古人云：无规矩不成方圆。在缓解交通拥挤过程中，交通信号灯起着非常重要的作用，行人和车辆都需要遵守交通规则。反之，在交通信号灯出现故障时，即信号灯都不亮或同时亮两盏及以上就会造成交通拥堵，而且具有一定的安全隐患。在生活中，我们任何人都要遵守规则；对于国家和社会，这个规则就是法律，因此，依法治国是我国的基本方略。

简单的交通信号灯设计可以利用所学的组合逻辑电路设计的相关知识来设计实现。

3.2.2 实验目的

(1) 掌握组合逻辑电路的功能测试

(2) 学会组合逻辑电路的设计方法

(3) 掌握3线8线译码器的功能测试

(4) 设计4线16线译码器并测试

(5) 学会用汉显实验扩展板设计常用汉字并测试

3.2.3 实验仪器及材料

(1)YLDZ-D型数字电子实验台。

(2)器件：

74LS00 二输入端四与非门 2片

74LS86 二输入端四异或门 1片

74LS54 四组输入与或非门 1片

74LS138 三线八线译码器 2片

74LS08 二输入端四与门 1片

汉显电路实验扩展板 1块

3.2.4 预习要求

(1)预习组合逻辑电路的分析方法和设计方法。

(2)预习3线8线译码器的功能及测试方法。

3.2.5 实验原理

使用中、小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路。设计组合电路的一般步骤如图3-5所示。

根据设计任务的要求建立输入、输出变量，并列出真值表。然后用逻辑代数或卡诺图化简法求出简化的逻辑表达式。并按实际选用逻辑门的类型修改逻辑表达式。根据简化后的逻辑表达多，画出逻辑图，用标准器件构成逻辑电路。最后，用实验来验证设计的正确性。

图3-5 组合逻辑电路设计流程图

3.2.6 实验内容

1.组合逻辑电路功能测试

图3-6组合逻辑电路功能测试接线图

(1)用2片74lS00组成图3-6所示逻辑电路。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。

(2)图中A、B、C接逻辑电平，Y1，Y2接LED电平显示。

(3)按表3-6的要求，改变A、B、C的状态填表并写出Y1，Y2逻辑表达式。

Y1=

Y2=

(4)将运算结果与实验比较。

表3-6组合逻辑电路功能测试输出结果

输入			计算输出（预习）		实验输出
A	B	C	Y1	Y2	Y1	Y2
0	0	0
0	0	1
0	1	1
1	1	1
1	1	0
1	0	0
1	0	1
0	1	0

2．用一块异或门（74LS86）、一块与或非门（74LS54）和一个与非门（74LS00）设计构成一位全加器并测试逻辑功能

全加器可以用两个半加器和两个与门、一个或门组成，在实验中，常用一块双异或门、一块与或非门和一个与非门实现。

(1)写出真值表

表3-7 全加器真值表

A_i	B_i	C_i-1	S_i	C_i
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

(2)写出逻辑表达式并化简：Si=

Ci=

(3)画出用异或门、与或非门和与非门实现全加器的逻辑电路图

(4)在实验台上找出异或门、与或非门和与非门器件按自己画出的逻辑电路图接线

（注意：接线时如果与或非门中的与门有一个或几个引脚不被使用，则需将它们接高电平；如果整个与门不被使用，则需将此与门的至少一个输入引脚接地。）

(5)当输入端Ai、Bi及Ci-1为下列情况时．测出Si和Ci逻辑状态填表3-8。

表3-8 全加器的设计输出显示

A_i	B_i	C_i-1	S_i	C_i
0	0	0
0	0	1
0	1	0
0	1	1
1	0	0
1	0	1
1	1	0
1	1	1

3.用与非门和异或门芯片设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电路。

红绿黄三盏灯，正常工作情况下，任何时刻要求只能有一盏灯点亮；全不亮、同时亮两盏或三盏都属于故障状态。请设计在电路故障时提醒维修人员修理的逻辑电路。

要求：将设计的详细步骤写在报告中，并按照设计的电路连线并测试。

4.测试3线8线译码器的逻辑功能

图3-7 三线八线译码器功能测试图

(1)选三线八线译码器（74LS138），引脚图见图3-6，输入端S₁、S₂'+S₃'、A₂、A₁、A₀接逻辑电平，输出端 Y₀'、Y₁'、Y₂'、Y₃'、Y₄'、Y₅'、Y₆'、Y₇'接LED电平显示。（注意：芯片要接通电源）

(2)将逻辑电平按表3-9置位，将结果填入表中。

表3-9 3线8线译码器测试输出显示

S₁	S₂^'+S₃^'	A₂	A₁	A₀	Y₀'	Y₁'	Y₂'	Y₃'	Y₄'	Y₅'	Y₆'	Y₇'
0	×	×	×	×
×	1	×	×	×
1	0	0	0	0
1	0	0	0	1
1	0	0	1	0
1	0	0	1	1
1	0	1	0	0
1	0	1	0	1
1	0	1	1	0
1	0	1	1	1

5．用74LS138（3线8线译码器）、74LS08（与门）和汉显实验扩展板，设计完成两个汉字的显示（具体汉字由教师上课前发布），并连线测试，验证电路设计的正确性。例如：74LS138的输入端为000/001时，输出汉字“东”，输入端为010/011时，输出汉字“大”。

(1)8×8汉字显示点阵标记，见图3-8.

输入000/001时显示汉字输入010/011时显示汉字

（左下角用○标记）（右上角用△标记）

图3-8 汉字显示点阵标记图

(2)逻辑输出对应的发光二极管位置。（多个位置可用逗号隔开）

Y0'•Y1'

Y₂'•Y₃'

Y₀'•Y₁'•Y₂'•Y₃'

(3)利用74LS138、74LS08（与门）和汉显实验扩展板连线测试，并将显示实物图拍照打印在一张A4纸上，并上交。

6.用两块3线8线译码器设计4线16线译码器，并进行测试

(1)画出设计的4线16线译码器电路图。

(2)按照自行设计的4线16线译码器电路图连线并测试，并将测试结果填入表中。

输入				输出
D3	D2	D1	D0	Y₀'
0	0	0	0
0	0	0	1
0	0	1	0
0	0	1	1
0	1	0	0
0	1	0	1
0	1	1	0
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	0	1
1	0	1	0
1	0	1	1
1	1	0	0
1	1	0	1
1	1	1	0
1	1	1	1

3.6.7实验报告

(1)整理实验数据、图表并对实验结果进行分析讨论。

(2)画出实验内容3的电路图，写出逻辑表达式。

(3)打印汉字显示实物图并粘贴在报告的相应位置。

3.3 不同进制计数器构成及译码显示

3.3.1 实验导引

北京时间2023年5月30日6时42分，神舟十六号载人飞行任务航天员乘组出征仪式在酒泉卫星发射中心问天阁圆梦园广场举行。6时44分，中国载人航天工程总指挥、空间站应用与发展阶段飞行任务总指挥部总指挥长许学强下达出发命令，景海鹏、朱杨柱、桂海潮3名航天员领命出征。2023年5月30日9时31分，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。

神州十六号等航天飞行器所使用的设备中均包含了计数器或相关集成电路。计数器测量精度高、测量范围宽、功能多、操作简单、测量速度快、直接显示数字，而且易于实现测量过程自动化等特点，广泛应用于航空航天、导弹、武器以及工业生产和科学实验等场景。

3.3.2 实验目的

（1）通过实验使学生掌握基本的数字显示方法及其所用器件的基本使用方法。

（2）通过实验使学生掌握集成计数器74LS190和74LS161的工作原理及各控制端的作用、触发方式、进位方式等。

（3）学会利用74LS190和74LS161和门电路构成其它进制计数器的方法。

3.3.3 实验预习要求

(1)复习有关计数器部分内容。

(2)绘出各实验内容的详细线路图。

(3)查手册熟悉实验所用各芯片的引脚排列及逻辑功能。

3.3.4 实验设备与器件

(1) YLDZ-D型数字电子实验台

(2)实验芯片：

74LS48 一片

74LS00 一片

74LS161 一片

74LS190 两片

共阴数码管三个

3.3.5 实验原理

BCD-七段显示译码器引脚图和真值表见图3-9和表3-10。

图3-9 BCD-七段显示译码器引脚图

表3-10 BCD-七段显示译码器真值表

输入					输出							显示
数字	A₃	A₂	A₁	A₀	Y_a	Y_b	Y_c	Y_d	Y_e	Y_f	Y_g	字形
0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	0
1	0	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0
2	0	0	1	0	1	1	0	1	1	0	1
3	0	0	1	1	1	1	1	1	0	0	1
4	0	1	0	0	0	1	1	0	0	1	1
5	0	1	0	1	1	0	1	1	0	1	1
6	0	1	1	0	0	0	1	1	1	1	1
7	0	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0
8	1	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1
9	1	0	0	1	1	1	1	0	0	1	1
10	1	0	1	0	0	0	0	1	1	0	1
11	1	0	1	1	0	0	1	1	0	0	1
12	1	1	0	0	0	1	0	0	0	1	1
13	1	1	0	1	1	0	0	1	0	1	1
14	1	1	1	0	0	0	0	1	1	1	1
15	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	无

3.3.6 实验内容

1.数字显示电路功能测试

(1)按图3-10所示的原理连线图构成基本的数字显示电路。将3、4、5号引脚接5V，改变DCBA=0000，0001，0010，0011……1111十六组不同数码，记录七段数码显示情况。

(2)将3号引脚接地，4、5号引脚接5V，改变DCBA十六组不同数码，观察显示情况，记录七段数码显示情况。

(3)将3号、5号引脚接5V， 4号引脚接地，改变DCBA十六组不同数码，观察灭灯控制端的控制作用，并记录七段数码显示情况。

(4)将3号引脚接5V，4号引脚接LED电平显示，5号引脚接地，改变DCBA十六组不同数码，观察灭零控制端的控制作用，并记录七段数码显示情况和4号引脚电平变化。

图3-10 数字显示实验原理图

(5)将实验数据填入表3-11。

表3-11数字显示实验输出结果

DCBA	1）亮段显示	2）亮段显示	3）亮段显示	4）亮段显示	4号引脚电平
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111

2.计数译码显示实验

按图3-11给出的逻辑图进行电路实验。注意先查出引脚号，其中是清零端，是置数控制端，当 =0时D、C、B、A四个数据被送到QD、QC、QB、QA上。如果和为高电平，74LS161实现二进制计数。观察在连续脉冲作用下74LS161、74LS48、数字显示器的工作情况。

图3-11计数、译码显示实验原理图

3.采用置数法改变计数制，实现六进制和十进制的计数器

利用74LS161、74LS48和74LS00分别设计一个六进制、十进制的计数器及显示电路，将电路图绘制完成。

4.根据74LS190芯片的功能图，设计测试电路，并将在实验台中连线测试，并记录测试结果。74LS190的引脚图见图3-12.

图3-12 74LS190的引脚图

5.利用两片74LS190芯片，设计构成一个60进制的减法计数器，并在实验台中连线测试设计的电路。

3.3.7 实验报告

(1)画出测试实验线路图。

(2)记录，整理实验数据及显示情况。

3.4 555时基电路及应用

3.4.1 实验导引

555定时器是由西格尼蒂克公司的汉斯.卡门兹德（HansCamenzind）发明的，主要应用于振荡器，脉冲产生以及其他应用中，至今仍被广泛使用着。555是一个简单易用的集成电路，可以作为定时器或振荡器。事实上，这是有史以来最伟大的芯片之一。这种芯片在今天仍然很受欢迎，在厨房电器、玩具、宇宙飞船和其他几千种产品中大受欢迎。为什么555能够大获成功，其关键的原因就是设计师们能够获得的电路仅仅只需要八个针脚（pin），这使得555芯片有着小巧的封装。

555定时器最初的灵感来自于中国菜的烹饪记时时间，当时，卡门津德居住加利福尼亚州森尼维尔市中心的一间狭小的房间，正好处于两家中国餐馆之间。他为其中一家中国餐馆设计一个烹饪记时时间电路，最初，他研究的起点为一种新型的锁相环电路，灵感的火花被激发，由此形成了555定时器的雏形。经过一些修改，这个简易的电路可以像一个简单的计时器那样工作，一旦触发它，它就可以自动运行一段时间。汉斯.卡门津德（HansCamenzind）花了将近一年的时间设计并测试了一台面包板的原型机，在纸上绘制了电路元件，并进行了测试。功夫不负苦心人，最终设计出来的555定时器，包含有23个晶体管，16个电阻和2个二极管。

3.4.2 实验目的

(1)掌握 555时基电路的结构和工作原理，学会对此芯片的正确使用。

(2)学会分析和测试用555时基电路构成的多谐振荡器，单稳态触发器，R－S触发器等三种典型电路。

3.4.3 实验预习要求

(1)复习有关555定时器的工作原理及其应用。

(2)完成预习报告中所需的数据以及表格。

(3)预习各项实验内容的步骤和方法。

3.4.4 实验设备与器件

(1) YLDZ-D型数字电子实验台

(2)数字式双踪示波器。

(3)实验元件：

NE556双时基电路 l片

电位器22K、1K 2只

电阻、电容若干

3.4.5 实验原理

集成时基电路又称为集成定时器或是555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分的广泛。555电路是一种产生时间延时和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名为555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型最后的三位数码都是555或556；后有的CMOS产品的型号最后四位数码都是7555或是7556，二者逻辑功能和引脚排列完全是相同的，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型电源电压Vcc=+5V～+15V,输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3V～+18V。

3.4.6 实验内容

1. 555时基电路功能测试

本实验所用的555时基电路芯片为NE556．同一芯片上集成了两个各自独立的555 时基电路，图中各管脚的功能简述如下：

TH高电平触发端：当TH端电平大于2/3Vcc。输出端OUT呈低电平，DIS端导通。低电平触发端：当端电平小于1/3Vcc时，OUT端呈现高电平．DIS端关断。

复位端： =0，OUT端输出低电平．DIS端导通。

VC控制电压端：VC接不同的电压值可以改变TH，的触发电平值。

DIS放电端：其导通或关断为RC回路提供了放电或充电的通路。

OUT为输出端。

芯片的功能如表3-15所示，管脚如图3-13所示，功能简图如图3-14所示。

按图3-15接线，可调电压取自电位器分压器。

图3-13 时基电路556管脚图

图3-14 时基电路功能简图

图3-15 测试接线图

按表3-12逐项测试其功能并记录。

表3-12 测试输出情况

输入端			输出端
TH			OUT	DIS	测试情况
X	X	L	L	导通
>2/3V_CC	>1/3 V_CC	H	L	导通
<2/3 V_CC	>1/3 V_CC	H	原状态	原状态
<2/3 V_CC	<1/3 V_CC	H	H	关断

2. 555时基电路构成多谐振荡器

多谐振荡器电路如图3-16所示。

图3-16 多谐振荡器电路

(1)按图3-19接线。图中元件参数如下：

R1＝15.1KΩ R2＝5.1KΩ

C1＝0.01µF C2＝0.1µF

用示波器观察并测量OUT端波形的频率，和理论估算值比较,算出频率的相对误差值。

(2)若将电阻值改为R1=15.1KΩ，R2=10KΩ，电容C不变，上述的数据有何变化？

(3)根据上述电路的原理，从实验台元件库中选取元件，将电路略作修改，设计一个频率为1Hz的多谐振荡电路，并计算误差。

3. 555构成的单稳态触发器

图3-17 单稳态触发器电路

(1)按图3-17接线，图中R=5.1KΩ，C₁＝0.1µF，C₂＝0.1µF ,VI是频率约为5KHZ左右的方波时，用双踪示波器观察OUT端相对于V_I的波形，并测出输出脉冲的宽度TW。

(2)调节V_I的频率为10KHZ，分析并记录观察到的OUT端波形的变化。

(3)若想使TW= 10µS，怎样调整电路？计算出出此时各有关的参数值。

备注：输出脉冲的宽度

3.4.7 实验报告

(1)记录实验内容2的数据并计算误差。

(2)定量绘出实验内容3（1）和3（2）中观测到的波形图。

(3)计算实验内容3（3）中的数值。

附录

附录A 数字电子技术实验台介绍

YLSD-D型数字电子实验台可完成数字电子技术课程和电工学课程的实验。实验台除配通用电路插板、各类电子元器件散件外，还增加了数字示波器和计算机等通用测量仪表仪器，使实验台的实用性、通用性得到进一步的提高。实验板电路图见图A-1。

图A-1 YLSD-02型数字电子实验台实验板

实验台由数字式电压表、直流稳压电源、示波器数电实验线路板和实验桌等部分组成。

1.数字式电压表：LED数码管显示，输入阻抗>10MΩ。量程可切换，嵌入式安装、交流220V供电。

2.直流稳压电源:提供3.3V/1A、5V/1A、12V/0.5A，各路电源均有短路软截止保护功能。

3.数电实验线路板：包含16位LED电平显示、连续脉冲发生器、可调脉冲发生器、译码器/LED数码显示、8位逻辑电平开关、元件管座、元件库等。

YLSD-D型数字电子实验台实验线路板共设置芯片的插座9个。其中，14管脚插座6个，16管脚插座3个，另配有扩展实验线路板。同时，设置有电阻、电容、二极管的插座位置，用于电路实验中接入元器件。

（1）8位逻辑电平开关（S1-S8）:为实验提供所需的逻辑电平，开关拨至H端对应逻辑1，开关拨至L端对应逻辑0.

（2）16位LED电平显示（D1-D8）:用于指示电路过程中输出的电平状态，当输出高电平时，对应的发光二极管亮；输入低电平或悬空时则不亮。

（3）数码管：具有2个共阴极数码管，配有74LS248译码器，每个数码管都有A，B，C，D四个通孔用于输入。无信号输入时，各段均处于“灭”状态。输入数字0-9的BCD码时，则有相应的显示。

（4）可调脉冲源：频率范围为1-10kHz，具有输出指示灯（红）。

（5）固定连续脉冲：提供频率分别为1Hz、2Hz、32Hz、1024Hz和1MHz的固定频率的脉冲。

附录B 常用芯片的识别与引脚排列

附录C 实验须知

实验教学的基本要求

电路与电子技术基础课程具有很强的实践性，通过实验教学使学生掌握基本实验技能，并培养学生实验研究的能力、综合应用知识的能力和创新意识。具体要求如下：

(1)正确使用常用电子仪器，如示波器、信号发生器、数字万用表、稳压电源等。

(2)掌握基本的测试技术，如测量电压或电流的平均值、有效值、峰值，信号的周期、相位，脉冲波形参数，以及电子电路的主要技术指标。

(3)初步掌握一种电子电路计算机辅助设计软件的使用方法。

(4)能够根据技术要求设计小系统，并独立完成组装和调试。

(5)具有一定的分析、寻找和排除电子电路中常见故障的能力。

(6)具有一定的处理实验数据和分析误差的能力。

(7)具有查阅电子器件手册的能力。

(8)能够独立写出严谨的、有理论分析的、实事求是的、文理通顺的、字迹端正的实验报告。

实验规则

为了顺利完成实验任务，确保人身和设备安全，培养严谨、踏实、实事求是的科学作风和爱护国家财产的优秀品质，特制定以下实验规则。

(1)实验前必须充分预习，完成预习报告。

(2)使用仪器、设备前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。

(3)实验时接线要认真，相互仔细检查，确信无误才能接通电源。初学或没有把握时应经指导教师审查同意后才能接通电源。

(4)实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象（例如有元件冒烟、发烫或有异味），应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。找出原因、排除故障并经指导教师同意才能再继续实验。如果发生事故（例如元件或设备损坏）应主动填写实验事故报告单，服从实验室和指导教师对事故的处理决定（包括经济赔偿），并自觉总结经验，吸取教训。

(5)实验过程中需要改接线时，应关断电源后才能拆、接线。

(6)实验过程中应仔细观察实验现象，认真记录实验结果（数据、波形及其现象）。所记录的实验结果必须经指导教师审阅签字后才能拆除实验线路。

(7)实验结束后，必须拉闸，并将仪器、设备、工具、导线等按规定整理好，才能离开实验室。

(8)在实验室不得做与实验无关的事。进行实验课以外的实验，须经指导教师同意。

(9)遵守课堂纪律，不乱拿其他组的仪器、设备、工具、导线等，不在仪器设备或桌子上乱写乱画。保持实验室内安静、整洁、爱护一切公物。

(10)实验后每个同学都必须按要求做一份实验报告。

附录D 实验报告要求

实验预习要求

实验前应阅读实验指导书中有关内容并作好预习报告，上实验课时应携带预习报告。

预习报告包括如下内容：

(1)实验电路及其有关参数。

(2)与实验内容有关的分析和计算。

(3)实验电路的测试方法以及本次实验所用仪器的使用方法和注意事项。

(4)实验中所要填写的表格。

(5)回答教师指定的预习思考题。

实验报告处理要求

实验报告应简单明了，并包括如下内容：

(1)实验原始记录：包括实验电路、实验数据、波形、故障及其解决方法。原始记录必须有指导教师签字，否则无效。

(2)实验结果分析：对原始记录进行必要的分析、整理。包括与估算结果的比较，误差原因和实验故障原因的分析等。

(3)总结本次实验中的l～2点体会和收获。如实验中对所设计电路进行修改的原因分析、测试技巧或故障排除的方法总结、实验中所获得的经验或可引以为戒的教训等。

实验课后及时写出实验报告并交予指导教师批阅。