[数字电子技术基础]实验报告2011级
《数字电子技术基础》
实验报告
课程名称 数字电子技术基础实验 班级 姓名 学号 上课时间
目录： 实验一
1 设计任务要求 ............................................................................................................................. 4 2 设计方案及论证 ......................................................................................................................... 4
2.1 任务分析 ......................................................................................................................... 4 2.2 系统结构设计 ................................................................................................................. 4 2.3 具体电路设计 ................................................................................................................. 5 3 制作及调试过程 ......................................................................................................................... 5
3.1 制作与调试流程 ............................................................................................................. 5 3.2 遇到的问题与解决方法 ................................................................................................. 5 4 系统测试 ..................................................................................................................................... 5
4.1 测试方法 ......................................................................................................................... 5 4.2 测试数据 ......................................................................................................................... 6 4.3 数据分析和结论 ............................................................................................................. 6 5 总结............................................................................................................................................. 6
5.1 本人所做的工作 ............................................................................................................. 6 5.2 收获与体会 ..................................................................................................................... 6 5.3 对课程的建议 ................................................................................................................. 6 6 参考文献 ..................................................................................................................................... 7 实验二
1 设计任务要求 ............................................................................................................................. 8 2 设计方案及论证 ......................................................................................................................... 8
2.1 任务分析 ......................................................................................................................... 8 2.2 系统结构设计 ................................................................................................................. 9 2.3 具体电路设计 ................................................................................................................. 9 3 制作及调试过程 ......................................................................................................................... 9
3.1 制作与调试流程 ............................................................................................................. 9 3.2 遇到的问题与解决方法 ............................................................................................... 18 4 系统测试 ................................................................................................................................... 18
4.1 测试方法 ....................................................................................................................... 18 4.2 测试数据 ....................................................................................................................... 18 4.3 数据分析和结论 ........................................................................................................... 18 5 总结........................................................................................................................................... 18
5.1 本人所做的工作 ........................................................................................................... 18 5.2 收获与体会 ................................................................................................................... 19 5.3 对课程的建议 ............................................................................................................... 19 6 参考文献 ................................................................................................................................... 19 实验三
1 设计任务要求 ........................................................................................................................... 16 2 设计方案及论证 ....................................................................................................................... 16
2.1 任务分析 ....................................................................................................................... 16 2.2 系统结构设计 ............................................................................................................... 17 2.3 具体电路设计 ............................................................................................................... 17 3 制作及调试过程 ....................................................................................................................... 18
3.1 制作与调试流程 ........................................................................................................... 18 3.2 遇到的问题与解决方法 ............................................................................................... 18 4 系统测试 ................................................................................................................................... 18
4.1 测试方法 ....................................................................................................................... 18 4.2 测试数据 ....................................................................................................................... 18 4.3 数据分析和结论 ........................................................................................................... 18 5 总结........................................................................................................................................... 18
5.1 本人所做的工作 ........................................................................................................... 18 5.2 收获与体会 ................................................................................................................... 19 5.3 对课程的建议 ............................................................................................................... 19 6 参考文献 ..................................................................................................................................19 实验四：
1 设计任务要求 ........................................................................................................................... 16 2 设计方案及论证 ....................................................................................................................... 16
2.1 任务分析 ....................................................................................................................... 16 2.2 系统结构设计 ............................................................................................................... 16 2.3 具体电路设计 ............................................................................................................... 17 3 制作及调试过程 ....................................................................................................................... 17
3.1 制作与调试流程 ........................................................................................................... 17 3.2 遇到的问题与解决方法 ............................................................................................... 17 4 系统测试 ................................................................................................................................... 17
4.1 测试方法 ....................................................................................................................... 17 4.2 测试数据 ....................................................................................................................... 18 4.3 数据分析和结论 ........................................................................................................... 18 5 总结........................................................................................................................................... 18
5.1 本人所做的工作 ........................................................................................................... 18 5.2 收获与体会 ................................................................................................................... 19 5.3 对课程的建议 ............................................................................................................... 19 6 参考文献 ................................................................................................................................... 19
实验一 用加法器实现2位乘法电路
1 设计任务要求
用加法器实现2位乘法电路。 2 设计方案及论证
2.1 任务分析
设两位二进制分别为A1A0和B1B0，输出为S3S2S1S0，可以用与门（74LS08） 或译码器(74LS138)。
加法器可使用四位二进制超前进位全加器74LS283，在其输出端接由一个74LS47和一个7段共阳数码管组成的显示电路，用于显示乘积。
2.2 方案比较
方案一：不使用74LS08，直接将要乘积的项进行线与，然后将结果直接送入加法器。此方案在仿真时并不会出现问题，但在焊接好实际电路后，如果A0是“1”即高电平，B0是“0”即低电平，在线与时会造成电源与地线的短路，实验箱会报警，故最终没有采用此方案而使用了下面所叙述的使用了74LS08芯片的另一种方案。 2.3 系统结构设计
本电路要实现显示A1A0与B1B0所表示的二进制数乘积的功能，进行乘法过程中，会用到A1B1、A0B1、A1B0、A0B0等项，我们可以利用74LS08的与门功能来实现这些项，再将它们送入74LS283的数据输入端进行对应的加法，由74LS283的输出端输出结果并且送入由一个74LS47和一个7段共阳数码管组成的显示电路将结果以十进制数值显示出来。具体框图如下：
图1-1 系统框图
2.4 具体电路设计
图1-2 实验一电路原理图
原理图说明：开关J1、J2、J3、J4分别等同于输入数据的A0、A1、B0、B1。芯片74LS48共有四个相互独立的与门，A0B0通过74LS08芯片的第一个与门后送入加法器74LS283数据输入端的A1口，A1B0通过第二个与门送入加法器的A2口；A1B1通过第三个与门送入加法器的B3口，A0B1通过第四个与门送入加法器的B2口。通过加法器的加法运算，将乘积由高到低从10、13、1、4口以二进制数输出，再由74LS47芯片将二进制的结果译为十进制数并送到数码管进行显示。由于乘积最大为9，即1001B，不会出现再向高位进位的情况，故进位位CO=0.
3 制作及调试过程
3.1 制作与调试流程
3.2 遇到的问题及解决方法
我们的焊接过程和电路断电检测并没有出现什么问题，当进行到电路通电检测及调试这一步骤时，每次上电实验箱都会报警，通过检查与分析我们发现当四个开关处都为高电平时，实验箱不会报警，只要有一个为低电平，实验箱就会报警，导致这一现象的原因是每次接低电平时都会使电源和地线接通，但仿真时并没有报错。将开关连接方式修改后，使得它接入电路的那一部分只可能与电源或者地线相连通，这样一来问题就解决了。
4 系统测试
4.1 测试方法
电路上电后，通过改变单刀双掷开关的拨片，向电路中输入不同的数据，观
察数码管显示的乘积是否与理论结果一致。
4.2 测试数据
4.3 数据分析和结论
实际测试结果与理论结果相符，表明我们的设计实现了用加法器构成的2位
乘法电路。
5. 总结
5.1 本人所做的工作
在实验一中，我负责了部分的焊接工作、电路板检测与验收工作。
5.2 收获与体会
本次实验我最大的收获就是仿真结果只有理论意义和一定的现实意义，实际的电路板进行上电测试时往往与理论仿真有所出入。因此我们不能只注重理论而忽视实践。除此之外，我意识到了团队合作的必要性。通过这次的课程设计，发现了自己知识面的不足，找到了以后学习的方向，与此同时，这次还再次锻炼了我的焊接技术和检错技术。
5.3 对课程的建议
本实验较为简单，建议可以适当提升难度。
6 参考文献
[1] 侯建军．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2007．
[2] 黄继昌. 常用数字集成电路应用280例[M]. 北京：中国电力出版社，2013. [3] 百度文库. 74LS08中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=Hpe8.2010. [4] 百度文库. 74LS283中文资料. http://wenku.baidu.com/link?url=LAAwfEflyGo. 2012.
[5] 百度文库. 74LS47中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=ib4dGwbKHzjfn. 2010.
实验二 用4位加法器实现可控累加（加/减，-9到9，加数
步长为3）电路
1 设计任务要求
用4位加法器实现可控累加（加/减，-9到9，加数步长为3）电路。 2 设计方案及论证 2.1 任务分析
对于加法来说实现较为容易，只需将两个加数送入加法器74LS283中即可。
减法方面，根据数电知识，可以考虑使用异或门对加数进行求补码运算，A+B
补
=A-B.步长方面，可采用加法器和存储器组成一个计数器，用以产生步长0,1,2,3，再利用异或门和与门将它们转化为0,3，6,9即实验要求的步长，送入步长显示电路，但还是要将0,1,2,3送入加法器进行累加，最后利用实验一的乘法原理将所得结果乘3，即得到最终结果，将结果送入显示电路即可。
2.2 系统结构设计
将系统进行分模块设计，可以分成步长产生电路、步长显示电路、加减选择电路、累加电路、乘法电路、结果显示电路几个模块。具体系统结构框图如下：
2.3 具体电路设计
图2-2 实验二电路原理图
说明：原理图最上面的开关为加减控件，高电平为加法运算，低电平为减法
运算。原理图左下部分的开关为步长控件，通过控制此开关，每产生一个上升沿，它上面显示步长的数码管就会改变数值，0,3,6,9循环显示步长。原理图正下方的开关为计数控件，上升沿有效，它每产生一个上升沿，右上方显示结果的数码管就会按步长进行加/减运算，两个挨着的数码管中左边的那个显示正负（0表示正，1表示负），右边的那个显示数值。
3 制作及调试过程
3.1 制作与调试流程
3.2 遇到的问题与解决办法
我们的焊接过程和断电检测并没有出现什么问题，当电路进行通电检测时，
电路控制步长的模块通过开关给上升沿还是可以进行控制的，但是计数开关因为总有抖动，结果跳变十分厉害，有时可以一下跳过去好几个数据，有时要来回尝试好几次才能判断结果是对是错，观测十分不方便。在询问了老师和同学之后，我们利用实验箱的上升沿控件，这个控件还是比较稳定的，观测结果也比原来方便了许多。
4 系统测试 4.1 测试方法
电路上电后，先通过步长控件改变步长（0,3,6,9）,在利用加减开关控制电
路进行何种算数运算，最后通过计数控件给上升沿来改变计数结果，观察数码管显示的结果是否与理论结果一致。
4.2 测试数据（表格中列出了各种正确结果）
4.3 数据分析和结论
表格中列出的各种结果我们的电路均可以得出，表明我们的设计成功实现了
用4位加法器构成的可控累加（加/减，-9到9，加数步长为3）电路。
5 总结
5.1 本人所做的工作
在实验二中，我主要负责了电路的焊接工作以及电路板检测、验收工作。
5.2 收获与体会
通过本次实验，我对74LS194和74LS273的使用有了更深的理解，进一
步熟练掌握了电路的设计、连接、仿真和焊接，这是一个浩大的工程，虽然在连接实物图和焊接实物的时候遇到很多困难，但是我们通过小组讨论和查阅资料的方式都一一解决了，借此机会我也要对在此过程中给予我鼓励与支持的队友表示真挚的感谢,其次，我们通过多次地前往中发购置所需的元件，也对大部分的电子元器件有了进一步的了解，此外这次实验还让我对数电相关芯片有了更深刻的理解。
5.3 对课程的建议
可考虑将正负数的显示内容改为0～99的显示。或降低难度 6 参考文献
[1] 侯建军.数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2007．
[2] 黄继昌.常用数字集成电路应用280例[M]. 北京：中国电力出版社，2013. [3] 百度文库.74LS08中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=Hpe8.2010. [4] 百度文库.74LS283中文资料. http://wenku.baidu.com/link?url=LAAwfEflyGo. 2012.
[5] 百度文库.74LS47中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=ib4dGwbKHzjfn.
2010.
[6] 百度文库.74LS86中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=Sp68u4GjQ.2013. [7] 百度文库.74LS175中文资料.http://www.baidu.com/s?ie=utf-8&bsfiod.2013.
实验三 用4位移位寄存器实现可控乘/除法（2到8，乘数
步长为2 ）电路
1 设计任务要求
用4位移位寄存器实现可控乘/除法（2到8，乘数步长为2n ）电路。 2 设计方案及论证 2.1 任务分析
4位移位寄存器可以实现对一个4位二进制数的移位运算，对它诸如0001B、0010B、0100B这类二进制数的左移1位相当于乘2（依此类推），对它们进行右移1位相当于除2（依此类推），因此，我们可以利用它进行乘/除运算。步长方面，产生周期序列，并让它的原端和非端经过转化成对应步长1，2，4，8。加法器和存储器构成一累加器，其作用是产生与步长对应的脉冲数。例如：当步长是8时，实则需要产生3个脉冲提供给移位寄存器，当3个脉冲产生后，需要屏蔽累加器的脉冲，当技术控件作用后才取消屏蔽，继续产生下3个脉冲；使用或门和与门来屏蔽激发累加器的脉冲；例如：步长为8时，累加步长为1，存储器1输出0-1-2-3-4-5；其对应的低位变化为0-1-0-1-0-1，即低位产生了3个脉冲，而此时让5（0101）通过逻辑转化（DBCA）产生1，和激发累加器的脉冲相或，就可屏蔽脉冲；
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2.2 系统结构设计
与实验二相同，我们也需要对实验三的系统进行分模块设计，可分为步长产
生电路、步长转化电路、步长显示电路、脉冲产生电路、脉冲屏蔽电路、移位（乘/除）电路、结果显示电路。具体结构框图如下：
2.3 具体电路设计
图3-2 实验三电路原理图
说明：原理图左边的开关为步长控件，通过它产生上升沿可选择1，2，4，8
作为乘数步长。做乘法时，74LS194的预置端即3,4,5,6端口应先置0001B，且乘除开关应都先置高电平才能预置结果位为1
，再将除法开关扳到低电平，计数
控件给上升沿，即可完成乘法运算。做除法时，74LS194预置端先置1000B，其余操作同乘法，此时结果位为8，再将乘法开关扳到低电平，计数控件给上升沿，即可完成除法运算。
3 制作及调试过程
3.1 制作与调试流程
3.2 遇到的问题与解决办法
我们的焊接过程和断电检测并没有出现什么问题，当电路进行通电检测时，与实验二一样，步长可以正常显示，但是结果显示总是出现问题，要么一直是0，要么一直是1。在我们又进行几次仿真及请教同学之后，我们判断原理图设计没有问题。接着我们又对电路板进行了3遍的断电检测，也没有问题。于是我们判断：是芯片坏了！在更换了一片74LS194之后，我们再进行上电检测，结果证明我们是对的。
4 系统测试
4.1 测试方法
电路上电后，先通过步长控件进行乘数步长选择，再通过乘除控件和74LS194芯片进行结果预置（乘法预置1，除法预置8），在通过乘除控件进行乘除法选择（高电平有效），最后，通过计数控件给高电平得出乘积或者商。
4.2 测试数据 4.3 数据分析和结论
表格中列出的各种结果我们的电路均可以得出，表明我们的设计成功实现了
用4位移位寄存器实现可控乘/除法（2到8，乘数步长为2n ）电路。
5 总结
5.1 本人所做的工作
在实验三中，我主要负责了原理图的设计，焊接，电路检测工作。
5.2 收获与体会
实验三让我对时序电路的原理和功能有了进一步的了解，对我今后的学习很有帮助
5.3 对课程的建议
个人觉得本实验题目设置很好，难度适中，建议保留。
6 参考文献
[1] 侯建军.数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2007．
[2] 黄继昌.常用数字集成电路应用280例[M]. 北京：中国电力出版社，2013. [3] 百度文库.74LS08中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=Hpe8.2010. [4] 百度文库.74LS283中文资料. http://wenku.baidu.com/link?url=LAAwfEflyGo. 2012.
[5] 百度文库.74LS47中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=ib4dGwbKHzjfn. 2010.
[6] 百度文库.74LS32中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=Ssduid.2013. [7] 百度文库.74LS175中文资料.http://www.baidu.com/s?ie=utf-8&bsfiod.2013. [8] 百度文库.74LS194中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=R3E9KFAisd.
2013.
实验四 用DAC0832实现8位数字信号输入，模拟信号输出
的可控乘/除法电路
1 设计任务要求
用DAC0832实现8位数字信号输入，模拟信号输出的可控乘/除法电路。
2 设计方案及论证
2.1 任务分析
根据设计要求，我们进行任务分析和核心是对DAC0832芯片的解读。下面简要介绍一
下此芯片。D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；* ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；* CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；* WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；* XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；* WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。* IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；* IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；* Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；* Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；* VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；* AGND：模拟信号地；* DGND：数字信号地。
图2-1 DAC0832引脚图
围绕此核心芯片，我们再设计一些外围电路就可以完成设计要求。
2.2 系统结构设计
根据任务分析，我们可以将电路分为以下几个主要模块进行设计：倍数控制电路、乘除
控制电路、D/A转换电路、比较放大电路。具体系统框图如下：
2.3 具体电路设计
说明：DAC0832芯片数据口低四位分别用四个开关控制，高四位部分虽然接地，但实际测试时需要接杜邦线来进行数据的高低电平变换。双刀双掷开关往上拨是乘法，往下拨是除法。示波器B端是原信号，A端是进行乘或除运算之后的信号。
3 制作及调试过程
3.1 制作与调试流程
3.2 遇到的问题与解决方法
电路板焊接并进行断电检测完毕后，我们继续进行通电检测时，将输入信号送入系统后，
在示波器上显示的输出波形有明显的饱和截止失真，而且这两种失真是同时产生，同时消失，我们考虑是输入信号幅度过大导致，将输入信号幅度减小后，在放大倍数不是特别大的情况下，不会再产生此种失真。
4 系统测试
4.1 测试方法
将系统各个接口与实验箱，信号源和示波器正确连接后，先选择对信号是进行乘还是除
的运算，，再通过改变DAC0832芯片的8位数据口，控制乘或除的倍数，抽样进行取特定倍数进行定性观测，看实际是否与理论相符。
4.2 测试数据
表4-1 测试数据表
4.3 数据分析和结论
表格中所列的几种情况的运算我们均可实现，说明我们的电路基本实现了设计要求。
5 总结
5.1 本人所做的工作
本人在此实验中完成了主要的焊接工作和部分功能检测工作。
5.2 收获与体会
个人觉得拓展实验比基础实验二和三更加有趣味性和可操作性，觉得这个实验更能激发
我将数电知识应用到实际中的兴趣。此外，我也深深地感受到了团队的力量，如果没有队友帮我耐心的进行调试，我们最终是不会成功的，团结就是力量。
5.3 对课程的建议
个人觉得此实验设计8位乘除电路有一些麻烦，而且放大倍数过大后都容易出现失真，
示波器也不好显示幅度过大的信号。建议将4位改成 4位，即只用DAC0832的低四位即可。
6 参考文献
[1] 侯建军．数字电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2007．
[2] 黄继昌. 常用数字集成电路应用280例[M]. 北京：中国电力出版社，2013. [3] 百度文库.LM324中文资料.http://wenku.baidu.com/link?url=ib4dGwbKHzjfn.. 2010.