學生用電安全







實驗一認識實驗——實驗平臺和邏輯門



一、實驗目標(Objectives)                                              3



二、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與非門的電壓傳輸特性                                  
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——組合電路設計和數據選擇器



一、實驗目標(Objectives)                                            10



二、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的數據選擇功能                               14



【實驗2-4】加分題:使用一片74××153實現八選一數據選擇器             15



【實驗2-5】加分題:4位奇偶校驗器設計(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——編碼器和譯碼器



一、實驗目標(Objectives)                                            20



二、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-譯碼-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的尋址功能實現流水燈                         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、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】組合邏輯之數字邏輯化簡                                     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、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】循環移位寄存器                                             36



【實驗5-3】序列碼產生電路                                             37



【實驗5-4】加分題:二進制數運算電路                                  
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、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】秒表電路                                                   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







實驗七小型電路繫統——555定時器



一、實驗目標(Objectives)                                            53



二、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定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】多諧振蕩器                                                 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、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繫列信號發生器的使用簡介                          132







附錄五RIGOL DS2000A繫列示波器的使用簡介                          134







附錄六常用集成芯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纔培養的需求，*推出了“新工科”計劃，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（數字部分）》《電子技術實驗（模擬部分）》和《電子技術實驗（課程設計）》。本書是《電子技術實驗（數字部分）》分冊。



一、本書特點



1.學時增加



數字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，北京化工大學的數字電子技術實驗由原來的18學時增加為32學時，每次實驗由2學時增加為4學時。本教材主要是針對32學時的數字電子技術實驗課程。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 仿真實驗（包括數據選擇器的實現、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，完成數字鐘和IP封裝等）。實驗項目盡量兼顧知識性、趣味性、工程性和學生的接受水平。



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繫。



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（Rain Class）是得到廣大師生和教育專家認可的智慧教學工具，雷實驗（Lab of
Electronics Intelligence，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繫，既能充分利用網絡資源，增強師生互動，也能提高教師的實驗管理水平和高校之間的數據分享水平。



二、學習方法



在前幾次實驗課上，首先要通過完成一繫列簡單的實驗內容，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，鍛煉獨立設計數字電路的能力。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像做到心中有數。



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，在此一並表示感謝。



由於作者水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者批評指正。







編者



2019年8月