【正文】 符號(hào)的 4 位二進(jìn)制數(shù)相加，即原碼的相減變?yōu)檠a(bǔ)碼的相加，而正數(shù)的補(bǔ)碼就是本身，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是反碼加 1，這樣， AB=A+（ B），就可利用74LS283 實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。從器件角度看，它是一種最基本的二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算器件。 74LS151 的功能表見表 21。 掌握數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能和它的測試方法。（其值是整個(gè)集成塊四個(gè)與非門電源電流之和，單個(gè)門的電源電流僅為四分之一）。 這種在控制端加 0 信號(hào)時(shí)電路才能正常工作的工作方式稱為低電平使能。實(shí)驗(yàn)時(shí)輸入端的高低電平可由邏輯開關(guān)提供，開關(guān)撥上為邏輯“ 1”，撥下為邏輯“ 0”，輸出可用指示燈顯示，輸出高電平則指示燈亮，低電平則滅，這樣就可觀察指示燈的變化情況確定輸入輸出的邏輯關(guān)系。而一般普通的 TTL 門電路，由于它的輸出電阻太小，所以它們的輸出不可以并聯(lián)接在一起構(gòu) 12 成“線與”。 了解上拉電阻 RP 對(duì)集電極開路門工作狀態(tài)的影響。這樣不僅不會(huì)在布其它導(dǎo)線時(shí)無意碰落，布線用導(dǎo)線長度不宜太長，最好貼近通用底板。 10 布線用導(dǎo)線直徑應(yīng)和通用底板孔直徑相一致，不宜太粗（容易損壞插孔），也不宜過細(xì)（與插扎接觸不好）。實(shí)踐證明事情并不象想象的那樣簡單，當(dāng)實(shí)驗(yàn)電路稍為復(fù)雜，加之布線方法不合理，是很難通過查對(duì)接線糾正布線錯(cuò)誤的。 4．測試方法不正確 如果不發(fā)生前面所述三種 錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)一般會(huì)成功。 1．器件故障 器件故障是指器件失效或器件接插問題引起的故障，表現(xiàn)為器件工作不正常。如測量結(jié)果和表 2相符，則該與非門是正常的，否則有故障，需要進(jìn)一步檢查。由圖可見，當(dāng)黑表筆（相當(dāng)于電池正極）接地端，紅表筆接輸入端時(shí)，電流如 圖中虛線所示：地→ R5→ BG4 bc 結(jié)→ R4→ R1→ BG1 be 結(jié)→輸入端。 圖 1 集成塊的檢測 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，然后將萬用表置于 電阻 檔 “ 100” 檔， 用萬用表的黑表筆接到待測集成塊的接地腳 （ 集成塊要從設(shè)備中取下 ） ， 紅表筆則依次接到其他各腳 ， 測量對(duì)地端的直流電阻 （ 見圖 1） 。 6 集成塊使用注意事項(xiàng) 及檢測 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 ~。 （ 3） 實(shí)驗(yàn)時(shí)萬一發(fā)生觸電事故或其他的異?，F(xiàn)象，不要驚慌失措，應(yīng)立即切斷電源。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。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)，無特別要求則為 50%，頻率則是根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求調(diào)節(jié)。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。在可能的情況下，檢查一下芯片的邏輯功能是否正常。 三 、 認(rèn)真撰寫實(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。 一 、 實(shí)驗(yàn)前要認(rèn)真預(yù)習(xí)，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告 為了避免盲目性，使實(shí)驗(yàn)過程有條不紊地進(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，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?，?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，寫出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告 。通過撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合問題的能力，使知識(shí)理化。 （ 2） 采用不同顏色的導(dǎo)線，以便區(qū)別。接上電源后，應(yīng)先用萬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。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。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)系不能畫錯(cuò)，否則記錄的波形不能正確地反映出電路的功能。如距電源開關(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，報(bào)告指導(dǎo)老師檢查事故 原因。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。 正常情況下 ， 各腳對(duì)地電阻應(yīng)為 5KΩ左右 （ 對(duì)應(yīng)于 500 型萬用表 。這相當(dāng)兩個(gè)正向 PN 結(jié)和三個(gè)低值電阻的阻值總和，若紅表筆接輸出端時(shí)，電流通路如圖 2 中點(diǎn)線所示：地→ R3→ BG5 bc 結(jié)→輸出，這相于一個(gè)正向 PN 結(jié)和一個(gè)低值電阻之和。 一般說，如測得某一輸入端電壓為 0V，則該輸入與內(nèi)部電路斷路；若電壓超過 2V，則該輸入端出現(xiàn)短路。其中器件失效肯定會(huì)引起工作不正常，需要更換一個(gè)好器件。但有時(shí)測試方法不正確也會(huì)引起觀測錯(cuò)誤。因此，為了盡可能減少故障，注意布線的合理性和科學(xué)性就是顯得十分必要了。導(dǎo)線最好用色線，以示區(qū)別不同用途，如一般習(xí)慣于接電源的導(dǎo)線用深紅色，接地線用黑色等。在布線時(shí)，盡量避免導(dǎo)線相互重疊，更不要覆蓋插孔。 二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 序號(hào) 儀器或器件名稱 型號(hào)或規(guī)格 數(shù)量 1 數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)箱 1 2 數(shù)字萬用表 1 3 雙蹤示波器 1 4 74LS00 1 5 74LS22 1 6 74LS126 1 7 74LS04 1 三、實(shí)驗(yàn)原理 集成邏輯門電路是最簡單和最基本的數(shù)字集成元件。 通過這次實(shí)驗(yàn)，希望同學(xué)們初步掌握數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)的基本方法，學(xué)會(huì)查閱器件手冊(cè)，學(xué)會(huì)邏輯箱的使用，正確掌握操作規(guī)范。 集電極開路門（ OC） OC 門工作時(shí)，輸出端必須通過一只外接電阻 RL 和電源 Vcc 相連接，以保證輸出電平符合電路要求。本實(shí)驗(yàn)中所用的三態(tài)門（ 74LS126）是高電平使能。則單個(gè)門的靜態(tài)功耗最大 Pmax=VCC*ICCL/4。 掌握應(yīng)用數(shù)據(jù)選擇器組成其它邏輯電路的方法。 圖 21 74LS151 引腳排列圖 圖 22 74LS151 邏輯符號(hào) 17 表 21 74LS151 的功能表 輸 入 輸 出 S A2 A1 A0 Q Q 1 0 1 0 0 0 0 D0 D0 0 0 0 1 D1 D1 0 0 1 0 D2 D2 0 0 1 1 D3 D3 0 1 0 0 D4 D4 0 1 0 1 D5 D5 0 1 1 0 D6 D6 0 1 1 1 D7 D7 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 驗(yàn)證 74LS151 的邏輯功能 地址端 A0、 A A2，數(shù)據(jù)端 D0~D7，使能端 S 接邏輯開關(guān)，輸出端 Q 接邏輯電平顯示器，按 74LS151 功能表逐項(xiàng)進(jìn)行測試，記錄測試結(jié)果。實(shí)際的加法運(yùn)算，必須同時(shí)考慮由低位的進(jìn)位，這種由被加數(shù)、加數(shù)和一個(gè)來自低位的進(jìn)位數(shù)三者相加的運(yùn)算稱為全加運(yùn)算。 A 數(shù)照常輸入， B 數(shù)通過反相器輸入，加 1 可以使 CI=1 得到，這樣輸出的結(jié)果就是兩數(shù)之差，但是這個(gè)結(jié)果為補(bǔ)碼，要通過 C4 來判別結(jié)果的正負(fù)。改變開關(guān)狀態(tài)，觀察 9 個(gè)指示燈的變化，記錄四組數(shù)據(jù)： 表 31 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 C8 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 實(shí)現(xiàn)碼組轉(zhuǎn)換 利用上述實(shí)驗(yàn)電路，在 A 處輸入 8421BCD 碼， B 和 CI 選取適當(dāng)值，輸出 S4S3S2S1，要求是余 3 碼。 以上設(shè)計(jì)過程中，邏輯問題最關(guān)鍵，如果題意理解錯(cuò)誤，則設(shè)計(jì)出來的電路就不能符合要求；同時(shí)，邏輯函數(shù)的化簡也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，通過化簡，可以用較少的邏輯門實(shí)現(xiàn)相同的邏輯功能，這樣一來，就降低成本、節(jié)約器件及增加電路可靠性，隨著集成電路的發(fā)展，化簡的意義已經(jīng)演變成為怎樣使電路最佳，所以，設(shè)計(jì)中必須考慮電路的穩(wěn)定性，即有無競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象，競爭冒險(xiǎn) 會(huì)影響電路的正常工作，如果設(shè)計(jì)的電路有競爭冒險(xiǎn)現(xiàn)象，則需要采用合適的方法予以消除。 圖 43 熱水器示意圖 五、實(shí)驗(yàn)思考 冒險(xiǎn)會(huì)不會(huì)影響組合電路的正常工作？ 最簡的組合電路是否就是最佳的組合電路？ 24 實(shí)驗(yàn)五 觸發(fā)器計(jì)數(shù)器應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解并掌握觸發(fā)器的邏輯功能及觸發(fā)特性。 圖 53 74LS90 引腳圖 圖 54 74LS90 邏輯符號(hào)圖 表 51 74LS90 功能真值表 輸 入 輸 出 R1 R2 P1 P2 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 φ 1 1 φ 0 0 φ 1 1 φ 0 1 1 0 φ 0 φ 0 φ φ 0 φ 0 0 φ φ 0 φ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 計(jì) 數(shù) 計(jì) 數(shù) 計(jì) 數(shù) 計(jì) 數(shù) 目前常用的計(jì)數(shù)器都已有成品，一般來說，除計(jì)數(shù)外，它們還具備清零或預(yù)置功能，本實(shí)驗(yàn)采用的計(jì)數(shù)器為 TTL 的 74LS90，是一塊二 五 十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，外形為雙列直插，引腳排列如圖 53 所示，圖中的 NC 表示此腳為空腳，不接線，邏輯符號(hào)如圖 54 所示。計(jì)數(shù)器、譯碼器及數(shù)碼管的連接如圖 57 所示。 R2； PD =P1移位寄存器的數(shù)據(jù)的輸入和輸出都有串行和并行之分，數(shù)據(jù)的移動(dòng)受公共時(shí)鐘信號(hào)的控制，也就是同步工作的。 Q 輸出通過不同的組合電路接到 DSR端還可得到不同模值的移位計(jì)數(shù)器或偽隨機(jī)序列發(fā)生器。 步驟：器件初態(tài)清零，先使 Q0Q1Q2Q3=0001，輸出 Q0 Q1Q2Q3 接指示燈，記錄指示燈結(jié)果： 圖 66 實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)序列電路圖 （ 2）用 74LS194 及適當(dāng)門實(shí)現(xiàn) M=4 的環(huán)形計(jì)數(shù)器，記錄指示燈結(jié)果。比較器的參考電壓由電阻分壓器決定，在控制電壓輸入 CV 端（接于 CA1“ –”端，參考電壓為 VRH）懸空時(shí)， VRH=2VCC/3，而接于 CA2“ +”端上的參考電壓 VRL=VCC/3；若控制電壓輸入 CV 端外接另一固定電壓 VCV，則 VRH= VCV ， VRL= VCV /2。在輸出端產(chǎn)生一個(gè)寬度為 tW 的矩形脈沖。 要求：觀察示波器，畫出 VC 、 Q1 波形；從示波器顯示的波形測量脈沖參數(shù) tW tWVOH、 VOL，并與理論值比較，計(jì)算 T、 f。把離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的模擬量，需要用數(shù) /模轉(zhuǎn)換器，簡稱 D/A 轉(zhuǎn)換器或DAC。 D/A 芯片 DAC0832 是用 CMOS 工藝制成的單片式 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，由兩個(gè) 8 位寄存器（輸入寄存器和 DAC 寄存器），一個(gè) 8 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成 。 START：啟動(dòng)信號(hào)，為了啟動(dòng) A/D 變換過程，應(yīng)在此引腳施加一個(gè)正脈沖，脈沖的上升沿將所有內(nèi)部寄存器清零，在其下降沿開始 A/D 變換過程 。 XFER ：傳送控制信號(hào)，低電平有效，用來控制 2WR 。 AGND：模擬接地端 。 表 81 ADC0809 地址譯碼與輸入選通關(guān)系 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 A/D 轉(zhuǎn)換 圖 83 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 圖 84 D/A 轉(zhuǎn)換電路圖 a、 按圖 83 實(shí)驗(yàn)電路接線； 被選的輸入模擬通道 輸入地址控制（ ADD） C B A IN0 0 0 0 IN1 0 0 1 IN2 0 1 0 IN3 0 1 1 IN4 1 0 0 IN5 1 0 1 IN6 1 1 0 IN7 1 1 1 39 b、將 3 條地址線 ADDC、 ADDB、 ADDA 都接地，因而選通模擬輸入 INO 通道進(jìn)行 A/D 變換； c、設(shè)時(shí)鐘信號(hào) CLOCK 的頻率為 6