电子实验指导书.doc
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1、 数 字 电 路实验指导书福州大学物信学院电子信息工程系目 录第一章 数字电路实验的基本知识 11.1 数字集成电路 11.2 数字实验 . 2第二章 数字电路实验. 7实验一 常用电子仪器的使用.7实验二 门电路的逻辑功能测试及功能转换 .9实验三 SSI组合逻辑电路的设计 .13实验四 MSI组合逻辑电路的设计 .16实验五 时序逻辑电路的设计 .19实验六 555集成定期器及其应用 .21第三章 数字电路课程设计 .23课程设计1:交通灯逻辑控制电路设计 .23课程设计2:十翻二运算电路设计 .29课程设计3:数字电子钟逻辑电路设计 .34附录 部分集成电路引脚图.37第一章 数字电路实
2、验的基本知识1.1 数字集成电路数字电路分集成电路(ICIntegrated Circuit)和分立元件两种。分立元件是将晶体管、电阻等元器件用导线在线路板上连接起来的电路;而集成电路则是将上述元器件和导线通过半导体制造工艺做在一块硅片上而成为一个不可分割的整体电路。数字集成电路就是完毕数字逻辑功能的集成电路。集成电路按集成度可分为小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。实验中经常用的是中、小规模集成电路,小规模集成电路重要是一些门电路,中规模集成电路重要是数据选择器、计数器等数字电路。中、小规模数字电路常见的是TTL电路和C
3、MOS电路。实验中重要采用TTL的74系列电路作为实验用器件。数字IC器件有多种封装方式,为了教学方便,在实验中所用的74系列器件封装选用双列直插器件。下图1.1.1是双列直插封装的正面示意图。14 13 12 11 10 9 81 2 3 4 5 6 7 图1.1.1 双列直插式封装图双列直插封装有以下特点:1 从左面看,器件一端有一个半圆的缺口,这是正方向的标志。缺口下边的引脚号为1,引脚号按逆时针方向增长,图中的数字表达引脚号。双列直插封装IC引脚个数有14、16、20、24和28等。2双列直插封装器件有两列引脚。引脚之间的间距为2.54mm,两列引脚之间距离有宽(15.24mm)、窄(
4、7.62mm)两种。两列引脚之间的距离可以做较小改变,但引脚间距不能改变。将器件插入实验台上的插座中去或者从插座中拔出时要小心,不要将器件引脚搞弯或折断。374系列器件一般在右下角的最后一个引脚是GND,左上角的引脚Vcc。例如,14引脚器件引脚7是GND,引脚14是Vcc;20引脚器件引脚10是GND,引脚20是Vcc。但也有例外的,所以使用IC时要先看清引脚图,找对电源和地,避免因接线错误导致器件损坏。注意:不能带电拔、插器件,拔、插器件只能在关断电源的情况下进行。1.2 数字实验随着集成电路的广泛应用,一般采用的实验方案使用接插式通用底板和双列直插式集成元件,通过接插的方式进行实验。12
5、1 实验准备实践证明,实验前的准备工作做得是否充足,对实验能否顺利完毕以及能否从实验中有所收获有很大影响。为了体现准备工作是否充足,一般规定实验前书写实验预习报告。预习报告不同于正式报告,没有规定的书写格式和规定,只要自己看得懂就行了。规定尽也许简洁、思绪清楚、一目了然,内容以实验电路图(实验电路图就是在逻辑图的输入输出端注上器件的管脚排列序号)为主,附以简要的文字说明和记录结果数据的图表。根据验证性实验和设计性实验的不同,准备的侧重点和规定有所不同。1验证性实验验证性实验指实验内容、实验电路等大多是预先指定的。对这类实验,实验者要预先弄情实验目的和具体规定,对实验结果、实验中也许出现的现象、
6、预先做出分析和估计。2设计性实验设计性实验指根据实验目的及具体规定,由设计者自己设计电路以及实验的具体环节,这类实验可培养学生独立设计能力,做这类实验前要注意以下几点:(1)熟悉所使用器件的逻辑功能、使用条件和引脚图;(2)进实验室前按规定设计好实验电路,并画出实验电路图。122 实验过程一、电路的连接1插IC器件(1)一方面要认清方向,凹槽朝左,引脚按逆时针排列,1脚在左侧第一个位置。注意不要插反,否则一接电源就会烧坏IC器件。(2)将IC器件插到底板上时要注意对准,引脚间隔与底板插孔间隔相同,插入时用力要轻,不要一下子插紧,待拟定管脚和插孔位置一致后,再稍用力插牢,以防IC器件管脚弯曲或折
7、断。2布线(1)导线规定布线用的导线直径应和通用底板插孔直径相一致,不宜太粗或过细;导线最佳用色线以区别不同用途。导线的剥头一般以57mm为宜,剥头不允许弯曲。(2)布线顺序布线最佳有顺序地进行,以免导致漏接。布线时先将固定电平的端点接好,如电源线、地线、门电路的多余端或实验过程中始终不改变的输入端等,这些连线要尽也许短一些;然后按信号流向顺序布线。(3)布线规定A布线长度不宜太长,最佳贴近底板;B避免导线互相交叉,更不要覆盖插孔,切忌导线跨越器件的上空;C一个插孔只能插一根导线,不允许插两根导线;D对的布线的底板应使电路清楚、整洁,这样不仅会提高电路的可靠性,也便于检查和排除故障、更换器件等
8、;E在接实验电路之前,要对所有器件进行功能验证,保证所有器件都是有效的,这一步对实验的顺利进行至关重要,不可忽略;F对于大型实验,使用器件较多,这时可以把实验分为若干独立的部分,逐个布线、调试,最后再连接起来调试运营;G为防止干扰,每用6个集成器件,电源线要加接一个110F的旁路电容通地。二、电路测试及其故障排除1数字电路测试数字电路测试大体上分为静态测试和动态测试两部分。静态测试是给定数字电路若干组静态输入值,测试数字电路的输出值是否对的。数字电路线路接好以后,把线路的输入接电平开关输出,线路的输出接电平指示灯,按功能表或状态表的规定,改变输入状态,观测输入和输出之间的关系是否符合设计规定。
9、在静态测试的基础上,按设计规定在输入端加动态脉冲信号,观测输出端波形是否符合设计规定,这是动态测试。我们所涉及的大多只是静态测试。2数字电路的故障查找和排除在实验中,当电路不能完毕预期的逻辑功能时,就称电路有故障。导致故障的因素是多方面的,大体可归纳为以下几个方面:器件故障、接线错误、设计错误和测试方法不对的。(1)器件故障 器件故障是器件失效或器件接插问题引起的故障,表现在器件工作不对的,如实验IC器件使用不妥、错误应用或功能不正常,实验仪器(实验箱)或通用底板不正常。为防止器件失效,规定接插器件时一定要注意凹槽朝左,先对齐再用力,使用之前先进行功能验证。(2) 连线错误连线错误是常见的错误
10、,据有人记录,在教学实验中,约有70以上的故障是由接线错误引起的。A连线错误因素忘掉接器件的电源和地;连线与插孔接触不良;连线经多次使用后,有也许外面塑料包皮完好,但内部线断;连线多接、漏接、错接;连线过长、过乱导致干扰。B接线错误现象接线错误导致的现象多种多样,例如器件的某个功能块不工作或工作不正常,器件不工作或发热,电路中的一部分工作状态不稳定等。C解决方法a熟悉器件的功能及其引脚号,知道器件每个引脚的功能;b器件的电源和地一定要接对、接好,检查连线和插孔接触是否良好;c检查有无错接、多接、漏接,检查连线中有无断线。重要的是连线前要画出电路连接图,按图连接,不要凭记忆随想随接;接线时要规范
11、、整齐,尽量走直线、短线,以免引起干扰。(3)设计错误电路设计错误自然会导致与预想的结果不一致,因素是对实验规定没有理解透,或者对所用器件的原理没有掌握,或者是实验电路自身所固有的如组合电路的冒险现象。这就规定在设计时要理解实验规定,掌握实验线路原理,精心设计。初始设计完毕后一般应对设计进行优化,最后画出逻辑图及接线图。(4)测试方法不对的若不发生前三者错误,实验一般会成功。但测试方法不对的也会引起观测错误。例如,一个稳定的波形,用示波器观测,而示波器没有同步,则导致波形不稳的假象。因此要学会对的使用仪器、仪表,特别是示波器的应用。在完毕布线后,对所有的连线复查一遍是有益的。简朴检查电源和地是
12、否接好,输入能否加到实验电路上,输出能否显示等。当实验中发现结果与预期不一致时,应仔细观测现象,冷静思考问题所在。(1)一方面检查仪器、仪表是否对的使用;(2)在对的使用仪器、仪表的前提下,按逻辑图和接线图逐级查找问题所在。通常从发现问题的地方,一级一级向前测试,测试电路的输入、输出点的01状态,直到找到故障的初始发生位置;(3)在故障的初始处,一方面检查连线是否对的,确认无误后,检查器件引脚是否所有对的插进插座中,有无引脚折断、弯曲、错插问题;(4)确认无上述问题后,取下器件测试,以检查器件好坏,或者直接换一个好器件;(5)若器件和连线都对的,则需要考虑设计问题。123 实验报告实验结束后需
13、要撰写实验报告,这是一项重要的基本功训练,绝不是一种形式上的需要。通过撰写实验报告,回顾实验过程、总结实验结果、加深对基本理论的结识和理解。实验报告要写在规定的报告纸上,所有的图形、表格都必须用直尺、曲线板绘制。报告的内容重要涉及以下几个部分:1实验目的;2实验仪器、器件;3实验内容、环节、线路,涉及方框图、状态图或真值表、文字说明逻辑图等;4实验数据记录;5实验结果分析讨论、心得体会等。第二章 数字电路实验实验一 常用电子仪器的使用一、实验目的1 了解AEDK-labDEC型数字电路实验箱的结构,并掌握它的使用方法2 掌握RIGOL-DS1042C型示波器测量各种脉冲波形参数的使用方法3 了
14、解和熟悉集成电路器件的引线排列及其使用方法4 熟悉门电路的逻辑功能及其测试方法二、实验仪器1 AEDK-labDEC型数字电路实验箱2 RIGOL-DS1042C型示波器3 万用表4 器件:74LS00 2输入端四与非门 1片 74LS86 2输入端四异或门 1片三、实验内容1 观测示波器机内校准信号(Upp3V,f1KHz),调整示波器,使示波器屏幕上至少显示两个完整周期,垂直方向显示至少两格波形。画出脉冲波形并注明幅度、周期和脉宽。2 观测数字电路实验箱内脉冲源10KHz的输出脉冲信号波形。画出波形并注明幅度、周期和脉宽。3 用示波器测量数字电路实验箱的电压值,注意示波器用DC耦合方式,画
15、出波形并注明幅度。4 测量门电路的逻辑功能(1)将“与非门”74LS00插入实验箱芯片槽上(注意:凹口朝左),14脚接5V,7脚接地,并把两个输入端接实验箱的逻辑开关K1、K2,输出端接发光二极管(L1L12任意一个)。(2)按照表2.1.1不同的输入组合,记录相应的输出信号,结果填入表2.1.1。(3)按同样的方法,验证74LS86的逻辑功能,并记录,表格与2.1.1同。表2.1.1 与非门真值表 输入输出ABY00011011四、实验预习规定1 画出74LS00、74LS86的管脚图,列出实验内容的记录数据表格。五、实验报告规定1 用坐标纸画出实验内容1、2和3的脉冲波形,并注明幅度、周期
16、、占空比。274LS00、74LS86的管脚图,并列出功能表。实验二 门电路的逻辑功能测试及功能转换一、实验目的1 掌握门电路的逻辑功能及其测试方法2 掌握门电路之间的功能转换方法3 掌握特殊门电路的特性分析和设计二、 实验仪器和器件1 AEDK-labDEC型数字电路实验箱2 RIGOL-DS1042C型双踪示波器3 万用表4 器件:74LS00 2输入端四与非门 1片74LS86 2输入端四异或门 1片74LS125 三态输出的四总线缓冲门 1片三、实验内容1 测试与非门和异或门电路的逻辑功能;2 用三个与非门构成一个或门电路;3 用异或门构成非门电路;4 测试三个异或门构成电路的输出;5
17、 测试三态门的逻辑功能。6 测试用异或门和与非门构成电路的输出。四、实验过程及方法1 测试与非门和异或门电路的逻辑功能,注意所有门都得测(环节同实验一)。2 用与非门实现或门功能,测试电路如图2.2.1所示,测试结果记录于表2.2.1。3 用异或门实现非门功能。自拟函数式、电路图和登记表格,完毕测试。4 测试图2.2.2三个异或门构成电路的输出,结果填入表2.2.2。YBA5421111ABY图2.2.1 与非门实现或门测试电路 图2.2.2 异或门测试电路表2.2.1 与非门实现或门测试输出输入输出ABY00011011表2.2.2 异或门电路测试输出输入输出1245ABY000011001
18、011100100015 测试三态门的逻辑功能(1)三态门74LS125低电平有效,当时导通,时截止处在高阻态。结果填入表2.2.3。(2)功能分析。当时,三态门截止处在高阻态,输出状态由1B端的输入拟定,如图2.2.3所示,分别测当1B1和1B=0时,Z的输出电压(用示波器测)。表2.2.3 三态门功能表输入输出AY0011010Z1A 1Y 1 1G 1A 1Y1B 1G 174LS12574LS0010Z1A 1Y 1 1G 1A 1Y1B 1G 174LS12574LS000图2.2.3 三态门逻辑功能分析6 测试图2.2.4异或门和与非门构成电路的输出,结果填入表2.2.4。表2.2
19、.4 图2.2.4电路测试输出ABCSD000001010011100101110111五、实验预习规定1复习门电路的逻辑功能并写出逻辑函数表达式。2熟悉所用集成电路的引线位置及各引线用途并画出管脚图(参附录)。3画好实验用电路图和表格。六、实验报告规定1 列出各逻辑门的功能表,写出表达式并画逻辑图,标上管脚号。2 写出门电路转换的表达式,画出转换电路图,给出测试数据。3回答问题:(1)如何判断门电路逻辑功能是否正常?(2)若与非门一个输入端接连续脉冲,其余端什么状态时允许脉冲通过?什么状态时严禁脉冲通过?(3)异或门又称可控反相器,为什么?(4)试分析三态门的输出结果。实验三 SSI组合逻辑
20、电路的设计一、实验目的掌握用SSI构成组合逻辑电路的设计方法和功能测试方法二、实验仪器1AEDK-labDEC型数字电路实验箱 2万用表3器件:74LS00 2输入端四与非门 2片74LS86 2输入端四异或门 1片三、实验原理用SSI设计组合逻辑电路的一般方法:(1) 分析设计规定,拟定输入和输出变量,并拟定其逻辑关系;(2) 列真值表;(3) 画卡诺图化简,写出逻辑表达式;(4) 画逻辑图,拟定元器件清单;(5) 组装电路;(6) 测试功能是否符合设计规定。四、实验内容1 用八个二输入与非门设计4人表决电路。当四个输入端中有三个以上“1”时,输出为“1”,规定采用八个二输入与非门进行设计。
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