《软件工程专业电路与电子技术》实验指导书.docx

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《软件工程专业电路与电子技术》实验指导书

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

Us1=6V

Us2不作用

Us2=10V

Us1不作用

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

实测值

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

实测值

（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

－0.3

－0.2

减法运算电路

1.0

0.5

0.4

－0.2

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

图3.1三人表决器电路测试图

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。

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（时间，选）

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。

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？

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？