電子技術實驗（數字部分）

學生用電安全必讀

實驗一認識實驗——實驗平臺和邏輯門
一、實驗目標(Objectives) 3
二、儀器及元器件(Equipment and Component) 3
三、實驗知識的準備(Elementary Knowledge) 3
四、實驗內容及過程(Content and Procedures) 4
【實驗1-1】測試74××20的主要參數 4
【實驗1-2】TTL反及閘的電壓傳輸特性 8
五、注意事項(Matters Needing Attention) 8
六、實驗完成情況 9
七、實驗總結(About Report) 9

實驗二組合電路一——組合電路設計和資料選擇器
一、實驗目標(Objectives) 10
二、儀器及元器件(Equipment and Component) 10
三、實驗知識的準備(Elementary Knowledge) 10
四、實驗內容及過程(Content and Procedures) 11
【實驗2-1】表決電路設計(SSI) 11
【實驗2-2】故障報警電路設計(MSI) 12
【實驗2-3】驗證74××153的資料選擇功能 14
【實驗2-4】加分題:使用一片74××153實現八選一資料選擇器 15
【實驗2-5】加分題:4位同位器設計(MSI) 16
五、注意事項(Matters Needing Attention) 18
六、實驗完成情況 18
七、實驗總結(About Report) 18

實驗三組合電路二——編碼器和解碼器
一、實驗目標(Objectives) 20
二、儀器及元器件(Equipment and Component) 20
三、實驗知識的準備(Elementary Knowledge) 20
四、實驗內容及過程(Content and Procedures) 21
【實驗3-1】優先編碼-解碼-顯示電路 21
【實驗3-2】利用74××138實現邏輯函數(MSI) 21
【實驗3-3】利用74××138的定址功能實現流水燈 23
【實驗3-4】加分題:動態顯示電路 25
【實驗3-5】加分題:自主設計電路 26
五、注意事項(Matters Needing Attention) 27
六、實驗完成情況 27
七、實驗總結(About Report) 27

實驗四EDA設計入門一——Multisim和FPGA
一、實驗目標(Objectives) 29
二、儀器及元器件(Equipment and Component) 29
三、實驗知識的準備(Elementary Knowledge) 29
四、實驗內容及過程(Content and Procedures) 30
【實驗4-1】創建PLD設計並進行驗證 30
【實驗4-2】組合邏輯之數位邏輯化簡 30
【實驗4-3】組合邏輯之數值比較器 31
五、注意事項(Matters Needing Attention) 32
六、實驗完成情況 32
七、實驗總結(About Report) 32

實驗五時序電路一——寄存器
一、實驗目標(Objectives) 33
二、儀器及元器件(Equipment and Component) 33
三、實驗知識的準備(Elementary Knowledge) 33
四、實驗內容及過程(Content and Procedures) 34
【實驗5-1】由4D觸發器74××175構成智力競賽搶答器 34
【實驗5-2】迴圈移位暫存器 36
【實驗5-3】序列碼產生電路 37
【實驗5-4】加分題:二進位數字運算電路 39
【實驗5-5】加分題:自主設計電路 41
五、注意事項(Matters Needing Attention) 42
六、實驗完成情況 42
七、實驗總結(About Report) 42

實驗六時序電路二——計數器
一、實驗目標(Objectives) 43
二、儀器及元器件(Equipment and Component) 43
三、實驗知識的準備(Elementary Knowledge) 43
四、實驗內容及過程(Content and Procedures) 44
【實驗6-1】由4D觸發器74××175構成扭環形計數器 44
【實驗6-2】24小時計數器 45
【實驗6-3】碼錶電路 47
【實驗6-4】加分題:模值可控計數器設計 48
【實驗6-5】加分題:六進制減法計數器設計 49
五、注意事項(Matters Needing Attention) 51
六、實驗完成情況 52
七、實驗總結(About Report) 52

實驗七小型電路系統——555計時器
一、實驗目標(Objectives) 53
二、儀器及元器件(Equipment and Component) 53
三、實驗知識的準備(Elementary Knowledge) 53
四、實驗內容及過程(Content and Procedures) 54
【實驗7-1】555計時器構成施密特觸發器 54
【實驗7-2】單穩態觸發器 56
【實驗7-3】多諧振盪器 57
【實驗7-4】高低音報警器 58
【實驗7-5】加分題:自主設計電路 59
五、注意事項(Matters Needing Attention) 60
六、實驗完成情況 60
七、實驗總結(About Report) 60

實驗八EDA設計入門二——Vivado和FPGA
一、實驗目標(Objectives) 62
二、儀器及元器件(Equipment and Component) 62
三、實驗知識的準備(Elementary Knowledge) 62
四、實驗內容及過程(Content and Procedures) 63
【實驗8-1】數字鐘實驗 63
【實驗8-2】IP封裝實驗 63
五、注意事項(Matters Needing Attention) 64
六、實驗完成情況 64
七、實驗總結(About Report) 65

附錄一“雨課堂+ 雷實驗”智慧平臺使用方法簡介 66
附錄二Multisim使用簡介 87
附錄三Vivado使用簡介 101
附錄四RIGOL DG4000系列信號發生器的使用簡介 132
附錄五RIGOL DS2000A系列示波器的使用簡介 134
附錄六常用集成晶片管腳圖與功能表簡介 139
參考文獻 146

為了滿足現代科技和世界經濟的高速發展對人才培養的需求，教育部推出了“新工科”計畫，對本科生的工程實踐創新能力培養提出了更高要求。在此背景下，北京化工大學電工電子實驗中心引入了配套口袋實驗室的“雨課堂+雷實驗”智慧實驗教學平臺，對電子技術實驗課程進行了全面改革，推出了這套新教材。

本套教材共包含三個分冊：《電子技術實驗（數位元部分）》《電子技術實驗（類比部分）》和《電子技術實驗（課程設計）》。本書是《電子技術實驗（數位元部分）》分冊。

一、本書特點

1.學時增加
數位電子技術實驗為獨立設課的必修課。為了增加學生接觸儀器和動手操作的時間，北京化工大學的數位元電子技術實驗由原來的18學時增加為3□學時，每次實驗由2學時增加為4學時。本教材主要是針對3□學時的數位電子技術實驗課程。各個學校也可以根據自身特點合理選擇書中實驗。

2.內容增加
教材保留了典型的傳統實驗，同時增加了貼近工程實踐的新實驗：包括常規實驗（例如：分時顯示電路、高低音報警電路等）、Multisim模擬實驗（包括資料選擇器的實現、邏輯函數的化簡與變換等）和FPGA開發實驗（使用Vivado和Basys3開發板，完成數位鐘和IP封裝等）。實驗專案儘量兼顧知識性、趣味性、工程性和學生的接受水準。

3.分層教學
教材包括驗證實驗、常規設計實驗和選做實驗。驗證實驗和常規設計實驗要求所有同學都能完成；鼓勵動手能力較強的同學完成選做實驗。

4.加強過程考核
教材涵蓋每個實驗的完整驗證或設計過程，並配套有實驗完成情況表格和教師簽章。課程結束後，本教材可作為學生學習過程的完整記錄和成績依據存檔。

5.線上線下相結合
教材可以單獨使用，也可以配合“雨課堂+雷實驗”平臺建立線上線下相結合的實驗教學體系。

配套口袋實驗室的“雨課堂+雷實驗”平臺是當前非常先進的一套電子技術實驗平臺。雨課堂（RainClass）是得到廣大師生和教育專家認可的智慧教學工具，雷實驗（LabofElectronicsIntelligence，LEI）是和雨課堂配套的首個智慧實驗解決方案。基於該平臺的線上線下相結合的實驗教學體系，既能充分利用網路資源，增強師生互動，也能提高教師的實驗管理水準和高校之間的資料分享水準。

二、學習方法
在前幾次實驗課上，首先要通過完成一系列簡單的實驗內容，反復練習直至熟練掌握平臺和基礎儀器的使用方法，並在此過程中，培養學生按圖搭建電路的能力和獨立排查故障的能力。在後續的課程中，除了進一步增強上述能力，還要學習完成實驗中的設計環節，鍛煉獨立設計數位電路的能力。學有餘力的同學可以提出自己的設想並設計完成，以培養自己的創新意識。

為了取得更好的課堂效果，要求同學們課前適當預習每次實驗的內容，掌握每個實驗的相關理論知識，對實驗中應該出現的現象做到心中有數。

參加本書編寫工作的教師有吳迪（實驗一，附錄一）、吳亞瓊（實驗二、三）、曹晰（實驗四、八，附錄二、三）、韓雪岩（實驗五~七，附錄四、五）、袁洪芳（附錄六）。全書由吳亞瓊統稿。在編寫過程中，袁洪芳、杜彬、張靜、王琪等老師給予了大力支持，在此一併表示感謝。

由於作者水準有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。

編者
2019年8月