北京大学：《数字逻辑电路实验 Digital Circuits Laboratory》课程电子教案（共十四个实验）

实验一逻辑门电路测试 实验一逻辑门电路测试 1.实验目的 3)具有相同逻辑功能但不同类型的逻辑器 (1)了解门的基本特性,并注意各参量在电 件其电参量会有较大差异,这是在逻辑 路中的具体使用意义,为今后自行设计 电路的设计中必须注意的问题 电路提供准备。 (4)注意实际门特性与理想门特性的差异。 (2)了解如何使用示波器测量电路特性,并 了解实验门电路存在的各种现象,分析 注意这种获取期间特性的手段及思路。 结果,说明原因。 实验一逻辑门电路测试 实验一逻辑门电路测试 2.实验教学内容 (3)用示波器双通道观测与非门CD401输入 (1)预习报告与实验原理 输出电压传输特性。 (2)测量DTL以及CMOS门器件的下列静态参 (4)输入100kHz方波信号,试估算该门电路 的平均延迟时间。(选做) 输入短路电路电流、输入端上下阈值电 压、输出高低电平、输入端上下阈值电 左图:与非门输入 和与非门输入交叉漏电流示意 验一逻辑门电路测试 逻辑门电路测试 试验中可能涉及的问题 4.难点 (1)DTL和CMOS门的性能差异 (1)电压传输特性曲线 (2)施流和吸流的概念 (2)输入交叉漏电流 3)负载对测试结果的影响

1 实验一 逻辑门电路测试一 ⒈实验目的 (1)了解门的基本特性，并注意各参量在电 路中的具体使用意义，为今后自行设计 电路提供准备。 (2)了解如何使用示波器测量电路特性，并 注意这种获取期间特性的手段及思路。 2 实验一 逻辑门电路测试一 (3)具有相同逻辑功能但不同类型的逻辑器 件其电参量会有较大差异，这是在逻辑 电路的设计中必须注意的问题。 (4)注意实际门特性与理想门特性的差异。 了解实验门电路存在的各种现象，分析 结果，说明原因。 3 实验一 逻辑门电路测试一 2.实验教学内容 (1)预习报告与实验原理。 (2)测量DTL以及CMOS门器件的下列静态参 数 输入短路电路电流、输入端上下阈值电 压、输出高低电平、输入端上下阈值电 阻 左图：与非门输入电路示意图 和与非门输入交叉漏电流示意 图 4 实验一 逻辑门电路测试一 (3)用示波器双通道观测与非门CD4011输入 输出电压传输特性。 (4)输入100kHz方波信号，试估算该门电路 的平均延迟时间。（选做） 5 实验一 逻辑门电路测试一 3.试验中可能涉及的问题 (1) DTL和CMOS门的性能差异 (2)施流和吸流的概念 (3)负载对测试结果的影响 6 实验一 逻辑门电路测试一 4.难点 (1)电压传输特性曲线 (2)输入交叉漏电流 1

实验一逻辑门电路测试 实验一逻辑门电路测试 5.思考题 (3)门电路的静态参量提出了对信号源的什 (1)DIL与CM0S两种与非门芯片上、下阈值 么要求? 的大小,间隔及对称性有何不同,这些 差异对电路抗扰性有何影响? (2)若门电路的输入端要通过电阻接高电位 或接地,使输入端常置“1”或常置 “0”,应如何选择电阻R的值?

7 实验一 逻辑门电路测试一 5.思考题 (1)DTL与CMOS两种与非门芯片上、下阈值 的大小，间隔及对称性有何不同，这些 差异对电路抗扰性有何影响? (2)若门电路的输入端要通过电阻接高电位 或接地，使输入端常置“1”或常置 “0”，应如何选择电阻R的值？ 8 实验一 逻辑门电路测试一 (3)门电路的静态参量提出了对信号源的什 么要求？ 2

实验二逻辑门电路测试二 实验二逻辑门电路测试 1.实验目的 2.实验内容 (1)了解用环形振荡器法和脉冲形成法这两 种方法测量门的延迟时间 (1)预习报告与实验原理 2通过实验理解产生 装超的过类机制 (2)用环形振荡器测量门的延迟时间 用DL门或CMos门组成环形振荡 示波器)的带宽 器 如下图所示,通过隔离级 G3用示波器观察振荡波形。 (3)学会利用门延迟设计窄脉冲发生器。 D可 实验二逻辑门电路测试二 实验二逻辑门电路测试二 (3)用脉冲形成法测量门的延迟时间 (4)设计一个窄脉冲形成电路 输入一个宽脉冲,G3输出的脉冲波形应 按下图所示电路,正确地选择电阻和电 为宽度为3的负脉冲 容,组成一个产生脉宽为1的窄脉冲 形成电路。应该注意:对于TTL路和 CMOS电路,R的取值有较大的差异。 厂D4 1 L 实验二逻辑门电路测试二 实验二逻辑门电路测试二 3试验中可能涉及的问题 4难点 (1)负载电容对传输延时的影响 用频谱分析的方法对测量结果进行修 (2)三种延时测量方法(脉冲形成法、环形 正,求出真实信号的幅度与宽度。 振荡法以及直接输入输出法)的特点及 适用范围

1 实验二 逻辑门电路测试二 ⒈实验目的 (1)了解用环形振荡器法和脉冲形成法这两 种方法测量门的延迟时间。 (2)通过实验理解产生门的延迟时间的机制。 由于观察波形的带宽超出了测量仪器 （示波器）的带宽，因此要求用频谱分 析的方法对测量结果进行修正，以得到 接近实际的测量值。 (3)学会利用门延迟设计窄脉冲发生器。 2 实验二 逻辑门电路测试二 2.实验内容 (1)预习报告与实验原理 (2)用环形振荡器测量门的延迟时间 用DTL门或CMOS门组成环形振荡 器， 如下图所示，通过隔离级 G3用示波器观察振荡波形。 3 实验二 逻辑门电路测试二 (3)用脉冲形成法测量门的延迟时间 输入一个宽脉冲，G3输出的脉冲波形应 为宽度为3 的负脉冲。 τ g 4 实验二 逻辑门电路测试二 (4)设计一个窄脉冲形成电路 按下图所示电路，正确地选择电阻和电 容，组成一个产生脉宽为1 的窄脉冲 形成电路。应该注意：对于TTL电路和 CMOS电路，R的取值有较大的差异。 μs 5 实验二 逻辑门电路测试二 3.试验中可能涉及的问题 (1)负载电容对传输延时的影响。 (2)三种延时测量方法（脉冲形成法、环形 振荡法以及直接输入输出法）的特点及 适用范围。 6 实验二 逻辑门电路测试二 4.难点 用频谱分析的方法对测量结果进行修 正，求出真实信号的幅度与宽度。 1

实验二逻辑门电路测试二 5.思考题 (3)在测量环形振荡器波形时,观察到信号 (1)本实验的环形振荡器是由奇数级门组成 波形不理想,试分析是什么原因? 的直耦反馈环路,那么由偶数级门组成 的直耦反馈环路,是否也是环形振荡 (2)在测量环形振荡器的波形和频率时,若 不用输出级G3,可能会有什么影响?

7 实验二 逻辑门电路测试二 5.思考题 (1)本实验的环形振荡器是由奇数级门组成 的直耦反馈环路，那么由偶数级门组成 的直耦反馈环路，是否也是环形振荡 器？ (2)在测量环形振荡器的波形和频率时，若 不用输出级G3，可能会有什么影响？ 8 (3)在测量环形振荡器波形时，观察到信号 波形不理想，试分析是什么原因？ 2

实验三单稳态电路与无稳态电路 实验三单稳态电路与无稳态电路 1实验目的 (3)练习用D触发器组成单稳态电路 (1)了解组成单稳态及无稳态电路的逻辑 (4)练习用集成单稳态芯片组成单稳态电 认识单稳态、双稳态、无稳态三种电路 之间的内在联系 (2)练习用集成门组成单稳态及无稳态电路。 实验三单稳态电路与无稳态电路 实验三单稳态电路与无稳态电路 2.实验内容 (3)用阻容延迟电路组成单稳态电路与无 (1)预习报告与实验原理 稳态电路TTL门电路组成一单稳态电路和 (2)测试闩锁特性 无稳态电路,测试各点波形。 用TTL与非门74LS00组成右 (4)D触发器CDA013组成单稳态电路。 图所示电路。当瓦§端分 别为(0,1)、(1,0)时 测试Q端的输出电平 并观察闩锁的工作是否正 实验三单稳态电路与无稳态电路 实验三单稳态电路与无稳态电路 (5)利用 电路。暂稳态时间为1微秒,实验电路 参考图1 (6)用CDA011组成下图所示的多谐波振荡器 计算R、C的数值,并观察其波形与频率

1 实验三 单稳态电路与无稳态电路 ⒈实验目的 (1)了解组成单稳态及无稳态电路的逻辑。 认识单稳态、双稳态、无稳态三种电路 之间的内在联系。 (2)练习用集成门组成单稳态及无稳态电路。 2 (3)练习用D触发器组成单稳态电路。 (4)练习用集成单稳态芯片组成单稳态电 路。 实验三 单稳态电路与无稳态电路 3 实验三 单稳态电路与无稳态电路 2.实验内容 (1)预习报告与实验原理 (2)测试闩锁特性 用TTL与非门74LS00组成右 图所示电路。当 端分 别为(0，1)、（1，0）时 测试 端的输出电平， 并观察闩锁的工作是否正 常。 , SR ,QQ 4 实验三 单稳态电路与无稳态电路 (3)用阻容延迟电路组成单稳态电路与无 稳态电路TTL门电路组成一单稳态电路和 无稳态电路，测试各点波形。 (4)D触发器CD4013组成单稳态电路。 5 实验三 单稳态电路与无稳态电路 6 实验三 单稳态电路与无稳态电路 (5)利用集成单稳芯片74HC123实现单稳态 电路。暂稳态时间为1微秒，实验电路 参考图1。 (6)用CD4011组成下图所示的多谐波振荡器 计算R、C的数值，并观察其波形与频率。 1

验三单稳态电路与无稳态电路 实验三单稳态电路与无稳态电路 3.试验中可能涉及的问题 单稳态、双稳态和无稳态的概念 集成单稳态芯片的使用 实验三单稳态电路与无稳态电路 单稳态电路与无稳态电路 4试验难点 5思考题 电路延时对触发的影响 (1)比较本实验中的多谐波振荡器与实验 中的环形振荡器,两者有何相同之 处,有何不同之处? (2)如何用一个集成单稳态芯片组成一个 无稳态电路?提出设计方案

7 实验三 单稳态电路与无稳态电路 8 实验三 单稳态电路与无稳态电路 3.试验中可能涉及的问题 单稳态、双稳态和无稳态的概念 集成单稳态芯片的使用。 9 实验三 单稳态电路与无稳态电路 4.试验难点 电路延时对触发的影响 10 实验三 单稳态电路与无稳态电路 5.思考题 (1)比较本实验中的多谐波振荡器与实验 二中的环形振荡器，两者有何相同之 处，有何不同之处？ (2)如何用一个集成单稳态芯片组成一个 无稳态电路?提出设计方案。 2

实验四晶体振荡器 实验四晶体振荡器 1实验目的 2.实验内容 (1)预习报告与实验原理 (1)了解实用的晶体振荡器的组成与调试。 深入理解晶体振荡器的原理和基本工作 (2)注意观察实验中晶体振荡器的多模现 象,判别多模振荡的频率及掌握解决办 使体含精频拿品体振荡, 观察电路中G3门前后的振荡波形并测量 实验四晶体振荡器 实验四晶体振荡器 (3)用数字频率计观察改变R1对振荡频率的 影响,并与通用信号发生器的稳定度进 比较 [G1 实验四晶体振荡器 实验四晶体振荡器 3.实验可能遇到的问题 4.难点 (1)选频回路的Q值对频率稳定性的影响 晶体振荡器多模现象及解决方法 (2)电路中寄生参量对振荡频率的影响

1 实验四 晶体振荡器 ⒈实验目的 (1)了解实用的晶体振荡器的组成与调试。 (2)注意观察实验中晶体振荡器的多模现 象，判别多模振荡的频率及掌握解决办 法。 2 实验四 晶体振荡器 2.实验内容 (1)预习报告与实验原理 深入理解晶体振荡器的原理和基本工作 电路。 (2)用TTL和HC门各组成一个晶体振荡器， 使振荡于晶体的固有频率。 观察电路中G3门前后的振荡波形并测量 振荡频率。 3 实验四 晶体振荡器 4 实验四 晶体振荡器 (3)用数字频率计观察改变R1对振荡频率的 影响，并与通用信号发生器的稳定度进 行比较。 5 实验四 晶体振荡器 3.实验可能遇到的问题 (1)选频回路的Q值对频率稳定性的影响 (2)电路中寄生参量对振荡频率的影响 6 实验四 晶体振荡器 4.难点 晶体振荡器多模现象及解决方法 1

实验四晶体振荡器 5思考题 (1)与前述练习中的几种振荡器比较,说明 各自的异同 (2)说明你观察到的多模现象,形成原因及 消除办法。 (3)非门与通常的反向放大器比较,有何相 同之处?有何不同之处?

7 实验四 晶体振荡器 5.思考题 (1)与前述练习中的几种振荡器比较，说明 各自的异同。 (2)说明你观察到的多模现象，形成原因及 消除办法。 (3)非门与通常的反向放大器比较，有何相 同之处？有何不同之处？ 2

实验五组合逻辑电路的应用 实验五组合逻辑电路的应用 实验目的 2.试验内容 (1)掌握用SSI设计组合逻辑电路的方法 (1)预习报告与实验原理 (2)掌握译码器、数据选择器、数值比较器 理解组合逻辑电路设计的基本流程 MSI器件的使用方法 (3)掌握用常见的MsI器件设计组合逻辑电 路的方法。 实验五组合逻辑电路的应用 实验五组合逻辑电路的应用 (2)用异或门74LS86和与非门74LS00实现两 (5)对数值比较器74LS85构成一个四舍五入 位2进制全加器,并选择几种输入组合进 电路,连接电路并实现逻辑功能 行验证 (6)设计一个可控代码转换电路 (3)用3-8译码器74LS138实现数据分配器 当控制信号K=0时,将4位二进制码(B码) 在输入端加入方波,通过不同的地址码 转换为4位格雷码G码):当控制信号K=1 设置,从不同输出端测试输出波形。 时,将4位格雷码转换为4位二进制 (4)对于数值比较器74LS85,选择几种输入 组合观察比较结果,验证其逻辑功能。 实验五组合逻辑电路的应用 实验五组合逻辑电路的应用 3.实验可能遇到的问题 4思考题 (1)分配器、多路选择器以及比较器的概念 )组合逻辑电路的设计方法 (1)在用集成电路设计组合逻辑电路时,什 么是最佳设计方案? (2)在数据选择器产品中,除有原码输出 外,还有反码输出、三态输出,它们各 用在什么场合?

1 实验五 组合逻辑电路的应用 ⒈实验目的 (1)掌握用SSI设计组合逻辑电路的方法。 (2)掌握译码器、数据选择器、数值比较器 等MSI器件的使用方法。 (3)掌握用常见的MSI器件设计组合逻辑电 路的方法。 2 实验五 组合逻辑电路的应用 2.试验内容 (1)预习报告与实验原理 理解组合逻辑电路设计的基本流程 3 实验五 组合逻辑电路的应用 (2)用异或门74LS86和与非门74LS00实现两 位2进制全加器,并选择几种输入组合进 行验证。 (3)用3-8译码器74LS138实现数据分配器， 在输入端加入方波，通过不同的地址码 设置，从不同输出端测试输出波形。 (4)对于数值比较器74LS85，选择几种输入 组合观察比较结果，验证其逻辑功能。 4 实验五 组合逻辑电路的应用 (5)对数值比较器74LS85构成一个四舍五入 电路，连接电路并实现逻辑功能。 (6)设计一个可控代码转换电路 当控制信号K=0时，将4位二进制码(B码) 转换为4位格雷码(G码)；当控制信号K=1 时，将4位格雷码转换为4位二进制码。 5 实验五 组合逻辑电路的应用 3.实验可能遇到的问题 (1)分配器、多路选择器以及比较器的概念 (2)组合逻辑电路的设计方法 6 实验五 组合逻辑电路的应用 4.思考题 (1)在用集成电路设计组合逻辑电路时，什 么是最佳设计方案？ (2)在数据选择器产品中，除有原码输出 外，还有反码输出、三态输出，它们各 用在什么场合？ 1

实验六计数器和脉宽测量 实验六计数器和脉宽测量 实验目的 2.实验内容 1)通过学习典型可逆计数器和简单脉宽测 (1)预习报告与实验原理 量电路的原理来熟悉具有一些中小规模 ◆计数器分为很多种,按进制分一般有二 的数字集成芯片的原理和使用 进制、十进制、六十进制等 (2)掌握计数电路,初步掌握脉宽测量技术 ◆脉宽测量在实际中也经常 其原理 的设计和调试方法 是在所测脉冲的时间范围内对已知的标 准脉冲计数,由计数的个数可计算脉冲 的时间宽度 实验六计数器和脉宽测量 实六 计数器和脉宽测量 (1)以信号发生器为时钟源,输出正弦波 (2)设计一路N(0<N<10)进制加减计数 形,调试时钟整形,分别调试两路计数 器,选用1KHz时钟信号,测量并记录计 显示电路 数器各点波形 三蠻日 (3)设计实现两路计数器级联的100进制连 续加减计数器,输入低频时钟信号(如 2H,1Hz…),观察数码管显示。 (4)设计实现简单的脉宽测量仪,用以测量 计数器部分电路 译码锁存显示电路 实验六计数器和脉宽测量 实验六计数器和脉宽测量 按键时间或外接脉冲宽度,溢出时有溢 3.试验中可能遇到的问题 出指示 1)计数器和锁存器芯片的原理 (2)脉冲整形电路原理 (3)按键时间较长时,计数器很容易发生溢

1 实验六 计数器和脉宽测量 ⒈实验目的 (1)通过学习典型可逆计数器和简单脉宽测 量电路的原理来熟悉具有一些中小规模 的数字集成芯片的原理和使用。 (2)掌握计数电路，初步掌握脉宽测量技术 的设计和调试方法。 2 实验六 计数器和脉宽测量 2.实验内容 (1)预习报告与实验原理 ‹ 计数器分为很多种，按进制分一般有二 进制、十进制、六十进制等 。 ‹ 脉宽测量在实际中也经常用到，其原理 是在所测脉冲的时间范围内对已知的标 准脉冲计数，由计数的个数可计算脉冲 的时间宽度。 3 实验六 计数器和脉宽测量 (1)以信号发生器为时钟源，输出正弦波 形，调试时钟整形，分别调试两路计数 显示电路。 计数器部分电路 译码锁存显示电路 4 实验六 计数器和脉宽测量 (2)设计一路N（0<N<10）进制加减计数 器，选用1KHz时钟信号，测量并记录计 数器各点波形。 (3)设计实现两路计数器级联的100进制连 续加减计数器，输入低频时钟信号（如 2Hz，1Hz…），观察数码管显示。 (4)设计实现简单的脉宽测量仪，用以测量 5 实验六 计数器和脉宽测量 按键时间或外接脉冲宽度，溢出时有溢 出指示。 6 实验六 计数器和脉宽测量 3.试验中可能遇到的问题 (1)计数器和锁存器芯片的原理 (2)脉冲整形电路原理 (3)按键时间较长时，计数器很容易发生溢 出 1