【正文】 數(shù)字 電子技術(shù) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 目 錄 第一章 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的概述 ........................................ 2 實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和安全規(guī)定 .................................... 2 集成塊使用注意事項(xiàng)及檢測(cè) .................................... 6 13 布線和故障排除 .............................................. 9 第二章 實(shí)驗(yàn)部分 ..................................................... 11 實(shí)驗(yàn)一 門電路參數(shù)測(cè)試 .......................................... 11 實(shí)驗(yàn)二 數(shù)據(jù)選擇器應(yīng)用 .......................................... 16 實(shí)驗(yàn)三 全加器應(yīng)用 .............................................. 18 1 實(shí)驗(yàn)四 組合邏輯電路的設(shè)計(jì) ...................................... 22 實(shí)驗(yàn)五 觸發(fā)器計(jì)數(shù)器應(yīng)用 ........................................ 24 實(shí)驗(yàn)六 移位寄存器應(yīng)用 .......................................... 29 實(shí)驗(yàn)七 555 定時(shí)器應(yīng)用 ........................................... 32 實(shí)驗(yàn)八 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器 ......................................... 36 實(shí)驗(yàn)九 智力競(jìng)賽搶答電路設(shè)計(jì) .................................... 40 實(shí)驗(yàn)十 電子秒表 ................................................ 42 附錄：部分 TTL 及 CMOS 集成電路引出端功能圖 ........................... 46 2 第一章 數(shù)字 電子技術(shù) 實(shí)驗(yàn)的概述 實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和安全規(guī)定 實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí) 《 數(shù)字 電子技術(shù) 實(shí)驗(yàn) 》 主要包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，與理論課內(nèi)容基本同步。實(shí)驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證、鞏固和拓寬課內(nèi)所學(xué)的理論知識(shí)，把理論知識(shí)和實(shí)際操作相結(jié)合，使學(xué)生在分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力方面有所提高．通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握常用儀器的使用方法，熟悉基本的集成電路的功能和應(yīng)用，提高實(shí)驗(yàn)技能． 雖然 每個(gè)實(shí)驗(yàn)的 目的、步驟有所不同，但基本過(guò)程卻是類似的。為了達(dá)到每個(gè)實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果，要求參加實(shí)驗(yàn)者做到：實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)中遵守實(shí)驗(yàn)操作規(guī)則，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后認(rèn)真總結(jié)。 一 、 實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真預(yù)習(xí)，寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告 為了避免盲目性，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程有條不紊地進(jìn)行，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)前都要仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，復(fù)習(xí)理論教材中有關(guān)章節(jié)的內(nèi)容，理解實(shí)驗(yàn)原理，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅瑢?duì)實(shí)驗(yàn)步驟作到心中有數(shù)。在充分預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告 。 預(yù)習(xí)報(bào)告的內(nèi)容包括： （ 1） 實(shí)驗(yàn)題目、目的、要求和實(shí)驗(yàn)原理圖 ； （ 2） 實(shí)驗(yàn)的基本原理、實(shí)驗(yàn)步驟和有關(guān)注意事項(xiàng) ； （ 3） 實(shí)驗(yàn)元器件、儀器設(shè) 備的型號(hào)名稱和規(guī)格 ； （ 4） 與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的計(jì)算公式及預(yù)期結(jié)果，有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄表格 ； （ 5） 回答有關(guān)的思考題 ； （ 6） 對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，還必須寫(xiě)出設(shè)計(jì)過(guò)程。 二 、 認(rèn)真上好實(shí)驗(yàn)課，遵守實(shí)驗(yàn)操作規(guī)定 上好實(shí)驗(yàn)課并遵守實(shí)驗(yàn)操作規(guī)則，是提高實(shí)驗(yàn)效果，保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的重要前提。因此實(shí)驗(yàn)者必須做到以下幾點(diǎn)： （ 1） 實(shí)驗(yàn)課時(shí)首先要認(rèn)真聽(tīng)老師的講解，明確實(shí)驗(yàn)中的有關(guān)問(wèn)題； （ 2） 在進(jìn)入指定實(shí)驗(yàn)位置后，檢查實(shí)驗(yàn)所需的元器件、儀器儀表和測(cè)試線等是否齊全和符合要求； （ 3） 按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和實(shí)驗(yàn)原理的要求連接，一般不要隨意更動(dòng)； （ 4） 實(shí)驗(yàn)過(guò)程要按擬訂的步驟進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題 要仔細(xì)研究，找到解決問(wèn)題的正確方法； 3 （ 5） 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)分析所測(cè)數(shù)據(jù)和觀察到的各種波形是否合理，如有問(wèn)題應(yīng)及時(shí)找出原因。一般可從電路接線、實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)量?jī)x器的使用和連線（特別是接地線）、數(shù)據(jù)讀測(cè)的方法和準(zhǔn)確性，以及各種外界干擾等方面尋找原因。 （ 6） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)首先切斷電源，實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)指導(dǎo)教師審閱、同意后才可拆除實(shí)驗(yàn)電路。 （ 7） 實(shí)驗(yàn)完成后，要 整理好儀器設(shè)備，清理好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。 三 、 認(rèn)真撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)報(bào)告是科學(xué)的總結(jié)，也是實(shí)踐 課的繼續(xù)和提高。通過(guò)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合問(wèn)題的能力，使知識(shí)理化。實(shí)驗(yàn) 報(bào)告的內(nèi)容和要求如下： （ 1） 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的主要內(nèi)容有：實(shí)驗(yàn)名稱、目的、要求、實(shí)驗(yàn)電路及工作原理、主要實(shí)驗(yàn)步驟、所用儀器設(shè)備的型號(hào)和名稱、測(cè)試數(shù)據(jù)及有關(guān)波形圖表、實(shí)驗(yàn)收獲體會(huì)并回答有關(guān)的問(wèn)題； （ 2） 實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)采取科學(xué)態(tài)度，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行必要的理論分析，未經(jīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)不得隨意修改原始數(shù)據(jù)，更不能偽造實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； （ 3） 實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后及時(shí)完成，并做到文理通順 ，語(yǔ)言精煉 、字跡工整。每個(gè)實(shí)驗(yàn)者都應(yīng)獨(dú)立完成。 杜絕抄襲現(xiàn)象，一經(jīng)發(fā)現(xiàn) 有雷同版本， 將取消 雷同版本學(xué)生的當(dāng) 次實(shí)驗(yàn)成績(jī)。 實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程 一、 布線 布線對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō) 看似容易，實(shí)際 并 非如此。接線的不可靠與接錯(cuò)往往給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大麻煩，甚至影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。 （ 1） 布線前首先校正集成電路芯片兩排外引線的距離，使之與實(shí)驗(yàn)底板上插孔的行距相等，然后認(rèn)準(zhǔn)芯片定位標(biāo)記，水平地放在插孔上。在可能的情況下，檢查一下芯片的邏輯功能是否正常。 （ 2） 采用不同顏色的導(dǎo)線，以便區(qū)別。 （ 3） 布線要有序地進(jìn)行，以免錯(cuò)接或漏接。先將固定電平端接好，如電源端、接地端、門電路的多余輸入端等，根據(jù)要求接到相應(yīng)的電平，然后順著信號(hào)傳輸方向，從輸入到輸出依次接線 。 導(dǎo)線要貼近實(shí)驗(yàn)底板，盡量使連接線短一些，并且連線盡可 能少交叉，也不要從集成電路芯片上跨越而過(guò)。 （ 4） 對(duì)于使用芯片較多的實(shí)驗(yàn)，可將實(shí)驗(yàn)電路劃分成幾個(gè)單元電路后再將各個(gè)單元電路連接成一個(gè)整 體 。 正確布線的實(shí)驗(yàn)電路清晰，整潔，這樣即提高了電路的可靠性，又便于修正電路或更換實(shí)驗(yàn)器件，當(dāng)然也便于檢查和排除故障。 在完成布線后，應(yīng)對(duì)所有連線復(fù)查一遍。查線只是排除故障的一種初級(jí)手段，許多故 4 障因素用查線的方法是發(fā)現(xiàn)不了的． 二、 測(cè)試 （ 1）加上電源 TTL 電路的電源電壓為 5V? 5%，高速 CMOS 的 54HC/74HC 系列產(chǎn)品也使 用 +5V 電源，一般的 CMOS 電路電源電壓范圍為 3— 18V，實(shí)驗(yàn)中均取 +5V。接上電源后，應(yīng)先用萬(wàn)用表檢查一下電路中集成電路芯片的電源端上是否已有電壓，若沒(méi)有電壓則往往是導(dǎo)線錯(cuò)接或連接點(diǎn)接觸不良引起的。 （ 2）排除故障 加上電源后，一般先作一些簡(jiǎn)單的檢查，如電路是否能正常復(fù)位、置位，相關(guān)點(diǎn)的靜態(tài)值是否符合要求，從電路輸入端加入單脈沖信號(hào)，觀察電路工作情況。如果電路工作不正常，則要仔細(xì)觀察故障現(xiàn)象，從而分析、判斷故障的原因及故障所在位置，然后進(jìn)行排除。例如，無(wú)論對(duì)實(shí)驗(yàn)電路加什么信號(hào)，輸出端始終高電平，則很 可能是集成電路芯片沒(méi)接地或地線接觸不良。 排除故障一方面依靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，另一方面更依靠基于對(duì)基本理論的掌握和對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的熟悉的邏輯思維方法，即能夠根據(jù)電路的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析，判斷及推理。所以說(shuō)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)充分與否，在排除故障方面就反映出來(lái)了。 （ 3）測(cè)量與記錄實(shí)驗(yàn)中所用的輸入信號(hào)，基本上為矩形脈沖，一般由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供，所以調(diào)節(jié)信號(hào)時(shí)要正確調(diào)節(jié)頻率、占空比、幅度、零偏移。圖 1（ a）為正確的輸入信號(hào)，幅度 Va 為 4V，零偏移為 2V，占空比根據(jù)要求調(diào)節(jié)，無(wú)特別要求則為 50%，頻率則是根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求調(diào)節(jié)。圖 1（ b）、圖 1（ c）信號(hào)偏移不正確，容易引起輸出錯(cuò)誤或電路故障，甚至損壞器件。 圖 1 電路輸入信號(hào) 在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中最常用的測(cè)量工具是雙蹤示波器。用示波器測(cè)量脈沖信號(hào)時(shí)，除按常規(guī)的操作方法外，一般觸發(fā)極性開(kāi)關(guān)置“一”，使掃描起點(diǎn)定在負(fù)脈沖前沿或正脈沖后沿，以便從低電平開(kāi)始記錄脈沖波形。雙蹤顯示時(shí)，一般是選用兩個(gè)被測(cè)信號(hào)中相對(duì)頻率低的那個(gè)信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)，即把其它波形氣最低頻率的波形作比較，從而確定時(shí)序關(guān)系。 Y 軸輸入藕合開(kāi)關(guān)一般置于“ DC”，因?yàn)楸粶y(cè)的脈沖信號(hào)中往往含有直流分量。 測(cè)量時(shí)應(yīng)該先進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，再進(jìn) 行動(dòng)態(tài)測(cè)量。 在實(shí)驗(yàn)中記錄波形時(shí)，要抓住數(shù)字電路的特點(diǎn)。示波器顯示的波形往往處子高低電平交 5 替狀態(tài)，這點(diǎn)比較容易掌握。關(guān)鍵是當(dāng)一個(gè)電路有多個(gè)波形時(shí)，波形之間的時(shí)序關(guān)系不能畫(huà)錯(cuò)，否則記錄的波形不能正確地反映出電路的功能。對(duì)脈沖產(chǎn)生及整形電路的波形，則要抓住波形的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，同樣也要注意時(shí)序關(guān)系。要使記錄的波形正確無(wú)誤，不但要依靠?jī)x器的正確操作，還要基于對(duì)理論知識(shí)的掌握程度。 總之，實(shí)驗(yàn)中要邊測(cè)量、邊記錄、邊分析，隨時(shí)糾正出現(xiàn)的問(wèn)題與故障。 實(shí)驗(yàn)安全 實(shí)驗(yàn)安全包括人身安全和儀器設(shè)備安全。實(shí)驗(yàn)者必須具備一定的 安全常識(shí)，遵守實(shí)驗(yàn)安全規(guī)則，才能避免發(fā)生人身傷害事故，防止損壞實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。 一 、 人身安全 在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中，為保障實(shí)驗(yàn)者的人身安全，實(shí)驗(yàn)者必須遵守以下安全規(guī)則： （ 1） 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)搞清楚電源開(kāi)關(guān)、插座的位置，了解其正確操作的方法，并檢查其是否安全可靠； （ 2） 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一定要養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)前先接實(shí)驗(yàn)電路后接通電源，實(shí)驗(yàn)完畢后先切斷電源后拆實(shí)驗(yàn)電路的操作習(xí)慣。 （ 3） 實(shí)驗(yàn)時(shí)萬(wàn)一發(fā)生觸電事故或其他的異常現(xiàn)象，不要驚慌失措，應(yīng)立即切斷電源。如距電源開(kāi)關(guān)較遠(yuǎn)時(shí)，可使用絕緣器具將電源切斷，使觸電者立即脫離電源，并保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，報(bào)告指導(dǎo)老師檢查事故 原因。 二 、 儀器設(shè)備安全 為了防止在實(shí)驗(yàn)時(shí)損壞儀器設(shè)備與實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)遵守以下安全規(guī)則： （ 1） 在使用儀器設(shè)備前，應(yīng)先了解其性能和操作方法，按操作程序正確使用。切不可不懂裝懂，盲目操作。 （ 2） 要樹(shù)立愛(ài)護(hù)公物的良好習(xí)慣，實(shí)驗(yàn)中不得隨意 搬 動(dòng)與本次實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的儀器和設(shè)備。 （ 3） 實(shí)驗(yàn)時(shí)注意力要集中，隨時(shí)觀察儀器及實(shí)驗(yàn)電路工作情況。如發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即切斷電源，待查明原因并排除故障后，方可重新通電。 （ 4） 儀器設(shè)備使用完畢后，應(yīng)關(guān)掉電源開(kāi)關(guān)，同時(shí)將面板上各旋鈕、開(kāi)關(guān)置于合適的位置。 6 集成塊使用注意事項(xiàng) 及檢測(cè) 集成塊使用注意事項(xiàng) 一、電源 TTL 電路對(duì)電源 Vcc 的要求 +5V+10%（或 +5%，視器件類別而定），即允許電源電壓變化范圍是 ~。當(dāng)電源波動(dòng)超出此范圍時(shí)，電路就不能保證正常工作。在使用中，切不可錯(cuò)誤地將電源和地線顛倒錯(cuò)接，否則將引起很大的電流而造成電路失效。 二、外引線端連接 電路的輸入端不能直接和高于 或低于 的電源連接，否則，會(huì)由于過(guò)流而損壞電路。 不允許將電路的輸出端和電源連接，否則會(huì)損壞電路。 不允許將輸出端并聯(lián)使用。 否則 ，不僅會(huì)使電路邏輯混亂，并且會(huì)導(dǎo)致器件 損壞。 用萬(wàn)用表檢查 TTL 集成塊 在維修數(shù)字電路時(shí)，我們都希望能用萬(wàn)用表快速判別集成塊的好壞，下面介紹用萬(wàn) 用 表檢查測(cè)試的方法。 圖 1 集成塊的檢測(cè) 首先，應(yīng)從手冊(cè)中找出該集成塊的接地和接電源的管腳，然后將萬(wàn)用表置于 電阻 檔 “ 100” 檔， 用萬(wàn)用表的黑表筆接到待測(cè)集成塊的接地腳 （ 集成塊要從設(shè)備中取下 ） ， 紅表筆則依次接到其他各腳 ， 測(cè)量對(duì)地端的直流電阻 （ 見(jiàn)圖 1） 。 正常情況下 ， 各腳對(duì)地電阻應(yīng)為 5KΩ左右 （ 對(duì)應(yīng)于 500 型萬(wàn)用表 。 若用其他型號(hào)電表 ， 此值略有變動(dòng) ） ， 其中電源端對(duì)地電阻允許低于 3KΩ 左右 ； 若量到某一腳的對(duì)地電阻低于 1KΩ ， 甚至幾乎為零時(shí) ， 則該集成塊肯定已損壞 ； 若量到大于 12KΩ以上時(shí) ， 也表明該集成塊不用使用 。 為了進(jìn)一步證實(shí) ， 還可以將兩表筆對(duì)調(diào) ， 即將紅表筆接到集成塊接地端 ， 黑表筆則輪流接到除電源端以外其他各腳 ， 可以看到對(duì)于正常的集成塊 ， 各端對(duì)地的反向電阻均大于 40KΩ ， 而損壞的腳對(duì)地電阻則很小 ， 其阻 7 值幾乎和上次測(cè)得相同 ， 正常的集成塊其電源和地端的正、反向電阻值均較其他端為小，最大不超過(guò) 10KΩ。若此值接近無(wú)窮大，則說(shuō)明此集成塊的電源端有斷路。表 1 列出了各端對(duì)地電阻阻值的正常值，可供測(cè)量時(shí) 參考。表中的數(shù)據(jù)采用 500 型萬(wàn)用表測(cè)得，若用其 它 型號(hào)的萬(wàn)用表，差異不會(huì)太大，但不能使用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量。 表 1 用萬(wàn)用表檢測(cè)集成塊 測(cè)試項(xiàng)目 正常值 不正常值 萬(wàn)用表筆接法 各腳對(duì)地端 5KΩ 1KΩ或 12KΩ 黑表筆接地端 各腳對(duì)電源端 3KΩ ≈ 0 或≈∞ 紅表筆接其他片腳 各腳對(duì)地端 40KΩ