电子技术实验指导书

电子技术实验指导书 周金海 耿玉良 编 写 李玲娟 审核 南京中医药大学 信息技术学院 2005 年 9 月 编 者 说 明 模拟电子技术和数字逻辑电路是计算机科学与技术专业实践性较强的两门专业基础课。电子技术实验指导书主要是针对这两门课的实验编写的。通过实验教学，可以帮助学生掌握电子技术的基本概念，包括工作原理、主要特性等基本知识；掌握最常用的基本电子技术的分析与设计方法；学会使用常见的 电子仪器，掌握电子技术中基本调试方法，今后 能够阅读器件产品手册， 分析、设计与维护应用电子 产品 。同时，为后续课程计算机组成原理、微机接口技术和嵌入式系统等课程打下良好的基础。 本书编写中，参考了清华大学科教仪器厂、 江苏 杨中绿杨电子仪器集团有限公司和深圳多一电子有限公司相关产品的技术资料。 本书由信息技术学院应用教研室周金海和耿玉良两位教师编写，信息技术学院副院长李玲娟审核。南京中医药大学教务处给 予 了指导和帮助。周金海所指导的计算机 03 班刘俊杰、杨梅和苗留洋三位本科生参与了部分文本录入，做了部分预实验 工作 。对他们的大力支持，一并表示感谢！ 当今，电子技术发展速度很快，教学要不断的创新。因为实验室建设中选用了不同厂家的仪器设备，为方便实验教学，我们编写了这本实验指导书 ， EDA 软件的使用方法没有编入其中 。限于编者的水平，难免有缺点与错误，敬请读者批评指正。 周金海 耿玉良 2005 年 9 月 1 日 目 录 第一章 模拟电子技 术基础实验 .1 实验一 常用电子仪器的使用 .1 实验二 单管放大电路 .4 实验三 负反馈放大电路 .7 实验四 基本运算电路 .10 实验五 波形发生电路 .12 实验六 综合实验 .14 第二章 数字逻辑电路基础实验 .15 实验一 TTL 及 CMOS 与非门电路的测试 .15 实验二 简单组合逻辑电路 .18 实验三 触发器电路 .20 实验四 计数器电路 .23 实验五 脉冲波形发生电路 .25 实验六 综合实验 .26 第三章 电子技术设计型实验 .27 实验一 产品分档电路的设计 .29 实验二 流 水线产品统计电路设计 .31 实验三 报警器的设计 .34 实验四 超声波遥控电路的设计 .35 实验五 定时控制电路的设计 .37 实验六 电子密码锁电路的设计 .39 第四章 常用电子仪器使用说明 .43 4.1 YB43020 示波器 .43 4.2 YB1602 函数信号发生器 .47 4.3 DY210 系列数字万用 .51 4.4 YB2172 交流毫伏表 .60 4.5 YB1731A(3A) 稳压电源 .63 4.6 TES-1A 型电子技术学习机 .66 附录一 常用电子元器件简介 .73 1电阻器 .73 2电容器 .78 3半导体二极管 .83 4半导体三极管 .90 5场效应管 .97 6集成电路 .98 附录二 电子电路 的故障分析与排除方法 .108 附录三 实验报告纸 . 112 第一章 模拟电子技术基础实验 1 第一章 模拟电子技术基础实验 实验一 常用电子仪器的使用 实验目的： 一 . 掌握常用电子仪器的使用方法，重点掌握示波器的使用方法。 二 . 初步掌握一般参数的测试方法。 预习内容： 阅读第四章常用电子仪器使用说明，熟悉常用电子仪器的使用方法。 基本实验内容： 一 . 万用表 1. 用万用表 的直流电压档测量学习机上直流稳压电源的电压值。注意选择合适的量程和红 、黑表笔的接法。 2. 用万用表的欧姆档测量学习机元件库中电阻 510 欧 、 10 千欧、 82 千欧、 100 千欧及 1 兆欧的电阻值 , 或自选几个 测量 。 3. 用数字万用表的二极管测试档测量学习机元件库中的二极管。 提示：数字万用表二极管检测档显示的数据是二极管的管压降。通常，一个好的二极管在正向接法时，应显示 500 毫伏至 800 毫伏：在反向接法时应显示“ 0000.”，则表示短 路，说明管子已坏。在反向接法时，如不应显示“ 1”，也说明管子已坏。 4. 用数字万用表的二极管测试档定性测量三极管，判断三极管的三个极及其好坏。 以 3DG6 为例，三极管底面朝上 e,b,c 三管脚位置如图 1.1 所示。 提示：我们也可以用二极管测试档判断三极管的三个极及其好坏。 图 1.1 首先用测量二极管的方法找到两个 PN 结的公共脚，即为基极，并判断出是 NPN 型管，还是 PNP 型管，以及有无结损坏，然后比较两个 PN 结的正向电压值，读数大些的为 be 结，小些的是 bc 结 5. 用万用表测量三极管的电流放 大倍数 。 6. 用万用表短路档可用来检验电路的通断。 二、函数发生器 以下面 1 为例，函数发生器的“函数选择”键为 （正弦波），选择频率范围为 1 千赫兹，旋动频率度盘使刻度在附近，然后调节“幅度调节”旋钮至合适位置，频率和幅度的标准示数可由示波器和毫伏表显示。按以上步骤调出下列几种波形： 1. 1 千赫兹 50 毫伏的正弦波 第一章 模拟电子技术基础实验 2 2 . 250 赫兹 6 伏的方波 3. 160 赫兹 6 伏的三角波 三 晶体管毫伏表 晶体管毫伏表由 220 伏电网电压供电，其指针所示为正弦波电压的有效值。 测量步骤如下 ： 1. 选定量程。已知被测信号幅值时，应选择合适的量程。通常指针不应偏转太小，以免误差较大。对于不知幅度的信号，则应将量程开关放大到最大，待信号接入后，逐渐减小量程，至到量程位置合适为止。 2. 调零。对于选定的量程应调零，方法是将输入线短接，待表针稳定后调节“调零”旋钮。使指针指在 0 位置。对于幅值小于 0.1 伏的，应在量程较大的位置将输入线短接，然后即将量程开关调至所选位置，再调零。 3. 测量。对于幅值小于 0.1 伏的，应在量程位置接入所测信号，再将量程调到所选位置，读出表盘示数。 注意：使用时，表与被测线路必须共地。 用 晶体管毫伏表测量上题函数发生器输出正弦波的幅值（有效值）。 四 示波器 以函数发生器的输出作为被测信号，示波器的 CH1、 CH2 的垂直幅度旋钮（ VOLTS DIV）和扫描时间（ TIME DIV）旋钮，校准微调旋钮，使输入 、 输出波形完整的显示在屏幕上。从屏幕上可以直接读出波形的峰值 Vp-p（垂直灵敏度与格数之积）和周期（扫描速度与格数之积）。 若使用数字示波器测量，波形的参数可直接在屏幕上显示出来。按一下步骤操作： 1. 按 AUTOSET 键，几秒后屏幕上显示波形信号。 2. 按 ACQUIRE 键，再按屏幕右边副菜单键选取“获 取”菜单中的“平均值”采样方式及平均值次数为“ 128”后，波形会清晰。 3. 按 CH1 MENU 键，再按副菜单键选取“耦合”方式为“交流”：选取“伏 格”为“粗调”；选取“探棒”为“ 1 ”。 CH2 MENU 的调整同上。 4. 按 MEASURE 键，按第一个副菜单键选取“测量”菜单中的“信源”，将信源分别设为 CH1、CH2；再次按第一个副菜单键选取“测量”菜单中的“类型”，反复按下面各副菜单键将类型分别定为频率和均方根值（有效值）等参数。待数字显示较稳定且没有“ ?”出现后，即可直接从屏幕中读数。 用示波器分别测量上题函数发 生器输出三种波形的周期和幅值。 思考题： 一 . 用万用表测量电阻时，若表头显示“ 1”说明什么？ 第一章 模拟电子技术基础实验 3 二 . 能用晶体管毫伏表测量直流电压吗？ 三 . 为了得到纯交流信号，函数发生器的直流偏置按钮应如何放置？ 第一章 模拟电子技术基础实验 4 实验二 单管放大电路 实验目的： 一 . 熟悉放大电路的基本工作原理，掌握静态工作点 Q，电压放大倍数 Au，输入电阻 Ri、输出电阻 Ro 的测量方法。 二 . 了解电路的参数变化对 Q 点的影响。 预习内容： 一、 设三极管 T 的 40， UCEQ 5 伏，估算电路图 2.1 中的 Q 点（ IBQ、 ICQ、 Rb）， Au、Ri、 Ro。 二、 估算当其余电路参数不变，使 Uo 波 形不失真的 Rb 的阻值范围。 三、 熟悉放大电路的 Q 点 、 Au、 Ri、 Ro 的测量方法。 基本实验内容： 一 . 三极管的测试 分辨三极管的 e、 b、 c 三个极，并测量它的电流放大系数 。 二 . 放大电路的测试 将学习机上的基本放大电路单元接成如图 2.1 所示电路。认真检查以确保线路正确无误。在函数发生器上调出电路所需要的输入正弦波电压信号 Ui，可取 Ui 频率为 1 千赫兹，幅值为 7毫伏左右。 1. 静态 Q 点测试 按照“先静态后动态”的原则，首先设置静态工作点。接好电源后，将电路的输入端对地短路（注意先不接入交流信号， 以免将信号源短路）。调整 Rb。使 UCEQ 约为 5 伏，然后测出Rb（应在不通电的条件下断开 Rb 的两端才能测准），计算 IBQ、 ICQ，并把数据记入表 2.1 中。 表 2.1 静态数据记录表 实测 实测计算 UBEQ(V) UCEQ(V) Rb(K) IBQ(A) ICQ(mA) 2 测量电压放大倍数 Au 把函数发生器上调好的正弦信号接到电路的输入端。用双踪示波器同时显示 Ui 与 Uo，在输出波形不失真的条件下，测量出放大电路的输入输出电压值，计算 Au Uo Ui。 第一章 模拟电子技术基础实验 5 表 2.2 测 Au 的记录表 实测 估 算 实测计算 Ui(mV) Uo(mV) Au Au 选做实验内容： 一 . 输出电阻 Ro 测量输出电阻的电路如图 2.2 所示。给被测电路输入 1 千赫兹正弦波，用示波器监视其输出波形，在不失真的情况下测量开路时的输出电压 Uoo 和带负载 RL（与 Ro 等数量级）的输出电压 Uo，用示波器或晶体管毫伏表读数。则有： Ro=(Uoo-Uo)/Io=(Uoo-Uo)/Uo)*Rl RL = 表 2.3 测 Ro 的记录表 实测 估算 实测计算 Uoo(V) Uo(V) Ro(K) Ro(K) 二 .输入电阻 Ri 测量输入电阻的电路如图 2.3 所示。在输入回路串接与 Ri 阻值数量级相同的一个电阻 Rs给被测电路输入 1 千赫兹正弦波，用示波器监视输出波形，在不失真的情况下测量 Us、 Ui 的值。则有： Ri=Ui/Ii=（ Ui/(Us Ui)） *Rs Rs = 表 2.4 测 Ri 的记录表 实测 估算 实测计算 Us(mV) Ui(mV) Ri(K) Ri(K) 第一章 模拟电子技术基础实验 6 实验注意事项 : 一 . 测量 Rb 的阻值时，应在不通电的条件下把 Rb 的两端与线路断开才能测准。 二 .测量放大电路的各项动态参数时，始终要用示波器监视波形， 在输入 、 输出电压不失真的情况下，测出的各项参数才有意义。 三 . 要注意所有的仪器须与学习机共地。 思考题 : 一 . Rb为什么要由一个电位器和一个固定电阻串联组成？电解电容两端的静态电压方向与它极性应该有何关系 ? 二 .如果仪器和实验线路不共地会出现什么情况？通过实验说明。 三 .在测量电路电压放大倍数时，为什么要始终监视输出电压波形是否失真？在输入电压不变的情况下，若电路空载时输出波形已失真，请问带上负载后失真会消除吗？为什么？ 四 .利用测量 Q 电时计算出的 IBQ 和 ICQ 估算三极管的 ，与用数字万用表测出的三极管的 相等吗 ？哪个更接近三极管工作时的 ，为什么？ 第一章 模拟电子技术基础实验 7 实验三 负反馈放大电路 实验目的： 一 . 熟悉负反馈放大电路组态，了解交流负反馈对放大电路主要性能的影响。 二 . 掌握深度负反馈条件下，电压放大倍数 、 输入电阻 、 及上限截止频率的测试方法。 预习内容： 一 . 已知所用运放 LM358 的 Aod80dB， fh7 赫兹，估算本次实验中；要测试的所有参数。 二 . 复习 Ri、 Ro、 fh 的测试方法。 基本实验内容： 输入信号 Ui 均取 f=200 赫兹的正弦波，建议取其峰峰值 Up-p 约为 40 毫伏。可用毫伏表或万用表测量 Ui 的有效值，也可从示波器上直接读出 Ui 的峰值 Up-p 或峰值 Up。 一 . 电压并联负反馈电路 将学习机上运算电路单元接成如图 3.1 所示电路。 1. 电压放大倍数 Auuf的测量。 在 Rl=10K， RL 的条件下，分别取 RF 10 K、 100 K，测出 Ui, Uo，将测量值填入表 3.1，计算出 Auuf，同时用示波器观察 Uo 与 Ui 的相位关系。 2. 输入电阻 Rif的测量 图 3.1 电压并联负反馈放大电路 测试条件： Ri=10 K， RF=100 K， RL=，可在 Rl 前串个电阻 Rs（ 100 左右）。测出信号源电压 Us 及电路的 Ui， U_，计算 Rif，再求 Rif（ Rif=Rif+Rl），把数据记入表 3.2 中。 3. 观察电压负反馈的稳压作用，测量电路的输出电阻 Rof 测试条件 : Rl=10 K， RF 100 K，分别取 RL 、 10 K、 100 。把有关数据记入表 3.3，计算 Rof。 4. 观察电压传输特性（ UO-Ui）关系曲线 测试条件： Rl=10 K， RF 100 K。画出坐标图并在图上标明转折点的坐标。 电路的 输入端接示波器的 X 轴 ，即 CH1 通道， 电路的输出端接示波器的 Y 轴， 即 CH2 通道， 然后使示波器工作在 XY 工作方式。若用 TDS210 数字 示波器，即按 DISPLAY 键，再按副菜单键将 “ 格式 ” 由 “ YT” 改为 “ XY” ，将输入信号不断调大，使输出信号 在 正负两个方向上出现转折点。调整 原 点至显示区中点，记下转折点处的坐标值，读数为垂直灵敏度与格数之积。 第一章 模拟电子技术基础实验 8 表 3.1 测 Auuf的记录表 RF Ui UO Auuf 10 K 100 K 表 3.2 测 Rif 的记录表 Us Ui U_ Rif Rif 表 3.3 测 Rif 的记录表 RL 10 K 100 K Uo(Uoo) 二 . 电压串联负反馈电路 将学习机上运算电路单元接成如图 3.2所示电路。 1. 电压放大倍数 Auuf的测量。 测试条件： Rl=10 K，分别取 RF 10 K， 100 K。将有关数值填入表 3.4，并计算出 Auuf。 2观察并记录电压传输特性（ UO Ui 关系曲线） 图 3.2 电压串联负反馈放大电路 测试 条件： R1=10 K， RF 100 K。画出坐标图并在图上标明转折点的坐标。 表 3.4 测 Auuf的记录表 RF Ui UO Auuf 10 K 100 K 选做实验内容： 测量电压串联负反馈电路的上限截止频率 fhf 测试条件 : Rl=R=10 K， RF 100 K。 调整 Ui 的幅度，使 UO 分别为 0.4V 及 4V，测出两种情况下的 fhf。由函数发生器输入 200HZ正弦波，用示波器监视输出波形，保证波形不失真。然后仅改变输入信号的频率（分别向高频和低频方向改变），使输出信号的幅值 分别下降到标准幅度的 0.9， 0.8， 0.7 倍，记录下相应的频率。当频率分别升高，下降到标准幅度的 0.7 倍时，记下的频率就是上，下限截止频率 fH 和第一章 模拟电子技术基础实验 9 fL，若用数字示波器，则应在粗调垂直幅度旋钮（ VOLTS/DIV）后，选择“ CH1 MENU”，按“伏/格”对应的副菜单键选择分辨度为微调，再调节垂直幅度旋钮，可使波形达到满刻度。 表 3.5 测 fhf 的记录表 频率 Uo Uo 0.9Uo 0.8Uo 0.7Uo 0.4V 4V 注意： Uo 是中频时的输出电压， Uo 为频率变化时的实测电压。 实验注意事项： 一 . 集成电路两个输入端的总电阻应平衡，即 R Rl/RF。 二 . 所有测量均在无震荡，不失真的条件下进行。 三 . 在观察并记录电压输送特性（ UO-Ui 关系曲线）时，示波器的“ V/DIV”应在校准位置。 思考题： 一 . 在图 3.1 和图 3.2 所示电路中都引入了深度电压负反馈，它们的输出电阻趋于零，能否接 10的负载电阻？为什么？ 二 . 在图 3.2 所示电路中，对于低频段 UO 分别为 0.4V 及 4V 两种情况，所测的上限截至频率 fhf是否相同？为什么？ 第一章 模拟电子技术基础实验 10 实验四 基本运算电路 实验目的： 一 . 掌握运算电路的测试方法。 二 . 进一步熟悉基 本运算电路的特点及性能。 预习内容： 一 . 计算图 4.1 和图 4.2 所示电路的运算关系和 R阻值，并求出 UO 的植。 二 . 分析图 4.3 所示电路在不同输入信号情况下输出电压的波形。在同一坐标中画出 Uo 与 Ui的波形并标出幅值。 基本实验内容： 一 . 反相求和电路 将学习机上运算电路单元接成如图 4.1 所示电路。接入学习机上双路直流信号源，令 Ui1=1V, Ui2= -1.5V。其中 R=R1/R2/RF, 测出 UO 的值。 图 4.1 反相求和电路 图 4.2 双端输入求和电路 二 . 双端输入求和电路 将学习机上运算电路单元接成如图 4.2 所示电路。接入学习机上双路直流信号源，令 Ui1=1V, Ui2=1.5V。其中 R1/RF=R2/R，测出 UO 的值。 三 .积分电路 将学习机上运算电路单元接成如图 4.3 所示电路。由于电路中加了电阻 RF，所以实际上它只是一个近似积分电路。由函数发生器输入 Ui 为 250HZ， 6V 的方波，分析和记录以下两种条件下的输出波形，要求标出波形的周期和幅值。 图 4.3 积分电路 1. R=R=10K 2. R=R=1 K 选做实验内容： 积分电路 第一章 模拟电子技术基础实验 11 一 . 将积分电路的输入端接频率为 160HZ，有效值为 1V 的正弦波。用双踪示波器观察 Ui, UO 的波形及相位差，并测量输出电压的有效值。 二 . 改变正弦波的频率（ 50 HZ 300 HZ），观察 Ui 和 UO 的相位关系是否变化， Ui 与 UO 的幅值比是否变化。 思考题： 一 . 图 4.1， 4.2 所示电路中 R的选取原则是什么，为什么？ 二 . 说明图 4.3 积分电路中 RF 的作用。 第一章 模拟电子技术基础实验 12 实验五 波形发生电路 实验目的： 通过正弦波发生器，方波发生器，三角波发生器的实验，进一步掌握它们的主要 特点和分析方法，并熟练掌握各种波形电压的测试方法。 预习内容： 一 在图 5.1 电路中，分别求出 R=10K和 R=100K时输出电压 Uo 的周期。 二 在图 5.2 电路中，分别求出 R=10K和 R=100K时输出电压 Uo 的周期。 三 估计图 5.3 电路输出电压的幅值为 6V，周期为 8ms 时 R3 和 R4 的阻值。 基本实验内容 : 一 正弦波发生器 将学习机上 “ 比较及波形发生电路 1” 单元接成如图 5.1 所示电路。为满足正弦波振荡的相位条件，试标出运放的 “ ”， “ ”输入端。 1 当 R 10K时，分别测出当 Rab=10K,Rbc=0时 Uo 的波形。 2 调节 Rw，使之产生正弦波振荡，测出振荡频率和幅度及 Rab 和 Rbc的值。 3 将电阻 R 1K改为 100K，重复 2 的内容。 4 将两个二极管开路，用示波器观察 Uo 的幅值是否稳定。 图 5.1 正弦波发生器 图 5.2 方波发生器 二 方波发生器 将学习机上 “ 比较及波形发生电路 2” 单元接成如图 5.2 所示电路，并分析其工作原理。 1 将集成运放反相输入端与 A 点断开，把电阻 R 与 B 点断开，然后从集成运放反相输入端加频率为 500HZ，幅值为 4V 的方波，用示波器观察 电路的电压传输特性，画出传输特性曲线并标明相关参数。 2 电路如图 5.2 所示，分别测出 R=10 K,R=100 K 时 Uo 的周期和幅值。 选作实验内容 ： 三角波发生器 将学习机上 “比较及波形发生电路 “ 2” 单元接成如图 5.3 所示电路。调整 R3 和 R4 的阻值，第一章 模拟电子技术基础实验 13 使 输出电压 UO 的幅值为 6V，周期为 8ms。测出 R3 和 R4 的阻值。 思考题 ： 一、 如何使图 5.2 所示电路的输出电压占空间比可调，画出改进电路。 二、 如何改变电路参数可以使图 5.3 所示电路 Uo 的周期增大且幅值也增大。 三、 在实验中若将图 5.3 中 A1 的同相输入端（ +）和反相输 入端（ -）接反会产生什么现象？ 为什么？ 第一章 模拟电子技术基础实验 14 实验六 综合实验 实验目的： 一、 利用模拟电子技术基础的基本知识设计实用电路，并进行组装和调试。提高综合应用和实验研究的能力。 二、 进一步掌握常用电子仪器的使用方法和电子电路的测试方法。 预习内容 ： 一 任选一题完成电路设计。要求画出电路图，计算各元件参数，画出波形。 二 自拟实验步骤及测试方法。 基本实验内容： 一、 周期 电压（ TU）转换电路 要求：将周期为 5ms8ms，幅值为 3V 的方波转换为直流电压（以便用直流电压表直接读出），实现 T-U 转换。原理框图 如下： 二、 正弦交流电压测量电路 (Uif) 要求：输入信号 Ui 为小于等于 200HZ，有效值是 03V 的正弦波，输出信号 UO 为频率正比于 Ui 幅值的矩形波。原理图如下： 第二章 数字逻辑电路基础实验 15 第二章 数字逻辑电路基础实验 实验一 TTL 及 CMOS 与非门电路的测试 实验目的 : 一、 学习使用电子技术学习机。 (以下简称学习机 ) 二、 学习用示波器测试脉冲参数。 三、 掌握门电路逻辑功能、动态特性的测试。 预习内容 : 一、 阅读本书第四章的第 4.1， 4.3， 4.6 节的示波器、 数字万用表及 电子技术学习机的使用方法。 二、 预习与非门的逻辑功能 。 TTL 门电路的输入、输出特 性及传输延迟时间的定义。 三、 预习本实验所用集成电路芯片的管脚功能及引线位置。 基本实验内容 ： 一 电子技术学习机功能测试及示波器的使用 1. 测量学习机 5V直流稳压电源输出插口的电压值。 测量方法：打开学习机，接通 220v电源，再将数字万用表打开。将万用表的黑表笔接在学习机的 “GND”插口上，红表笔测量被测点。将测量结果记录在表 1.1。 注意：测量前应正确选择万用表的量程。 表 1.1 表 1.2 2 用电压表测量学习机开关量输出单元中 K1 插口的电平值。将结果 记录在表 1.2。 3 检测电平显示的发光二极管 L1 亮、灭时所加的电压值。 方法：用 0.5 单股导线连接 K1 插口与 L1 输入插口、改变开关状态，观察并记录结果。 4 测量学习机上固定频率脉冲源中的 20KHz 脉冲 周期 T、脉冲高电平 VH。 测量 时将数字示波器“ CH1”的探头接至 20KHz 脉冲的输出端，接地鳄鱼夹接至学习机的GND， 按以下步骤操作调整示波器：（注：不同示波器按键选择有所不同，后同） (1) 按 AUTOSET 键，几秒钟后屏幕上显示出波形。 (2) 按 ACQUIRE 键，再按屏幕右边副菜单键选取“获取”菜单中的“平均值 ”采样方式及平均次数为“ 128”后，波形会清晰。 万用表量程 电压值 K1 的位置 输出电压 上 下 图 1.1 第二章 数字逻辑电路基础实验 16 (3) 按 CH1 MENU 键，再按副菜单键选取“耦合”方式为“直流”；选取“伏 /格”为“粗调”；选取“探棒”为“ 1 ”。 (4) 调整示波器 CH1 通道的位移旋钮“ POSITION”，使波形位于屏幕中央位置。 (5) 屏幕左下方“ CH1 1.00V”表示通道 1 纵轴每大格（ 1cm）的电压值，通过调整旋钮“ VOLTS/DIV”可改变该值；屏幕下方中部“ M 250S”表示主时基的设定值即横轴每大格（ 1cm）的时间值，通过调整旋钮“ SEC/DIV”可改变该值。在测定一个波形的参数时，波形的 幅值V=VOLTS/DIV D；波形的周期 T=SEC/DIV D。 计算公式中“ D”表示波形在屏幕中所占的格数。 测量时波形的上升沿和下降沿都有振荡，读数时应以稳态值为准。 将测量结果记录于表 1.3。 表 1.3 二门电路逻辑功能测试 1 74LS00 的静态功能测试 (1)测试电路见图 1.2 (2)测试方法：选用一只 74 LS0 0 芯片插入面板，按图 1.2的连线。图中： K1，K2 为开关量输入， L1 为输出电平显示。 改变开关状态，将测量结果记录于表 1.4。 (3)请在实验报告中说明 7 4 LS00 的逻辑功能。 表 1.4 图 1.2 2四 2输入与非门 74LS00特性测试 (1) 输入负载特性测试。 测试电路见图 1.3。可变电阻用学习机元件库中的电阻。改变电阻，测量 VI、 VO值。将测量结果填入表 1.5，根据此表画出输入负载特性曲线。 表 1.5 VH T TW V1 V2 V0 0 0 0 1 1 0 1 1 R（ K） 0.0 1.0 2.0 3.0 5.1 7.5 8.2 10 12 15 VI（ V） VO（ V） 图 1.3 第二章 数字逻辑电路基础实验 17 (2) 74LS00电压传输特性测试 测试电路见图 1.4。输入端的可变电压取自学习机的直流信号源的 “ OUT1” 输出。将测量结果填入表 1.6。根据此表画出电压传输特性曲线，在曲线上标出输出高、低电平、转折电压。 表 1.6 选做实验内容 一、 门的平均传输时间 tpd的测量。 选用 74LS00芯片，按图 1.5接线。 测量方法： 1将 20KHz的连续脉冲加至门 1的输入端，同时送至示波器 CH1通道显示。将门 4的输出送至 CH2通道显示。 2按 AUTOSET键，几秒后屏幕显示输入、输出信号的波形。 3分别按 CH1 MENU、 CH2 MENU键，再按副菜单键选取“耦合”方式为“直流”；选取“伏 /格”为“粗调”；选取“探棒”为“ 1 ”。 4按 ACQUIRE 键，按副菜单 键选取“获取”菜单中的“平均值”采 样方式。 5调整示波器 CH1、 CH2通道的位移旋钮“ POSITION”，使波形位于屏幕中央，且输入与输出波形基本重合。 6调节 CH1、 CH2的 “ VOLTS/DIV”旋钮，使波形在屏幕上占将近四大格，然后调 SEC/DIV展开波形 。 7按 CURSOR键，在 CURSOR菜单的类型处选定“时间”项，再调 CURSOR1旋钮，使“光标 1”与输入波形幅值的 50%处交合，再调 CURSOR2旋钮，使“光标 2”与输出波形幅值的 50%处交合，屏幕右侧菜单中的增量即为 tPLH时间。 8测量 tPHL时，按示波器“ TRIGGER MENU”键，将“斜率”改为下降， tPLH、 tPHL如图 1.6示。 9计算平均传输时间： 42 21 pppdtttVI（ V） 0.0 0.3 0.5 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.0 3.0 VO（ V） 图 1.4 图 1.5 图 1.6a 图 1.6b 第二章 数字逻辑电路基础实验 18 实验二 简单组合逻辑电路 实验目的 ： 一掌握组合逻辑电路的功能测试。 二学习组合逻辑电路的设计方法。 三学习用仪器检测和排除电路中的故障。 四学习正确规范地画出电路原理图。 预习内容 ： 一预习显示译码器、编码器、多路选择器的工作原理、逻辑功能。 二根据实验内容的要求，用指定 SSI、 MSI设计电路 三画出规范的电路原理图。 基本实验内容 ： 一显 示译码电路 74LS47功能测试 1测量电路见图 2.1。 连线方法：将学习机上的 K1-K4连接到 74LS47的输入端 A、 B、 C、 D,74LS47的输出端 (g， f， e， d， c ， b， a)连接到学习机的七段译码显示器 LED6的 g， f， e， d， c， b，a端。 2改变开关状态，观察显示器的变化，并记录输入与输出的关系于表 2.1。 3测试结论：请在实验报告中将实验结果进行分析，说明芯片的功能。 表 2.1 二设计一个一位全减器 1设计电路，用 74LS 00和 74 LS8 6，芯片实 现 其逻辑功能。 一位全减器电路的真值表见表 2.2。 K4,K3,k2,K1 显示结果 1 0 0 0 1 0 0 l K4,K3,K2,K1 显示结果 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 图 2.1 第二章 数字逻辑电路基础实验 19 表 2.2 Ai Bi Ci 1 Si Ci 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 l 1 0 l 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 l 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 设 Ai、 Bi、 Ci 1分别为被减数、减数和低位来的借位， Si和 Ci分别 为 该位的差和向高一位的借位。 2 在学习机上完成实验电路连接。输入 Ai、 Bi、 Ci 1端 接 K1， K2， K3，输出 Si、 Ci接L1， L2。 3 验证实验结果。 实 验 结 果 需经教 师检查。 三 设 计三个 开关控制 一个灯的 逻辑电路 设计要求：改变三个开关中的任何一个开关的状态，控制灯由亮变灭或由灭变亮。试用四选一数据选择器 74LS253、 74LS00实观。 (也可用其它芯片 )。实验结果需经教 师检查。 选做实验内容 ： 一设计一个呼叫系统 用编码器 74LSl48和门电路，设计一个呼叫系统，有 1一 5号五个呼叫信号，分别用五个开关的输出模拟呼叫信号， 1号优先级最高， 5号最低。用数码管显示呼叫信号的号码；没有信号呼叫时显示 “ 0”； 有多个信号呼叫时显示优先级最高的呼叫号。凡是有呼叫就发出呼叫声。 注：呼叫号用学习机七段 LED 显示器显示，呼叫声用蜂鸣器实 现 。 第二章 数字逻辑电路基础实验 20 实验三 触发器电路 实验目的 ： 一掌握 R-S、 D、 J-K触发器的构成、工作原理及测试方法。 二掌 握不同逻辑功能的触发器相互转换方法。 三学会正确使用触发器。 预习内容 ： 一 触发器的结构及工作原理。 二 触发器逻辑功能的转换方法。 基本实验内容 ： 一、 基本 R-S触发器功能测试 1 用与非门组成 R-S触发器，见图 3. 1。测试其功能，填入表 3.1。 表 3.1 Sd Rd Q Q 逻辑功能 0 l l 1 1 0 1 1 3 观察 触发器 “不定 ”状态 方法：可以将 dR 、 dS 同时插在负单脉冲 “ ” 的插口上， 在 dR 、 dS 端同时加低电平，又同时变为高电平，重复 35次，观察其状态 是否相同，为什么 ? 二、 维持 -阻塞型 D触发器功能测试 实验步骤如下： 1将 74LS74 dS 、 dR 、 CP、 D端分别接 K1、 K2、 K3、 K4； Q端接 L1。 2分别在 dS 、 dR 端加低电平，观察并记录 Q端的状态。 3令 dS 、 dR 端为高电平， D端分别接高、低电平，用单脉冲做 CP， 观察并记录当 CP为 0、 、 1、 时 Q端状态的变化。 4当 dS 、 dR 端为高电平， CP 0（或 CP 1）， 改变 D端状态，观察 Q的状态是否变化。 5整理上述实验数据，将结果填入表 3.2。 图 3.1 第二章 数字逻辑电路基础实验 21 表 3.2 (注意：在静态测试中，为了防止因开关触点机械抖动可能造成的触发器误动作，应使用学习机内的单脉冲作 CP信号。 ) 三、 负边沿 J-K触发器的功能测试 自拟实验步骤，测试其功能，将结果填入表 3.3。 表 3.3 四、 触发器的功能转换 将 D 触发器和 J K 触发器分别接成 T 触发器。请列出表达式 ； 画出电路图。 实验方法：在触发器时钟 CP端接入 20KHz脉冲，用双踪示波 器观察并记录输出端 Q相 对 于CP的波形，比较两者的频率关系及触发方式。 注意： dS 、 dR 端悬空时容易引进干扰，实验中要将其置高电平。 五、 分析图 3.2电路 第二章 数字逻辑电路基础实验 22 用示波器观察并记录 CP、 Q1(74LS74的 Q端 )、Q2(74LSll2的 Q端 )的波形。说明触发器的翻转条件。 说明：用双踪示波器观测多路信号时，应以频率较低的信号为示波器的触发信号，依次比较其余信号。通过该实验，学生应学会用双踪示波器观测多路信号，并正确地画出各信号之间 的相位波形图。 选做实验内容 : 一、 设计一个四选手抢答电路 设计要求如下： 1四选手编号分别为 1、 2、 3、 4号，各有一个按钮发出抢答信号。 2主持人另有一个按钮可对电路清 “0”，准备下一轮抢答。 3电路用七段数码显示器显示最先按动按钮的选手号，并用蜂 鸣 器报告抢答成功，其它选手再按按钮无效。 提示 ： 电路 可 用中规模集成电路双稳态锁存器 74LS75实现。 图 3.2 第二章 数字逻辑电路基础实验 23 实验四 计数器电路 实验目的 ： 一掌握计数器的工作原理及测试方法。 二掌握用 MSI 集成电路设计和实现任意进制的计数器。 三学习时序电路的调试方法。 预习内容 ： 一异步八进制计数器的设计方法。 二用 74LS74 组成六进制计数器，画出原理图。 三学会正确使用计数器芯片 74LSl60，熟悉和了解其应用电路。 基本实验内容 ： 一 异步八进制加法计数器 异步八进制加法计数器由三个 “ T” 触发器组成。见图 4 1。 1 静态功能测试 将 CP 端连接到学习机的单脉冲“ ”；将输出端 Q1、 Q2、 Q3 连到电平显示 L1、 L2、 L3，点动单脉冲，记录计数器状态。将结果填入表 4.1。 2 动态功能测试 将 CP 端连接到学习机的 20 KHz 脉冲源，用示波器观测 CP 与 Q1、 Q2、 Q3 的波形，画出波形图。画波形图时，请注意每个波形之间的相位关系。 二异步六进制加法计数器 在完成基本实验内容 一 以后不要全部拆线，将异步八进制加法计数器改为异步六进 制加 法计数器。自行设计电路，自拟实验步骤。静态测试结果需经教师检查。 三 74LSl60 芯片的功能测试 74LSl60 芯片的逻辑符号及测试接线如图 4 2 所示。 第二章 数字逻辑电路基础实验 24 图中 LD 为预置数端， Rd 为清零端， S1、 S2 为工作方式选择端， A、 B、 C、 D为数据输入端， QA、 QB、 Q C、 QD 为输出端， Qc c 为进位端。熟悉各引 脚 功能，按图 4 2 接线，测 试 74 LS l60 的功能，将结果填入表 4 2。 四计数器芯片 74LSl60的应用电路 (以下两题自选一题 ) 1 设计同步六十进制计数器电路。计数结果用数码管显示。 2 分析图 4 3电路原理，测试电路功能。两芯片的 QAQD接数码管显示。 选做实验内容 一设计三相六拍步进机脉冲分配电路 其状态转换图为： 100 1 10 01 0 01l 0 01 10 1 10 0。完成电路接线，测试功能。 第二章 数字逻辑电路基础实验 25 实验五 脉冲波形发生电路 实验目的 ： 一通过实验，进一步理解 555定时器的结构和工作原理，学会正确使用 555定时 器。 二熟悉和掌握用 555定时器构成的多谐振荡器、单稳触发器。 预习内容 ： 一用 555定时器构成多谐振荡器、单稳触发器电路的原理和连接方法。 二按实验内容设计电路，计算电阻和电容的选择范围。 基本实验内容 ： 一用 555定时器构成多谐振荡器 1按图 5 1接线，用示波器观察并测量 Vo端波形的脉宽、周期，计算其频率。 2选择电路参数，使输出获得频率为 5KHz的脉冲。 提示：选择电阻、电容时，其值应符合学习机元件库上所提供 的电阻、电容值。若电阻值不合适，可将R1或 R2改接为一个电阻和一个电位器的串联。这种方法在今后的电路调