《软件工程专业电路与电子技术》.docx

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《软件工程专业电路与电子技术》

实验一叠加定理

一、实验目的

1、熟悉仿真软件Multisim2011的基本用法；

2、通过实验加深理解和验证电路叠加定理；；

3、学会直流电压和直流电流的测量方法；

4、学会分析计算误差的方法。

二、实验仪器与器件

1、计算机

2、仿真软件Multisim2011

三、实验内容及步骤

1、熟悉和设置仿真软件Multisim2011

（1）启动Multisim2011仿真系统

（2）选择Options/Perfernces…菜单，设置软件运行环境

Multisim2001运行环境的设置主要包括以下几方面：

1页属性设置:

单击“选项”菜单中的“页属性”命令,可打开页属性设置页面。

如图1.1所示。

图1.1页属性设置

在“电路”选项卡的“颜色”选项组中，通过下拉按钮在系统预定的颜色方案中选择页面的颜色系列。

或者选中“自定义”，分别通过右侧的颜色框，对“背景”、“选择”、“导线”、“模型元件”、“非模型元件”和“虚拟元件”的颜色进行设置。

在“工作区”选项卡中，可进行“显示”和“图纸大小”的设置。

在“字体”选项卡中，可对电路中的标识文字样式进行设置。

2单击“选项”菜单中的“全局参数”命令，单击“零件”选项卡，可设置元件符号标准。

Multisim2011中有两套元件标准符号，一套是美国标准符号ANSI，另一套是欧洲标准符号DIN，勾选DIN标准，这种标准与我国标准接近，如图1.2所示。

图1.2符号标准的设置

其他选项均采用系统默认。

（3）放置电路元件及测量仪器

按照图1.3所示实验原理图，在设计窗口里搭接实验电路，参考连线如图1.4所示。

图1.4参考连线图

2、根据图1.3中给定参数计算理论值，填入表1.1中。

3、打开仪器仿真开关进行仿真。

4、测量下列3种情况下的各电流和电压值（注意数字万用表的表笔极性于实验电路中电流、电压参考方向的对应）。

将测量数据记录于表1.1中。

（4）电源Us1、Us2共同作用

（5）电源Us1单独作用时，即开关J1接Us1，开关J2接短路线。

（6）电源Us2单独作用时，即开关J1接短路线，开关J2接Us2。

表1.1叠加定理实验记录表

I1（mA）

I2（mA）

I3（mA）

U1（V）

U2（V）

计算

实测

计算

实测

计算

实测

计算

实测

计算

实测

Us1Us2共同作用

30

28

32

34

60

62

2.523

2.822

6.251

6.822

Us1=6V

Us2不作用

40

43

-8.100

-8.669

31

34

4

4.266

2

-1.734

Us2=10V

Us1不作用

-14

-14

40

43

30

28

-1.550

-1.445

8.930

8.555

误差Er

四、实验报告要求

1、将实验电路截图并标出电路名称。

2、根据表1.1中电流、电压的测量值，验证叠加定理

3、将理论计算值与实测值相比较，分析误差产生的原因。

五、思考题

1、用电流实测值及电阻标称值计算R1、R2、R3上消耗的功率，以实例说明功率能否叠加？

2、用实验方法验证叠加定理时，如果电源内阻不允许忽略，实验将如何进行？

实验二集成运放的应用

一、实验目的

1、熟悉仿真软件Multisim2011的基本用法及集成运放uA741的用法。

2、研究由集成运放组成的比例、加法、减法基本运算电路的功能。

3、研究电压比较器的功能，学习比较器传输特性的测试方法。

二、实验仪器与器件

1、计算机

2、仿真软件Multisim2011

三、实验内容及步骤

1、熟悉Multisim2011软件的运行环境及集成运放741的引脚排列。

启动Multisim2011仿真系统，单击“放置模拟元件”快捷图标，选择741运放元件，确定后在设计窗口中单击，得到如图2.1（a）所示的集成运放。

该运放有八个引脚其引脚排列如图2.1（b）所示，它是八个引脚的双列直插式集成片，2脚和3脚为反相和同相输入端，6脚为输出端，7脚和4脚为正、负电源端，通常VCC接+15V、VEE接-15V，管脚1和管脚5之间可接入一只几十千欧的电位器，并将滑动触头接到负电源端，8脚为空脚。

（a）（b）

图2.1741集成运放引脚排列

2、研究集成运放在线性区中的应用

（1）构成比例电路

图2.2比例电路连线图

1在电路设计窗口按照图2.2创建比例电路的实验电路。

2分别单击开关J1和J2，使两个输入端接地，观察输出的零漂电压。

（该零漂电压可通过1脚和5脚之间连接的可调电阻消除，但因为使用的仿真系统固化了集成片的参数，因而只能在实际系统中看到调零的效果）

3单击J2使运放的反相输入端接入直流电源V1，而同相输入端接地，这样就构成了反相比例电路。

双击电压源，逐次改变输入电压，然后单击电路窗口右上角仿真开关或按F5运行，读取电压表数值，将输出结果记录于表2.1中。

表2.1反相比例电路的测量

输入

直流信号

-0.4V

-0.2V

0.2V

0.3V

0.5V

输

出

理论值

4

2

-2

-3

-5

实测值

4.013

2.013

-1.987

-2.987

-4.987

4单击J1使运放的同相输入端接入直流电源V2，再单击J2使运放的反相输入端接地，这样运放就构成了同相比例电路。

双击电压源，逐次改变输入电压，然后单击电路窗口右上角仿真开关或按F5运行，读取电压表数值，将输出结果记录于表2.2中。

表2.2同相比例电路的测量

输入

直流信号

-0.4V

-0.2V

0.2V

0.3V

0.5V

输

出

理论值

-4.4

-2.2

2.2

3.3

5.5

实测值

-4.387

-2.187

2.213

3.313

5.512

（2）构成加法电路

在电路设计窗口按照图2.3创建反相加法电路的实验电路，分别双击电压源，逐次改变输入电压，然后单击电路窗口右上角仿真开关或按F5运行，读取电压表数值，将输出结果记录于表2.3中。

图2.3反相加法电路连线图

（3）构成减法电路

在电路设计窗口按照图2.4创建减法电路的实验电路，分别双击电压源，逐次改变输入电压，然后单击电路窗口右上角仿真开关或按F5运行，读取电压表数值，将输出结果记录于表2.3中。

图2.4减法电路连线图

表2.3加、减法电路的测量

电路形式

实测值

理论值

Ui1/V

Ui2/V

Uo/V

Uo/V

反相加法运算

电路

0.4

0.3

-6.976

-7

－0.3

－0.2

5.023

5

减法运算电路

1.0

0.5

5.012

5

0.4

－0.2

6.012

6

3、研究集成运放在非线性区中的应用（选做）

图2.4比较器测试电路

按图2.4所示在电路窗口中创建比较器测试电路。

使开关J1处于打开状态，双击示波器XSC1，在Y/T方式下，观察观察输入、输出电压的波形。

改变示波器的工作方式为B/A，观察比较器的传输特性。

使开关J1处于闭合状态，双击示波器XSC1，在Y/T方式下，观察观察输入、输出电压的波形。

改变示波器的工作方式为B/A，观察比较器的传输特性。

四、实验报告要求

1、将实验电路截图并标出电路名称。

2、列出实验步骤，整理实验数据，将实测数据与理论值进行比较，分析误差产生原因。

五、思考题

1、在运放调零过程中，如果输出uo≠0,说明电路中存在什么问题？

2、在反相比例电路的实验中，如果输入信号Ui>1.5V，输出电压会出现什么情况？

实验三组合逻辑电路的分析与设计

一、实验目的

1、掌握组合逻辑电路的分析方法。

2、熟悉译码器74LS138和数据选择器74LS151的逻辑功能

3、能用74LS138和74LS151进行组合逻辑设计。

二、实验仪器与器件

1、计算机

2、仿真软件Multisim2001

三、实验内容及步骤

1、组合逻辑电路的分析

启动Multisim2011仿真系统，单击“TTL”快捷图标，选择三个74LS00D和一个74LS10D与非门元件，确定后在设计窗口中单击，按照教材235页例题9.2设计的电路图搭接测试电路，参考连线如图3.1所示。

表3.1三人表决器功能测试表

输入

输出

A

B

C

F

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

图3.1三人表决器电路测试图AC+AB+BC

启动仿真开关，改变三个开关的位置，将测试结果记录于表3.1中。

关闭仿真开关，在设计窗口中添加逻辑转换仪XLC1，按照图3.2所示连接电路的输入和输出，双击逻辑转换仪打开转换界面，单击“电路→真值表”转换按钮

，得到该电路的真值表，与步骤

的测试结果进行对比。

单击“真值表→简化表达式”转换按钮

，得到该电路的最简与或式，与例题9.2化简的结果进行对比。

图3.2运用逻辑转换仪分析组合逻辑电路

2、运用74LS138D进行组合逻辑电路设计

根据真值表3.1，写出最小项表达式。

运用74LS138D译码器和四输入与非门74LS20D实现该逻辑功能。

参考测试线路如图3.3所示。

关闭仿真开关，接入逻辑转换仪XLC1，打开转换界面，单击“电路→真值表”转换按钮

，观察转换后的真值表是否符合设计要求。

表3.1三人表决器功能测试表

输入

输出

A

B

C

F

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

AC+AB+BC

图3.3用74LS138和与非门实现三人表决器的测试线路

3、运用74LS151N进行组合逻辑电路设计

根据真值表3.1，写出最小项表达式。

运用74LS151D数据选择器实现该逻辑功能。

参考测试线路如图3.4所示。

关闭仿真开关，接入逻辑转换仪XLC1，打开转换界面，单击“电路→真值表”转换按钮

，观察转换后的真值表是否符合设计要求。

表3.1三人表决器功能测试表

输入

输出

A

B

C

F

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

图3.4用74LS151实现三人表决器的测试线路

4、选作内容：

用74LS138和与非门实现全加器。

四、实验报告要求

1、将实验电路截图并标出电路名称。

2、列出实验步骤，观察测试现象，记录、整理实验结果。

五、思考题

1、3-8线译码器74LS138在正常工作状态下，输入ABC=011时，哪一个译码输出端为有效电平？

Y3

2、能否用74LS153实现三人表决器？

如何实现？

实验四计数器及其设计

一、实验目的

1、熟悉仿真软件Multisim2011的基本用法；

2、熟悉和掌握计数器的功能以及测试方法；

3、掌握任意进制计数器的构成方法，熟悉清零法和预置法的特点，运用集成计数器构成任意N进制计数器；

4、熟悉数码管的基本功能和使用方法。

二、实验仪器与器件

1、计算机

2、仿真软件Multisim2011

三、实验内容及步骤

1、计数器功能测试

测试计数器74LS161,给出功能表。

启动Multisim2011仿真系统，在电路设计窗口按照图4.1创建计数器功能测试电路。

图4.1计数器测试电路

1单击电路窗口右上角仿真开关或按F5运行，当数码管计数到任意非零计数状态时，将开关J3输入端接地，观察数码管显示，看计数器是否清零，完成计数器的清零功能测试。

2将开关J3输入端接高电平，单击电路窗口右上角仿真开关停止仿真，并设置预置数为0111，如图4.2所示，单击电路窗口右上角仿真开关运行，将开关J2输入端接地，观察数码管显示，看计数器是否被预置为0111（7），即QDQCQBQA=DCBA，完成计数器的预置功能测试。

（预置数可以任意设置）

图4.2计数器预置功能测试电路

3将开关J1、J2、J3输入端接高电平，即在预置（LOAD=1）、清零（CLR=1）信号无效、使能信号（ENT=ENP=1）有效的情况下，使计数器从0000~1111计数，观察数码管以及指示灯的显示；开关J2、J3输入端继续接高电平，将开关J1输入端接地，即在使能信号（ENT=ENP=0）无效的情况下，观察数码管的显示，看计数器是否还能正常计数。

总结归纳以上情况，给出计数器74LS161的功能表。

2、N进制计数器的设计

采用清零法，试用74LS161构成10进制计数器，给出设计电路以及状态图。

采用预置法，试用74LS161构成6进制计数器，给出设计电路以及状态图，要求预置数为0011。

四、实验报告要求

1、将实验电路截图并标出电路名称；

2、列出实验步骤，观察测试现象，记录、整理实验结果，给出计数器的功能表；

3、比较清零法和预置法的特点；

五、思考题

1、74LS161处于正常计数状态时，LOAD端和CLR端各应处于什么逻辑电平？

2、同步清零和异步清零有什么不同？

输入

输入

逻辑功能

CLR

LD

EP

ET

CP

D3

D2

D1

D0

Q3

Q2

Q1

Q0

0

X

X

X

X

X

X

X

X

0

0

0

0

置零

1

0

X

X

↑

d3

d2

d1

d0

d3

d2

d1

d0

预置数

1

1

1

1

↑

X

X

X

X

二进制加法计数

计数

1

1

0

X

X

X

X

X

X

保持

保持

1

1

X

0

X

X

X

X

X

保持

保持