常用数字仪表的使用实验指导书

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 Freq 顶端值 Vtop 底端值 Vbase 过冲 Overshoot 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 Width 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 2 0V 输入低电平 0 8V 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 输出高电平为 3 5V 低电平为 0V 的一个方波信号 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 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 实验器件 74LS20 两片 CC4001 一片 500 左右 电阻和 10k 左右电阻各一只 三 实验项目 1 TTL 与非门逻辑功能测试 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 VOH与 VOL的 值 2 TTL 与非门直流参数的测试 测试时取电源电压 VCC 5V 注意电流表档次 所选量程应大于器件电参数规范值 1 导通电源电流 ICCL 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 IiL 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 IiH 测试条件 被测输入端通过电流表接电源 电压 VCC 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 各输入电压值通过调节电位器 W 取得 将测试结果在表 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 VOH VOL Von Voff和 VT 并计算 VNH VNL 等参数 表 1 1 与非门功能测试表 输 入输 出 A B C DF 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 图 1 1 ICCL IiL和 IiH测试电路 图 1 2 电压传输特性测试电路 表 1 2与非门电压传输特性测试表 Vi V 00 40 81 11 21 31 351 41 52 02 42 73 0 V0 V 5 扇出系数 NO 测试条件 所有输入端悬空 负载 RL为可变电阻 测试电路按图 1 3 连接 调节 RL 使输出电 压 VOL 0 4V 测出此时的 IOL 再按下式 NO IOl IiL 求得 NO 3 平均延迟时间 tpd的测试 现一般采用环形振荡器法测 tpd 测试原理电路及波形如 图 1 4 a 和 b 所示 图1 4 a 中与非门1 与非门2 为标准门的tpd1和 tpd2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 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 T tPHL1 tPHL2 tPHL3 tPLH1 tPLH2 tPLH3 2tpd1 2tpd2 2tpd3 图 1 3 扇出系数测试电路 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 tpd1 tpd2 2tpd3 tpd3 1 2f tpd1 tpd2 或者 tpd3 T 2 tpd1 tpd2 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 VoH VoL Von和 VoFF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 Von为 0 1VoH时 对应的输入电平值 VoFF为 0 9VOH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 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 VDD依次调节至 5V 和 15V 观察电路的逻辑功能以及输 出高电平 VoH值 2 逻辑功能测试 选 CC4001 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 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 图 1 5 CMOS 门传输特性测试电路图 表 1 3 或非门功能测试表 输 入输 出 A BF 0 0 0 1 1 0 1 1 三态门 OC 门的功能测试及其应用 含 2 个实验项目 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 74LS01 74LS05 CC4011 CC4069 和电阻若干 三 实验项目 1 OC 门实验 1 OC 门 线与 电路功能测试 将两个 OC 门进行 线与 连接 以驱动三个 TTL 与非门 如图 2 1 所示 EC 5V 要求 VOH 3 6V VOL 0 3V 工作速度无严格要 求 试在负载电阻允许值范围 选取 RL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 RLmax和 RLmin 要求 VOH 3 6V VOL 0 3V 实验电路按图 2 2 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 RL 值为 RLmax 再使电路输出为低电平 即 F 0 3V 测得此时的 RL值为 RLmin 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 VDD 10V 确定电阻值接入电路 然后在输入端加一个方波信号 fi 1kHz 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 阅读 OC 门和三态门的工作原理 根据任务要求计算 RL的取值范围 即 RLmax与 RLmin 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 74LS10 74LS20 74LS04 74LS32 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 3 设计一个四舍五入电路 输入信号为 8421BCD 码 输出结果用指示灯显示 4 设计一个组合逻辑电路 它接收 3 位二进制数 B2B1B0 仅当 B2B1B0 对应的十进制数大于 2 小于 6 时 输出 Y 才为 1 5 按表 3 1 设计一个组合逻辑电路 设计要求 输入信号仅提供原变量 反变量由电 路自行产生 给定与非门为 74LS00 74LS20 画出逻辑 图 搭试电路 进行静态测试 验证逻辑功能 记录 测试结果 分析输入端 D C B 各处于什么状态下能观察 到输入端 A 信号变化时产生的冒险现象 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 观察 用增加校正项的方法 消除由输入端 A 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 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 表 3 1 DCBAF 00000 00010 00101 00111 01000 01010 01100 01111 10000 10010 10101 10110 11001 11011 11101 11111 译码器及其应用 含 4 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 实验器件 74LS00 74LS48 BS201 202 等 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 TTL 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 A0A1A2 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 A3端输入秒脉冲 周期 T 1 秒 信号 列表整理测试结果 A3端输入约 2kHz 连续脉冲 观察并记录 A0A1A2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 1 IC1 IC6的 DCBA 输入均为 0 IC2 IC3 IC4 IC5的 DCBA 输入不LTBI 为全 0 1 1 IC1 IC2 IC5 IC6的 DCBA 输入均为 0 IC3 IC4的 DCBA 输入不LTBI 为全 0 1 1 IC1 IC6的 DCBA 输入均为 0 LTBI 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 数据选择器及应用 含 6 个实验项目 一 实验目的 1 掌握中规模集成数据选择器的逻辑功能及其测试方法 2 熟悉数据选择器的应用 三 实验设备与器件 本实验设备和器件如下 实验设备 自制数字实验平台 双踪示波器 万用表及工具 实验器件 74LS151 74LS153 74LS390 和 74LS00 等 四 实验任务 1 按表 5 1 测试 74LS151 的逻辑功能 在测试中注意 使能端 的作用 E 2 采用 74LS151 和 74LS153 并利用降维图法实现下列逻辑函数 F1 ABD BCD ACD ABC 5 1 F2 AC A BC AB 5 2 BBCAC F3 BC AC AB ABC 5 3 ABC 3 用 74LS153 扩展成八选一的电路 4 用数据选择器和与非门实现 8421 码转换成 5421 码中权值为 2 的码位变换 5 设计一个多功能电路 其功能如表 5 2 所示 选用一片八选一数据选择器和与非门 实现电路 6 用 74LS151 八选一电路和 74LS390 组成一个图形发生器 由 74LS390 产生一个固定周期的选择信号 只要将 D0 D7置成不同的电平 在输出端 Q 就会输出不同波形 若假定 D0D3D4D6为 1 D1D2D5D7为 0 观察 Q 端波形 四 预习要求 表 5 1 A2 A1 A0 E D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0Y 0 0 001 0 1 0 1 0 1 0 0 0 101 0 1 0 1 0 1 0 0 1 001 0 1 0 1 0 1 0 0 1 101 0 1 0 1 0 1 0 1 0 001 0 1 0 1 0 1 0 1 0 101 0 1 0 1 0 1 0 1 1 001 0 1 0 1 0 1 0 1 1 101 0 1 0 1 0 1 0 X X X1X X X X X X X X 表 5 2 G1G0F 0 0 1 1 0 1 0 1 A AB AB A B 1 熟悉 74LS151 和 74LS153 的工作原理及使用方法 2 根据实验内容要求 设计实验电路 提出器件清单 3 拟定实验方案和调测步骤 集成触发器 含 6 个实验项目 一 实验目的 1 掌握用与非门组成的基本 RS 触发器的特征 2 掌握集成 JK 触发器 D 触发器的逻辑功能和使用方法 3 熟悉各种触发器的应用 二 实验设备及器件 本实验的设备及器件如下 实验设备 自制数字实验平台 双踪示波器 万用表 实验器件 74LS00 74LS73 74LS74 74LS373 等 三 实验任务 1 如图 6 1 用与非门组成一个基本 RS 触发器 测试其 逻辑功能 将结果填入表 6 1 中 2 测试 JK 触发器 74LS73 的逻辑功能 将测试结果 填入表 6 2 中 3 用 74LS73 设计一个异步四进制计数器 并用双踪示波器观察输入输出波形 CP 1Q 2Q 4 由 D 触发器和按钮开关 S 组成的电路图如图 6 2 所示 测试其输入 CP 和输出 Q1 U0 Q2 的对应波形图 并说明此电路的逻辑功能 5 试设计一电路 将 D 触发器 74LS74 转换为 JK 触发器 6 测试 74LS373 的逻辑功能 四 预习要求 1 熟悉各类触发器的逻辑功能 2 了解各类触发器之间的类型转换方法 图 6 1 基本 RS 触发器 图 6 2 表 6 1 基本 RS 触发器真值表 D R D S Q Q 触发器状态 00 01 10 11 表 6 2 JK 触发器功能测试表 D R JKCP Qn 0Qn 1 Qn 1Qn 1 100 1 101 2 110 3 111 4 注 Q 端起始状态 Qn仅为第一个 CP 信号加入前的原态 移位寄存器及移存型计数器的应用 含 3 个实验项目 一 实验目的 1 掌握中规模集成电路 74LS194 四位双向移位寄存器的逻辑功能 2 熟悉 74LS194 的应用 3 熟悉实用性移存型计数器的逻辑设计方法 二 实验设备与器件 本实验设备与器件如下 实验设备 自制数字实验平台 示波器 万用表及常用工具 实验器件 四位双向移位寄存器 74LS194 一片 与非门 74LS00 74LS10 各一片 四 实验任务 1 测试四位双向移位寄存器 74LS194 的逻辑功能 测试结果填入表 7 1 中 表 7 174LS194 功能测试表 CPS1S0D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3CPS1S0D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3 0101 0010 送数 1010 X 0010 X X X X 左移 SL Q0 X X 0110 右移 SR Q3 X 保持 X 2 用 74LS194 及与非门设计一个具有自启动功能的四位右移的环形计数器 记录 电路的全部状态 观测并画出输入与输出波形 CP Q0 Q1 Q2 Q3 3 二进制数码的串 并转换及传输 令 74LS194 的 Q0为最低位 Q3为最高位 串行输入或输出一个四位二进制数 串行输入 并行输出 设串行输入为 0101 先用右移方式 后用左移方式 实现并 行输出 并行输入 串行输出 设并行输入 1001 采用左移方式 实现串行输出 二进制数码在两片 74LS194 中传输 任选一组四位二进制数码 在图 7 2 所示电路 中实现数据传输 要求所选的代码 1 在八位逻辑指示中 按环形移位显示 四 预习要求 1 熟悉 74LS194 的工作原理 2 复习环形计数器的自启动反馈逻辑设计方法 按实验内容画出实验电路 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 计数器及其应用 含 5 个实验项目 一 实验目的 1 熟悉同步 异步计数器的工作原理及应用 2 掌握任意进制计数器的设计方法 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 波器及常用仪表和工具 实验器件 74LS390 74LS00 74LS162A 74LS192 等 三 实验任务 1 将计数器 74LS390 的 QA端 与 CPB端相连 测试其逻辑功 能 结果填入表 8 1 中 然后 用示波器观测 CP QA QB QC及 QD的波形 并与理论分析的工作波形相比较 若有明显不同 必须分析原因 查找故障 直至正常 2 用 74LS390 和与非门 74LS00 设计一个模 24 的计数器 用灯显区 LED 显示计 数器状态并记录 观察计数器输入输出波形 3 用 74LS162A 设计一个模 8 的同步计数器 计数状态从 0001 开始 4 设计模 60 计数器 并用显示译码器 七段 LED 数码管配合显示计数过程 时 钟脉冲频率用 1 2Hz 5 用 74LS192 设计一个模 11 的减法计数器 用灯显区 LED 显示计数器状态并记 录 观察计数器输入输出波形 五 预习要求 1 根据指定的任务和要求设计电路 画出逻辑图及理论分析的工作波形 以便与实 验波形比较 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 表 8 1 74LS390 逻辑功能测试表 CPQDQCQBQA 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 脉冲信号的产生与整形电路 含 3 个实验项目 一 实验目的 1 掌握脉冲信号的产生与整形方法 2 熟悉输出波形与定时元件 RC 的关系 3 熟悉改善波形上升沿的方法 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 实验器件 74LS00 74LS390 晶体 2MHz 电阻 电容 电位器 R 1k 等若干 三 实验项目 1 用与非门 电阻组成一个2MHz 的晶体振荡电路 并用74LS390 设计100 分频输出电路 用双踪示波器观察并画出两级十分频波形图 1CPA 1QD 2CPA 2QD 并标出振 荡波形的周期 2 用集成与非门构成的环形多谐振荡器性能测试 实验电路如图 9 2 所示 用示波器显示并画出 A B D E 各点和输出 V0的波形 将电位器 R 从大到小和从小到大旋动 观察 V0的脉宽 tp和周期 T 随 R 的变化情况 做出定性的结论 当 R 旋到最大 R 1k 时 用示波器测出 V0的周期 T 并与理论估算 T 值进行比较 3 设计一个用与非门组成的自激多谐不对称振荡器 要求其工作频率为 10kHz 通过实验 调整元件参数 四 预习要求 1 根据所给题目指标 设计并画好实验电路 提出器件清单 2 考虑电路中各点波形对应处的坐标象限 拟定坐标轴 输入 输出波形的坐标轴 必须上下对齐 3 拟定实验方案和调测步骤 集成定时器 555 及其应用 含 3 个实验项目 一 实验目的 1 熟悉集成定时器 555 电路原理及其功能 2 掌握集成定时器 555 电路的典型应用 二 实验设备及器件 本实验的设备及器件如下 实验设备 双踪示波器 自制数字实验平台 万用表 实验器件 集成定时器 555 74LS390 三 实验项目 1 用集成定时器 555 设计的自激多谐振荡电路如图 10 1 所示 按表 10 1 中所给的元件值计算出振 荡波形的参数 并用示波器测试出振荡电路中 a b c 各点的波形 计算公式为 脉冲宽度 TP 0 7 R1 R2 C 脉冲间隙 Td 0 7R2C 脉冲周期 T 0 7 R1 2R2 C 555 电路要求 R1和 R2均应大于或等于 1k 但 R1 R2 应小于或等于 3 3M 表 10 1 Tp s Td s T s R1 k R2 k C F 理 论 值实 测 值理 论 值实 测 值理 论 值实 测 值 4 74 70 01 104 70 022 2 图 10 2 构成间隙声响发生器 调节元件 W 使振荡器频率为 1kHz 并经 5 分频 后输出 以 1Hz 信号控制振荡器的复位端 当 1Hz S 信号为高电平时 振荡 R 器振荡 当 1Hz S 信号为低电平时 振荡器停振 这样扬声器发出间隙声响 测出 A A 点波形图 3 用集成定时器 555 构成单稳态触发器 用无抖动开关电路 采用单次 CP 信号 实现触发 以控制其他自动化系统工作 要求输出脉宽 即定时时间 为 1ms 1s 试确定相应的电阻 电容值 用示波器观测其输出波形 并与理论值 比较分析 要求有设计全过程说明 含参数估算 图 10 1 555 自激多谐振荡器 四 预习要求 1 单稳态触发器有哪些特点 2 熟悉集成定时器 555 构成的多谐振荡器 输出信号的脉宽 TWH 周期 T 和频率 f 的计算方法 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 图 10 3 间隙声响发生器 大规模集成存储器 EEPROM 的应用 含 3 个实验项目 一 实验目的 1 了解大规模集成存储器 EEPROM 2 通过实验熟悉它们的工作特性 使用方法及其应用 二 实验原理 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory 电可擦可编程只读存 储器 一种掉电后数据不丢失的存储芯片 是可用户更改的只读存储器 ROM 其可通 过高于普通电压的作用来擦除和重编程 重写 EEPROM 一般用在即插即用 常用在接口 卡中 用来存放硬件设置数据 也常用在防止软件非法拷贝的 硬件锁 上面 ATMEL 并行接口 EEPROM 程序存储器芯片 AT28C64 是一种采用 CMOS 工艺制 成的 8K 8 位 28 引脚的可用电擦除可编程只读存储器 1 AT28C64 引脚排列如图 11 1 所示 图 11 1 AT28C64 引脚排列图 表 11 1 AT28C64 引脚功能 2 AT28C64 的引脚功能如表 11 1 所列 3 AT28C64 引脚的方式选择 如表 11 2 所示 Mode CEOEWE I O ReadVILVILVIHDOUT Write 2 VILVIHVILDIN Stand by Write InhibitVIHX 1 XHigh Z Write InhibitXXVIH Write InhibitXVILX Output DisableXVIHXHigh Z Chip Erase