电子技术实验(数字部分)(吴亚琼)

本书是针对高等学校本科电气信息类学生的数字电子技术实验的需求而编写的。实验内容是配合数字电子技术、数字电路与逻辑设计相关理论课程设置的。包括：认识实验——实验平台和逻辑门、组合电路一——组合电路设计和数据选择器、组合电路二——编码器和译码器、EDA设计入门一——Multisim和FPGA、时序电路一——寄存器、时序电路二——计数器、小型电路系统——555定时器、EDA设计入门二——Vivado和FPGA。附录包括：“雨课堂 雷实验”智慧平台使用方法简介、Multisim使用简介、Vivado使用简介、RIGOL DG4000系列信号发生器的使用简介、RIGOL DS2000A系列示波器的使用简介、常用集成芯片管脚图与功能表简介等。

本书可作为高等学校电气信息类专业数字电路实验课程教材，也可供相关科研人员参考。

 

学生用电安全必读

实验一认识实验——实验平台和逻辑门

一、实验目标(Objectives)                                              3

二、仪器及元器件(Equipment and Component)                          3

三、实验知识的准备(Elementary Knowledge)                            3

四、实验内容及过程(Content and Procedures)                            4

【实验1-1】测试74××20的主要参数                                     4

【实验1-2】TTL与非门的电压传输特性                                  
8

五、注意事项(Matters Needing Attention)                              8

六、实验完成情况                                                    
9

七、实验总结(About Report)                                          9

实验二组合电路一——组合电路设计和数据选择器

一、实验目标(Objectives)                                            10

二、仪器及元器件(Equipment and Component)                          10

三、实验知识的准备(Elementary Knowledge)                           10

四、实验内容及过程(Content and Procedures)                          11

【实验2-1】表决电路设计(SSI)                                        11

【实验2-2】故障报警电路设计(MSI)                                    12

【实验2-3】验证74××153的数据选择功能                               14

【实验2-4】加分题:使用一片74××153实现八选一数据选择器             15

【实验2-5】加分题:4位奇偶校验器设计(MSI)                         
16

五、注意事项(Matters Needing Attention)                              18

六、实验完成情况                                                    
18

七、实验总结(About Report)                                         18

实验三组合电路二——编码器和译码器

一、实验目标(Objectives)                                            20

二、仪器及元器件(Equipment and Component)                          20

三、实验知识的准备(Elementary Knowledge)                           20

四、实验内容及过程(Content and Procedures)                          21

【实验3-1】优先编码-译码-显示电路                                     21

【实验3-2】利用74××138实现逻辑函数(MSI)                          21

【实验3-3】利用74××138的寻址功能实现流水灯                         23

【实验3-4】加分题:动态显示电路                                       25

【实验3-5】加分题:自主设计电路                                       26

五、注意事项(Matters Needing Attention)                              27

六、实验完成情况                                                    
27

七、实验总结(About Report)                                         27

实验四EDA设计入门一——Multisim和FPGA

一、实验目标(Objectives)                                            29

二、仪器及元器件(Equipment and Component)                          29

三、实验知识的准备(Elementary Knowledge)                           29

四、实验内容及过程(Content and Procedures)                          30

【实验4-1】创建PLD设计并进行验证                                   30

【实验4-2】组合逻辑之数字逻辑化简                                     30

【实验4-3】组合逻辑之数值比较器                                       31

五、注意事项(Matters Needing Attention)                              32

六、实验完成情况                                                     32

七、实验总结(About Report)                                         32

实验五时序电路一——寄存器

一、实验目标(Objectives)                                            33

二、仪器及元器件(Equipment and Component)                          33

三、实验知识的准备(Elementary Knowledge)                           33

四、实验内容及过程(Content and Procedures)                          34

【实验5-1】由4D触发器74××175构成智力竞赛抢答器                   34

【实验5-2】循环移位寄存器                                             36

【实验5-3】序列码产生电路                                             37

【实验5-4】加分题:二进制数运算电路                                  
39

【实验5-5】加分题:自主设计电路                                       41

五、注意事项(Matters Needing Attention)                              42

六、实验完成情况                                                
    42

七、实验总结(About Report)                                         42

实验六时序电路二——计数器

一、实验目标(Objectives)                                            43

二、仪器及元器件(Equipment and Component)                          43

三、实验知识的准备(Elementary Knowledge)                           43

四、实验内容及过程(Content and Procedures)                          44

【实验6-1】由4D触发器74××175构成扭环形计数器                     44

【实验6-2】24小时计数器                                             45

【实验6-3】秒表电路                                                   47

【实验6-4】加分题:模值可控计数器设计                                
48

【实验6-5】加分题:六进制减法计数器设计                              
49

五、注意事项(Matters Needing Attention)                              51

六、实验完成情况                                                    
52

七、实验总结(About Report)                                         52

实验七小型电路系统——555定时器

一、实验目标(Objectives)                                            53

二、仪器及元器件(Equipment and Component)                          53

三、实验知识的准备(Elementary Knowledge)                           53

四、实验内容及过程(Content and Procedures)                          54

【实验7-1】555定时器构成施密特触发器                                
54

【实验7-2】单稳态触发器                                              
56

【实验7-3】多谐振荡器                                                 57

【实验7-4】高低音报警器                                              
58

【实验7-5】加分题:自主设计电路                                       59

五、注意事项(Matters Needing Attention)                              60

六、实验完成情况                                                     60

七、实验总结(About Report)                                         60

实验八EDA设计入门二——Vivado和FPGA

一、实验目标(Objectives)                                            62

二、仪器及元器件(Equipment and Component)                          62

三、实验知识的准备(Elementary Knowledge)                           62

四、实验内容及过程(Content and Procedures)                          63

【实验8-1】数字钟实验                                                
63

【实验8-2】IP封装实验                                              
63

五、注意事项(Matters Needing Attention)                              64

六、实验完成情况                                                    
64

七、实验总结(About Report)                                         65

附录一“雨课堂 雷实验”智慧平台使用方法简介                          66

附录二Multisim使用简介                          87

附录三Vivado使用简介                          101

附录四RIGOL DG4000系列信号发生器的使用简介                          132

附录五RIGOL DS2000A系列示波器的使用简介                          134

附录六常用集成芯片管脚图与功能表简介                          139

参考文献                          146

 

为了满足现代科技和世界经济的高速发展对人才培养的需求，教育部推出了“新工科”计划，对本科生的工程实践创新能力培养提出了更高要求。在此背景下，北京化工大学电工电子实验中心引入了配套口袋实验室的“雨课堂 雷实验”智慧实验教学平台，对电子技术实验课程进行了全面改革，推出了这套新教材。

本套教材共包含三个分册：《电子技术实验（数字部分）》《电子技术实验（模拟部分）》和《电子技术实验（课程设计）》。本书是《电子技术实验（数字部分）》分册。

一、本书特点

1.学时增加

数字电子技术实验为独立设课的必修课。为了增加学生接触仪器和动手操作的时间，北京化工大学的数字电子技术实验由原来的18学时增加为32学时，每次实验由2学时增加为4学时。本教材主要是针对32学时的数字电子技术实验课程。各个学校也可以根据自身特点合理选择书中实验。

2.内容增加

教材保留了典型的传统实验，同时增加了贴近工程实践的新实验：包括常规实验（例如：分时显示电路、高低音报警电路等）、Multisim 仿真实验（包括数据选择器的实现、逻辑函数的化简与变换等）和FPGA开发实验（使用Vivado和Basys3开发板，完成数字钟和IP封装等）。实验项目尽量兼顾知识性、趣味性、工程性和学生的接受水平。

3.分层教学

教材包括验证实验、常规设计实验和选做实验。验证实验和常规设计实验要求所有同学都能完成；鼓励动手能力较强的同学完成选做实验。

4.加强过程考核

教材涵盖每个实验的完整验证或设计过程，并配套有实验完成情况表格和教师签章。课程结束后，本教材可作为学生学习过程的完整记录和成绩依据存档。

5.线上线下相结合

教材可以单独使用，也可以配合“雨课堂 雷实验”平台建立线上线下相结合的实验教学体系。

配套口袋实验室的“雨课堂 雷实验”平台是当前非常先进的一套电子技术实验平台。雨课堂（Rain Class）是得到广大师生和教育专家认可的智慧教学工具，雷实验（Lab of
Electronics Intelligence，LEI）是和雨课堂配套的首个智慧实验解决方案。基于该平台的线上线下相结合的实验教学体系，既能充分利用网络资源，增强师生互动，也能提高教师的实验管理水平和高校之间的数据分享水平。

二、学习方法

在前几次实验课上，首先要通过完成一系列简单的实验内容，反复练习直至熟练掌握平台和基础仪器的使用方法，并在此过程中，培养学生按图搭建电路的能力和独立排查故障的能力。在后续的课程中，除了进一步增强上述能力，还要学习完成实验中的设计环节，锻炼独立设计数字电路的能力。学有余力的同学可以提出自己的设想并设计完成，以培养自己的创新意识。

为了取得更好的课堂效果，要求同学们课前适当预习每次实验的内容，掌握每个实验的相关理论知识，对实验中应该出现的现象做到心中有数。

参加本书编写工作的教师有吴迪（实验一，附录一）、吴亚琼（实验二、三）、曹晰（实验四、八，附录二、三）、韩雪岩（实验五~七，附录四、五）、袁洪芳（附录六）。全书由吴亚琼统稿。在编写过程中，袁洪芳、杜彬、张静、王琪等老师给予了大力支持，在此一并表示感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。

编者

2019年8月