电路的输入和输出波形； 能对示波器进行校准。、实验材料和设备 TDS-4 数字系统综合实验平台； 示波器 XJ4323 一台； 导线若干、示波器探头。、实验原理示波器是一种用途较广的电子仪器，它可以直接观测电压随时间变化的波形外，还可以测量频率、相位等。示波器的基本组成框图如图 a 所示。它由示波管、Y 轴系统、 X 轴系统、Z 轴系统和电源等五部分组成。双踪显示则是利用电子开关将 Y 轴输入的两
4、个不同的被测信号分别显示在荧光屏上。由于人眼的视觉暂留作用，当转换频率高到一定程度后，看到的是两个稳定的、清晰的信号波形。 示波器中有一个精确稳定的方波信号发生器，供校验示波器用。示波器主电源开关。当此开关按下时，电源指示灯亮，表示电源接通。示波器中每个通道各有一个垂直偏转因数选择波段开关。一般按 1，2，5 方式从 5mVDIV 到 5V DIV 分为 10 档。波段开关指示的值代表荧光屏上垂直方向一格的电压值。例如波段开关置于 1VDIV 档时，如果屏幕上信号光点移动一格，则代表输入信号电压变化 1V。每个波段开关上往往还有一个小旋钮，微调每档垂直偏转因数。将它沿顺时针方向旋到底，处于“校
5、准 ”位置，此时垂直偏转因数值与波段开关所指示的值一致。逆时针旋转此旋钮，能够微调垂直偏转因数。垂直偏转因数微调后，会造成与波段开关的指示值不一致，这点应引起注意。许多示波器具有垂直扩展功能，当微调旋钮被拉出时，垂直灵敏度扩大若干倍( 偏转因数缩小若干倍 )。例如，如果波段开关指示的偏转因数是 1V/DIV，采用5扩展状态时，垂直偏转因数是 02V DIV。在做数字电路实验时，在屏幕上被测信号的垂直移动距离与+5V 信号的垂直移动距离之比常被用于判断被测信号的电压值。时基选择(TIMEDIV) 和微调时基选择和微调的使用方法与垂直偏转因数选择和微调类似。时基选择也通过一个波段开关实现，按 1、
6、2、5 方式把时基分为若干档。波段开关的指示值代表光点在水平方向移动一个格的时间值。例如在 1SDIV 档，光点在屏上移动一格代表时间值 1S。“微调”旋钮用于时基校准和微调。沿顺时针方向旋到底处于校准位置时，屏幕上显示的时基值与波段开关所示的标称值一致。逆时针旋转旋钮，则对时基微调。旋钮拔出后处于扫描扩展状态。通常为10 扩展，即水平灵敏度扩大 10 倍，时基缩小到 110。例如在2S/DIV 档，扫描扩展状态下荧光屏上水平一格代表的时间值等于 2S(1/10)=0.2S。TDS 实验台上有 10MHz、1MHz 、500kHz、100kHz 的时钟信号，由石英晶体振荡器和分频器产生，准确度
7、很高，可用来校准示波器的时基。4、实验内容及要求A示波器调整按下电源开关（POWER）键，电源接通后无信号输入时，屏幕上应出现一个亮点或一条扫描横线。若无，则需先将亮度调节（INTENSITY）旋大，然后适当调节 Y 轴和 X 轴位移（POSITION） ，使屏幕中央出现亮点或一条横线。将示波器的内置信号接入进行调整和测量。将各控制开关按表的要求置位，寻找扫描线。 开关和旋钮名称 位 置 开关和旋钮名称 位 置INTEN 辉度 中 间 LEVEL 电位 中 间FOCUS 聚焦 中 间 VERTICAL MODE 显示方式 CH1垂直方向位移 中 间 MODE 触发方式：自动/常态 AUTO 自
8、动水平方向位移 中 间 MODE 触发方式：时基/X-Y TIME 时基PULL10 水平扩展 推 入 TRIGGER 触发极性：+/- +、AC、DC 输入方式 TRIGGER 触发源：内/外 INT 内、CH1如果看到光点或扫描线，可调整“INTEN”辉度使光点或扫描线的亮度适当。如果找不到光点或扫描线，调节水平位移或垂直位移，把光点或扫描线移至荧光屏的中心位置。若光点很大或扫描线很粗，可进一步调节“FOCUS”聚焦旋钮，使光点变小或扫描线变细，即使清晰度提高。B单踪显示、观察示波器校准信号测量标准信号 将 0.5Vp-p，1kHz 的标准信号输入示波器，并对示波器定标。 打开电源开关，并
9、确认开关上方的电源指示灯亮，约 20 秒钟后，示波器屏幕上将出现一扫线，若 60 秒钟后还没有扫线出现，则按上表所示再检查开关及控制旋钮定位置。 调节“辉度”和“聚焦”旋钮，使扫线亮度适当，且最清晰。 使扫线与水平刻度线平行。 连接探极将 0.5V 校准信号加到探头上。 将 ACDC 开关置“AC” 。标准波形将显示在屏幕上。 调节“聚焦”旋钮，使波形达到最清晰的程度。 为便于观察信号，调节“v/cm”和“t/cm”开关到适当的位置，使显示出来的波形幅度适中，周期适中。 调节 “位移”和 “位移”控制旋钮于适当的位置，使显示的波形对准刻度，以便于读出电压值（Vp-p ）和周期（ T） 。标准值
10、 分 度 格 数 测量值 校正系数电压（Vp-p） 0.5V周期（T） 1ms用探头“10”档，从 CH1 输入端加入被测频率为 1KHZ，幅度为 0.2V 的校准信号。将CH1 输入耦合开关置于“AC”位置，调节“/div”为“50mV”、 “t/div”为“1mS”，并把“VARIABLE 微调 ”旋钮转至 “CAL 校准”位置。此时屏幕上将显示幅度为 4 格、周期为 1 格的方波。当触发极性开关拨至“+”和“ ”时，分别观察所显示的波形各是从什么边沿开始扫描的，调节“LEVEL 电平 ”旋钮，观察波形有何变化？恢复原位“+” 。把触发方式开关置于“NORM 常态”，调节“LEVEL 电平
11、”旋钮，观察该旋钮对显示波形有何影响？恢复原位“AUTO 自动”。将探头选择“1” 档，观察此时波形的显示情况，调节“/div”使波形能正常显示。恢复原位“10”档。如果是将信号输入示波器的 CH1(CH2)通道，则相应要将示波器的 Y 轴显示模式开关（VERTICAL MODE）置于 CH1(CH2)位置；触发方式开关（TRIGGERING） 置于 AUTO位置；触发信号源“SOURCE“开关置于 VERT MODE 或 CH1(CH2)位置；CH1(CH2)的（AC-GND-DC）开关置于 AC 或 DC 位置。信号输入后，一般是先调节扫描时间(SWEEP TIME/DIV)，结合调节扫描
12、时间微调(VARIABLE)使屏幕出现一到五个周期波形。若波形左右移动不定，则还要结合调节触发电平(LEVEL)才能使波形稳定。若上面触发信号源“SOURCE“开关是置于 AUTO SET 位置，则不论对 CH1 或 CH2 都可调节触发电平(LEVEL)使波形稳定，若触发信号源“SOURCE“开关置于 CH1 或 CH2，则调节触发电平(LEVEL)只能使 CH1 或 CH2 的波形稳定。测量各信号波形的周期 T 和 f 时，必须先将 X 轴扫描时间微调(VARIABLE) 旋到最大 CAL 的位置，才能使用 X 轴的扫描时间(SWEEP TIME/DIV) 旋钮档位上所示标称值进行测量。可
13、用 X 轴位移(POSITION) 旋钮将波形移至某一竖格线位置上，数出一周期横向格数，得到周期 T，计算 f 值。测量各信号波形的电压峰-峰值 VP-P 时，必须先将 Y 轴电压微调(VARIABLE)旋到最大 CAL 的位置，才能使用 Y 轴每格电压选择(VOLTS/DIV) 旋钮档位上所示标称值进行测量。可用 Y 轴位移(POSITION) 旋钮将波形底峰移至某一横格位置上，数出峰- 峰高度格数，计算 VP-P 值。 C测量数字逻辑实验箱中脉冲的波形单踪显示观测数字逻辑实验箱中高频连续脉冲的波形，测量并记录被测波形的高电平、低电平，周期和脉宽的变化范围。D踪示波的用法。E实验要求 测量信
14、号电压的峰峰值和周期时事先一定要对示波器作校准，你知道如何校准吗？简述其方法和步骤。 示波器“电平”旋钮的作用是什么？什么时侯需要调节它？ 如果示波器是良好的，但由于某些旋钮的位置未调好，荧光屏上看不见亮点。问哪几个旋钮位置不合适就可能造成这种情况？应该怎样操作才能找到亮点？ 一正弦电压信号从 Y 轴输入示波器，荧光屏上仅显示一条铅直的直线，试问这是什么原因？应调节哪些开关和旋钮，方能使荧光屏显示出正弦波来？ 为了提高示波器的读数准确度，你在实验室中应注意哪些问题？用示波器测量信号的电压峰峰值和周期，其测定值能得到几位有效数字，为什么？ 示波器能否用来测量直流电压？如果能测，则应如何进行？5、
15、实验学时：2 学时实验项目一实验二基本逻辑门电路、组合逻辑电路、实验目的 熟悉数字逻辑实验箱的结构、基本功能和使用方法； 掌握常用非门、与非门、或非门、与或非门、异或门的逻辑功能及其测试方法； 验证半加器和全加器的逻辑功能。、实验材料和设备 TDS-4 数字系统综合实验平台； 示波器 XJ4323 一台； 导线若干、示波器探头； 元器件：74LS00 两块， 74LS86 一块，导线若干。、实验原理逻辑电路的逻辑关系如图 2.1，图 2. 2，用 74LS00 自己设计接线。图 2.1 图 2. 2用 2 片 74LS00 组成半加器图 2.3 所示电路上连线。图 2. 34、实验内容和要求A
16、连接实验线路。 数字逻辑实验箱提供 5 V + 0.2 V 的直流电源供用户使用； 连接导线时，为了便于区别，最好用不同颜色导线区分电源和地线，一般用红色导线接电源，用黑色导线接地； 注意用电安全，实验中连线时断电操作。B实验要求 测试与非门电路逻辑功能将 74LS00 正确插入插座，注意识别 1 脚位置，按表 2-1 要求输入高、低电平信号，测出相应的输出逻辑电平。表 2.1 74LS00 逻辑功能测试表1A 1B 1Y 2A 2B 2Y 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 1 0 1 0 11 0 1 0 1 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1
17、 测试 74LS86 四异或门逻辑功能将 74LS86 正确插入插座，注意识别 1 脚位置，按表 2-2 要求输入信号，测出相应的输出逻辑电平。表 2.2 74LS86 逻辑功能测试表1A 1B 1Y 2A 2B 2Y 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 1 0 1 0 11 0 1 0 1 0 1 01 1 1 1 1 1 1 1将输入输出逻辑关系分别填入表 2.3、表 2.4 中表 2.3 输 入 输 出A B Y Z0 00 11 01 1表 2.4输 入 输 出A B Y0 00 11 01 1表 2.5 半加器输入 输出A B C Y1 Y20
18、 0 00 0 10 1 11 1 11 1 01 0 01 0 10 1 0 测试用异或门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图 2.4。图 2.4表 2.6输入端 A 0 1 0 1B 0 0 1 1输出端 YZ 测试全加器的逻辑功能。写出图 2.5 电路的逻辑表达式。根据逻辑表达式列真值表。 （见表 2.7）图 2.5表 2.7Ai Bi Ci-1 Y Z X1 X2 X3 Si Ci0 0 00 1 01 0 01 1 00 0 10 1 11 0 11 1
19、 1为便于接线和检查，在图中要注明芯片编号及各引脚对应的编号。图中 A、B、C 接电平开关，Yl，Y2 接发光管电平显示。写出上面两个电路逻辑表达式。整理实验结果，填入相应表格中。5、实验学时：2 学时实验项目一实验三译码器和数据选择器、实验目的 熟悉集成译码器、数据选择器的引脚排列图与功能表； 了解集成译码器、数据选择器的应用。、实验材料和设备 TDS-4 数字系统综合实验平台； 示波器 XJ4323 一台； 导线若干、示波器探头； 元器件：74LS138、74LS153、CD4512 各一块，导线若干。、实验原理将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号。数据选择器的功能是从一组数
20、据中选则某个数据输出。4、实验内容和要求A连接实验线路。 注意 74LS138 芯片中 INH、DIS 端的不同控制功能。 连接导线时，为了便于区别，最好用不同颜色导线区分电源和地线，一般用红色导线接电源，用黑色导线接地。 实验中连线时断电操作。B实验要求 译码器逻辑功能测试将 74LS138 正确接入面包板，注意识别 1 脚位置，按表 3-1 要求输入高、低电平信号，测出相应的输出逻辑电平。A0 A1 A2 A3 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y90 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0
21、 01 0 0 1表 3.174LS138 逻辑功能测试表 测试 CD4512 三态 8 通道数据选择器逻辑功能及其应用将 CD4512 正确接入面包板，注意识别 1 脚位置。按表 3-2 要求，在控制端 INH、DIS端有效情况下输入高、低电平信号，测出相应的输出逻辑电平。A B C D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Y0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 00 0 1 0 1 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 1 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 1 0 0 0 01 0 0 0 0 0 0 1 0 0 01 0 1 0 0 0 0 0 1 0 01 1 0
22、 0 0 0 0 0 0 1 01 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1表 3.2 CD4512 逻辑功能测试表 利用 CD4512 三态 8 通道数据选择器实现逻辑函数 ，并测试其逻辑功能，填写表 3.3。A B C Y0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1表 3.3CD4512 应用电路逻辑功能测试5、实验学时：2 学时实验项目一实验四触发器、实验目的 学会测试触发器逻辑功能的方法； 熟悉 RS 触发器、集成 JK 触发器和 D 触发器的逻辑功能及触发方式。、实验材料和设备 TDS-4 数字系统综合实验平台； 示波器 XJ4323 一台； 导线若
23、干、示波器探头； 元器件：74LS74、74LS76、74LS00 各二块，导线若干。、实验原理具有两个能自行保持的稳态(1 态或 0 态) ；根据输入信号可以置成 0 或 1，外加触发信号时，电路的输出状态可以翻转；在触发信号消失后，能将获得的新态保存下来。4、实验内容和要求A连接实验线路。B实验要求 基本 RS 触发器逻辑功能测试利用数字逻辑实验箱测试由与非门组成的基本 RS 触发器 74LS00 的逻辑功能，将测试结果记录在表 4-1 中。表 4-1dSdRQ逻辑功能0 1 1 0 1 1 0 0 集成 JK 触发器 74LS76 逻辑功能测试按表 4-2 测试并记录 JK 触发器的逻辑功能（表中 CP 信号由实验箱操作板上的单次脉冲发生器 P+提供，手按下产生 01，手松开产生 10） 。表 4-2dS RCP J K nQ1nQ功能0 1 X X X 1 0 X X X 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 集成 D 触发器 74LS74 逻辑功能测试按表 4-3 测试并记录 D 触发器的逻辑功能。表 4-3dSdRCP D Qn QN-10 1 X X 011 0 X X 01
