数字电路实验指导书
数字电路实验指导书
上海大学精密机械工程系2010年10月
目录
一、概述
二、实验一基本电路逻辑功能实验
三、实验二编码器实验
四、实验三寄存器实验
五、实验四译码器实验
六、实验五比较器实验
七、实验六加法器实验
八、实验七计数器实验
九、附录一数字电路实验基本知识
十、附录二常用实验器件引脚图
十一、附录三实验参考电路
十二、附录四信号定义方法与规则十三、附录五 DS2018实验平台介绍
前言
《数字电路A》课程是机电工程及自动化学院机械工程自动化专业和测控技术与仪器专业的学科基础必修课。课程介绍数字电路及控制系统的基本概念、基本原理和应用技术，使学生在数字电路方面具有一定的理论知识和实践应用能力。该课程是上海大学和上海市教委的重点课程建设项目和上海大学精品课程，课程教学内容和方式主要考虑了机械类专业对电类知识的需求特点，改变了电子专业类（如信息通信、电气自动化专业）这门课比较注重教授理论性和内部电路构成知识的方式，加强应用设计性实验，主要目的是让学生能在理论教学和实验中学会解决简单工程控制问题的基本方法和技巧，能够设计基本的实用逻辑电路。
本书是《数字电路A》的配套实验指导书，使用自行开发的控制系统设计实验箱，所有实验与课堂理论教学相结合，各实验之间相互关联，通过在实验箱上设计构建不同的数字电路功能模块，以验证理论教学中学到的各模块作用以及模块的实际设计方法。在所有功能模块设计结束后，可以将各模块连接在一起，配上输入输出装置，构成一个完整的工程控制系统。
为本课程配套的输入输出装置是颗粒糖果自动灌装控制和一维直线运动控制，颗粒糖果自动灌装系统的框图如下图所示：
颗粒糖果灌装系统框图
本套实验需要设计的功能模块包括：编码器、寄存器、译码器、比较器、加法器、计数器、光电编码器辩向处理电路、步进电机旋转控制环形分配电路等。
上述各电路模块和完整的颗粒糖果灌装和一维直线运动控制系统可以由实验箱上的可编程逻辑器件完整实现。系统中各功能模块是独立的，在分别用小规模的数字电路集成芯片设计了各个独立的模块并通过调试后，可以将所设计的电路与实验箱上的可编程逻辑器件按预定规则连接，即可看到整个控制系统的工作状态，了解分模块实验中设计的模块电路在整个控制系统中所起的作用。建立实用工程系统设计的基本的设计理念。
实验中所需要的常用集成电路芯片引脚信息、实验箱的使用说明等资料可以在本指导书后面的附录中查找。
实验一基本电路逻辑功能实验
一、实验目的
学习简单的逻辑电路的设计方法
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门
3、74LS06非门
4、万用表
三、实验内容和步骤
1、实验内容：参考教科书p34的信息，设计楼梯灯控制电路
2、实验要求：（1）用与门和或门设计（2）用与非门设计（3）
用或非门设计（实验室可用的集成电路芯片型号和引脚图见附录）
3、在DG2018数字电路实验系统上分别接好设计好的电路，两个开关
变量分别接在两个逻辑开关上，输出接发光二极管指示器L，并将集
成电路芯片的Vcc、地（GND）分别与电源的+5V和地接通。
4、改变逻辑开关K，实现各输入高、低电平变换，用发光二极管L
观察输出逻辑状态，并用万用表测量输出电平值，记录输入输出关
系，写出逻辑表达式。
四、预习内容
1、熟悉有关门电路的内容，预习实验指导书后附录所给出的实验箱的使用说明。
2、按三、2中要求，列出3种形式的逻辑表达式，画出逻辑电路图，从实验指导书后列出的可用的集成电路芯片中选择芯片，设计出接线图，设计实验
结果记录表。
五、实验报告要求
分别写出（2）中要求设计的3种形式的逻辑表达式、逻辑电路图、接线图；在DG2018数字电路实验系统上进行功能测试的实验记录。
实验二编码器实验
一、实验目的
1、了解编码器工作原理与实现方法并通过实验验证
2、学会集成电路编码器的使用及设计
3、思考如何实现用多块集成电路芯片的设计多位编码器
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门
3、74LS08二输入与门
4、74LS06非门
5、74LS148八-三编码器
6、万用表
三、实验内容和步骤
1、74LS148等逻辑芯片的引线和逻辑图见附录。
2、采用74LS00、74LS08和74LS06等逻辑门芯片设计一个四-二编码器。在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字编码器功能，信号输入接拨码开关SW1~SW4，输出信号接LED0~LED1。
3、采用74LS148和逻辑门芯片设计一个九位输入四位输出的优先编码器，实现按键/拨码开关的数字编码功能。编码器在我们设定的系统中的功能是将用拨码开关输入的每瓶要灌装的颗粒数转换为对应的二进制编码。在此规定SW0优先权最低。SW9有最高优先权。
(1) 编写四位数字编码器的逻辑关系并写出逻辑表达式。
(2) 在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字编码器功能，信号输入接拨码开关SW1~SW9，输出信号接LED0~LED3。
（3）改变拨码开关，实现各输入信号的改变，用发光二极管L观察输出逻辑状态，并用万用表测量输出电平值，记录输入输出关系，并做好实验记录。
四、预习内容
1、设计所需逻辑电路，画出逻辑电路图和接线图。设计实验结果记录表。
2、掌握实验原理
五、实验报告要求
1、编写四-二编码器的真值表与逻辑表达式，并画出逻辑门实现电路。
2、采用74LS148和逻辑门芯片设计四位数字编码器，画出实现电路。
3、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
六、选做内容
如果拨码开关SW0~SW9分别代表十进制数0~9，即输入为十进制数，试设计实现两位十进制数输入的编码器（输入为两位十进制数，输出为BCD码或二进制码）。
实验三寄存器实验
一、实验目的
1、了解寄存器工作原理与实现方法并通过实验验证
2、学会集成电路寄存器设计方法
3、思考如何用多块集成电路寄存器芯片设计多位寄存器
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、74LS74 双D触发器
3、74LS194双向四位数字寄存器
4、万用表
三、实验内容和步骤
1、74LS194等逻辑芯片的引线和逻辑图见附录。
2、采用74LS00、74LS06和74LS08等逻辑门芯片设计一个二位数字寄存器，具有数据锁存功能。输入信号包括两位数字输入、置位信号和清零信号，两位输出信号。在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字寄存器功能，数字输入信号、置位和复位信号接拨码开关SW1~SW4，输出信号接发光二极管LED0~LED1。
3、采用74LS194和逻辑门芯片设计一个四位输入八位输出的数字寄存器，输入为实验二所设计的编码器的四位输出信号以及锁存时钟PULSE3和清零信号Reset，输出信号为寄存器8位数据。其功能要求如下：当清零信号Reset为0时寄存器数据输出为0；其它情况下，当锁存时钟PULSE3下降沿时，寄存器读入第一组输入数据，并保存在数据寄存器的低四位，当锁存时钟PULSE3上
升沿时，读入第二组数据，并保存到数据寄存器的高四位。
4、编写数字寄存器的逻辑关系并写出逻辑表达式。
5、在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字寄存器功能，四位数据输入信号、锁存信号PULSE3和清零信号Reset接拨码开关SW1~SW6，输出信号接发光二极管LED0~LED7。
6、改变拨码开关，实现各输入信号的改变，用发光二极管观察输出逻辑状态，并用万用表测量输出电平值，记录输入输出关系，并做好实验记录。
四、预习内容
1、复习寄存器构成和工作原理、工作条件
2、设计寄存器逻辑电路图和引脚连接图
五、实验报告要求
1、给出两位数字寄存器的真值表与逻辑表达式，并画出逻辑电路图和引脚连接图。
2、采用74LS194和逻辑门芯片实现数字寄存器的实现电路图。
3、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
实验四译码器实验
一、实验目的
1、了解译码器工作原理与实现方法并通过实验验证
2、复习和巩固逻辑芯片的设计与使用方法
二、实验仪器和器件
1、DG2018数字电路实验系统
2、74LS00二输入与非门、74LS06非门、74LS08二输入与门
3、74LS247 BCD译码器
4、万用表
三、实验内容和步骤
1、74LS247等逻辑芯片的引线和逻辑图见附录。
2、采用74LS00、74LS06和74LS08等逻辑门芯片设计一个二位译码器，输入为inRegH[1..0]，输出为oLightH[4..0]。在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字译码器功能，输入信号inRegH[1..0]分别接拨码开关
SW0~SW1，输出信号oLightH[3..0]连接到LED0~LED3。
3、采用74LS247和逻辑门芯片设计BCD到七位数码管的译码器，译码器的功能就是将设置的每瓶装的糖果的数量在数码管中显示出来，具体功能就是把输入数据两组BCD码译码为两个LED数码管的控制信号，设定值为十进制的2位数。输入为inRegH[3..0]和inRegL[3..0]，分别表示保存在寄存器中每瓶装的糖果的数量的十位数和个位数，采用BCD码表示；输出为oLightH[6..0]和oLightL[6..0]，分别表示十位数数码管的控制信号和个位数数码管的控制信号。
4、编写数字译码器的逻辑关系并写出逻辑表达式。
5、在DG2018数字电路实验系统上用逻辑芯片实现数字译码器功能，输入信号inRegH[3..0]和inRegL[3..0]分别接拨码开关SW0~SW3和SW5~SW8，输出信号oLightH[6..0]连接到LED0~LED6，oLightL[6..0]连接到
LED8~LED14。
6、改变拨码开关，实现各输入信号的改变，用发光数码管观察输出逻辑状态，记录输入输出关系，并做好实验记录。
四、预习内容
1、熟悉有关门电路的内容
2、掌握实验原理
五、实验报告要求
1、编写二位译码器的真值表与逻辑表达式，并画出逻辑门实现电路。
2、采用74LS247和逻辑门芯片实现数字译码器，画出实现电路。
3、整理出各项测试结果记录，根据实测结果列出各种门电路的真值表。
六、思考题
1、思考数字译码器在颗粒糖果自动灌装系统中的作用。