数字逻辑电路实验实习31页word.docx

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数字逻辑电路实验实习31页word

　实验指导

第1章数字逻辑电路实验常识

1.1、数字逻辑电路实验的一般要求

实验是数字逻辑电路课程重要的数学环节，通过实验不仅能巩固和加深理解所学的数字电子技术知识，更重要的是在建立科学实证思维方面，在掌握基本的测试手段和方法上，在电平检测，波形测绘、数据处理方面，为学生毕业后的岗位工作起到打基础的作用。

尽管各个实验的目的和内容不同，但为了培养良好的学风，充分发挥学生的主观能动作用，促使其独立思考、独立完成实验并有所创新，我们对实验前、实验中和实验后分别提出如下基本要求：

1.1.1、实验前的要求

（1）认真阅读实验指导书，明确实验目的要求，理解实验原理，熟悉实验电路及集成芯片，拟出实验方法和步骤，设计实验表格。

（2）完成实验指导书中有关预习的相关内容。

（3）　初步估算（或分析）实验结果（包括各项参数和波形），写出预习报告。

1.1.2、实验中的要求

（1）参加实验者要自觉遵守实验室规则。

（2）严禁带电接线、拆线或改接线路。

（3）根据实验内容合理分置实验现场。

准备好实验所需的仪器设备和装置并安放适当。

按实验方案，选择合适的集成芯片，连接实验电路和测试电路。

（4）要认真记录实验条件和所得各项数据，波形。

发生小故障时，应独立思考，耐心排除，并记下排除故障过程和方法。

实验过程中不顺利，并不是坏事，常常可以从分析故障中增强独立工作的能力。

相反，实验“一帆风顺”不一定收获大，能独立解决实验中所遇到的问题，把实验做成功，收获才是最大的。

（5）发生焦味、冒烟故障，应立即切断电源，保护现场，并报告指导老师和实验室工作人员，等待处理。

（6）实验结束时，可将记录结果送有关指导老师审阅签字。

经老师同意后方可拆除线路，清理现场。

（7）室内仪器设备不准随意搬动调换，非本次实验所用的仪器设备，未经老师允许不得动用。

没有弄懂仪器设备的方法前，不得贸然使用。

若损坏仪器设备，必须立即报告老师，作书面检查，责任事故要酌情赔偿。

（8）实验要严肃认真，要保持安静，整洁的实验环境。

1.1.3、实验后的要求

实验后要求学生认真写好实验报告

1、实验报告的内容

（1）实验目的

（2）列出实验的环境条件，使用的主要仪器设备的名称编号，集成芯片的型号、规格、功能。

（3）扼要记录实验操作步骤，认真整理和处理测试的数据，绘制实验原理电路图和测试的波形，并列出表格或用坐标纸画出曲线。

（4）对测试结果进行理论分析，作出简明扼要的结论。

找出产生误差的原因，提出减少实验误差的措施。

（5）记录产生故障情况，说明排除故障的过程和方法。

（6）写出本次实验的心得体会，以及改进实验的建议。

2、实验报告的要求

文理通顺、书写简洁、符号标准、图表规范、讨论深入、结论简明。

1.2、常用数字集成芯片的识别与主要性能参数

1.2.1、集成电路的型号命名法

集成电路现行国际规定的命名法如下：

（摘自《电子工程手册系列丛书》A15，《中外集成简明速查手册》TTL，CMOS电路以及GB3430）器件的型号由五部分组成，各部分符号及意义见表B1.1

表B1.1器件型号的组成

1.2.2、数字集成电路的分类

目前，已经成熟的集成逻辑技术主要有三种：

TTL逻辑（晶体管－晶体管逻辑），CMOS逻辑（互补金属氧化物-半导体逻辑）和ECL逻辑（发射极耦合逻辑）。

1、TTL逻辑：

TTL逻辑于1964年由美国德克萨斯仪器公司生产，其发展速度快，系列产品多。

有速度和功耗折中的标准型；有改进型，高速的标准肖特基型；有改进型、高速及低功耗的肖特基型。

所有的TTL电路的输入、输出均是兼容的。

2、CMOS逻辑：

CMOS逻辑的特点是功耗低，工作电源电压范围宽，速度快（可达7MHZ）。

CMOS逻辑有CC400系列，CC4500系列和54/74HC（AC）00系列。

3、ECL逻辑：

ECL逻辑的最大特点是工作速度高。

因为在ECL电路中数字逻辑电路形式采用非饱和型，消除了三极管的存储时间，大大加快了工作速度。

MECLI系列是由美国摩托罗拉公司于1962年生产的。

后来又生产了改进型的MECL

，MECL

型及MECL10000。

以上几种数字逻辑电路的有关参数见表B1.2所示

表B1.2　　几种逻辑电路的参数比较

　　4、集成电路外引线的识别

使用集成电路前，必须认真查对识别集成电路的引脚，确认电源、地、输入、输出、控制等端的引脚号，以免因接错而损坏器件。

引脚排列的一般规律为：

圆形集成电路：

识别是，面向引脚正视，从定位销顺时针方向依次为1.2.3……如图B1.1（a）。

圆形多用于集成运放等电路。

扁平和双列直插型集成电路：

识别时，将文字，符号标记正放（一般集成电路上有一圆点或有一缺口，将圆点或缺口置于左方），由顶部俯视，从左下脚起，按逆时针方向数，依次1.2.3……如图B1.1（

）。

扁平型多用于数字集成电路。

双列直插型广泛用于模拟和数字集成电路。

图B1.1（a）（b）集成电路外引线的识别

1.2.3　　CMOS数字集成电路标准系列――4000系列

1、推荐工作条件

电源电压范围：

A型3～15V；B型3～18V

工作温度：

陶瓷封装－55～＋125°C　；塑料封装－40～＋85°C

2、极限参数：

电源电压V

：

－0.5～20V；输入电压U：

－0.5～V

＋0.5V

输入电流I：

10mA　　　　；允许功耗Pd：

200mW

保存温度Td：

－65～＋150°C

3、常用4000系列集成芯片的型号与功能

型号

功能

型号

功能

4008B

4位二进制并行进位全加器

4049UB

六反相缓冲/变换器

4009UB

六反相缓冲/变换器

4060B

14位二进制计数/分配器

40011B/UB

四2输入与非门

4066B

四双向模拟开关

4012B/UB

双四输入与非门

4071B

四2输入或门

4013B

双D触发器

4076B

4位D寄存器

4017B

十进制计数/分配器

4081B

四2输入与门

4023B/UB

三3输入与非门

4098B

双单稳态触发器

4026B

十进制计数器/7段译码器

40110

十进制加/减计数器/7段译码器

4027B

双JK触发器

40147

10－4线编码器

4046B

锁相环

4033B

十进制计数器/7段译码器

40160/162

可预置BCD计数器

40192

可预置BCD加/减计数器

40161/163

可预置4位二进制计数器

40193

可预置4位二进制加/减计数器

40174

六D触发器

40194/195

4位并入/串入一并出/串出移位寄存器

40175

四D触发器

40104B

4位双向移位寄存器

1.2.4、CMOS数字集成电路扩展系列――4500系列

1、推荐工作条件：

电源电压范围：

3～18V；工作温度：

陶瓷封装－55～＋125°C；塑料封装－44～＋85°C

2、4500系列的极限参数：

电源电压V

：

－0.5～18V；输入电压U：

－0.5V

＋0.5V

输入电流Ii:

10mA；允许功耗：

180mW

保存温度－65～＋150°C

3、常用4500系列集成芯片的型号和功能

型号

功能

型号

功能

4502B

三态六反相缓冲器

4528B

双单稳态触发器

4510B

可预置BCD加/减计数器

4532B

8位优先编码器

4511B/4513B

锁存/7段译码/驱动器

4543B/4544B

BCD锁存/7段译码/驱动器

4512B

三态8通道数据选择器

4581B

4位算术逻辑单元

4516B

可预置4位二进制加/减计数器

4585B

4位数值比较器

4518B

双BCD同步加法计数器

4590

独立4位锁存器

4526B

可预置4位二进制1/N计数器

4599B

8位可寻址锁存器

1.2.5、COMS数字集成电路高速系列－74HC（AC）00系列

1、在54/74HC（AC）00系列中，54系列是军用产品，74系列是民用产品，两者的不同点只是特性参数有差异，两者的引脚位置和功能完全相同。

2、74HC（AC）00系列推荐工作条件：

电源电压范围：

2～6V；工作温度：

陶瓷封装－55～＋125°C，塑料封装-40～＋85°C

3、74HC（AC）00系列的极限参数：

电源电压V

：

－0.5～＋7V；输入电压Vi：

－0.5～V

＋0.5V

输出电压U0:

-0.5～V

＋0.5V；输出电流I。

：

25mA

允许动耗Pd：

500mW；保存温度：

－65～＋150°C

4、关于用HC（AC）CMOS直接替代TTL的问题：

一个由TTL组成的系统全部用高速CMOS替换是完全可以的。

但若是部分由高速CMOS替换，则必须考虑它们之间的逻辑电平达配问题。

由于TTL的高电平输出电压较低（2.4～2.7V），而高速CMOS要求的高电平输入电压为3.15V，因此必须设法提高TTL的高电平输出电压才能配接。

方法是，在TTL输出端加接1个连接电源的上拉电阻。

如果TTL本身是OC门，则已有上拉电阻，这时就不需再接上拉电阻了。

另一个应注意的问题：

TTL电路输入端难免出现输入端悬空的情况，TTL电路的输入端悬空相当于接高电平，而CMOS电路的输入端悬空可能是高电平，也可能相当于低电平。

由于CMOS的输入阻抗高，输入端悬空带来的干扰很大，这将引起电路的功耗增大和逻辑混乱。

因此，对于CMOS电路，不用的输入端必须接Vdd或接地；以免引起电路损坏。

5、常用54/74HC（AC）00系列芯片的型号和功能。

型号

功能

型号

功能

74HC00/AC00

四2输入与非门

74HC74/AC74

双D触发器

74HC04/AC04

六反相器

74HC75/77

4位D锁存器

74HC10

三3输入与非门

74HC76

双JK触发器

74HC20

双4输入与非门

74HC86

四2输入异或门

74HC21

双4输入与门

74HC90

二进制加五进制计数器

74HC30

8输入与非门

74HC95

4位左/右移位寄存器

74HC48

BCD－7段译码器

74HC107/109

双JK触发器

74HC353

双4－1多路转换开关

74HC154

4线－16线译码器

74HC160/162

同步十进制计数器

74HC161/163

四位BCD码同步计数器

74HC190/192

同步十进制加/减计数器

74HC191/193

同步二进制加/减计数器

1.2.6、TTL数字集成芯片

1、推荐工作条件：

电源电压Vcc：

＋5V；工作环境温度：

54系列－55～125°C；74系列0～70°C

2、极限参数：

电源电压：

7V；输入电压U：

54系列5.5V，74LS系列：

7V

输入高电平电流

：

20μA；输入低电平电流

：

－0.4mA

最高工作频率：

50MHZ；每门传输延时：

8nS

储存温度：

－60～＋150°C

3、常用74LSxx系列集成芯片型参与功能

功能

集成芯片型号

功能

集成芯片型号

同步＋进制计数器

74LS160/162

双2线－4线译码器

74LS139/155/156

同步＋进制加/减计数器

74LS168/190/192

BCD7段译码器

74LS48/49/247/248

同步4位二进制计数器

74LS161/163

8线－1线数据选择器

74LS151

同步4位二进制加/减计数器

74LS169/191/193

双4线－1线数据选择器

74LS153/253/353

二、五混合进制计数器

74LS196/290

16线－1线数据选择器

74LS150

4位二进制计数器

74LS177/197/293

双D触发器

74LS74

双4位二进制计数器

74LS393

双J－K主从触发器

74LS112/114/113/73

4线－16线译码器

74LS154

4位算术逻辑单元

74LS381/181

4线－10线译码器

74LS42

六反相器

74LS04

3线－8线译码器

74LS138

四2输入与非门（OC）

74LS03

4、常用CMOS4000，CMOS54/74HC，TTL541/74LS技术参数比较（见表B1.3）

表B1.3　常用CMOS4000、CMOS54/74HC、TTL芯片技术参数比较　　

1.3、常用实验测量仪器

1.3.1、示波器及其应用

示波器是近代电子科学领域的重要测量仪器，也是其他许多领域广泛使用的测量工具。

示波器不仅能直接观察电压（或电流）的波形，而且能测量电压、频率、相位等参数，也可以利用传感器将各种非电量（如温度、压力、位移、热量、磁感应强度、照度等）转换为电参数然后，利用示波器进行观察和测量。

现以YB4320/20A/40双踪示波器为例（其面版见图1.2所示），介绍示波器的一般使用方法。

图B1.2　YB4320/20A/40/60前面板示意图　　

一、YB4320/20A/40/60型双踪示波器旋钮和开关的功能

A、电源及示波管控制系统

交流电源插座，该插座下端装有保险丝管。

（1）电源开关（POWER）：

按键弹出即为“关位置”。

按下为“开”位置。

（2）电源指示灯：

电源按通时，指示灯亮。

（3）亮度旋钮（INTENSITY）；顺时针方向旋转，亮度增强。

（4）聚焦旋钮（FOSUS、）：

用来调节光迹及波形的清晰度。

（5）光迹旋转旋钮（TRACE　ROTATION）：

用于调节光迹与水平刻度线平行。

（6）刻度照明旋钮（SCALE　　ILLUM）：

用于调节屏幕刻度亮度。

　　B垂直系统。

（30）通道1输入端[CH1　　INPUT　（X）]：

用于垂直方向输入。

在X－Y方式时输入端的信号成为X信号。

（22）（29）、交流――接地――直流　　耦合选择开关（AC－GND－DC）选择垂直放大器的耦合方式。

交流（AC）：

垂直输入端由电容器来耦合

接地（GND）：

放大器的输入端接地

直流（DC）：

垂直放大器输入端与信号直接耦合。

（26）（33）：

衰减开关（VOLT/DIV）：

用于选择垂直偏转灵敏度的调节。

如果使用的是

10：

1探头。

计算时将幅度×10。

（25）（32）：

垂直微调旋钮（VARIBLE）垂直微调用于连续改变电压偏转灵敏度。

此旋钮在正常情况下，应位于顺时针方向旋到底的位置。

将旋钮逆时针方向旋到底垂直方向的灵敏度下降到2.5倍以上.

（20）（36）：

CH1×5扩展，CH2×5扩展（CH1×5MAG，CH2×5MAG），按下×5扩展键，垂直方向的信号扩大5倍，最高灵敏度为1mv/div。

（23）（35）：

垂直移位（POSITION）调节光迹在屏幕中的垂直位置。

垂直方式工作按钮（VERTICALMODE）垂直方向的工作方式选择。

（34）：

通道1选择（CH1）：

屏幕上仅显示CH1的信号。

（28）：

通道2选择（CH2）：

屏幕上仅显示CH2的信号。

（34）（28）：

双踪选择（DVAL）：

同时按下CH1和CH2按钮，屏幕上会出现双踪并自动以断续或交替方式同时显示CH1和CH2的信号。

（31）：

叠加（ADD）：

显示CH1和CH2输入电压的代数和。

（21）：

CH2极性开关（INVERT）：

按此开关时CH2显示反相电压值。

C水平方向部分。

（15）：

扫描时间因数选择开关（TIME/DIV）：

共20档。

在0.1μs/div~0.2s/div范围选择扫描速率。

（11）：

X—Y控制键。

选择X—Y工作方式时，垂直偏转信号接入CH2输入端，水平偏转信号接入CH1输入端。

（23）：

通道2垂直移位键（POSITION）：

控制通道2信号在屏幕中的垂直位置，当工作在X—Y方式时，该键用于Y方向的移位。

（12）：

扫描微调控制键（VARIBLE）：

此旋钮以顺时针旋转到底时处于校准位置，扫描由Time/Div开关指示。

该旋钮逆时针方向旋转到底，扫描减慢2.5倍以上。

正常工作时，该旋钮位于“校准”位置。

（14）：

水平移位（POSITION）：

用于调节轨迹在水平方向移动。

顺时针方向旋转，光迹右移，逆时针方向旋转，光迹左移。

（9）：

扩展控制键（MAG×5）、（MAG×10,仅YB4360）按下去时,扫描因数×5扩展或×10扩展.。

扫描时间是Time/Div开关指示数值的1/5或1/10。

例如，用×5扩展时，100μs/Div为20μs/Div。

部分波形的扩展：

将波形的尖端移到水平尺寸的中心，按下×5或×10扩展按钮，波形将扩展5倍或10倍。

（8）：

ALT扩展按钮（ALT—MAG）：

按下此键，扫描因数×1；×5或×10同时显示。

此时要把放大部分移到屏幕中心，按下ALT—MAG键。

扩展以后的光迹可由光迹分离控制键（13）移位距×1光迹1.5div或更远的地方。

同时使用垂直双踪方式和水平ALT—MAG可在屏幕上同时显示四条光迹。

D.触发（TRIG）

（18）：

触发源选择开关（SOVRCE）：

选择触发信号源。

内触发（INT）：

CH1或CH2上的输入信号是触发信号。

通道2触发（CH2）：

CH2上的输入信号是触发信号。

电源触发（LINE）：

电源频率成为触发信号。

外触发（EXT）：

触发输入上的触发信号是外部信号，用于特殊信号的触发。

（43）：

交替触发（ALTTRIG）：

在双踪交替显示时，触发信号交替来自于两个Y通道，此方式可用于同时观察两路不相关的信号。

（19）：

外触发输入插座（EXTINPVT）：

用于外部触发信号的输入。

（17）：

触发电平旋钮（TRIGLEVEL）：

用于调节被测信号在某一电平触发同步。

（10）：

触发极性按钮（SLOPE）：

触发极性选择。

用于选择信号的上升沿和下降沿触发。

（16）：

触发方式选择（TRIGMODE）：

自动（AUTO）：

在自动扫描方式时，扫描电路自动进行扫描。

在没有信号输入或输入信号没有被触发同步时，屏幕上仍然可以显示扫描基线。

常态（NORM）：

有触发信号才能扫描，否则屏幕上无扫描线显示。

当输入信号频率低于20HZ时，用常态触发方式。

（41）：

Z轴输入连接器（后面板）（ZAXTSINPVT）：

Z轴输入端。

加入正信号时，辉度降低；加入负信号时，辉度增加。

常态下的5VP-P的信号能产生明显的辉度调节。

（39）：

通道1输出（CH1OVT）：

通道1信号输出连接器，可用于频率计数器输入信号。

（7）：

校准信号（CAL）：

电压幅度为0.5VP-P频率为1KHZ的方波信号。

（27）：

接地柱⊥：

接地端。

二．YB4320/20A/40/60型双踪方波器的基本操作方法

1．电源和扫描

（1）确认所用市电电压在198V~242V。

确保所用保险丝为指定的型号。

（2）断开“电源”开关，把电源开关（POWER）弹出即为“关”位置。

将电源线接入。

（3）设定各个控制键在下列相应位置：

亮度（INTENSITY）：

顺时针方向旋转到底；聚焦（FOCUS）：

中间；垂直移位（POSITION）：

中间（×5）键弹出；垂直方式：

CH1；触发方式（TRIGMODE）：

自动（AUTO）；触发源（SOVRCE）：

内（INT）；触发电平（TREGLEVEL）：

中间；时间/格（Time/Div）：

0.5μs/div；水平位置：

X1（×5MAG）（×10MAG）均弹出。

（4）接通“电源”开关，大约15S后，出现扫描光迹。

2．聚焦

（1）调节“垂直位移”旋钮，使光迹移至荧光屏观测区域的中央。

（2）调节“辉度（INTENSITY）旋钮”将光迹的亮度调至所需要的程度。

（3）调节“聚焦（FOCUS）旋钮”，使光迹清晰。

3．加入触发信号

（1）将下列控制开关或旋钮置于相应的位置：

垂直方式：

CH1；AC—GND—DC（CH1）：

DC；V/DIV（CH1）：

5mv；

微调（CH1）：

（CAL）校准：

耦合方式：

AC；触发源：

CH1

（2）用探头将“校正信号源”送到CH1输入端。

（3）将探头的“衰减比”旋转置于“×10”档位置，调节“电平”旋钮使仪器触发。

三．YB4320/20A/40/60型双踪方波器的测量操作方法。

1．电压测量

（1）电压的定量测量。

将“V/DIV”微调置于“CAL”位置，就可以进行电压的定量测量。

测量值可由下列公式计算后得到：

用探头“×1位置”进行测量时，其电压值为：

V=V/DIV设定值×信号显示幅度（DIV）

用探头“×10位置”进行测量时，其电压值为：

U=V/DIV设定值×信号显示幅度（DIV）×10。

（2）直流电压测量。

该仪器具有高输入阻抗，高灵敏度和快速响应的优势，下面介绍测量过程：

①将“扫描方式”开关置“AUTO”（自动）位置，选择“扫描速度”使扫描光迹不发生闪烁的现象。

②将“AC—GND—DC”开关置“GND”位置，且将被测电压加到输入端。

扫描线的垂直位移即为信号的电压幅度。

如果扫描线上移，则被测电压相对地电位为正；如果扫描线下移，则该电压相对地电位为负。

电压值可用上面公式求出。

例如，将探头衰减比置于×10位置，垂直偏转因数（V/Div）置于“0.5v/div”,微调旋钮置于“CAL”位置，所测得的扫描光迹偏高5div。

根据公式，被测电压为：

0.5（V/DIV）×5（DIV）×10=25V

（3）交流电压测量。

调节“V/DIV”切换开关到合适的位置，以获得一个易于读取的信号幅度。

从下面图B1.3所示的图形中读出该幅度并用公式计算之。

图B1.3交流电压测量　　

当测量叠加在直流电压上的交流电压时,将”AC-GND-DC”开关置于DC位置时就可测出所包含直流分量的值.如果仅需测量交流分量,则将该开关置于“AC”位置。

按这种方法测得的值为峰—峰值电压（VP—P）。

正弦波信号有效值为：

例如，将探头衰减比置于×1的位置，垂直偏转因数（V/DIV）置“5v/div”位置，“微调”旋钮置于“校正（CAL）”位置，所测得波形峰一峰值为6格（见图B1.3所示）。

则UP—P=5（V/div）×6（div）=30V有效值电压为：

V=30/

=10.6（V）

2．时间测量

信号波形两点间的时间间隔可按下列公式进行计算：

时间（s）=（Time/DIV）设定值×对应于被测时间的长度（div）ד5倍扩展”旋钮设定值的倒数。

上式中：

置“Time/DIV”微调旋钮于CAL位置。

读取“Time/DIV”以及“×5倍扩展”旋钮设定值。

“×5倍扩展”旋钮设定值的倒数在扫描未扩展时为“1”，在扫描扩展时是“1/5”。

（1）脉冲宽度测量方法如下：

①调节脉冲波形的垂直位置，使脉冲波形的顶部和底部距刻度水平线的距离相等，如图B1.4所示

②调节“Time/DIV”开关到合适位置,使扫描信号光迹易于观测.

③读取上升沿和下降沿中点之间的距离,即脉冲沿与水平刻度线相交的两点之间的距离,然后用公式计算脉冲宽度.

例如图B1.4中“Time/DIV”设定在10μs/div位置，则有脉冲宽度

ta=10（μs/div）×2.5（div）=25（μs）

（2）

图B1.4脉冲宽度测量　　

脉冲上升（或下降）时间的测量方法如下：

①调节脉冲波形的垂直位置和水平位置，方法和脉冲宽度