【正文】 3 第一部分 實 驗 基 礎(chǔ) 知 識 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，脈沖與數(shù)字技術(shù)在各個科學(xué)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，它是一門實踐性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課，在學(xué)習(xí)中不僅要掌握基本原理和基本方法，更重要的是學(xué)會靈活應(yīng)用。 在進行數(shù)字電路實驗時，充分掌握和正確利用集成元件及其構(gòu)成的數(shù)字電路獨有的特點和規(guī)律，可以收到事半功倍的效果，對于完成每一個實驗，應(yīng)做好實驗預(yù)習(xí)，實驗記錄和實驗報告等環(huán)節(jié)。 4．列出元器件單。 3． 記錄波形時，應(yīng)注意輸入、輸出波形的時間相位關(guān)系，在座標(biāo)中上下對齊。報告內(nèi)容應(yīng)包括實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容和結(jié)果、實驗使用儀器和元器件以及分析討論等，其中實驗內(nèi)容和結(jié)果是報告的主要部分，它應(yīng)包括實際完成的全部實驗，并且要按實驗任務(wù)逐個書寫，每個實驗任務(wù)應(yīng)有如下內(nèi)容： 、邏輯圖（或測試電路）、狀態(tài)圖，真值表以及文字說明等，對于設(shè)計性課題，還應(yīng)有整個設(shè)計過程和關(guān)鍵的設(shè)計技巧說明。因些，實驗者需要注意按以下規(guī)程進行。 ，完整準確地記錄實驗數(shù)據(jù)并與理論值進行比較分析。 在數(shù)字電路實驗中，有錯誤布線引起的故障，常占很大比例。 ，隨意亂接容易造成漏接錯接，較好的方法是接好固定電平點，如電源線、地線、門電路閑置輸入端、觸發(fā)器異步置位復(fù)位端等，其次，在按信號源的順序從輸入到輸出依次布線。 6 ，布線和調(diào)試工作是不能截然分開的，往往需要交替進行，對大型實驗 元器件很多的，可將總電路按其功能劃分為若干相對獨立的部分，逐個布線、調(diào)試（分調(diào)），然后將各部分連接起來（聯(lián)調(diào)）。 ： 用萬用表直接測量各集成塊的 Vcc端是否加上電源電壓；輸入信號，時鐘脈沖等是否加到實驗電路上，觀察輸出端有無反應(yīng)。 對于多輸入端器件，如有多余端則可調(diào)換另一輸入端試用。 以上檢查故障的方法，是指在儀器工 作正常的前提下進行的，如果實驗時電路功能測不出來，則應(yīng)首先檢查供電情況，若電源電壓已加上，便可把有關(guān)輸出端直接接到 0— 1 顯示器上檢查，若邏輯開關(guān)無輸出，或單次 CP 無輸出，則是開關(guān)接觸不好或是內(nèi)部電路壞了，一般就是集成器件壞了。 集成電路按集成度可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模等?，F(xiàn)已制成規(guī)模更大的極大規(guī)模集成電路。國產(chǎn) CMOS 集成電路主要為 CC（ CH） 4000 系列，其功能和外引線排列與國際 CD4000 系列相對應(yīng)。為了正確使用集成電路，應(yīng)該對它們進行認真研究，深入理解，充分掌握。 下面具體說明集成電路的特點和使用須知。（ 3）高電平輸入電壓 VIH2V，低電平輸入電壓 VSL。 10%的范圍內(nèi)，過高易損壞器件，過低則不能正常工作，實驗中一般采用穩(wěn)定性好、內(nèi)阻小的直流穩(wěn)壓電源。 3．輸出端不允許直接接電源或接地（但可以通過電阻與電源相連）；不允許直接并聯(lián)使用（集電極開路門和三態(tài)門 除外）。 （ 三） .CMOS 數(shù)字集成電路的特點 1．靜態(tài)功耗低：電源電壓 VDD=5V的中規(guī)模電路的靜態(tài)功耗小于 100μ W，從而有利于提高集成度和封裝密度，降低成本，減小電源功耗。 5．抗干擾能力強： CMOS 集成電路的電壓噪聲容限可達電源電壓的 45%，而且高電平和低電平的噪聲容限值基本相等。 CMOS 器件的輸入端和 VSS之間接有保護二極管，除了電平變換器等一些接口電路外，輸入端和正電源 VDD 之間也接有保護二極管，因此，在正常運轉(zhuǎn)和焊接CMOS 器件時，一般不會因感應(yīng)電荷而損壞器件。對于電源電壓范圍為 3V～ 18V 系列器件。應(yīng)按邏輯要求接 VDD 或接 VSS，以免受干擾造成邏輯混亂，甚至還會損壞器件。 4．對輸入信號 VI 的要求： VI的高電平 VIH＜ VDD， VIL 的低電平 VIL小于電路系統(tǒng)允許的低 電壓；當(dāng)器件 VDD 端末接通電源時，不允許信號輸入，否則將使輸入端保護電路中的二極管損壞。按真值表將輸入信號一組一組地依次送入被測電路，測出相應(yīng)的輸出狀態(tài)，與真值表相比較，借以判斷此組合邏輯電路靜態(tài)工作是否正常。 11 (二 ).時序邏輯電路的測試 時序邏輯電路測試的目的是驗證其狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是否與狀態(tài)圖相符合。另一是連續(xù)工作方式：以連續(xù)脈沖源作為時鐘脈沖，用示波器觀察波形，來判斷輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是否與狀態(tài)圖相符。（表中僅列出供抽驗邏輯功能用的部分數(shù)據(jù)） 測試 74LS86（四異 或門）邏輯功能 將 74LS86 正確接入面包板，注意識別 1腳位置，按表 14要求輸入信號，測出相應(yīng)的輸出邏輯電平。 進一步熟悉數(shù)字邏輯實驗箱的基本功能和使用方法。測得 ICCL=12mA， ICCH= 15 圖21 圖 22 低電平輸入電流 IiL 和高電平輸入電流 IiH。調(diào)節(jié)電位器 RW，使 Vi從 0V 向 5V 變化，逐點測試 Vi和VO值，將結(jié)果記錄入下表中。將結(jié)果記錄入下表中。 與非門輸入端懸空可以當(dāng)作輸入為 “1” ，因為懸空相當(dāng)于 Ri=∞ ，由輸入端負載特性可得此結(jié)論。 重點講解組合邏輯電路的實驗分析的方法與步驟及在實驗設(shè)備中如何去實現(xiàn)。按下表要求輸入信號，測出相應(yīng)的輸出邏輯電平，并填入表中。按下表要求輸入信號，測出相應(yīng)的輸出邏輯電平，并填入表中。 了解中規(guī)模集成八選一數(shù)據(jù)選擇器 74LS151 的應(yīng)用。該交 通燈故障報警電路如圖 51，接線并檢查電路的邏輯功能，將結(jié)果記錄在下表中，可得表達式為： Z（ R， Y， G） =∑m （ 0， 3， 5， 6， 7） R Y G Z 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 有一密碼電子鎖，鎖上有四個鎖孔 A、 B、 C、 D，按下為 1，否則為 0，當(dāng)按下 A和 B、或 A 和 D、或 B和 D時，再插入鑰匙，鎖即打開。 講解 74LS151 的用法及數(shù)據(jù)選擇器在微機控制等領(lǐng)域的應(yīng)用。 進一步熟悉數(shù)字邏輯實驗箱中單脈沖和連續(xù)脈沖發(fā)生器的使用方法。 Q 信號的周期是 CP信號周期的兩倍。 五、實驗結(jié)果分析（回答問題） 畫出工作波形圖。 六、思考題 25 講解小規(guī)模計數(shù)器的應(yīng)用及組成原理。 （ 2）在 CP 端加高頻連續(xù)脈沖，用示波器觀察各觸發(fā)器輸出端的波形，并按時間對應(yīng)關(guān)系畫出 CP、 Q Q Q3端的波形。 28 （ 2）在 CP 端加高頻連續(xù)脈沖，用示波器觀察各觸發(fā)器輸出端的波形，并按時間對應(yīng)關(guān)系畫出 CP、 Q Q Q Q Z端的波形。 講解中規(guī)模計數(shù)器的應(yīng)用及組成原理。電路圖如圖 91。電路圖如圖 93。列出表述其功能的計數(shù)狀態(tài)順序表，記錄實驗數(shù)據(jù)。 實驗 八 計數(shù)、譯碼、顯示綜合實驗 一、實驗?zāi)康? 熟悉中規(guī)模集成電路計數(shù)器的功能及應(yīng)用。 二、實驗儀器及設(shè)備 數(shù)字邏輯實驗箱 DSB3 1 臺 萬用表 1只 元器件： 74LS90 2 塊 74LS49 （或 74LS249） 1塊 共陰型 LED 數(shù)碼管 1塊 導(dǎo)線 若干 三、實驗線路圖 32 四、實驗內(nèi)容（簡單實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)及波形 用集成計數(shù)器 74LS90 分別組成 8421 碼十進制和六進制計數(shù)器，然后連接成一個 60 進制計數(shù)器（ 6 進制為高位、 10 進制為低位）。 根據(jù)實驗中的體會，說明綜合測試較復(fù)雜中小規(guī)模數(shù)字集成電路的方法：分單元電路安裝、調(diào)試。 介紹振蕩器的原理及實現(xiàn)方法。 二、實驗儀器及設(shè)備 數(shù)字邏輯實驗箱 DSB3 1 臺 萬用表 1只 雙蹤示波器 XJ4328/XJ4318 1 臺 元器件： 74LS00 1 塊 電位器 1 只 電阻、電容、導(dǎo)線 若干 三、實驗內(nèi)容 34 多諧振蕩器 圖 112 環(huán)形振蕩器 將 74LS00 2 輸入四與非門、電阻、電容等按圖 111 接線。經(jīng)檢查無誤后方可接 通電源。 總結(jié)歸納元件參數(shù)的改變對電路參數(shù)的影響： 環(huán)形振蕩器：電阻改變使周期相應(yīng)變化； 積分型單穩(wěn)：電容改變使輸出脈寬相應(yīng)變化。 二、實驗儀器及設(shè)備 數(shù)字邏輯實驗箱 DSB3 1 臺 萬用表 1只 雙蹤示波器 XJ4328/XJ4318 1 臺 元器件： NE555 1 塊 電位器 1 只 電阻、電容、導(dǎo)線 若干 三、實驗線路 四、實驗內(nèi)容 555 時基電路邏輯功能測試 （ 1）按圖 121 接線，將 R 端接實驗箱的邏輯電平開關(guān)， 輸出端 OUT 和放電管輸出端 DIS 分別接 LED 電平顯示，檢查無誤后，方可進行測試。用示波器觀察得到的矩形波。 若電路圖 121中電源電壓采用 +12V，則表 122中數(shù)據(jù)相同，轉(zhuǎn)換電壓變?yōu)椋?4V 和 8V。計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，計數(shù)到 300（ 10） 時，顯示燈暗，同時計數(shù)器清零。 實驗?zāi)康? （ 1）熟悉計數(shù)器、七段譯碼器和數(shù)碼顯示管的工作原理。 二、實驗預(yù)習(xí)： 設(shè)計實驗任務(wù)所要求實現(xiàn)的電路，其方框圖見圖 。分析和排除可能出現(xiàn)的故障。 分析與排除故障的收獲。 實驗?zāi)康? （ 1）熟悉計數(shù)器（ N進制）、七段譯碼器及數(shù)碼顯示管的工作原理。 二、實驗預(yù)習(xí)： 40 按實驗任務(wù) 要求設(shè)計電路，其方框圖見圖 。分析和排除可能出現(xiàn)的故障。 分析與排除故障的收獲。 （ 3）了解使能端的作用。畫出安裝圖。觀測其功能，研究各使能端的作用。 測試結(jié)果。 （ 3）學(xué)習(xí)分析和排除故障。畫出安裝圖。寄存器的狀態(tài)不斷地循環(huán)變化，又給這 些圖案添加了動感。這個次態(tài)邏輯電路以寄存器的并行輸出 Q Q Q Q0為自變量。由現(xiàn)態(tài)（第 n 拍）和次態(tài)（第 n+1 拍）的 Q3Q2Q1Q0，可確定寄存器應(yīng)向左移還是向右移，串行輸入應(yīng)該是 1 還是 0。依同理，分析 Q0Q1Q2Q3的 16 個組合，就可列出真值表。 四、實驗報告： 實驗電路及其工作原理。 45 實驗五 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計－數(shù)字鐘的設(shè)計 一、設(shè)計指標(biāo)： 、分、秒。 ，正點前 10 秒開始，蜂鳴器 1秒響 1秒停地響 5次。 ，加 上原理說明。學(xué)生要解決的問題包括元器件和面包板故障引起46 的問題。 。） 行結(jié)果和操作。 1 塊。 六、實驗器件 2 米 /人。 集成塊 3 塊。 電阻 5 個。 10個（每班） 七、設(shè)計過程的日程安排 八、 Multisim2020 軟件部分集成塊引腳圖 48 集成塊引腳圖 49 九、部分原理仿真模塊電路 4511 構(gòu)成譯碼驅(qū)動電路 50 4060 構(gòu)成脈沖發(fā)生及分頻電路 51 74390 構(gòu)成十進制計數(shù)器 74390 構(gòu)成六進制計數(shù)器 52 74390 構(gòu)成六十進制計數(shù)器 53 校時電路（分校時時，不會進位到小時） 十、數(shù)字鐘的設(shè) 計與制作原理 具體參照： 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計講義－數(shù)字鐘的設(shè)計與制作 十一、 Multisim2020 軟件及其參考仿真電路 自己在對應(yīng)位置下載