【正文】 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。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。 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。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。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。 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)的問題與故障。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。 （ 3） 實(shí)驗(yàn)時(shí)萬(wàn)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。 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。 （ 2） 要樹立愛護(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。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。 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 ~。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。 不允許將電路的輸出端和電源連接，否則會(huì)損壞電路。 否則 ，不僅會(huì)使電路邏輯混亂，并且會(huì)導(dǎo)致器件 損壞。 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 （ 見圖 1） 。 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 。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。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。這兩條通路的電阻，都是當(dāng)黑表筆接地端呈現(xiàn)低阻值；反之呈現(xiàn)高阻值。當(dāng)集成塊損壞時(shí)，其內(nèi)部的 PN 結(jié)必有所損壞。 還可以通過(guò)檢查 TTL 集成塊的好壞。如測(cè)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。 這種檢測(cè)方法依據(jù)的原理可用圖 3 來(lái)解釋。 BG BG BG3 各管基極電值如圖 3 所示。 表 2 與非門檢測(cè) 測(cè)量條件 輸入端 輸出端 輸入端全部懸空 — 9 13 布線和故障排除 故障的表現(xiàn)形式 在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，凡是對(duì)于一定的輸入信號(hào)或輸入序列，不能完成所組成電路應(yīng)有的邏輯功能，不能產(chǎn)生正確輸出信號(hào)的現(xiàn)象稱為故障 。 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。器件接插問題，如管腳折斷或者器件的某個(gè)（或某些）引腳沒插到插座中等，也會(huì)使器件工作不正常。常見的接線錯(cuò)誤包括接器件的電源、連線與插孔接觸不良；連線經(jīng)多次使用后，有可能外面塑料包皮完好，但內(nèi)部線斷；連線多接、漏接、錯(cuò)接；連線過(guò)長(zhǎng)、過(guò)亂造成干擾。 3．設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 設(shè)計(jì)錯(cuò)誤自然會(huì)造成與預(yù)想的結(jié)果不一致。 4．測(cè)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。例如，一個(gè)穩(wěn)定的波形，如果用示波器觀測(cè)，而示波器沒有同步，則造成波形不穩(wěn)的假象。在對(duì)數(shù)字電路測(cè)試過(guò)程中，由于測(cè)試儀器、儀表加到被測(cè)電路上后，對(duì)被測(cè)電路相當(dāng)于一個(gè)負(fù)載，因此測(cè)試過(guò)程中也有可能引起電路本身工作狀態(tài)的改變，這點(diǎn)應(yīng)引起足夠注意。 布線原則 布線錯(cuò)誤不僅會(huì)引起電路故障，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞集成元件。實(shí)踐證明事情并不象想象的那樣簡(jiǎn)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(guò)查對(duì)接線糾正布線錯(cuò)誤的。 在布線前，必須首先校準(zhǔn)集成元件兩排管腳距離，使之和實(shí)驗(yàn)通用底板上的插座（或插孔）的行距相等。這樣可避免集成元件管腳彎曲或折斷。雙列直插式集成元件一般都有定 位標(biāo)記。 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(guò)細(xì)（與插扎接觸不好）。導(dǎo)線的剝頭不宜太長(zhǎng)，也不宜太短，大約 57mm。導(dǎo)線插入插孔時(shí)，用力不能過(guò)猛，以防因?qū)Ь€插入過(guò)深，使導(dǎo)線塑料包層插入造成電絕緣。布線時(shí)先將固定電平的端點(diǎn) 接好，如電源的正極、地線、門電路的多余輸入端及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終不改變電平的輸入端（如觸發(fā)器的置位 S 端）等。這樣不僅不會(huì)在布其它導(dǎo)線時(shí)無(wú)意碰落，布線用導(dǎo)線長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng)，最好貼近通用底板。布線時(shí)切忌導(dǎo)線跨越集成塊的上空，無(wú)規(guī)則的交錯(cuò)連接，在空中搭成網(wǎng)狀。布線時(shí)切忌在一個(gè)插孔內(nèi)插入兩根或兩根以上的導(dǎo)線，以免插孔因插入導(dǎo)線過(guò)多而減弱彈性。 掌握 TTL 集成與非門的功能和主要參數(shù)的測(cè)試方法。 了解上拉電阻 RP 對(duì)集電極開路門工作狀態(tài)的影響。任何復(fù)雜的組合電路和時(shí)序電路都可用邏輯門通過(guò)適當(dāng)?shù)慕M合連接而成。目前已有門類齊全的集成門電路，如與非門、或非門、與或非門、異或門等。 TTL集成電路由于工作速度快、輸出幅度較大、種類多、不易損壞等特點(diǎn)而使用較廣。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”。 TTL 與非門的參數(shù) 本實(shí)驗(yàn)采用的邏輯門為 TTL雙極型數(shù)字集成邏輯門電路 74LS00，它有四個(gè) 2 輸入與非門，外形為雙列直插式，引腳排列如圖 11 所示，邏輯符號(hào)如圖 12 所示。參數(shù)分別有： （ 1） ICCL、 ICCH ICCL 為輸出低電平電源電流，是指實(shí)驗(yàn)門的輸入端全部懸空，該門輸出端空載時(shí)電源提供器件的電流； ICCH 為輸出高電平電源電流，是指輸入端至少一個(gè)接地，輸出端空載時(shí)電源提供器件的電流。 （ 2） IIL、 IIH IIL 為輸入低電平電流，是指一個(gè)輸入端接地，其它輸入端懸空，這個(gè)輸入端流向接地端的電流； IIH 為輸入高電平電流，是指一個(gè)輸入端接高電平 VCC，其它輸入端接地，高電平 VCC流向高電平輸入 端的電流。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。由于 OC 門能實(shí)現(xiàn)函數(shù)的線與功能，因而獲得了廣泛的應(yīng)用，如 a) 組成“線與”電路實(shí)現(xiàn)某些特定的邏輯功 能，如圖 13 所示， b) 實(shí)現(xiàn)多路信息的采集，使多路信號(hào)共用一個(gè)信息通道（總線）。 上拉電阻 RP 應(yīng)選擇在一定范圍內(nèi)，如圖 14 所示，其計(jì)算方法是： RPmax=（ VccVOH） /（ nIOH+mIiH） RPmin=（ VccVOL） /（ ILMNIiiL） 式中： IOH OC 門輸出管截止時(shí)（輸出高電平）的漏電流（一般 250μ A） IiH 負(fù)載門的高電平輸入電流 13 ILM OC 門輸出低電平 V 時(shí)允許最大灌入的負(fù)載電流（一般 14mA） IiL 負(fù)載門的低電平輸入電流 Vcc R 外接的電源電壓 N 線與輸出 OC 門的個(gè)數(shù) M 負(fù)載門的個(gè)數(shù) N 負(fù)載門輸入端的總數(shù) RP 的大小會(huì)影響輸出波形的邊沿時(shí)間，在工作速度較高時(shí)， RP 應(yīng)取接近 RPmin 的值，通常取 RL=1KΩ至 2KΩ。處于高阻態(tài)時(shí)，電路與負(fù)載之間相當(dāng)于開路。 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。 三態(tài)電路最重要的用途是實(shí)現(xiàn)多路信息的采集，即用一個(gè)傳輸通道（或稱總線）以選通的方式傳送多路信號(hào)。需要注意的是，由于其輸出電路結(jié)構(gòu)與普通 TTL 電路一樣，因此在使用時(shí)，一條總線上僅允許一個(gè)輸出門處于使能狀態(tài)（即輸出高電平或低電平狀態(tài)），其它輸出門必須處于高阻態(tài)，絕不允許有兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸出門同時(shí)處于使能狀態(tài)。改變開關(guān)的狀態(tài)，觀察指示燈的變化，記錄在表 11 中。（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）。記錄： 單個(gè)門 ICCL= 單個(gè)門 ICCH= 單個(gè)門 Pmax= （ 2） IIL 按圖 17 聯(lián)接，與非門輸入端中任取一個(gè)串接電流表接地，另一輸入端懸空，記錄電流表讀數(shù)即為 IIL。記錄：?jiǎn)蝹€(gè)門 IIH= 圖 16 圖 17 圖 18 圖 19 三態(tài)門應(yīng)用電路 OC 與非門實(shí)現(xiàn)線與功能 1) 調(diào)節(jié)上拉電阻 RP，使 74LS22 正常驅(qū)動(dòng) 6 個(gè)反相器（ 74LS04），其中 VCC=5V，記錄的 RPmin范圍 的數(shù)值 。在門的輸入端分別加不同頻率的方波信號(hào)（例如 f1=5KHz 及 f2=100Hz），觀察并記錄輸出 F 的波形。 掌握數(shù)據(jù)選擇器的邏輯功能和它的測(cè)試方法。 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 74LS151 2 3 74LS04 1 4 74LS00 1 三、實(shí)驗(yàn)原理 數(shù)據(jù)選擇功能是指通過(guò)選擇，把多個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳送到唯一的公共數(shù)據(jù)通道上。它可被看作一個(gè)多輸入、單輸出的單刀多擲開關(guān)，所以數(shù)據(jù)選擇器也可以稱為多路開關(guān)，是又一 種重要的組合邏輯部件。 本實(shí)驗(yàn)采用的邏輯器件為 TTL 的 74LS151，它為互補(bǔ)輸出的 8 選 1 數(shù)據(jù)選擇器，外形為雙列直插，引腳排列如圖 21 所示，邏輯符號(hào)如圖 22 所示。 74LS151 的功能表見表 21。 用 8 選 1 數(shù)據(jù)選擇器 74LS151 設(shè)計(jì) 3 輸入多數(shù)表決電路。 （ Di=0 或 1） 實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，如圖 23 所示 圖 23 并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 圖 五、實(shí)驗(yàn)思考 怎樣用 一 塊 74LS151 構(gòu)成 16 選 1 電路 ？ 18 實(shí)驗(yàn)三 全加器應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握 74LS283 全加器的邏輯功能和特點(diǎn)。 學(xué)習(xí)全加器的應(yīng)用。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。執(zhí)行這種運(yùn)算的器件稱為全加器。它有兩組 4 位二進(jìn)制數(shù)輸入 A4 A3 A2 AB4 B3 B2 B1，一個(gè)向最低位的進(jìn)位輸入端 CI，有一組二進(jìn)制數(shù)輸出 S4S3S2S1，一個(gè)最高位的進(jìn)位輸出端 C4，算術(shù)加法運(yùn)算關(guān)系式見上所列。 （ 1）兩個(gè) 4 位二進(jìn)制數(shù)相加 因?yàn)?74LS283 本身是全加器，所以可以直接進(jìn)行 4 位二進(jìn)制數(shù)加法，例如令：A4 A3 A2A1=1000， B4 B3 B2 B1=1001， CI=0，則輸出為 C4S4S3S2S1=10001。 19 （ 2）兩個(gè) 4 位二進(jìn)制數(shù)相減 兩個(gè) 4 位二進(jìn)制數(shù)相減可以看做兩個(gè)帶符號(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。例如 63（原碼 01100011）轉(zhuǎn)化為補(bǔ)碼相加 0110+1101=10011 這里 C4=1，結(jié)果為正數(shù)，補(bǔ)碼 0011 等于原碼，即結(jié)果為 +3；而 36（原碼 00110110）轉(zhuǎn)化為補(bǔ)碼相加 0011+1010=01101 這里 C4=0，結(jié)果為負(fù)數(shù)，補(bǔ)碼 1101 還要再求補(bǔ)一次才能得到正確的原碼， 1101 求補(bǔ)為 0011，即結(jié)果為 3。邏輯電路見圖 33。 74LS04 引腳排列如圖 36 所示，邏輯符號(hào)如圖 37 所示。分別用 17 個(gè)開關(guān)表示輸入 A、 B 及 CI，這 17 個(gè)開關(guān)按次序從左到右代表 A8A7A6 A5 A4 A3A2 A B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B CI，輸出分別接 9個(gè) 指示燈，也是按次序從左到右代表 C8S8S7S6S5S4S3S2S1。依此改變 A，觀察指示燈的變化，記錄： 表 32 8421BCD 碼 余 3 碼 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 實(shí)現(xiàn)兩個(gè) 4 位二進(jìn)制數(shù)的減法 直接利用 74L