数字电路及设计实验

巡山小妖精
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2021年02月13日 19:13
最佳经验
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-

2021年2月13日发(作者:秦淮河女人)


常用数字仪表的使用




实验内容:



1.



参考“仪器操作指南”之“


DS1000


操作演示”


,熟悉示数字波器 的使用。




2.



测试示波器校正信号如下参数:


(请注意该信号测试时将耦合方式设置为直流耦合。





峰峰值(


Vpp





最大值(


Vmax





最小值(


Vmin





幅值(


Vamp





周期(


Prd





频率(


F req




顶端值(

< br>Vtop





底端值(


Vbase





过冲(


Overs hoot



,


预冲(


Preshoot





平均值(


Average


< p>



均方根值(


Vrms



,即有效值



上升时间(


RiseTime


,下降时间(


FallTime





正脉宽(


+Width



,


负脉宽(


-Wi dth




< br>正占空比(


+Duty





负占空比(


-Duty


)等参数。




3.



TTL


输出高电平


>2.4V


,输出低电平


< 0.4V


。在室温下,一般输出高电平是


3.5V


,输出低


电平是


0.2V


。 最小输入高电平和低电平:输入高电平


>=2.0V


,输入低电 平


<=0.8V



< br>请采用函数信号发生器输出一个


TTL


信号,要求满足如 下条件:




①输出高电平为< /p>


3.5V


,低电平为


0V


的一个方波信号;




②信号频率


1000Hz





在示波器上观测该信号并记录波形数据。


集成逻辑门测试(含


4


个实验项目)



(本实验内容选作)



一、实验目的



1


)深刻理解集成逻辑门主要参数的含义和功能。




2


)熟悉


TTL< /p>


与非门和


CMOS


或非门主要参数的测试 方法,并通过功能测试判断器件


好坏。



二、实验设备与器件



本实验设备与器件分别是:



实验设备 :自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、数字频率计、数字万用表


及工具;< /p>



实验器件:


74LS20


两片,


CC4001


一片,


500



左右电


1-1





与非门功能测试表



阻和


10k



左右电阻各一只。

















三、实验项目



1


TTL


与非门逻辑功能测试


< /p>


按表


1-1


的要求测

74LS20


逻辑功能,将测试结果填


入与非门功能测试表 中


(测试


F=1


0


时,


V


OH


V


OL


的值)

< br>。



2



TTL


与非门直流参数的测试



A




B



C



D


1




1




1




1


0




1




1




1


1




0




1




1


1




1




0




1


1




1




1




0


F








测试时取电源电压


V


CC

< br>=5V


;注意电流表档次,所选量程应大于器件电参数规范值。

< br>



1


)导通电源电流


I


CCL


。测试条件:输入端均悬空,输出端空 载。测试电路按图


1-1



a



连接。




2


)低电平输入电流


I


iL


。测试条件:被测输入端通过电流表接地,其余输入端悬空,输

出空载。测试电路按图


1-1



b


)连接。




3


)高电平输入电流


I


iH

< p>
。测试条件:被测输入端通过电流表接电源(电压


V


CC



,其余


输入端均接地,输出空 载。测试电路按图


1-1



c


)连接。




4


)电压传输特性。测试电路按图


1-2


连接。 按表


1-2


所列各输入电压值逐点进行测量,

< br>各输入电压值通过调节电位器


W


取得。将测试结果在表< /p>


1-2


中记录,并根据实测数据,做出


电 压传输特性曲线。然后,从曲线上读出


V


OH

< br>,


V


OL


V


on



V


off



V


T


,并计算


V


NH


< br>V


NL


等参


数。
















1-1



I


CCL



I


iL



I


iH


测试电路






























1-2



电压传输特性测试电路





1-2


V


i



V



< /p>


V


0



V





0



0.4



0.8



1.1



与非门电压传输特性测试表



1.2



1.3



1.35



1.4



1.5



2.0



2.4



2.7



3.0




5


)扇出系数


N

O


。测试条件:所有输入端悬空,负载


R

< br>L


为可变电阻。测试电路按图


1-3

连接。调节


R


L


,使输出电



V


OL


=0.4V


,测出此时的


I


OL

< br>,再按下式:



N


O

< p>
=


I


Ol


/


I


iL


求得


N

< p>
O





3


.平均延迟时间


t


pd


的测试





现一般采用环形振荡器法测


t


pd



测试原理电路及波形如


1-3



扇出系数测试电路


< /p>



1-4



a< /p>





b



所示。



1-4< /p>



a



中与非门


1



与非门


2


为标准门的


t


pd1

< br>和


t


pd2


是已知的

< p>
(可


预先在高精度的双踪示波器上测出)


,与非门 (


3


)是被测门。三个与非门构成一个环形振荡电


路。点(


3


)和点(


3



)的波形是同一波形,由图


1-4



b


)可知,振荡波形的周期为:

< p>




1-4



平均延迟时间测试电路及波形



T


=


t


PHL1< /p>


+


t


PHL2


+


t


PHL3


+


t


PLH1


+


t


PLH2


+


t


PLH3


=2


t


pd1


+2


t


pd2


+2


t


pd3


(在一个振荡周期内每个门经过两次延迟时)



从数字频率计上可以读出振荡频率


f


(也可用示波器测 出周期


T



,即可算出被测门的平


均延时时间为:



T


=1/


f


=2(


t

< br>pd1


+


t


pd2


)+2


t


pd3


t


pd3


=1/2


f



(t


pd1


+


t


pd2


)



或者






t


pd3


=


T


/2



(< /p>


t


pd1


+


t< /p>


pd2


)


4



CMOS


或非


门电路的测试(注意


CMOS


器件使用规则)




1


)传输特性测量





调节电位器


W


,选择若干个输入电压值,测


量相应的输出电压值,然后由 测得的数据作出曲线,


并从曲线中求得


V


oH



V


oL



V


on



V


oFF


等参数值。注


意,测量输出端 的电压时,要选用高阻抗的直流电压


表,最好用直流数字电压表。通常取


V


on



0.1


V


oH



对应的输入电平值 ,


V


oFF



0.9


V


OH


对应的输入电平值。






将两个输入端并联在一起,重复上述测试,



1 -5



CMOS


门传输特性测试电路图



比较两种情况下电压传输特性和噪声容限的差异。






测试电 源电压的影响:将


V


DD


依次调节至< /p>


5V



15V


, 观察电路的逻辑功能以及输出高电平


V


oH

值。




2


)逻辑功能测试




CC4001< /p>


按图


1-5


电路接线。断开与电位器


W


连接的输入端和接地输入端,在两个输


入 端分别送入表


1-3


中所列出的输入状态,测试其输出相对应的 逻辑值。





1-3





或非门功能测试表



















A





B


F



0





0




0





1





1





0




1





1





五、预习要求



1


)阅读


TTL


与非门主要参数的含义及


CMOS


门电路的特点。




2


)熟悉


CMOS


电路和


TTL

电路的使用规则。




3


)设计实验电路,提出器件清单。




4


)拟定实验方案和调测步骤。




三态门、


OC


门的功能测试及其应用(含


2


个实验项目)

< br>
























本实验内容选作)



一、实验目的



1


)熟悉


OC


门和三态门的功能及 应用。




2


)掌握


OC


门负载电阻选择方法。



二、实验设备与器件



本实验的实验设备和器件为:



实验设 备:自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、脉冲信号发生器、万用表


及工具;



实验器件:


74LS20

< p>


74LS00



74L S01



74LS05



CC4011



CC4069


和电阻若干。



三、实验项目



1



OC


门实验< /p>




1



OC


门“线与”电路功能测试:将两个


OC< /p>


门进行“线与”连接,以驱动三个


TTL


与非门,如图


2-1


所示。


E


C


=+5V


,要求


V< /p>


OH


=3.6V



V


OL


=0.3V


,工作速度无严格 要


求。试在负载电阻允许值范围,选取


R


L


值接入电路,并测试其逻辑功能,列表记录测


试结果。




2



用实验方法确定


R


Lmax


R


Lmin


< br>要求


V


OH


=3.6V



V


OL


=0.3V< /p>



实验电路按图


2-2

< br>连接,



+5V


电源后,调节电 位器


W


,先使电路输出为高电平(即


F =3.6V



,测得此时的


R


L


值为


R


Lmax


。再使电路输出为低电平(即


F=0.3V



,测得此时的


R


L

< br>值为


R


Lmin





3


)用


OC


电路实现


TTL


与非门驱 动


CMOS


与非门(


CC4011


)的电平转换电路。取


V


DD


=10V



确定电阻值接入电路,

< br>然后在输入端加一个方波信号



f


i


=1kHz



< br>用示波器观察


A


点、


B


点、


C


点的波形幅度值的变化。


















































2-1



OC


门“线与”功能测试电路




























四、预习要求




1




阅读


OC


门和三态门的工作原理,根据任务 要求计算


R


L


的取值范围(即


R


Lmax



R


Lmin






2


)设计实验电路,提出器件清单。




3


)拟定实验 方案和调测步骤。



组合逻辑电路的设计及功能测试(含


5


个实验项目)



一、实验目的



1


)掌握组合逻辑电路的设计方法及功能测试方法。




2


)观察组合逻辑电路的冒险现象。




3


)熟悉消除 冒险现象的常用方法。



二、实验设备与器件



本实验的设备和器件如下:



实验设备 :自制数字实验平台、双踪示波器、脉冲信号发生器、万用表及工具;



实验器件:


74LS00



7 4LS10



74LS20



74LS04



74LS32

< br>。



三、实验项目



1.



TTL


与非门设计一个


3


人控制表决器。


3


人表决的结果用指示灯显示,


多数赞成则


指示灯亮,反之,则灯不亮。



2.


设计一个全加器。




3-1


3.


设计一个四舍五入电路,输入信号为


8421BCD


D


C


B


A


F


码,输出结果用指示灯显示。



0


0


0


0


0


4.


设计一个组合逻辑电路,它 接收


3


位二进制数


0


0


0


1


0


0


0


1


0


1


B2B1B0


,仅当


B2B1B0


对应 的十进制数大于


2


小于


6


时,


0


0


1


1


1


输出


Y


才为


1




0


1


0


0


0


5.


按表


3-1


设计一个组合逻辑电路。



0


1


0


1


0


0


1


1


0


0




设计要求:输入信号仅提供原变量,反变量由


0


1


1


1


1


电路自行产生,给定与非门为


74 LS00



74LS20


,画出


1


0


0


0


0


逻辑图。



1


0


0


1


0


1


0


1


0


1




搭试电路,进行静态测试,验证逻辑功能,记


1


0


1


1


0


录测试结果。



1


1


0


0


1




分析输入端


D



C



B


各处于什么状态下能观察


1


1


0


1


1


到输入端


A


信号变化时产生的冒险现象。



1


1


1


0


1


1


1


1


1


1





A


端输入


f


=100kHz



1MHz

< p>
的方波信号,观



察电路的冒险现象,记录


A



F


点的工作波形 图。






观察:用增加校正项的方法,消除由输入端


A

< br>信号变化所引起的冒险现象。画出此


时的电路图,并记录消除冒险后


A



F


点的波形图。



四、预习要求




1


)必须在预习报告中写出设计全过程,画出设计电路图。




2


)什么叫冒 险现象?如何判断一个组合逻辑电路中是否存在冒险现象?




3


)设计实验电路,提出器件清单。




4


)拟定实验方案和调测步骤。



译码器及其应用(含


4

< br>个实验项目)



一、实验目的




1


)掌握译码器功能测试方法和灵活 应用。




2


)熟悉多位译码显示电路的设计方法及工作原理。



二、实验设备与器件



本实验的设备与器件如下:



实验设备 :自制数字实验平台、双踪示波器、直流稳压电源、万用表及工具;


< br>实验器件:


74LS00



74 LS48



BS201/202


等。< /p>



三、实验任务



1.



七段显示译码器


74LS48


的功能测试



实 验电路按图


4-1


连接。测试时,各输入端按表


4-1


中相应状态输入信号。观察各输出


情况,列表记 录并将结果与给出的功能表做比较。



2.



采用


T TL


与非门设计一个输入两位二进制码,显示十进制数的七段显示译码器(要

< p>
求使用共阴发光二极管作为显示器)




3.



实验电路示意图如图

< p>
4-2


所示。


A3


作为数 据输入端,


A0



A1



A2


作为地址。当


A0A1 A2=000



111


时,测试相应的


Q0



Q7


的 输出。


















4-1



74LS48


功能测试连线图
































4-2



74LS42


用作数据分配器






A


3


端输入秒脉冲(周期


T

< br>≈


1


秒)信号,列表整理测试结果。




A


3


端输入约


2kHz


连续脉冲,观察并 记录


A


0


A


1


A


2


的输入、输出波形。



4.



采用


74LS48


和共阴数码管构成一个多位显示电路,并按以下要求完成实验。



分别按下列要求输入信号,观察记录其相应的显示情况,并分 析所观察到的现象产生的


原因。





LT


=1



BI


=1



IC


1



IC


6



DCBA


输入均为


0



IC

2



IC


3



IC


4



IC


5



DCBA

输入不


为全


0


< br>




LT

=1



BI


=1

< br>,


IC


1


IC


2



IC

5



IC


6



DCBA


输入均为


0



IC


3



IC


4



DCBA

< p>
输入不


为全


0






LT

< p>
=1



BI


=1



IC


1


< p>
IC


6



DCBA


输入均为


0




四、预习要求



1


)熟悉


74LS48


的功能和使 用方法,拟好实验电路和记录表格。




2


)复习译码显示原理和数据分配器的工作原理。




3


)设计实验电路,提出器件清单。




4


)拟定实验方案 和调测步骤。



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