【導(dǎo)讀】《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。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，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(lèi)似的。為了達(dá)到每個(gè)實(shí)驗(yàn)的預(yù)。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)，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。實(shí)驗(yàn)題目、目的、要求和實(shí)驗(yàn)原理圖；實(shí)驗(yàn)的基本原理、實(shí)驗(yàn)步驟和有關(guān)注意事項(xiàng)；實(shí)驗(yàn)元器件、儀器設(shè)備的型號(hào)名稱(chēng)和規(guī)格；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；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。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。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)；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。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。

　　

【正文】 2D3D4D5D6D7，然后使器件工作在左移狀態(tài)，用單脈沖作 CP，每輸入一個(gè) CP 觀察輸出結(jié)果。設(shè)有 輸入的 8 位數(shù)據(jù) 是 1010 1100。記錄結(jié)果表 63。 移位計(jì)數(shù)器 （ 1）用一片 74LS194 及適當(dāng)門(mén)實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)序列，見(jiàn)圖 66。 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(mén)實(shí)現(xiàn) M=4 的環(huán)形計(jì)數(shù)器，記錄指示燈結(jié)果。其函數(shù)表達(dá)式為：D0= 0nQ 1nQ 2nQ D1= 0nQ D2= 1nQ D3= 2nQ 五、實(shí)驗(yàn)思考 用 74LS194 實(shí)現(xiàn) M=8 的自啟動(dòng)扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，有幾個(gè)是無(wú)效狀態(tài)，有幾個(gè)是有效狀態(tài)？ CP Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 CP Q0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 32 實(shí)驗(yàn)七 555 定時(shí)器應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉 555 定時(shí)器工作原理。 掌握用 555 定時(shí)器組成的常用脈沖單元。 學(xué)習(xí)用示波器測(cè)量脈沖參數(shù)。 二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 序號(hào) 儀器或器件名稱(chēng) 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(wàn)用表 1 3 雙蹤示波器 1 4 555 1 5 電阻 、 100 KΩ 各 1 個(gè) 10 KΩ 2 6 電容 1 uF 1 uF 1 三、實(shí)驗(yàn)原理 圖 71 555 定時(shí)器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 555 定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，可以產(chǎn)生時(shí)間遲延和多種脈沖信號(hào)，電路功能靈活、負(fù)載能力強(qiáng)、適用范圍廣。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可?gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、 33 多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器 等脈沖產(chǎn)生與整形電路，在工業(yè)自動(dòng)控制、定時(shí)、測(cè)量及家用電器等方面有廣泛的應(yīng)用。 555 定時(shí)器的電路組成 555 定時(shí)器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖 71 所示，它包括電壓比較器 CA1 和 CA基本 RS 觸發(fā)器、泄放晶體管 Tr 及三個(gè) 5K 電阻構(gòu)成的分壓器等四部分組成。 CA1 和 CA2 是兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的高精度電壓比較器，比較器有兩個(gè)輸入端，分別標(biāo)有“ +”和“ –”，如果 v+v–，則比較器輸出 VCA 為高電平（ VCA=1），反之輸出 VCA為低電平（ VCA=0）。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。 CA1 的“ +”端就是 555 的正跳變觸發(fā)端 TH，而 CA2 的“ –”端則是 555 的負(fù)跳變觸發(fā)端 TL。基本觸發(fā)器的 RD 端為直接清零端，低電平有效，平時(shí)可接電源 VCC；泄放晶體管 Tr 提供外接電容的放電回路，故 Tr 又稱(chēng)為放電管；還有控制電壓輸入CV 端平時(shí)可對(duì)地接一個(gè)去耦電容。 555 定時(shí)器的基本功能 555 定時(shí)器既有雙極 型晶體管的，又有 MOS 管的，它們的引腳排列圖均見(jiàn)圖 72，圖 73是邏輯符號(hào)， 555 定時(shí)器的功能表見(jiàn)表 71。 圖 72 555 定時(shí)器引腳排列圖 圖 73 555 定時(shí)器邏輯符號(hào) 表 71 555 定時(shí)器的功能表 輸 入 輸 出 正跳變觸發(fā) TH 負(fù)跳變觸發(fā) TL 復(fù)位 RD 放電管 T 輸出 Q 0 導(dǎo)通 0 2VCC/3 VCC/3 1 截止 1 2VCC/3 VCC/3 1 導(dǎo)通 0 2VCC/3 VCC/3 1 不變 不變 555 定時(shí)器的應(yīng)用 （ 1）用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器 34 多諧振蕩器是一種無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，接通電源以后，無(wú)須外加觸發(fā)信號(hào)，就能自動(dòng)地不斷翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生矩形波。由于這種矩形波中含有很多諧波分量，因此稱(chēng)之為多諧振蕩器。用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的電路見(jiàn)圖 74，其工作波形如圖 75 所示。 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間為： tW1≈ （ R1+R2） C tW2≈ 脈沖周期為： T= tW1+ tW2 圖 74 多諧振蕩器電路 圖 75 多諧振蕩器 工作波形圖 （ 2）用 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，電路自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。在輸出端產(chǎn)生一個(gè)寬度為 tW 的矩形脈沖。暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短僅取決于電路本身的參數(shù)，而與外界觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。用 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路見(jiàn)圖 76，其工作波形如圖 77 所示。 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間為： tW≈ 占空比為： q= tW /T 圖 76 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路 圖 77 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖 圖 78 占空比可調(diào)的多諧振蕩 器 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，給定 R1=， R2=10K?， C= F。 正確聯(lián)接電路。用示波器的一個(gè)探頭接 555 的輸入端 6 腳（ VC端），另一個(gè)探頭接 555的輸出端 3 腳（ Q1 端）。 要求：觀察示波器，畫(huà)出波形；從示波器顯示的波形測(cè)量脈沖參數(shù) tW tW VOH、 VOL，并 35 與理論值比較，計(jì)算 T、 f。 圖 78 是一個(gè)占空比可調(diào)的多諧振蕩器，調(diào)節(jié)電位器 RW，試計(jì)算輸出波形的占空比。 要求：觀察示波器，畫(huà)出 VC 、 Q1 波形；從示波器顯示的波形測(cè)量脈沖參數(shù) tW tWVOH、 VOL，并與理論值比較，計(jì)算 T、 f。 用 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，給定 R=100K?， C= F。 正確聯(lián)接電路。用 雙蹤 示波器的一個(gè)探頭接 555 的輸入端 2 腳（ VI端），另一個(gè)探頭接 555的輸出端 3 腳（ Q2 端）。 要求：觀察示波器，畫(huà)出波形；從示波器顯示的波形測(cè)量脈沖參數(shù) tW、 VOH、 VOL，并與理論值比較。計(jì)算 T、 f、 q。 五、實(shí)驗(yàn)思考 用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，只改變振蕩周期不改變占空比，應(yīng)調(diào)整哪一個(gè)元件參數(shù)？ 用 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸出脈沖寬度 tW 小 于輸入觸發(fā)信號(hào)的周 期，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 36 實(shí)驗(yàn)八 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器的工作原理 通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解 A/D（ ADC0809）、 D/A（ DAC0832）的性能及使用方法。 二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 序號(hào) 儀器或器件名稱(chēng) 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(wàn)用表 1 3 ADC0809 1 4 DAC0832 1 5 直流穩(wěn)壓電源 1 6 運(yùn)算放大器 uA741 1 7 電阻 1M?、 510? 各 1 個(gè) 2 8 電容 200PF、 各 1 個(gè) 三、實(shí)驗(yàn)原理 圖 81 ADC0809 引腳圖 圖 82 DAC0832 引腳圖 把隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量，需要用模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng) A/D 轉(zhuǎn)換器或 ADC。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(jiǎn)稱(chēng) D/A 轉(zhuǎn)換器或DAC。目前轉(zhuǎn)換電路的形式很多，本實(shí)驗(yàn)采用 A/D 芯片 ADC0809 及 D/A 芯片 DAC0832 進(jìn)行研究。 37 A/D 芯片 ADC0809 是用 CMOS 工藝制成的 8 位 8 通道 A/D 轉(zhuǎn)換器。芯片由以下幾部分組成： 8 路模 擬開(kāi)關(guān)，模擬開(kāi)關(guān)的地址鎖存和譯碼電路，比較器， 256R 電阻梯形網(wǎng)絡(luò)，電子開(kāi)關(guān)樹(shù)，逐次逼近寄存器 SAR，三態(tài)輸出鎖存緩沖器，控制與定時(shí)電路等。其引腳圖見(jiàn)圖 81。 ADC0809 通過(guò)引腳 IN0~IN7 可輸入 8 路單極性模擬輸入電壓。 ALE 將 3 位地址線 ADDC、ADDB、 ADDA 進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通 8 路輸入中的某一路進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。地址譯碼與輸入選通關(guān)系如表 81 所示。 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 。其引腳圖見(jiàn)圖 82。 ADC0809 引腳含義： IN0~IN7：模擬輸入 。 Vr （ +）、 Vr （ ）：基準(zhǔn)電壓的正極和負(fù)極 。 CLOCK：時(shí)鐘脈沖輸入 端。 ADDA、 ADDB、 ADDC：模擬通道的地址選擇 。 ALE：地址鎖存允許輸入信號(hào)，由低向高電平的正跳變?yōu)橛行В藭r(shí)鎖存上述地址信號(hào)，從而選通相應(yīng)的模擬信號(hào)通道，以便進(jìn)行 A/D 變換 。 D0~D7：輸出數(shù)據(jù) 端。 START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)，為了啟動(dòng) A/D 變換過(guò)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(kāi)始 A/D 變換過(guò)程 。 EOC：變 換結(jié)束，輸出信號(hào)，高電平有效，在 START 信號(hào)上升沿之后 0~3 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，本信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，?dāng)變換結(jié)束，所有數(shù)據(jù)可以讀出時(shí)，本信號(hào)變?yōu)楦唠娖?。 OE：輸出允許信號(hào)，高電平有效，本信號(hào)為高電平時(shí)，可將輸出寄存器中的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上 。 VCC ：接電源端 。 GND：接地端 。 DAC0832 引腳含義： CS ：片選信號(hào)，低電平有效，與 ILE 信號(hào)合起來(lái)共同控制 1WR 信號(hào)作用 。 ILE：輸入寄存器允許信號(hào)，高電平有效 。 1WR ：寫(xiě)信號(hào) 1，低電平有效，用來(lái)把數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)輸入鎖存于輸入寄存器中，本信有效時(shí)，必須使 CS 和 ILE 信號(hào)同時(shí)有效 。 XFER ：傳送控制信號(hào)，低電平有效，用來(lái)控制 2WR 。 2WR ：寫(xiě)信號(hào) 2，低電平有效，用以將鎖存于輸入寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到 8 位 D/A 寄存器鎖存起來(lái)，此時(shí) XFER 應(yīng)有效 。 DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入，其中 DI0 為最 低位， DI7 為最高位，未使用的數(shù)據(jù)輸入端應(yīng)接地，懸空的 DIN 端將視同“ 1” 。 38 IOUT1： DAC 輸出電流 1，當(dāng)輸入數(shù)字為全 1 時(shí)，電流值最大，反之最小 。 IOUT2： DAC 輸出電流 2， IOUT1+ IOUT2= VREF（ 1–2561） /R。 RFB；反饋電阻，由于芯片內(nèi)已具有反饋電阻，所以本端可與外接運(yùn)放的輸出端短接 。 VREF：基準(zhǔn)電壓，通過(guò)它將外部高精度電壓源接至梯形電壓網(wǎng)絡(luò)，電壓范圍為 10V~+10V，也可以接向其它 D/A 轉(zhuǎn)換器的電壓輸出端 。 VCC： 接電源端，其值范圍為 +5V~+15V。 AGND：模擬接地端 。 DGND：數(shù)字接地端，可與 AGND 接在一起 。 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 650KHZ，起動(dòng)信號(hào) START 和地址鎖存 ALE 接單脈沖 P+。單脈沖的上升沿鎖存地址， 下降沿 同時(shí)啟動(dòng) A/D 變換。 假 設(shè)參考電壓 Vr（ +） =5V、 Vr（ — ） =0V，輸出允許的 OE 始終接高電平，使輸出寄存器的內(nèi)容直接送往 D0~D7，并用發(fā)光二極管顯示； d、按表 82 改變 INO 模擬輸入電壓大小，按 一下單脈沖按鈕 P+，即可實(shí)現(xiàn)一次 A/D 變換，將轉(zhuǎn)換結(jié)果填入表 82 中； 表 82 A/D 變換記錄 （參考電壓為 ） 模擬輸入 輸出數(shù)字 量 IN0（ V） D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0