數(shù)字電路實驗指導書

.z.學生實驗守則一、參加實驗時應衣冠整潔。進入實驗室后應保持安靜，不要大聲喧嘩和打鬧，阻礙他人學習和實驗。不準吸煙，不準隨地吐痰，不準亂扔紙屑與雜物。二、進展實驗時必須嚴格遵守實驗室的規(guī)章制度和儀器操作規(guī)程。保護儀器設備，節(jié)約實驗器材，未經(jīng)許可不得亂動實驗室的儀器設備。三、注意人身平安和設備平安。假設儀器出現(xiàn)故障，要立即切斷電源并立即向指導教師報告，以防故障擴大。待查明原因、排除故障之后才可繼續(xù)進展實驗。四、要以嚴格、認真的科學態(tài)度進展實驗，結(jié)合所學理論，獨立思考，分析研究實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。五、實驗完畢后必須收拾整理好自己使用的儀器設備，保持實驗臺整潔，填寫實驗儀器使用記錄。在歸還實驗儀器后，才能離開。六、違反實驗室規(guī)章制度和儀器設備操作規(guī)程造成事故、導致儀器設備損壞者，將視情節(jié)輕重按實驗室設備管理制度處理及賠償。電工電子實驗室平安制度一、每個實驗室要有專人擔任平安員，負責本室的各項平安工作。并定期進展平安檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時向領導和有關部門匯報。二、實驗室總電源應有專人負責，各分室電源應有指示燈指示。三、實驗室內(nèi)不準吸煙。要經(jīng)常檢查室內(nèi)電源設備狀況。各種用電設備使用完畢后要斷開電源。四、實驗室鑰匙不能出借他人，實驗室所有儀器設備的配置、維修、拆卸等都必須做好記錄并嚴格遵守操作規(guī)程，非經(jīng)有關人員許可不得擅自動用。五、每個實驗室要配備必要的消防器材〔滅火器、滅火栓〕，消防器材必須定期檢查更換。任何人不得隨意搬動、拆卸消防器材。六、工作人員離開時必須斷開室內(nèi)電源、水源，關好門窗。匪警110火警119校保衛(wèi)處3208393實驗報告要求實驗前寫好預習報告，預習報告要求見各實驗章節(jié)，實驗報告必須用規(guī)定的實驗報告紙書寫。實驗報告需附由教師簽字的原始數(shù)據(jù)紙方為有效。實驗內(nèi)容應有以下各項內(nèi)容：一、實驗目的二、儀器與設備三、原理簡述〔含實驗原理圖〕四、內(nèi)容與步驟〔含測量數(shù)據(jù)〕五、總結(jié)實驗一THD-1數(shù)字電路箱的使用一、實驗目的1、學習THD-1型數(shù)字電路實驗箱的使用。2、掌握示波器的根本工作原理及使用方法。二、實驗儀器THD-1型數(shù)字電路實驗箱V-252型雙蹤示波器三、實驗內(nèi)容〔一〕THD-1型數(shù)字電路實驗箱1、觀察實驗箱構(gòu)造，熟悉各局部區(qū)域的功能，為今后使用實驗箱完成數(shù)字電路實驗做準備。實驗箱各局部區(qū)域名稱如圖1-1所示。1123456直流電源區(qū)蜂鳴器繼電器IC插座區(qū)1總電源開關2脈沖信號區(qū)3邏輯筆4數(shù)碼管5撥碼開關6邏輯開關7發(fā)光二極管7圖1-1THD-1型數(shù)字電路實驗箱版面圖圖1-1THD-1型數(shù)字電路實驗箱版面圖+5V2、測試邏輯開關和發(fā)光二極管顯示功能+5V翻開實驗箱的總電源開關，將邏輯開關右側(cè)處接+5V電源，撥動邏輯開關觀察結(jié)果，邏輯開關遵循正邏輯，即燈亮表示輸出邏輯為1，燈滅表示輸出邏輯為0；用一連線一端插入發(fā)光二極管顯示輸入插孔，另一端插入邏輯開關的輸出插孔，撥動邏輯開關，輸出高電平時發(fā)光二極管亮，輸出低電平時發(fā)光二極管滅。+5V試單脈沖和連續(xù)脈沖輸出端功能+5V在信號區(qū)處接上電源。單脈沖有兩種輸出方式，按動單脈沖按鍵，每按動一下，單脈沖輸出處提供由高電平到低電平〔或由低電平到高電平〕的一個過程；連續(xù)脈沖信號輸出處，有三檔頻率粗調(diào)供頻率范圍選擇，將輸出頻率調(diào)至1Hz，發(fā)光二極管每秒閃亮一次，調(diào)至高頻時，并調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕，看到發(fā)光二極管恒亮?！哺哳l時人的肉眼反響不出頻率的變化〕。測試數(shù)碼顯示功能將數(shù)碼管的ABCD端與四個邏輯開關*0、*1、*2、*3相連接，撥動開關為0000、0001、0010、0011、0100、、、、、、可觀察8421碼顯示，即可順序顯示0、1、2、3、4、、、、、、。將撥碼開關任一組ABCD與數(shù)碼管的任一ABCD相連接，按動撥碼開關，觀察顯示結(jié)果?！捕呈静ㄆ鞯氖褂冒聪率静ㄆ鞯碾娫撮_關，預熱。測試示波器內(nèi)的標準信號。將示波器MODE檔置于CH1位，INTTRIG同樣置于CH1，這時表示選擇示波器的通道1。在示波器通道1區(qū)的下方AC-GND-DC檔選擇GND檔，然后調(diào)節(jié)POSITION旋鈕，將屏幕上的水平基準線置于中間位置。調(diào)整好后，將AC-GND-DC置AC檔。將示波器面板上屏幕的右下方CAL端子的機內(nèi)0.5V校準信號與CH1通道相連。調(diào)整示波器上通道1區(qū)TIME/DIV旋鈕和VOLTS/DIV旋鈕，并將TIME/DIV旋鈕和VOLTS/DIV旋鈕鎖定在校正狀態(tài)，同時調(diào)整LEVEL旋鈕，使顯示屏上出現(xiàn)1-2周期的穩(wěn)定方波。根據(jù)如下公式讀取波形的相關參數(shù)。記入表1中。周期T=一周期格數(shù)×掃描速度幅值Um=Um值格數(shù)×靈敏度表1一周期格數(shù)w〔cm〕掃描速度〔ms/cm〕周期T〔ms〕Um值格數(shù)h〔cm〕靈敏度〔V/cm〕Um值(v)實驗二TTL集成門電路一、實驗目的1、掌握TTL集成與非門的邏輯功能和性能特點；2、能正確使用各種集成門電路；3、進一步熟悉實驗箱構(gòu)造、根本功能和使用方法。二、實驗儀器與設備THD-1數(shù)字電路實驗箱萬用表集成片74LS20、74LS86三、實驗內(nèi)容門電路是組成數(shù)字電路的最根本的單元，包括與非門、與門、或門、或非門、與或非門、異或門、集成電極開路與非門和三態(tài)門等。最常用的集成門電路有TTL和CMOS兩大類。TTL為晶體管—晶體管邏輯的簡稱，廣泛的應用于中小規(guī)模電路，功耗較大。11234567891011121314圖2-174LS20管腳圖VccGND本實驗所用的74LS20是四輸入雙與非門。即在一塊芯片內(nèi)含有兩個相互獨立的與非門，每個與非門含有四個輸入端。其邏輯表達式為Y=ABCD，邏輯符號及引腳排列如圖2-1。UOLUOHUoUOFFUONUUOLUOHUoUOFFUONUi圖2-2電壓傳輸特性曲線圖中：UOH：指一個〔或幾個〕輸入端是低電平時輸出的電平；UOL：指輸入指端全為高電平時輸出的電平；UON：在額定負載下得到規(guī)定的低電平，輸入端應加的最小輸入電平；UOFF：通常規(guī)定保證輸出電壓為標準高電平的條件下所允許的最大輸入電平。四、實驗步驟1、TTL與非門的邏輯功能和電壓傳輸特性的測試〔1〕、與非門邏輯功能的測試：在數(shù)字箱14芯IC插座上，將芯片的小缺口與IC插座的缺口對準插上74LS20四輸入雙與非門集成元件。按照圖2-3接線，14腳接+5V電源，7腳接地，接線后檢查無誤，通電，按照表2-1改變A、B、C、D狀態(tài)，觀察記錄輸出狀態(tài)；從實驗結(jié)果中寫出邏輯表達式Y(jié)。表2-1ABCDY圖2-圖2-3傳輸特性測試電路5714124+5VWUI6RUo〔2〕、與非門電壓傳輸特性測試用74LS20元件中的任一四輸入與非門按照圖2-3連接線路.接線檢查無誤后，通電，準備測試。調(diào)節(jié)電位器，使輸入電壓VI從零逐漸增大〔用萬用表測量電壓的大小〕，按照表2-2要求，同時測量對應的輸出VO的數(shù)值，將其填入表2-2中。表2-2輸入UI〔V〕0.20.40.60.80.91.01.11.21.31.41.61.82.0輸出Uo〔V〕根據(jù)表2-2的結(jié)果，在坐標紙上畫出電壓傳輸特性〔uo=f〔ui〕的關系〕,并求出開門電平UON,關門電平UOFF值。異或門的邏輯功能測試74LS86為二輸入四異或門元件，即芯片內(nèi)含有四個異或門。如圖2-5，先將VCC接+5V電源GND接地；任選一異或門〔如1，2腳接邏輯開關的輸出電平，3腳接發(fā)光二極管〕測試異或門的邏輯特性并記入表2-3中。11234567891011121314圖2-574LS86管腳圖VccGND&&&&五、總結(jié)在數(shù)字電路箱上使用集成芯片時應注意哪些問題？TTL系列芯片與CMOS芯片的區(qū)別。實驗三組合邏輯電路設計一、實驗目的1、掌握組合電路的一般設計方法；2、掌握半加器、全加器邏輯功能，并用元件實現(xiàn)之，3、根據(jù)給定的實際邏輯要求，設計出最簡單的邏輯電路圖。二、實驗儀器THD-1數(shù)字電路箱集成片74LS20，74LS00，74LS86三、實驗原理數(shù)字系統(tǒng)中常用的各種數(shù)字部件，就其構(gòu)造和工作原理而言可分為兩大類，即組合邏輯電路和時序邏輯電路。組合邏輯電路輸出狀態(tài)只決定于同一時刻的各輸入狀態(tài)的組合，與先前狀態(tài)無關，它的根本單元一般是邏輯門。時序邏輯電路輸出狀態(tài)不僅與輸入變量的狀態(tài)有關，而且還與系統(tǒng)原先的狀態(tài)有關，它的根本單元一般是觸發(fā)器。組合邏輯電路的設計步驟一般為：〔1〕根據(jù)邏輯要求列出真值表；〔2〕從真值表中寫出邏輯表達式；〔3〕化簡邏輯表達式，并選用適當?shù)钠骷?；?〕根據(jù)選用的器件，畫出邏輯圖。邏輯化簡是組合邏輯設計的關鍵步驟之一。為了使電路構(gòu)造簡單和使用器件較少，往往要求邏輯表達式盡可能化簡。由于實際使用時要考慮電路的工作速度和穩(wěn)定可靠等因素，在較復雜的電路中，還要求邏輯清晰易懂，所以最簡設計不一定是最正確的。但一般來說，在保證速度、穩(wěn)定可靠與邏輯清楚的前提下，盡量使用最少的器件，以降低本錢。組合邏輯設計過程常是在理想的情況下進展的。實際工作中，可能會出現(xiàn)瞬間錯誤。例：三變量表決電路設計根據(jù)邏輯要求，三變量輸入中有兩個或兩個以上為"1〞者，輸出為"1〞，列出真值&&&&&&圖3-1三表決電路ABC表3-1ABCY得出邏輯表達式并化簡Y=選用與非門器件Y=所選的器件為74LS00和74LS20，畫出邏輯圖3-1。三、實驗內(nèi)容1、參考例子，按照圖3-1接電路，驗證三變量表決電路〔用74LS00和74LS20〕。設計一個四人無棄權表決電路〔多數(shù)贊成則提案通過〕，本設計可采用四輸入的雙與非門實現(xiàn)。11234567891011121314圖3-274LS00管腳圖VccGND&&&&2、半加器的設計=1&=1&&SC圖3-2半加器ABABSC表3-2邏輯表達式為S=選用元件為74LS86〔異或門〕、74LS00。畫出電路圖3-2。假設選用與非門器件，把原表達式化成與非-與非式：S=自己畫出用與非門表示的半加器的電路圖。3、全加器的設計在加法運算中，不僅考慮兩個加數(shù)本身相加，還要考慮從低位來的進位，這種加法器稱為全加器。列真值表3-3寫出邏輯表達式Sn==選用元件為74LS86和74LS00，所以全加器的邏輯圖如圖3-3表3-3AnBnSn+1=1=1Sn圖3-3全加器=1&&&AnBn+1四、實驗報告要求1、列寫實驗任務的設計過程，畫出設計的電路圖。2、對所設計的電路進展測試，記錄測試結(jié)果。實驗四譯碼器、顯示器一、實驗目的1、了解譯碼器工作原理2、掌握中規(guī)模集成譯碼器的邏輯功能和使用方法；3、熟悉數(shù)碼管的使用。

二、實驗原理譯碼器是一個多輸入、多輸出的組合邏輯電路，譯碼器的邏輯功能是將每個輸入的二進制代碼譯成對應的輸出高、低電平信號。譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用與代碼的轉(zhuǎn)換，終端的數(shù)字顯示，還用與數(shù)據(jù)分配，存貯器尋址和組合控制信號等。

譯碼器可分為通用譯碼器和顯示譯碼器兩大類。通用譯碼器又分為變量譯碼器和代碼變換譯碼器。

變量譯碼器〔又稱二進制譯碼器〕如2/4線、3/8線、4/16線譯碼器，n個輸入變量則有2?個不同的組合狀態(tài)。如圖4-1的2/4譯碼，兩個輸入，得到四個輸出。輸入A、B，輸出為AB、AB、AB、AB，所用的74LS00芯片為二輸入的與非門，輸出為低電平有效。

AABY0Y1Y2Y3圖4-1二-四譯碼器原理圖&&&&常用的顯示器有熒光數(shù)碼管、液晶數(shù)碼管和半導體數(shù)碼管，目前使用最多的是半導體數(shù)碼管。半導體數(shù)碼管又叫LED顯示器，它由七個制成條狀的發(fā)光二極管組成，具有圖示共陰管和共陽管；BCD碼七段譯碼驅(qū)動器型號有74LS47、74LS48、CC4511等。圖4-2為數(shù)碼管的引腳圖。數(shù)碼管又分共陰、共陽兩種，示意圖如圖4-3。ccdehMabfgM圖4-2數(shù)碼管引腳圖MMhagfedcb+hagfedcbM-共陽共陰圖4-3數(shù)碼管示意圖圖4-4為譯碼驅(qū)動原理圖。二進制代碼二進制代碼譯碼驅(qū)動顯示圖4-4譯碼驅(qū)動原理圖

三、實驗內(nèi)容驗證2/4譯碼器功能。按照圖4-1連接電路，A、B輸入端接邏輯開關，輸出接發(fā)光二極管。按照表4-1記錄結(jié)果。所用芯片為74LS04、74LS00。121234567891011121314圖4-574LS04管腳圖&&&&&&ABY3Y2Y1Y02、74LS48的邏輯功能測試。芯片的A、B、C、D端〔BCD碼輸入〕接邏輯開關，a、b、c、d、e、f、g端接數(shù)碼管的對應端〔注意數(shù)碼管的M一定要接地〕，3，4，5腳接高電平。按照表4-2測試、記錄。ABCD數(shù)碼顯示表4-274LS48芯片的引腳圖如4-6，74LS48可以直接驅(qū)動共陰極的半導體數(shù)碼管。11234567891011121314圖4-674LS48管腳圖1516abcdefgABCDLTBILEGNDVcc實驗五觸發(fā)器及其相互轉(zhuǎn)換一、實驗目的

1、掌握根本RS、D、JK觸發(fā)器的邏輯功能；

2、掌握集成觸發(fā)器的使用方法和邏輯功能的測試方法；

3、了解觸發(fā)器之間相互轉(zhuǎn)換的方法。

二、實驗原理

觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，用以表示邏輯狀態(tài)"1"和"0"，在一定的外界信號作用下，可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個穩(wěn)定狀態(tài)，它是一個具有記憶功能的二進制信息存貯器件，是構(gòu)成各種時序電路的最根本邏輯單元。

1、根本RS觸發(fā)器

圖5-1為由兩個與非門穿插耦合構(gòu)成的根本RS觸發(fā)器，它是無時鐘控制低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器。根本RS觸發(fā)器具有置"0"、置"1"和"保持"三種功能。通常稱S為置"1"端，因為S＝0時觸發(fā)器被置"1"；R為置"0"端，因為R＝0時觸發(fā)器被置"0"，當S＝R＝1時狀態(tài)保持。QQQ&&RS圖5-1根本RS觸發(fā)器1234561234567891011121314圖5-274LS74管腳圖2Rd2D2CP2Sd2Q2QVcc1D1CP1Q1Sd1Q1RdGND121234567891011121314圖5-374LS112管腳圖15161K1JGNDVcc1Q1Sd1Q1CP2Q1Rd2Rd2K2CP2J2Q2SdJQKQCPDJK-D觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換1&JQKQCPDJK-D觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換1&KD-JK觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換QQD&&1JCP圖5-4四、實驗內(nèi)容1、測試根本RS觸發(fā)器的邏輯功能Q按圖5-1，用兩個與非門〔選用74LS00〕組成根本RS觸發(fā)器，輸入端R、S接實驗箱的邏輯開關，輸出端Q、接邏輯電平顯示輸入插口，按表5-1的要求測試，記錄之。〔74LS00的芯片引腳圖見前面的實驗中〕Q表5-1RRSSQQQ輸出狀態(tài)2、測試雙D觸發(fā)器74LS74的邏輯功能74LS74芯片內(nèi)含兩個D觸發(fā)器RdSdRdSdRdSdRdSdQ表5-2DCPSSdRdRdQQQ××01××10〔2〕、測試D觸發(fā)器的邏輯功能RdSdRdSdRdRdSdRdSdRdSd表5-3DCPQnQn+10↑01↓011↑01↓012、測試雙JK觸發(fā)器74LS112邏輯功能(1)、測試Rd、Sd的復位、置位功能Q任取一只JK觸發(fā)器，Rd、Sd、J、K端接邏輯開關，CP端接單次脈沖源，Q、端接發(fā)光二極管。按照表5-4要求，測試并記錄Rd、Sd對輸出狀態(tài)的控制作用。Q表5-4JKCPRdRdSdQQ×××01×××10(2)、測試JK觸發(fā)器的邏輯功能QQ按表5-5的要求改變J、K狀態(tài)，并用Rd、Sd端對觸發(fā)器進展異步置位和復位。然后輸入單脈沖的下降沿和上升沿，觀察并記錄狀態(tài)變化，觀察觸發(fā)器狀態(tài)更新是否發(fā)生在CP脈沖的下降沿〔即CP由1→QQ表5-5JKCPQnQn+100↑01↓0101↑01↓0110↑01↓0111↑01↓01四、總結(jié)1、列表整理各類觸發(fā)器的邏輯功能，并說明觸發(fā)方式。2、列舉實際中觸發(fā)器的應用。3、利用普通的機械開關組成的數(shù)據(jù)開關所產(chǎn)生的信號是否可作為觸發(fā)器的時鐘脈沖信號？為什么？是否可以用作觸發(fā)器的其它輸入端的信號，為什么？實驗六計數(shù)器及其應用一、實驗目的學習用集成觸發(fā)器構(gòu)成計數(shù)器的方法，了解計數(shù)器的工作原理；2、掌握中規(guī)模集成計數(shù)器〔74LS390〕的使用方法及功能測試方法。二、實驗原理計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件，它不僅可用來計脈沖數(shù)，還常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及其它特定的邏輯功能。計數(shù)器種類很多。按構(gòu)成計數(shù)器中的各觸發(fā)器是否使用一個時鐘脈沖源來分，有同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)制的不同，分為二進制計數(shù)器，十進制計數(shù)器和任意進制計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)的增減趨勢，又分為加法、減法和可逆計數(shù)器。還有可預置數(shù)和可編程序功能計數(shù)器等等。目前，無論是TTL還是CMOS集成電路，都有品種較齊全的中規(guī)模集成計數(shù)電路。使用者只要借助于器件手冊提供的功能表和工作波形圖以及引出端的排列，就能正確地運用這些器件。CPCPQJQKCPQJQKCPQJQKCPQJQKCLR清零計數(shù)輸入Q0Q1Q2Q3四位二進制加法計數(shù)器CPCPQJQKCPQJQKCPQJQKCPQJQK清零CLRQ0Q1Q2Q3四位二進制減法計數(shù)器1、用J、K觸發(fā)器構(gòu)成異步二進制加／減計數(shù)器圖6–1中的加法計數(shù)器是用四只觸發(fā)器構(gòu)成的四位二進制異步加法計數(shù)器，它的連接特點是將低位J、K觸發(fā)器CP端接CP脈沖，再由低位觸發(fā)器的Q端和高一位的CP端連接。假設將圖稍加改動，即將低位觸發(fā)器的Q端與高一位的CP端相連接，即構(gòu)成了一個4位二進制減法計數(shù)器，如圖。2、中規(guī)模十進制計數(shù)器74LS390是集成雙十進制可逆計數(shù)器，具有雙時鐘輸入，并具有去除等功能，其引腳排列及邏輯符號如圖6-3所示。每個十進制計數(shù)器又分為一個二進制計數(shù)器和一個五進制計數(shù)器，既可單獨用于二、五進制計數(shù)，也可串聯(lián)成十進制計數(shù)器。實驗箱上已有譯碼驅(qū)動電路和發(fā)光數(shù)碼管，電路原理如圖6-4。圖6-3圖6-374LS390管腳圖12345678910111213141516GNDVcc1C1RD1QA1C′1QB1QC1QD2C2RD2QA2C′2QB2QC2QDCRDQRDCQ0Q1Q21Q1QA1QB1QC1QD1C1C′1RD2QA2QB2QC2QD2C2C′2RDABCDCD4511ABCDCD4511脈沖輸入清零圖6-4兩位十進制計數(shù)譯碼顯示電路圖三、實驗設備與器件THD-1數(shù)字電路箱74LS1122只74LS390四、實驗內(nèi)容1、用74LS112觸發(fā)器構(gòu)成4位二進制異步加法計數(shù)器。(1).按圖6-1連接，觸發(fā)器的J、K、Sd端接高電平〔防止外界干擾〕，清零端RD接邏輯開關，CP端接單次脈沖。(2)RD清零、復位后，逐個送入單次脈沖，觀察并列表記錄Q3～Q0狀態(tài)。(3).將單次脈沖改為1HZ的連續(xù)脈沖，觀察Q3～Q0的狀態(tài)。(4).將1Hz的連續(xù)脈沖改為1KHZ，用雙蹤示波器觀察CP、Q3、Q2、Q1、Q0端波形，描繪之?！?〕.將圖6-1電路中的低位觸發(fā)器的Q端與高一位的CP端相連接，構(gòu)成減法計數(shù)器，按實驗內(nèi)容〔2〕，〔3〕，〔4〕進展實驗，觀察并列表記錄Q3～Q0的狀態(tài)。2、測試74LS390十進制計數(shù)功能?！?〕計數(shù)脈沖由1HZ連續(xù)脈沖源提供，清零端接邏輯開關，輸出端A、B、C、D接實驗箱的譯碼芯片相應插口A、B、C、D〔分別選擇個位和十位〕。〔2〕清零后復位，觀察輸出結(jié)果，列表記錄之五、實驗預習要求1、復習有關計數(shù)器局部內(nèi)容2、繪出各實驗內(nèi)容的詳細線路圖3、擬出各實驗內(nèi)容所需的測試記錄表格4、查手冊，給出并熟悉實驗所用各集成塊的引腳排列圖六、實驗報告1、畫出實驗線路圖，記錄、整理實驗現(xiàn)象及實驗所得的有關波形。對實驗結(jié)果進展分析。畫出所設計的二十五進制計數(shù)器的電路圖總結(jié)使用集成計數(shù)器的體會。實驗七555定時器一、實驗目的1、了解RC環(huán)形振蕩器的組成、工作原理及調(diào)整振蕩頻率的方法。2、學會用示波器觀察振蕩器的工作情況，測定振蕩周期。3、了解555集成定時器電路構(gòu)造、工作原理及功能。4、掌握用555集成定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器。二、實驗原理在數(shù)字系統(tǒng)中，常用到脈沖波形產(chǎn)生及整形電路，最常見的如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等。這些電路可用分立元件、門電路組成，也可由555集成定時器組成。555集成定時器是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，由于內(nèi)部電壓標準使用了三個5k電阻，故取名為555電路。作為一個獨立的單元電路可以用來構(gòu)成各種定時電路，使用非常廣泛。R〔4〕R〔4〕VDD〔8〕RRVssTROUTRCOTHDVDDVssTROUTRCOTHDVDD12348765TH〔6〕+A+CO〔5〕-CO〔5〕-ROUT〔3〕+ROUT〔3〕+TR〔2〕+B-+TR〔2〕+B-+D(7)D(7)RQDRQD圖7-2555管腳圖Vss〔圖7-2555管腳圖Vss〔1〕圖7-1CC555圖7-1CC555邏輯框圖圖7-1是555的邏輯框圖，可以看出，它包含兩個電壓比擬器A1和A2，一個根本RS觸發(fā)器，一個放電開關管T，比擬器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓提供。它們分別使高電平比擬器A1的同相輸入端和低電平比擬器A2的反向輸入端的參考電平為2/3Vcc和1/3Vcc。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2/3Vcc時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于1/3Vcc時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電開關管截止。RD是復位端，當Rd=0，555輸出低電平。平時Rd端開路或接VCC，VC是控制電壓端〔5腳〕，平時輸出2/3Vcc作為比擬器A1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比擬器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另外一種控制。在不接外接電壓時，通常接一個0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。1、C環(huán)形多諧振蕩器電路如圖7-3，由三級非門聯(lián)成環(huán)形。R和C組成延時環(huán)節(jié)，工作電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換主要取決于電容C的充、放電，改變電阻R或電容C的數(shù)值即可改變振蕩頻率。第四級非門起整形作用。&&&&&uo圖7-3RC環(huán)形多諧震蕩器2、由555構(gòu)成的多諧振蕩器見圖7-3，R1、R2和C為外接元件。改變R1、R2和C的值可改變矩形波的頻率和脈沖寬度。VVo1kVDD(+5V)123487654.7k0.1μ100k0.01μ00VcVoVc圖7-3多諧振蕩器tt多諧振蕩器產(chǎn)生的脈沖波形的周期由下式?jīng)Q定：T=tW1+tW2=0.7(R1+2R2)Cf=1/T3、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖7-4所示單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，R、C為外接元件，改變R、C的值即可改變輸出脈沖的寬度，即改變定時或延時時間。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tW〔即為延時時間〕決定于外接元件R、C的大小?！瞭W=1.1RC〕VVot0VctVci0tVDD(+5V)1k4.7k874Vi2Vo3Vc60.01μ0.1μ51t0VctVci0tVDD(+5V)1k4.7k874Vi2Vo3Vc60.01μ0.1μ51圖7-4圖7-4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1、RC環(huán)形振蕩器〔1〕、按圖7-2接線，檢查無誤后接通電源?！?〕、用示波器置于直流同時觀察uo、ui〔第三個與非門的輸出〕波形，并將波形繪入表7-1?！?〕、用示波器測量振蕩周期T和脈沖寬度tP，記錄。表7-1參數(shù)R=C=Uo波形Ui波形計算值T=tp=2、由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器〔1〕按圖7-3連接電路，檢查無誤后，接通電源。〔2〕察并記錄輸出端和電容上電壓波形，畫出輸出波形，粗測輸出信號的周期。表7-2參數(shù)R=C=Uo波形Uc波形振蕩周期T計算=T測量=脈沖寬度3、由555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器〔1〕、按照圖7-4連接電路，檢查無誤后，接通電源?！?〕、將實驗箱的1KHz的連續(xù)脈沖信號，輸入示波器。調(diào)節(jié)箱上的調(diào)節(jié)旋鈕，并觀察示波器，使輸出的的波為1KHz?！?〕、實驗箱1KHz連續(xù)脈沖作輸入信號，送入單穩(wěn)電路的"2〞端，用示波器觀察輸出Vo與輸入Vi的波形及時間對應關系，畫出對應波形，測量tW。表7-3參數(shù)R=C=Ui波形Uo波形Uc波形延時時間T計算=T測量=四、總結(jié)根據(jù)實驗記錄整理數(shù)據(jù)，記錄各實驗波形，進展定性分析。比擬和討論參數(shù)T或TW的實驗測量值和理論估算值。實驗八移位存放器一、實驗目的掌握中規(guī)模四位雙向移位存放器邏輯功能及使用二、實驗原理移位存放器是一個具有移位功能的存放器，是指存放器中所存的代碼能夠在移位脈沖的作用下依次左移或右移。既能左移又能右移的稱為雙向移位存放器，只需要改變左、右移的控制信號便可實現(xiàn)雙向移位要求。根據(jù)移位存放器存取信息的方式不同分為：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四種形式。本實驗選用的四位雙向通用移位存放器，型號為74LS194〔與CC40194功能一樣〕，CPVccQ0S1S0CPVccQ0S1S0Q3Q2Q11416151312111091416151312111098765432187654321D1SLD3D2D1SLD3D2D0SRCRGND圖8-1圖8-174LS194管腳圖其中D3、D2、D1、D0為并行輸入端；Q3、Q2、Q1、Q0為并行輸出端；SR為右移串行輸入端，SL為左移串行輸入端；S1、S0為操作模式控制端；CR為直接無條件清零端；CP為時鐘脈沖輸入端。74LS194有5種不同操作模式：即并行送數(shù)存放，右移(方向由Q3→Q0)，左移〔方向由Q0→Q3〕，保持及清零。S1、S0和CR端的控制作用如表8－1所示。表8-1CPCRS1S0功能Q3Q2Q1Q0*0**去除使Q3Q2Q1Q0=0000，存放器準備工作。上升111送數(shù)CP上升沿作用后，并行輸入數(shù)據(jù)送入存放器。Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。此時串行數(shù)據(jù)〔SRSL〕被制止。上升101右移串行數(shù)據(jù)送至右移輸入端SR，CP上升沿進展右移。Q3Q2Q1Q0=DSRD2D1D0。上升110左移串行數(shù)據(jù)送至右移輸入端SL，CP上升沿進展右移。Q3Q2Q1Q0=DSLD2D1D0。上升100保持CP作用后存放器內(nèi)容保持不變。串行數(shù)據(jù)送至右移輸入端SR，CP上升沿進展右移。Q3Q2Q1Q0=Q3Q2Q1Q0。上升1**保持Q3Q2Q1Q0=Q3Q2Q1Q0。移位存放器應用很廣，可構(gòu)成移位存放器型計數(shù)器；順序脈沖發(fā)生器；串行累加器；可用作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，或把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)等。DD3Q3D2Q2D1Q1D0Q0SLSRCRCPS1S0DCBA顯示單脈沖圖8－2移位存放器12345邏輯開關三、實驗內(nèi)容本實驗驗證74LS194各種功能。按照圖8-2線，CR、、S1、S0、SL、SR、D3、D2、D1、D0分別接邏輯開關，Q3、Q2、Q1、Q0接發(fā)光二極管，CP接單脈沖。按照表8-1所規(guī)定的輸入狀態(tài)進展測試。1、去除，令CR=0，其它輸入均為任意態(tài)，這時輸出為零。清零后，CR=1。2、送數(shù)由表8-1知送數(shù)條件。注意CR端在實驗前先由"1〞狀態(tài)變?yōu)?0〞后，再回到"1〞狀態(tài)到達清零的目的。例：送數(shù)DCBA=0110S1=S0=1，用Cr清零后，Cr=1。按CP脈沖，數(shù)碼管顯示為6。自選幾個數(shù)進展練習〔可直接送數(shù)，不必再清零〕。3、根據(jù)表8-1設置左移和右移條件，驗證之，并列表記錄實驗結(jié)果?！?〕、右移，清零后，令Cr=1，S1=0，S0=1，由右移輸入端Sr送二進制數(shù)如0100，由CP端連續(xù)加4個脈沖，觀察輸出情況。〔2〕、左移，先清零，令Cr=1，S1=1，S0=0，由左移輸入端Sr送二進制數(shù)如0100，由CP端連續(xù)加4個脈沖，觀察輸出情況。4、根據(jù)表8-1，觀察移位存放器的送數(shù)保持。任意置4位二進制碼，令Cr=1，S1=S0=0，加CP脈沖，觀察輸出狀態(tài)。四、總結(jié)1、簡述實驗時應注意的問題。2、總結(jié)74LS194的邏輯功能。實驗九綜合實驗參考題目：數(shù)字頻率計簡易數(shù)字電壓表交通燈控制電路電梯自動控制電路簡單的自動監(jiān)控系統(tǒng)參考實例：1、用D觸發(fā)器設計三人智力搶答器要求：〔1〕、設置一個主持人開關和三個個人搶答開關；〔2〕、按主持人開關，個人指示燈滅，并解除對搶答人的封鎖；〔3〕、按個人開關，自身指示燈亮，同時封鎖其他人的搶答。器件：74ls74.74ls27.74ls002、用移位存放器設計雙向八位彩燈控制電路三人搶答器簡單示意圖原理：由主持人開關通過RD端控制個人搶答器端A、B、C，A、B、C任兩個觸發(fā)器的輸出端作為另一個輸入端，可以在封鎖解除后，A、B、C任一按下按鈕的一端燈亮后，另兩個不產(chǎn)生有效信號。實驗十EWB實驗一、電子工作平臺〔EWB〕概述隨著電子技術和計算機技術的開展，電子產(chǎn)品已與計算機嚴密相連，電子產(chǎn)品，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。電子設計自動化〔EDA〕技術，使得電子線路的設計人員能夠在計算機上完成電路的功能設計、邏輯設計、性能分析、時序測試直至印刷電路板的自動設計。EA是在計算機輔助設計〔CAD〕技術的根底上開展起來的計算機設計軟件系統(tǒng)。與早期的CAD軟件憲兵，EDA軟件的自動化程度更高、功能更完善、運行速度更快，而且操作界面友善，有良好的數(shù)據(jù)開放性和互換性。電子工作平臺〔EWB〕是加拿大InteractionImageTechnologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電路分析和設計軟件，它具有這樣一些特點：采用圖形方式創(chuàng)立電路：繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選?。惶峁┝溯^為詳細的電路分析功能。因此，電子設計自動化技術非常適合電子類課程的教學和實驗。二、EWB的根本界面EWB的主窗口主要包括：菜單欄、工具欄、元器件庫、電路工作區(qū)、狀態(tài)欄、啟動/停頓開關及暫停/恢復開關等幾局部。EWB的工具欄工具欄中各個按鈕的名稱如下：〔從左到右〕新建、翻開、保存、打印、剪切、復制、粘貼、旋轉(zhuǎn)、水平旋轉(zhuǎn)、垂直翻轉(zhuǎn)、子電路、分析圖、元器件特性、縮小、放大、縮放比例及幫助。EWB的元器件庫欄EWB提供了非常豐富的元器件庫和各種常用的測試儀器。元器件庫欄中各個按鈕的名稱如下：〔從左到右〕自定義器件庫、信號源庫、根本器件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬集成電路庫、混合集成電路庫、數(shù)字集成電路庫、邏輯門器件庫、數(shù)字器件庫、控制器件庫、其它器件庫及儀器庫。〔1〕信號源庫〔Sources〕信號源庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：第一行：接地、直流電壓源、直流電流源、交流電壓源、電壓控制電壓源、電壓控制電流源、電流控制電壓源、電流控制電流源、Vcc電壓源、Vdd電壓源及時鐘脈沖；第二行：調(diào)幅源、調(diào)頻源、壓控正弦波、壓控三角波、壓控方波、壓控單脈沖、分段線性源、壓控分段線性源、頻移鍵控FSK、多項式源及非線性相關源?！?〕根本器件庫〔Basic〕根本器件庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：第一行：連接點、電阻、電容、電感、變壓器、繼電器、開關、延時開關、壓控開關、流控開關及上拉電阻；第二行：電位器、排電阻、壓控模擬開關、極性電容、可調(diào)電阻、可調(diào)電感、無芯線圈、磁芯及非線性變壓器?！?〕二極管庫〔Diodes〕二極管庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、全波橋式整流器、肖特基二極管、單向晶閘管、雙向晶閘管。〔4〕晶體管庫〔Transistors〕其中：分別為N〔P〕溝道砷化鎵?！?〕模擬集成電路庫〔AnalogICs〕模擬集成電路庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：三端運放、五端運放、九端運放、比擬器及鎖相環(huán)。〔6〕混合集成電路庫〔MiredICs〕混合集成電路庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：A/D轉(zhuǎn)換器、電流輸出D/A、電壓輸出D/A、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及555電路。(7)數(shù)字集成電路庫〔DigitalICs〕(8)邏輯門電路庫〔LogicGates〕邏輯門電路庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：第一行：與門、或門、非門、或非門、與非門、異或門、同或門、三態(tài)緩沖器、緩沖器及施密特觸發(fā)器；第二行：與門〔或門、非門、或非門、與非門、異或門、同或門〕芯片及緩沖芯片。(9)數(shù)字器件庫〔Digital〕數(shù)字器件庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：第一行：半加器、全加器、RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器一〔二〕型及D觸發(fā)器一〔二〕型；第二行：多路選擇器〔多路分配器、編碼器、算術運算、計數(shù)器、移位存放器〕芯片及觸發(fā)器芯片。(10)指示器件庫〔Indicators〕指示器件庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：電壓表、電流表、燈泡、彩色指示燈、七段數(shù)碼管、譯碼數(shù)碼管、蜂鳴器、條形光柱及譯碼條形光柱。(11)控制器件庫〔Contorls〕控制器件庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：電壓微分器、電壓積分器、電壓比例模塊、乘法器、除法器、三端電壓加法器、電壓限幅器、電流限幅模塊、電壓滯回模塊及電壓變化率模塊。(12)其它器件庫〔Miscellaneous〕其它器件庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：熔斷器、數(shù)據(jù)寫入器、子電路網(wǎng)表、有耗傳輸線、無耗傳輸線、晶體、直流電機、真空三極管、開關式升壓變壓器、開關式降壓變壓器、開關式升降壓變壓器、文本框及標題欄。(13)儀器庫(Instruments)儀器庫欄中各個按鈕的名稱如下〔從左到右〕：數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、示波器、波特圖儀、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換儀。三、EWB的根本操作方法電路的創(chuàng)立〔1〕元器件的操作主要包括：元器件的選用；元器件的移動、旋轉(zhuǎn)、復制和刪除；元器件標識〔Label〕、編號〔ReferenceID〕、數(shù)值〔Value〕、模型參數(shù)〔Model〕、故障〔Fault〕等特性的設置。說明：①元器件各種特性的設置可通過雙擊元器件彈出對話框進展；②編號〔ReferenceID〕通常由系統(tǒng)自動分配，必要時可以修改，但必須保證編號的唯一性；③故障〔Fault〕選項可供人為設置元器件的隱含故障，包括開路〔Open〕、短路〔Short〕、漏電〔Leakage〕、無故障〔None〕等設置?！?〕導線的操作主要包括：導線的連接、彎曲導線的調(diào)整、導線顏色的改變及連接點的使用。說明：①連接點是一個小圓點，存放在無源元件庫中，一個連接點最多可以連接來自四個方向的導線，而且連接點可以賦予標識；②向電路插入元件，可直接將元件拖曳放置在導線上，然后釋放即可插入電路中。〔3〕電路圖選項的設置Circuit/SchematicOpen對話框可設置標識、編號、數(shù)值、模型參數(shù)、接點號等的顯示方式及有關柵格〔Grid〕、顯示字體〔Fonts〕的設置，該設置對整個電路圖的顯示方式有效。其中接點號是在連接電路時，ewb自動為每個連接點分配的。模擬儀表的使用〔1〕數(shù)字萬用表〔2〕函數(shù)信號發(fā)生器〔3〕示波器示波器的圖標和面板以及各局部所代表的含義如下所示。其中：E*pand――面板擴展按鈕；Timebase――時基控制；Trigger——觸發(fā)控制；包括：①Edge――上〔下〕跳變觸發(fā)②Level――觸發(fā)電平③觸發(fā)信號選擇按鈕：Auto〔自動觸發(fā)按鈕〕；A、B〔A、B通道觸發(fā)按鈕〕；E*t〔外觸發(fā)按鈕〕*〔Y〕position――*〔Y〕軸偏置；Y/T、B/A、A/B――顯示方式選擇按鈕〔幅度/時間、B通道/A通道、A通道/B通道〕；AC、0、DC――Y軸輸入方式按鈕〔AC、0、DC〕。〔4〕波特圖儀波特圖儀的圖標和面板以及各局部所代表的含義如下所示。其中：Magniude(Phase)――幅度〔相頻〕特性選擇按鈕；Vertical(Horizontal)Log/Lin――垂直〔水平〕坐標類型選擇按鈕〔對數(shù)？線性〕：F(I)――坐標終點〔起點〕。說明：波特圖儀有IN和OUT兩對端口，每對端口從左到右分別為＋V端和-V，其中IN端口的＋端和－端分別接電路輸入端的正端和負端，OUT端口的＋端和－端分別接電路輸出端的正端和負端。此外在使用波特圖儀時，必須在電路的輸入端接入AC〔交流〕信號源，但對其信號頻率的設計并無特使要求，頻率測量的范圍由波特圖儀的參數(shù)設置決定。數(shù)字儀表的使用字信號發(fā)生器邏輯分析儀邏輯轉(zhuǎn)換儀元器件庫和元器件的創(chuàng)立與刪除對于一些沒有包括在元器件內(nèi)的元器件，可以采用自己設定的方法，自建元器件庫和相應元器件。EWB自建元器件有兩種方法：一種是將多個根本元器件組合在一起，作為一個"模塊〞使用，可采用下文提到的子電路生成的方法來實現(xiàn)；另一種方法是以庫中的根本元器件為模板，對它內(nèi)部參數(shù)作適當改動來得到，因而有其局限性。假設想刪除所創(chuàng)立的庫名，可到EWB的元器件庫子目錄名"Model〞下，找出所需要刪除的庫名，然后將它刪除。子電路的生成與使用為了是電路連接簡潔，可以將一局部常用電路定義為子電路。方法是：首先選中要定位子電路的所有器件，然后單擊工具欄上的生成子電路的按鈕或選擇Circuit/CreateSubcricuit命令，在所彈出的對話框中填入子電路名稱并根據(jù)需要單擊其中的*個命令按鈕，子電路的定義即告完成，所定義的子電路將存入自定義器件庫中。為方便與其他電路的連接，應給子電路添