数字电路及设计实验
-
常用数字仪表的使用
实验内容:
1.
参考“仪器操作指南”之“
p>
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
)
,
p>
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
)
,
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
)
,
p>
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
表
1-1
与非门功能测试表
阻和
10k
左右电阻各一只。
输
入
输
出
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
与
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
p>
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
。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
和
V
T
,并计算
V
NH
,
< br>V
NL
等参
数。
图
1-1
I
CCL
,
I
iL
和
I
iH
测试电路
图
1-2
电压传输特性测试电路
表
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
压
V
OL
=0.4V
,测出此时的
I
OL
< br>,再按下式:
N
O
=
I
Ol
/
I
iL
求得
N
O
。
3
.平均延迟时间
t
pd
p>
的测试
p>
现一般采用环形振荡器法测
t
pd
,
测试原理电路及波形如
图
1-3
扇出系数测试电路
<
/p>
图
1-4
(
a<
/p>
)
和
(
b
)
所示。
图
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
(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
p>
)的波形是同一波形,由图
1-4
(
b
)可知,振荡波形的周期为:
图
1-4
平均延迟时间测试电路及波形
p>
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
p>
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
p>
CMOS
器件使用规则)
(
1
)传输特性测量
①
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
和
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
为
0.1
V
oH
时
对应的输入电平值
,
V
oFF
为
0.9
V
OH
对应的输入电平值。
p>
②
将两个输入端并联在一起,重复上述测试,
图
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。
③
测试电
源电压的影响:将
V
DD
依次调节至<
/p>
5V
和
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
选
CC4001<
/p>
按图
1-5
电路接线。断开与电位器
p>
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。
表
1-3
或非门功能测试表
输
入
输
出
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。
p>
(
2
)熟悉
p>
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
,
74LS00
,
74L
S01
,
74LS05
,
CC4011
,
CC4069
和电阻若干。
三、实验项目
p>
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。
p>
(
2
)
用实验方法确定
R
Lmax
和
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,
加
+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
p>
。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
p>
)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。
图
2-1
OC
门“线与”功能测试电路
四、预习要求
(
1
)
p>
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
与
R
Lmin
)
。
p>
(
2
)设计实验电路,提出器件清单。
p>
(
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。
p>
(
2
)观察组合逻辑电路的冒险现象。
p>
(
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.
用
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。
表
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
①
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
②
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
③
分析输入端
D
、
C
、
B
各处于什么状态下能观察
p>
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
④
在
A
端输入
f
=100kHz
~
1MHz
的方波信号,观
察电路的冒险现象,记录
A
和
F
点的工作波形
图。
⑤
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
和
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。
p>
(
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。
p>
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
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
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。
图
4-1
74LS48
功能测试连线图
图
4-2
74LS42
用作数据分配器
①
A
p>
3
端输入秒脉冲(周期
T
< br>≈
1
秒)信号,列表整理测试结果。
②
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。
①
LT
=1
,
BI
=1
,
IC
1
、
IC
6
的
DCBA
输入均为
0
,
IC
2
、
IC
3
、
IC
4
、
IC
5
的
DCBA
输入不
为全
0
;
< br>
②
LT
=1
,
BI
=1
< br>,
IC
1
,
IC
2
、
IC
5
、
IC
6
的
DCBA
输入均为
0
,
IC
3
、
IC
4
的
DCBA
输入不
为全
0
;
③
LT
=1
,
BI
=1
,
IC
1
~
IC
6
的
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。