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实验项目 实验1 信号灯的逻辑控制 实验2 简单抢答器的电路与试验 实验3 由触发器构成的改进型抢答器 实验4 编/译码及数码显示
实验1 信号灯的逻辑控制 实验2 简单抢答器的电路与试验 实验3 由触发器构成的改进型抢答器 实验4 编/译码及数码显示 实验5 计 数 显 示 器 实验6 数据寄存与传输 实验7 EPROM的固化与擦除 实验8 用GAL设计数字电路 实验9 加法计数器D/A转换显示实验
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实验1 信号灯的逻辑控制 1. 实验目的 （1） 了解逻辑控制的概念。 （2） 掌握表示逻辑控制的基本方法。
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2. 实验设备和器件 实验设备和器件: 发光二极管， 限流电阻， 继电器两个， 直流电源， 导线若干。
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3. 实验电路图 图1.1为实验电路图。这是一个楼房照明灯的控制电路。 设A、B分别代表上、下楼层的两个开关，发光二极管代表照明灯。在楼上按下开关A， 可以将照明灯打开，在楼下闭合开关B，又可以将灯关掉；反过来，也可以在楼下开灯，楼上关灯。
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图1.1 照明灯的逻辑控制电路
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4. 实验步骤与要求 1) 连接电路 按图1.1连接好电路，注意JA、JB两个继电器的开关不要接错。 2）试验开关和发光二极管的逻辑关系 接通电源，分别将开关A、B按表1.1的要求接通或者断开， 观察发光二极管的亮灭情况，并填入表1.1中。
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表 1.1 开关A 开关B 发光二极管 断开 闭合
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5. 实验总结与分析 （1）图1.1中，JA和JB分别代表继电器的两个线圈，JAK1、 JBK1代表继电器的常开触点，JAK2、JBK2代表继电器的常闭触点。 在实训图所示的状态下（开关A、B均断开），由于没有通路给发光二极管供电，因而发光二极管灭。当开关A闭合时，继电器线圈JA通电，其常开触点JAK1闭合，常闭触点JAK2断开，JBK1 、 JBK2则维持原来状态，此时图1.1最上面的一条电路连通，通过电源给发光二极管供电，发光二极管亮。同样道理，如果只闭合开关B，也会给发光二极管构成通路使之点亮。当开关A、B均闭合时，由于没有通路，所以发光二极管灭，读者可自行分析。
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（2）发光二极管的状态(用F表示)，我们称为输出，是由开关A、B来决定的，开关A、B称为输入。输出和输入是一种逻辑控制电路，而且输入量和输出量都只分别对应两种状态。
（3）从试验结果可以看出，当A、B同时闭合，或者同时断开， 即处于相同状态时，二极管灭； 相反， 当A、 B处于不同状态时，发光二极管点亮。 如果定义开关闭合和灯亮为逻辑“1”，定义开关断开和发光二极管不亮为逻辑“0”，则A、B、F都可用两种逻辑状态“1”、 “0”来描述。 注意此时的“1”、 “0”不代表任何数量的大小。 表格的左边是两个输入状态的所有取值的组合，表格的右边是对应的输出状态。这样我们可以将实验步骤2)得到的表重新写为表1.2，这种表征逻辑事件输入和输出之间全部可能状态的表格称为逻辑事件的真值表。
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表 1.2 A B F 1
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实验2 简单抢答器的电路与试验 1. 实验目的 （1） 了解集成逻辑门电路的结构特点。
实验2 简单抢答器的电路与试验 1. 实验目的 （1） 了解集成逻辑门电路的结构特点。 （2） 体验由基本逻辑门电路实现复杂逻辑关系的一般方法。 （3） 学会集成门电路的使用及逻辑电平的测量。 （4） 建立组合逻辑电路的基本概念。
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2. 实验设备与器件 实验设备： 数字集成电路测试仪1台, 逻辑笔1支, 直流稳压电源1台, 万用表1块。 实验器件：双四输入与非门74LS20 2片, 六非门74LS05（OC门）1片, 发光二极管4只, 5.1 kΩ电阻4个, 500Ω电阻4个, 按钮开关4个, 导线若干。
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3. 实验电路与说明 （1） 逻辑要求： 用基本门电路构成简易型四人抢答器。 A、 B、C、D为抢答操作开关。任何一个人先将某一开关按下且保持闭合状态， 则与其对应的发光二极管（指示灯）被点亮， 表示此人抢答成功； 而紧随其后的其他开关再被按下， 与其对应的发光二极管则不亮。 （2） 电路组成：实验电路如图2.1所示，电路中标出的74LS20为双四输入与非门，74LS05为六非门。
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图 2.1 简易抢答器
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4. 实验步骤与要求 1） 检测IC 用数字集成电路测试仪测试IC的好坏。如果IC上的字迹模糊，型号显示不清楚，通过自动扫描检测的方式可以检测其型号。 2） 连接线路 (1) 熟悉电路板。电路可以连接在自制的PCB（印刷电路板）上， 也可以焊接在万能板上，或通过“面包板”插接。 无论采用哪种电路板，在连接电路之前，都必须首先对电路板的结构、 特点有足够的认识。尤其是第一次使用“面包板”的读者， 必须事先掌握它的使用方法。
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(2) 熟悉器件。如果将IC芯片正面朝上，开口朝前，则IC引脚编号按逆时针方向排列，左前方第1个引脚的编号为1。数字电路中IC的电源往往不在电路中标出，一般情况下，左下方最后一个引脚为电源“－”，编号最大的引脚（右前方第一个引脚）为电源“＋”。 在使用中，必须正确识别IC的引脚。 (3) 按正确方法插好IC芯片， 参照图2.1连接线路。 (4) 通电前要认真检查线路，即检查IC芯片电源的正、 负端连接是否正确， 电源连线是否反接， 电路板各管脚或焊点之间是否短路等。 待检查无误后方可通电。
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3） 操作与调试 (1) 通电后， 分别按下A、 B、 C、 D各键， 观察对应指示灯是否点亮。 (2) 当其中某一指示灯点亮时， 再按其他键， 观察其他指示灯的变化。 (3) 在进行(1)、 (2)操作步骤时，分别测试IC芯片输入、 输出管脚的电平变化，并完成表2.1所示内容。表中，A、B、C、 D表示按键开关， “×”表示开关动作无效； L1、L2、L3、L4表示4个指示灯的状态。按键闭合或指示灯亮用“1”表示， 开关断开或指示灯灭用“0”表示。
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表 抢答器逻辑状态表 D C B A L4 L3 L2 L1
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5. 实验总结与分析 （1） 实验中采用了两种不同信号的数字集成电路， 其中， 74LS20可以实现4个输入信号与非的逻辑关系，称为四输入与非门。 由于其内部包含两个完全相同的电路， 故称为双四输入与非门。74LS05可以实现非逻辑关系，称为非门， 也称为反相器。 其内部包含6个非门，故称为六非门。我们在第1章讨论过的逻辑关系， 均可以用电子电路来实现。我们把这些电路称为逻辑门。与实验1电路相比， 集成逻辑门电路具有结构简单、 体积小、 重量轻、容易实现等特点。
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（2）电路中将逻辑事件的是与否用电路的电平高低来表示。 表示逻辑事件的这种电信号只有高、低电平两种状态，故称为开关信号。 为简单起见， 用“1”和“0”两个符号表示高、低电平。 如用“1”表示高电平， “0”表示低电平，则称为正逻辑电路， 反之称为负逻辑电路。在数字电路中，如采用实验中使用的称为TTL的集成器件， 其高电平一般为4.3～5 V， 低电平为0～0.7 V。
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实验3 由触发器构成的改进型抢答器 1. 实验目的 （1） 初步了解触发器的基本功能及特点。
实验3 由触发器构成的改进型抢答器 1. 实验目的 （1） 初步了解触发器的基本功能及特点。 （2） 熟悉具有接收、保持、输出功能的电路的基本分析方法。 （3） 掌握触发器应用电路的分析方法。 （4） 建立时序逻辑电路的基本概念。
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2. 实验设备与器件 实验设备：数字电路测试仪1台，直流稳压电源1台，万用表1只， 逻辑笔1支。 实验器件：74LS00两片，双四输入与非门74LS20两片， 按键式开关4个，指示灯（发光二极管）3只，510 Ω电阻3个， 1 kΩ电阻4个， 导线若干。
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3. 实验电路 实验电路如图3.1所示。与图2.1比较，改进型抢答器电路减少了一个输入端，而在每一个输入端增加了两个与非门（图3.1中的G4门~G9门）。该电路可作为抢答信号的接收、 保持和输出的基本电路。S为手动清零控制开关，S1~S3为抢答按钮开关。 该电路具有如下功能： （1）开关S为总清零及允许抢答控制开关（可由主持人控制）。 当开关S被按下时抢答电路清零，松开后则允许抢答。 由抢答按钮开关S1~S3实现抢答信号的输入。
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（2）若有抢答信号输入（开关S1~S3中的任何一个开关被按下）时，与之对应的指示灯被点亮。此时再按其他任何一个抢答开关均无效，指示灯仍“保持”第一个开关按下时所对应的状态不变。
电路中，6个二输入与非门采用两个74LS00，3个三输入与非门采用两个74LS20。
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图 3.1 改进型抢答器电路
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4. 实验步骤与要求 1） 检测与查阅器件 用数字集成电路测试仪检测所用的集成电路。通过查阅集成电路手册，标出图3.1中各集成电路输入、输出端的引脚编号。 2）连接电路 按图3.1连接电路。先在实验电路板上插接好IC器件。在插接器件时，要注意IC芯片的豁口方向（都朝左侧），同时要保证IC管脚与插座接触良好，管脚不能弯曲或折断。指示灯的正、 负极不能接反。在通电前先用万用表检查各IC的电源接线是否正确。
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3） 电路调试 首先按抢答器功能进行操作，若电路满足要求，说明电路没有故障； 若某些功能不能实现，就要设法查找并排除故障。排除故障可按信息流程的正向（由输入到输出）查找，也可按信息流程的逆向（由输出到输入）查找。 例如，当有抢答信号输入时，观察对应指示灯是否点亮， 若不亮， 可用万用表（逻辑笔）分别测量相关与非门输入、输出端电平状态是否正确， 由此检查线路的连接及芯片的好坏。 若抢答开关按下时指示灯亮，松开时又灭掉，说明电路不能保持，此时应检查与非门相互间的连接是否正确，直至排除全部故障为止。
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4） 电路功能试验 (1) 按下清零开关S后， 所有指示灯灭。 (2) 按下S1～S3中的任何一个开关（如S1），与之对应的指示灯（VD1）应被点亮，此时再按其他开关均无效。 (3) 按总清零开关S，所有指示灯应全部熄灭。 (4) 重复步骤(2)和(3)， 依次检查各指示灯是否被点亮。
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5） 电路分析 分析图3.1所示实验电路，完成表3.1中的各项内容，表中1表示高电平、开关闭合或指示灯亮；0表示低电平、开关断开或指示灯灭。如果不能正确分析， 可以通过试验检测来完成。
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5. 实验总结与分析 （1）在实验2中，由于电路本身没有保持功能，所以抢答开关必须用手按住不动，指示灯才会点亮，若手松开指示灯就熄灭， 这种操作方式十分不便。在本实验中，通过在输入端接入两个首尾交叉连接的双输入与非门， 就解决了这一问题。 实验证明，该电路能将输入抢答信号状态“保持”在其输出端不变。比如抢答开关S1按下时，与其连接的与非门G5的输出端Q1变为高电平，使与非门G1输出低电平，指示灯VD1点亮；当开关S1松开后，与非门G5的输出状态仍保持高电平不变，指示灯VD1仍保持点亮状态。
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（2） 在图3.1中，与非门G4、G5连接构成的电路既有接收功能同时又具有保持功能。在电路中可将与非门G4、G5连接构成的电路看成一个专门电路，该电路能接收输入信号并按某种逻辑关系改变输出端状态。在一定条件下，该状态不会发生改变， 即“保持”不变。
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（3） 这类具有接收、保持记忆和输出功能的电路简称为“触发器”。触发器有多种不同的功能和不同的电路形式。触发器的电路原理、功能与电路特点是第3章学习的主要内容。目前， 各种触发器大多通过集成电路来实现。对这类集成电路的内部情况我们不必十分关心，因为我们学习数字电子技术基础课程的目的不是设计集成电路的内部电路。 学习时，我们只需将集成电路触发器视为一个整体，掌握它所具有的功能、特点等外部特性，使我们能合理选择并正确使用各种集成电路触发器就可以了。
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6. 实验思考题 （1） 由双输入与非门构成的保持电路， 其输出状态都与哪些因素有关? 试列出功能表。 （2） 若改成六路抢答器， 电路将做哪些改动? （3） 能否增加其他功能， 使抢答器更加实用?
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实验4 编/译码及数码显示 1. 实验目的 （1） 了解编码器、 译码器和数码管的逻辑功能。
实验4 编/译码及数码显示 1. 实验目的 （1） 了解编码器、 译码器和数码管的逻辑功能。 （2） 熟悉74LS147、 74LS48和数码管各管脚功能。 （3） 进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。
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2. 实验设备与器件 实验设备：逻辑试电笔，示波器，直流稳压电源， 集成电路测试仪。 实验器件：实验电路板、实验3中调试好的抢答器实验板、 二－十进制编码器74LS147、字符译码器74LS48、共阴极数码管、 非门74LS04各一块。
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3. 实验电路 图 4.1 编/译码及数码显示实验电路图
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4. 实验步骤与要求 1） 预习 查集成电路手册，初步了解74LS147、74LS48和数码管的功能， 确定74LS147和74LS48的管脚排列，了解各管脚的功能。 2）连接电路 用集成电路测试仪测试所用集成块，确认完好后，按实验电路图在实验板上安装好实验电路。将实验3中抢答器的指示信号按实验电路所示接到编码器74LS147的 输入端（即11、 12、 13、 1脚）。 检查电路连接，确认无误后再接电源。
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3） 电路功能显示 接通电源，分别触按4个抢答器的抢答键，如果电路工作正常， 数码管将分别显示抢答成功者的号码。如果没有显示或显示的不是抢答成功者的号码， 说明电路有故障，应予以排除。
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4） 电路逻辑关系检测 (1) 用逻辑试电笔（或示波器）测试抢答器输入到编码器74LS147的 输入端的4个信号，其中应有一个信号是低电平，并且观察该低电平信号与数码管显示的数字有什么关系。 (2) 当4个输入信号 分别为低电平时， 用逻辑试电笔（或示波器）测试74LS147的4个输出信号 的电平并记录于表4.1中。表中“1”表示高电平， “0”表示低电平。 (3) 用同样的方法测试译码器74LS48的7个输出端a～g的电平并记录于表4.1中。观察数码管7个输入端a～g 电平的高低与数码管相应各段的亮灭有什么关系。
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表 4.1 a b c d e f g
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5） 74LS147功能试验 (1) 编码功能。给一块74LS147接通电源和地， 在74LS147的9个输入端加上输入信号（按表4.2所示，依次给 加信号）， 用逻辑试电笔或示波器测试 个输出端的电平，将测试结果填入表4.2中。 如果操作准确，对应每一个低电平输入信号，在编码器输出端 将得到一组对应的二进制编码（8421BCD码）。分析测试结果可知，编码输出端 以反码输出， 为最高位， 为最低位。每组4位二进制代码表示1位十进制数。低电平输入为有效信号。若无有效信号输入， 即9个输入信号全为“1”，代表输入的十进制数是0，则输出 （0的反码）。
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表 4.2
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(2) 优先编码。如果74LS147有两个或两个以上的输入信号同时为低电平，将输出哪一个信号的编码呢？ 请按表4
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6） 数码管功能测试 将共阴极数码管的公共电极接地，分别给a~g 7个输入端加上高电平，观察数码管的发亮情况，记录输入信号与发亮显示段的对应关系。最后给7个输入端都加上高电平，观察数码管的发亮情况。
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7） 74LS48功能试验 (1) 译码功能：将 端接高电平，输入十进制数0~9的任意一组8421BCD码（原码），则输出端a~g也会得到一组相应的7位二进制代码。如果将这组代码输入到数码管， 就可以显示出相应的十进制数。 (2) 试灯功能。给试灯输入LT加低电平，而BI/RBO端加高电平时，则输出端a~g均为高电平。若将其输入数码管，则所有的显示段都发亮。 此功能可以用于检查数码管的好坏。
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(3) 灭灯功能。将低电平加于灭灯输入BI/RBO时， 不管其他输入为什么电平，所有输出端都为低电平。将这样的输出信号加至数码管， 数码管将不发亮。
(4) 动态灭灯功能。RBI为灭零输入信号，其作用是将数码管显示的数字0熄灭。当RBI=0，且 时，若 ，a~g输出为低电平，数码管无显示。利用该灭零端，可熄灭多位显示中不需要的零。不需要灭零时， 。
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5. 实验分析 （1） 从步骤3）的试验可以看出，该实验电路的功能就是在数码管上显示出 4 位抢答者的号码。在该实验中我们只有4个输入信号，如果有10个输入信号， 则数码管将可以显示0～9这10个数字。 （2） 分析步骤4）中第(1)步的测试结果可知，无论哪个输入信号为低电平，数码管将显示该输入端号码。如果所有的输出信号都为高电平， 则数码管将显示数字0。
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（3）表4.１的数据表明74LS147是将一个输入信号编成了一组相应的二进制代码，因此称其为编码器。
（4）观察步骤4）中第(3)步的结果发现，a～g 7个信号中哪个信号为高电平， 数码管与之相对应的那一段就会发亮。在74LS48输入端输入不同的二进制代码时， a～g的输出也不同，数码管将显示不同的数字。a～g的信号电平是按照输入代码对字型的要求输出的，因此称74LS48为字符译码器。
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实验5 计 数 显 示 器 1. 实验目的 （1） 了解计数器的逻辑功能。
实验5 计 数 显 示 器 1. 实验目的 （1） 了解计数器的逻辑功能。 （2） 学会计数器的使用方法，掌握中规模集成计数器74LS161各管脚功能。 （3） 熟悉计数器的一般应用。
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2. 实验设备与 器件 实验设备： 万用表、逻辑试电笔、 示波器、 直流稳压电源各一。 实验器件：实验电路板、二进制计数器74LS161、字符译码器74LS48、共阴极数码管、与非门74LS00各一块，纽扣开关一个。
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3. 实验电路 图 5.1 计数及显示实验电路图
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4. 实验步骤与要求 1） 预习 查集成电路手册，初步了解74LS161、74LS48和数码管的功能， 确定74LS161、74LS48、74LS00的管脚排列，了解各管脚的功能。 2） 连接电路 按实验电路图在实验板上安装好实训电路，检查电路连接， 确认无误后再接电源。将74LS161的管脚1接一下地，然后再接电源正极。
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3） 电路逻辑关系检测 利用开关分别将74LS00的4、2管脚轮流接地，当管脚2每接地一次， 用逻辑试电笔（或示波器）测试74LS161的4个输出端Q3~Q0的电平，同时观察数码管显示的数字，并将结果填入表5.1中。 表 5.1 2脚接地次数 Q1 Q2 Q3 Q4 显 示 字 型
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4） 74LS161功能试验 (1) 异步置“0”功能。接好74LS161的电源和地，将清除端 接低电平，其他各输入端的状态为任意，测试计数器的输出端。如果操作无误, 则Q3~Q0均为0。 (2) 预置数功能。将RD接高电平，LD接低电平，数据输入端D3~D0置0011，在CP的上升沿作用后，测试输出端Q3~Q0的电平。如果操作准确，D3~D0的数据为0011，说明D3~D0的数据已预置到Q3~Q0端。
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(3) 计数和进位功能。将 端均接高电平， CP端输入单脉冲，记录输出端状态。如果操作准确，每输入一个CP脉冲，计数器就进行一次加法计数。 计数器输入16个脉冲后，输出端Q3~Q0变为0000，此时进位输出端C输出一个高电平脉冲。 (4) 保持功能。将RD和LD接高电平，ET和EP其中一个接低电平，其余输入端接任意电平，观察输出端的状态。如果操作无误，Q3~Q0将保持不变。
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5. 实验分析 （1）该实验电路的功能是对输入脉冲的个数（0～9）进行递增计数，并通过译码显示电路将所计的脉冲数显示出来。 （2）如果我们给步骤3）的测试结果赋值（高电平为1，低电平为0），将得到9组相应的4位二进制代码（0000～1001）。 不难发现，利用开关S将74LS00的管脚2每接地一次，即对74LS161输入一个计数脉冲，74LS161的输出就递增1。这表明74LS161能记录输入脉冲个数，故将其称为计数器。
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实验6 数据寄存与传输 1. 实验目的 （1） 了解寄存器的基本功能。 （2） 学会寄存器的使用方法。
实验6 数据寄存与传输 1. 实验目的 （1） 了解寄存器的基本功能。 （2） 学会寄存器的使用方法。 （3） 熟悉寄存器的一般应用。 （4） 进一步掌握数字电路逻辑关系的检测方法。
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2. 实验设备与器件 实验设备： 示波器1台, 万用表一块, 逻辑笔一支, 秒信号发生器一个。 实验器件： 74LS194集成电路两块, 电阻、 发光二极管若干。
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3. 实验电路 实验电路如图6.1所示。电路中，与集成电路74LS194 Qi端连接的发光二极管可以按照一定的方式显示。
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4. 实验步骤 1） 连接电路 按图6.1连接线路。注意: 集成电路电源“＋”、 “－”端未在电路中给出。图中，控制端A接低电平，B接高电平。 如果没有电路中要求的秒信号发生器，可以用555时基电路组成一个周期为几百毫秒的多谐振荡器来代替。
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图 6.1 实验6电路
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2） 电路功能显示 接通电源，将秒信号发生器的输出接入电路“秒信号输入”端。 触按按键S，观测发光二极管的显示情况。如果电路没有故障， 可以看到电路中的发光二极管从左至右一个一个全部点亮， 然后又从左至右一个一个全部熄灭， 以此规律不断循环。
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3） 电路逻辑关系检测 (1) 将秒信号发生器从电路中断开， 在秒信号输入端接入单脉冲信号发生器。 (2) 接通电路，测量第i（i依次等于0~15）个单脉冲后，左、 右两块74LS194各引脚的电平， 将结果填入表6.1中（表中已给出了前3个时钟脉冲各引脚的数据）。显然，74LS194 Q端的电平可以用与之相连的发光二极管的亮、灭来表示，亮为高电平， 灭为低电平。
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4） 74LS194功能试验 (1) 左右移位。关闭电源，将控制端A接高电平， B接低电平， 秒信号输入端（CP）接秒信号发生器。再次打开电源并触按按键S后， 可以看到与原来的显示方式不同：电路中的发光二极管从右至左一个一个全部点亮， 然后又从右至左一个一个全部熄灭， 以此规律不断循环。 显然， 控制端A、 B所接的电平， 决定了数据传送的方向。
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(2) 并行加载数据。断开电源，将S0、S1置11（都接高电平）， 将D0~D3置1010；接通电源，此时，发光二极管均不亮，送出一个单脉冲，观察发光二极管的亮、灭情况。
如果操作准确，发光二极管的亮、灭指示Q0~Q3的数据为1010，说明D0~D3的数据已加载到输出端，此时再改变输入端的数据，输出数据不变。 (3) 清零。将RD端对地短路。如果操作无误，所有二极管均熄灭，即输出端数据均为0。
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5） 实验总结与分析 (1) 分析步骤3）中得到的数据，可以知道：每当74LS194 CP端出现一个脉冲时，74LS194就将输入端的数据（高低电平）送到Q0端，Q0端的数据送到Q1端，Q1端的数据送到Q2端，Q2端的数据送到Q3端。器件的这种功能在数字系统中是十分有用的。 首先，它能根据需要将输入端的数据寄存起来；其次，它能将数据沿着一定的方向传送。 具有这类功能的电路称为移位寄存器。 在步骤4）并行加载数据的试验中，在控制脉冲的作用下将D0~D3的数据从并行输入端送到输出端，在下一个控制脉冲到来之前， 输出端的数据不受输入端数据的影响。
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(2) 移位寄存器的功能是将数据左移或右移，或是将数据锁存，或是给寄存器的内容赋以初值，这些功能由专门的控制端控制。 当74LS194的两个控制端S0与S1取不同的电平值时，移位寄存器的功能不同。我们将S0、S1称为功能控制端。 (3) 实验中我们使用的集成移位寄存器74LS194具有两个串行输入端DSL与DSR，在步骤4）左右移位的试验中，当S0、S1接01时，数据从左边移向右边（从低位移向高位）；当S0、S1接10时，数据从右边移向左边（从高位移向低位）。具有这种功能的移位寄存器称为双向移位寄存器。
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(4) 在实际应用中，有时需要寄存器中的内容全部为零。所以， 与计数器一样，寄存器也具有清零端， 在实验步骤4）中，当给控制端RD置低电平时，寄存器清零。显然，清零后，RD端应置高电平。如果实际应用电路中不需清零，则RD端直接接电源正端。 (5) 在实验中可以观测到，如果我们把Q0~Q7的输出值作为一个二进制数据，当输入“16”个脉冲以后，输出数据回到起值，因此， 可以把实验电路作为一个“十六”进制的计数器。 计数是移位寄存器的一个重要应用，寄存器还有许多其他的用途。
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(6) 该电路的工作原理可以简述为：接通电源后，触按按键S，两块74LS194的输出端均为零，经反向器反向后，74LS194（1）移位寄存器串行数据输入端DSR与74LS194（2）移位寄存器串行数据输入端DSL的数据均为1；当A、B的数据（即74LS194 S0、S1端的数据)为01时，数据右移；第一个时钟脉冲过后，74LS194（1）DSR端的数据1移位至Q0端，其他Q端的0均依次右移，各输出端的数据如表6.1的第2行数据所示；此后， 随着时钟脉冲的到来，发光二极管自左至右一个个点亮，第8个脉冲以后，全部二极管均点亮, 此时，DSR端的数据变为0，随着后续脉冲的到来， 发光二极管自左至右一个个熄灭。
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实验7 EPROM的固化与擦除 1. 实验目的 （1） 掌握EPROM 2764的基本工作原理和使用方法。
（2） 学会使用ALL－07编程器对EPROM进行数据的存入。 （3） 学会EPROM擦除的工作过程。
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2. 实验设备和器件 实验设备：计算机，ALL－07（或ALL－11）编程器， 紫外线擦除器, 直流电源, 示波器, 单脉冲发生器。 实验器件：EPROM 2764（或E2PROM 2864）一片, 74LS161一片, 发光二极管8个, 510 Ω电阻8个, 导线若干, 面包板一块。
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3. 实训电路图 图 7.1 实验7电路图
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4. 实验步骤与要求 1） 插入芯片 在编程器中插入2764并固定，注意芯片一定要按照编程器上的标识插在正确的位置。打开编程器的电源开关。 2） 进入EPROM编程软件 打开计算机，执行ACCESS命令，即可进入编程软件，选择“EPROM”，执行EPROM的操作程序，进入到下一个界面， 选择生产厂家和芯片型号。其中芯片的编程电压是一个重要的参数。所选择芯片的编程电压必须和所使用的2764的编程电压相同，一般有21 V，12.5 V和25 V几种。
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3） 检查2764的内容 选好合适的芯片类型并回车后，就进入到编程界面。 在此选择“M”和“T”可以修改芯片的生产厂家和类型。键入“B”， 可以检查2764的内容是否为空（BLANK CHECK）。检查后若显示“OK”，则说明2764的存储内容为空， 可以进行步骤4）； 否则说明2764中有信息，需要擦除后再进行写入操作。 擦除操作见步骤6）。
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其他单元的内容不变，全为FF。这里0~F代表十六进制数。
4） 向2764写入内容 键入“4”，执行编辑缓冲器操作（EDIT BUFFER），回车后出现编辑界面。在该界面下可以显示2764的所有存储单元0000～1FFF的内容， 未写入时全为1。 可以根据自己的需要在相应的单元写入内容。为了测试方便，可写入以下内容： 0000~000F单元：FE FF FC FF F8 FF F0 FF E0 FF C0 FF 80 FF 00 FF1000~100F单元： FE FF FD FF FB FF F7 FF EF FF DF FF BF FF 7F FF 其他单元的内容不变，全为FF。这里0~F代表十六进制数。
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5） 2764内容测试 按照图7.1连接线路，接好电源，注意一定不要接错线。然后按照以下步骤进行测试： (1) 2764的2脚接地。根据单脉冲发生器产生的脉冲可以看到， 电路中的发光二极管的点亮规律为：1＃亮；全灭；1＃、2＃亮； 全灭；1＃、2＃、3＃亮；全灭；……; 全亮；全灭。16个脉冲后又重新按照上述规律循环。 (2) 2764的2脚接+5 V。根据单脉冲发生器产生的脉冲可以看到，电路中的发光二极管的点亮规律为：8个发光二极管依次点亮，即1＃亮；全灭；2＃亮；全灭； 3＃亮； 全灭； ……； 8＃亮； 全灭。16个脉冲后又重新按照上述规律循环。
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6） 擦除2764中的内容并测试 取下电路中的2764，放进紫外线擦除器中，设定10 min左右的定时时间， 插上电源，开始对2764中的内容进行擦除。擦除结束后， 重复步骤1）， 2）， 3）， 可以看到2764中的内容为空。 再插入实验电路中，所有发光二极管均不会点亮。
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5. 实验总结与分析 （1）74LS161是一个4位二进制计数器，它的工作原理已在前面有关章节进行了介绍。2764是一个8 K×8的存储器，共有8 K个字节， 每个字节8位；有A0~A12共13根地址线，当A0~A12从 ~ 变化时，对应于0000H~1FFFH（H表示十六进制）单元，每个单元8位。2764的每个单元写入内容后，通过地址线选中某单元，可读出其中的8位信息。
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（2）分析步骤4）所写入的内容。在0000H单元写入的内容为 （FEH），当读出该单元内容时，由实训电路可知， 1＃发光二极管的负极接低电平，因此1＃发光二极管点亮。对0000H~000FH和1000H~100FH单元，按照同样的方法分析，可以得出发光二极管的点亮规律。 （3）对于步骤5）的第(1)种情况，A12和A4~A11都接地，当74LS161对脉冲计数时，使2764的A0~A3地址线状态按照0000~1111的规律循环，因此依次选中的2764的单元为 ～ ，即0000H~000FH，所以发光二极管按照步骤5）的第(1)种规律点亮。
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（4）对于步骤5）的第(2)种情况，A12接VCC，A4~A11仍然接地，当74LS161对脉冲计数时，使2764的A0~A3地址线状态按0000~1111的规律循环，因此依次选中的2764的单元为 ~ ，即1000H~100FH，所以发光二极管按照步骤5）的第(2)种规律点亮。 （5）将EPROM中的内容擦除后，所有单元都为1，即所有单元的内容全部都为FFH。再将2764接入实验电路中，由于发光二极管负极接的都是高电平，所以均不亮。 由以上分析可知，EPROM是一种可改写的只读存储器，通过地址线的选择，可选中相应的存储单元并读出其中数据，同时也观察到EPROM的数据可以通过紫外线来擦除，并可以重新写入新的数据。
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实验8 用GAL设计数字电路 1. 实验目的 （1） 使用GAL设计一个二输入与门和异或门的电路。
1. 实验目的 （1） 使用GAL设计一个二输入与门和异或门的电路。 （2） 掌握GAL的使用方法， 基本学会使用ABEL语言编写源程序。 （3） 巩固ALL-07编程器的使用方法， 掌握对GAL芯片的硬件编程方法。
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2. 实验设备和器件 实验设备：计算机, ALL-07编程器, ABEL编译软件和ACCESS硬件编程软件, 直流电源，示波器（或逻辑试电笔）。 实验器件： GAL16V8一片, 面包板一块, 导线若干。
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3. 实验步骤与要求 1） 编写源程序 使用GAL16V8设计一个二输入与门和异或门的电路，设输入信号为A、B，输出为X、Y，X=A·B， Y=AB。在EDIT下用ABEL语言编写源程序如下： module-GATE ′标头段， 命名模块“GATE”，给模块一个标题 title ′example of gal′ "declarations GATE device ′p16v8s′； ′定义使用器件GAL16V8 A, B pin 1, 2; ′定义管脚的分配使用情况 X, Y pin 17, 18;
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Equations X=A&B; ′用方程来描述电路的逻辑关系， “&”代表与运算
Y=A$B; ′ “$”代表异或运算 Test-vectors(［A, B］－＞［X, Y］) ′测试向量段，用来验证逻辑设计的功能 ［0, 0］－＞［0, 0］; ［0, 1］－＞［0, 1］; ［1, 0］->［0, 1］; ［1, 1］->［1, 0］; end GATE ′模块GATE结束 编写完成后，以filename.abl形式存盘。退出EDIT。
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2） 编译源程序，生成.JED文件 在DOS状态下，键入“ABEL filename”并回车，就可以对ABEL程序进行编译。编译后如果源程序有错误，编译系统会自动生成文本文件filename.LST，该文件包含有错误说明。根据错误说明在EDIT中修改源程序，对修改后的源程序重新编译，直到没有错误为止。此时，可自动生成filename.JED文件，它是可以通过编程器对GAL进行硬件编程的标准格式文件。
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3） 硬件编程， 将.JED文件写入GAL芯片中
(1) 插入芯片。在编程器中插入GAL16V8并固定， 注意芯片一定要按照编程器上的标识插在正确的位置。打开编程器的电源开关。 (2) 进入硬件编程程序。打开计算机，执行ACCESS命令， 即可进入编程程序，在菜单DEVICE下选择“PLD”，执行PLD的硬件编程程序，选择生产厂家和芯片型号。
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(3) 检查GAL的内容。选好合适的芯片类型并回车后， 就进入到编程界面（如果所选芯片类型有误，在此选择“M”和“T”可以修改芯片的生产厂家和类型）。键入“B”（BLANK CHECK），可以检查GAL的内容是否为空。检查完成若显示“OK”， 则说明其内容为空，可以进行步骤4）; 否则说明GAL中有信息， 不能写入， 需要擦除后再进行写入操作。 键入“E”（ERASE）即可完成擦除操作。 (4) 对GAL写入内容。键入“2”，将filename.JED文件调入缓冲区。此时，可以通过观察缓冲区的内容来查看待编程的GAL16V8的2048（32行×64列， 见图8.17）个可编程单元的编程情况。 键入“P”，开始按照缓冲区的内容对GAL进行编程。
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4） 芯片功能 该芯片经过编程后，就是一个二输入的与门和异或门，根据源程序， GAL16V8的1、 2脚分别为输入A、 B端，17、 18脚分别为与门输出X和异或门输出Y。 可将编程后的GAL16V8取下， 接上电源和地线，根据两个门的真值表验证其逻辑关系是否正确。
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4. 实验总结与分析 （1） GAL16V8的开发是通过编程器和相应的开发软件来完成的。 （2） 本实训的软件是ABEL编译软件，其作用是将在DOS状态下编辑的ABEL源程序翻译为.JED文件，该文件是编程器对GAL进行硬件编程所需的数据。 这是实训步骤2）所进行的工作。 （3） 编程器可以将.JED文件写入GAL芯片， 即实训步骤3）所进行的工作。
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（4）ABEL源程序是在DOS下编写的，实验步骤1）中的程序可以在EDIT下完成。源程序的编写有一定的要求，读者可参考有关ABEL的书籍，这里只做简单的介绍。用ABEL语言设计数字系统，其源程序由1个或多个独立的模块组成。在本设计中，因为电路非常简单，所以只有一个模块。每个模块以module开始，以end结束。每个模块都由标头段、定义段、 逻辑描述段、 测试向量段和结束语句段组成。标头段的主要作用是命名模块，并给模块一个标题。例如程序中的以下语句： module GATE title ′example of gal′ 就是标头段。
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定义段的作用主要是定义使用的器件类型以及引脚的分配情况。ABEL分别为GAL16V8和GAL20V8提供了3个器件文件， 选择器件时可依据以下规则：
若设计组合逻辑， 且每个输出需8个乘积项， 则选择P16V8S或P28V8S； 若设计带反馈的组合逻辑， 则选择P16V8C或P28V8C， 每个输出只能有7个乘积项； 若设计时序逻辑， 则选择P16V8R或P28V8R。 逻辑描述段用来描述电路的逻辑关系， 可以用方程、 真值表和状态图等描述电路的逻辑关系。本程序采用方程进行描述。 测试向量段是可选段， 用于验证逻辑设计的功能。 结束段用于标识一个模块的结束， 它的关键字为end。
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实验9 加法计数器D/A转换显示实验 1. 实验目的 （1） 复习掌握74LS161的功能。
（2） 掌握数模转换的基本原理和工作过程。 （3） 掌握DAC0832的各引脚功能和使用方法。
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2. 实验设备和器件 实验设备：万用表， 示波器， 信号源， 直流电源。 实验器件：面包板一块，DAC0832一片， 运算放大器741一片， 计数器74LS161两片，导线若干。
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3. 实验电路图 图 9.1 实验9电路图
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4. 实验步骤与要求 1） 预习 查集成电路手册，了解74LS161、 DAC0832和741的功能， 确定74LS161、 DAC0832的管脚排列，了解各管脚的功能。 2） 连接电路 按图9.1在实验板上安装好实验电路，检查电路连接，确认无误后再接电源。 注意不要将引脚接错。
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3） 74LS161功能测试 74LS161是一个4位二进制计数器，其功能在前面章节中已经介绍过，在本实验中由2片74LS161构成一个8位二进制计数器。 首先测试该计数器是否正常工作。在脉冲输入CP端接信号源，调整信号源的频率到10 kHz左右，幅度大于2 V。用示波器的一个探头测量CP信号，另一个探头依次测量DAC0832的DI0~DI7的波形（即计数器的8位二进制输出信号），观察示波器上显示的两个波形的频率关系。DI0的信号波形频率应为CP的二分频， DI1的频率为CP的四分频，DI2为CP的八分频，依此类推。如果测试正确，说明由两片74LS161构成的8位二进制计数器工作正常。
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4） DAC0832功能测试 DAC0832是实现D/A转换的器件。用示波器测量运放741的输出信号，记录输出波形的形状、频率和幅度。如果电路工作正常，其输出应为一个锯齿波。 改变输入脉冲CP的频率，观察输出波形的频率变化；改变数模转换器DAC0832第8脚UREF的大小，观察输出波形的幅值变化情况。
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5. 实验总结与分析 对以上实验，可作以下分析： （1） 两片74LS161构成了一个8位二进制计数器， 随着计数脉冲的增加，计数器的输出状态也从 ~ 变化， 计数满 时，又从 开始。通过前面章节的学习， 可以知道，计数输出的每一位应为计数脉冲CP的2n+1分频（n为0~7）。
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（2）DAC0832将计数器输出的8位二进制信息转换为模拟电压。DAC0832是一个双缓冲的D/A转换器，在本实验中它的两个缓冲器都接成直通状态。当计数器全为“1”时， 输出电压uO=Umax，下一个计数脉冲到来时，计数器全为“0”， 输出电压uO=0。显然，计数器输出从 变到 ， 数模转换器就有28=256个递增的模拟电压输出，用示波器观察到的输出波形就是如图9.2所示的锯齿波。 （3）输出锯齿波的频率f0和计数脉冲频率fCP的关系为f0=fCP/256。因为每256个CP脉冲，计数器从 ~ 变化一次，输出模拟电压就从0到Umax变化一次，所以二者具有上述关系。
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（4）输出锯齿波的幅值与D/A转换器的输入参考电压UREF有关。DAC0832是由倒梯形电阻网络构成的D/A转换器，外接的运放741将0832转换后的电流输出转换为电压输出，输出电压与参考电压UREF成正比。因此，在实验中我们看到，当升高UREF时，锯齿波的幅值也随之增大，反之亦然。 通过实验9可以看出，芯片DAC0832能够将输入的二进制数字转换为对应的电压量并显示出来，也就是说，通过上述电路完成了数字量和模拟量之间的转换。
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