数字电子实验简易讲义二版160418_W

1、 数字电子技术实验讲义版权所有无授权请勿翻印实验一 电子仪器使用及半导体分立元件参数测试 一、实验目的 学会常用电子仪器的操作和使用。 掌握用示波器测量脉冲信号有关参数的方法。 学习测量半导体分立元件参数的基本方法。 熟悉数字电路实验箱的使用。 二、预习要求 复习常用电子仪器的操作和使用方法，阅读仪器的使用说明，初步认识实验室中基本仪器的功能及其接线等操作方法。 预习时解答本实验的思考题。准备画仪器面板图的纸笔，以备实验课上使用。 三、实验原理与说明电子仪器仪表是电子技术实验的基本工具，离开它们是无法进行测量和调试工作的。常用的电子仪器 仪表主要分二大类： 测量仪器：它只有输入端口，输入被测电

2、路的电参量。如：万用表、示波器、毫伏表。 激励源仪器：它只有输出端口，输出被测电路需要的电参量。例如：信号发生器、直流稳压电源。 常用仪器设备、器件机器使用方法和注意事项： 直流稳压电源 为电路提供能量，它的输出端不允许短路。 信号发生器 为电路提供各种频率和幅值的输入信号。信号发生器按需要输出正弦波、方波、三 角波三种信号波形。通过输出衰减开关和输出幅值调节旋钮，可使输出电压在毫伏到伏特级范围内连续可 调节。信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。信号发生器是信号源，它的输出端不 允许短路。 交流毫伏表 用于测量电路的输入、输出信号的有效值。交流毫伏表只能在其工作频率范围之内测

3、量正弦交流电压的有效值。为了防止过载而损坏，测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上，然后 在测量中逐渐减小量程。 数字式（或指针式）万用表 用于测量电路的静态工作点和直流信号的值。也可测量工作频率较低时电路的交流电压、交流电流的有效值及测量电路的电阻、电容值等。 示波器 电子示波器是一种常用的电子测量仪器，它能直接观测和实时显示被测信号的波形。它不仅能观测电路的动态过程，还可以测量电信号的幅值、频率、周期、相位、脉冲宽度、上升和下降时间 等参数。 常用的半导体分立元件有二极管、三极管、场效应管等。 示波器的操作方法简介(以内蒙古电子仪器厂 SS-5702A 型号示波器为例)： 1） 寻找扫描

4、光迹。将示波器“Y 轴显示方式（Y MODE）”置于“DUAL”位置，“输入选择开关”置于 “GND”，开机预热后，若在显示屏上不出现光点或扫描基线，可按下列操作去找到扫描线。 【提示】上述操作把示波器的机内“地”接于信号输入端，正常情况下，时基选择较大时屏幕上出 现水平扫描的光点，时基选择较小时屏幕上出现水平的扫描直基线。 图 11 数字万用表测二极管等效电路 适当调节亮度旋钮。“扫描方式（SWEEP MODE）”开关置“自动（AUTO）”。适当调节垂直（ ）、 内蒙古工业大学信息学院电子技术课程组编制14 水平（ ）“位移（POSITION）”旋钮，使扫描光迹位于屏幕中央（若示波器设有“寻

5、迹”按键，可按下 “寻迹”按键，判断光迹偏移基线的方向）。 2） 双踪示波器一般有 5 种显示方式，即“CH1”、“CH2”、“CH1+CH2” 、“CH1-CH2”（CH2 的极性开关应该选在 INV 位置）四种单踪显示方式和一种双踪显示方式。有的示波器（辽宁无线电二厂 VP-5220D） 还有“交替”、“断续”两种双踪显示方式。“交替”显示一般适用于频率较高的输入信号；“断续”显示一般适用 于频率较低的输入信号。 3） 为了显示稳定的被测量信号波形，“触发耦合（COUPLING）”开关一般选为“内（INT AC）”位置触发，使扫描触发信号取自示波器内部的 Y 通道。 4） “扫描方式（SW

6、EEP MODE）”开关通常先置于“自动（AUTO）”，调出波形后，若被显示的波形不稳定，可置于“常态（NORM）”，通过调节“触发电平（LEVEL）”旋钮找到合适的触发电压，使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。 【提示】注意，此时信号从哪一个通道输入进示波器，触发源开关 SOURCE 应该选择到哪一个通道， “触发电平（Level）”旋钮才能起作用。 有时由于选择了较慢的扫描速度，显示屏上将会出现闪烁的光迹，但被测信号的波形不在 X 轴方向左右移动，这样的现象仍属于稳定显示。 5） 适当调节“扫描速率（SEC/DIV）”旋钮使屏幕上显示 12 个周期的被测信号波形，调节“Y 轴灵敏度（V

7、OLTS/DIV）”旋钮使被测信号波峰谷尽量接近屏幕上下边沿。在定量测量信号幅值时，应注意“Y轴灵敏度微调（VARIABLE）”旋钮置于“校准（CAL）”位置，即顺时针旋到底或听到“咔嗒”关的声音。在定量测量周期时，应注意将“X 轴扫描微调（VARIABLE）”旋钮置于“校准（CAL）”位置，即顺时针旋到底或听到“咔嗒”关的声音。还要注意“扩展（PULL）”旋钮的位置应该在推入位置。 根据被测波形在屏幕的垂直方向上所占的格数（div 或 cm）与“Y 轴灵敏度（VOLTS/DIV）”旋钮指示值的乘积，即可算得信号幅值的实测值。 【提示】示波器上容易读到的是正弦波信号峰峰值 VPP，而我们日常谈

8、论的和测量的数值都是有效值 U。所以调节或测量正弦波信号时，要注意数值换算 VPP=2.828U。 根据被测信号波形一个周期在屏幕的水平方向上所占的格数（div 或 cm）与“扫描速率（SEC/DIV）”旋钮指示值的乘积，即可算得信号周期的实测值。 二极管的测量 二极管的品种很多，但每个二极管都由一个 PN 结构成，PN 结的单向导电性是判别二极管好坏的基本依据。 1） 用万用表测量二极管 用指针式万用表测量二极管 EcRo红 黑用指针式万用表欧姆档测量二极管时，万用表的等效电路如图 11 所示，万用表面板上标有“” 号的端子接红表笔，对应于万用表内部电池的负极，而面板上标有“”号的端子接黑表

9、笔，对应于万用表内部电池的正极。这在用指针万用表判断二极管的极性时一定要记住。图 11 中的o 是万用表欧姆档的等效内阻，大小与量程倍率有关，实际上o 值为表盘中心标度值乘以所选欧姆档的倍率，不同倍率档o 不同，所以，用不同倍率档测量同一个二极管的正向电 阻值是不同的。 测量小功率二极管时，万用表置100 档或 1K 档，其他量程有可能损坏被测二极管， 表的1档输出电流过大，10K 档输出电压过大。不过对于面接触型大电流整流二极管可用1或10K 档进行测量。测量时，如 图 11 所示将二极管分别以两个方向与万 图 11 指针万用表欧姆档等效电路 用表的表笔相接，两种接法万用表指示的电阻必然是不

10、相等的，其中万用表指示的较小的电阻值为二极管 的正向电阻，一般为几百欧到几千欧左右，此时，黑表笔所接端为二极管的阳极，红表笔所接端为二极管 的阴极。万用表指示的较大的电阻值为二极管的反向电阻，对于锗管，反向电阻应在 100K以上，硅管 的反向电阻很大，几乎看不出表针的偏转。用这种方法可以判断二极管的好坏和极性。 用数字式万用表测量二极管 EcR1红 黑 数字万用表电压档 一般数字式万用表上都有二极管测试档，例如，DT830B 型数字万用表，其测试原理与指针式万用表测量电阻完全不一同，它测量二极管的等效电路如图 12 所示，实际上测量的是二极管的直流电压降。注意，此时红表笔对应于万用表内部电池的

11、正极，而黑表笔对应于万用表内部电 池的负极。用红、黑表笔分别与二极管的阳阴极图 12 数字万用表测二极管等效电路 相接时，二极管正向导通，万用表显示二极管的正向导通电压D。若用红、黑表笔分别与二极管的阴、阳极相接时，二极管反向偏置，表上显示溢出标志“1.”。 2） 发光二极管的测量 发光二极管一般由磷砷化镓、磷化镓等材料制成，它的内部存在一个 PN 结，具有单向导电性，当它正向导通时就能发光。 用指针式万用表判别发光二极管 指针式万用表判断发光二极管的极性的方法与判断普通二极管的方法是一样的，只不过一般发光二极 管的正向导通电压可超过 1V，实际使用电流可达 100mA 以上，测量时可用量程较

12、大的1K 和10K 档测其正向和反向电阻。一般正向电阻小于 50K，反向电阻大于 200K为正常。 用数字式万用表判别发光二极管 数字式万用表判断发光二极管极性的方法与判断普通二极管的方法一样。 三极管的测量 半导体三极管的种类和型号较多，从制造材料可分为锗管和硅管，从导电类型可分为 NPN 管和 PNP 管， 从功率大小可分为小功率、率和大功率管，表征晶体管性能的电参数也有几十个至多，但是在实际应用时，无须将全部参数测出，只需根据应用需要作一些基本的必要测量即可。 1）用万用表测量三极管 用指针万用表判别管脚 无论 NPN 型还是 PNP 型三极管，其内部都存在两个 PN 结，即发射结（BE

13、）和集电结（CE），基极处于公共位置，利用 PN 结的单向导电性，用前面介绍的判别二极管的极性的方法，可以很容易地用万用表找出三极管的基极并判断其导电类型是 NPN 型还是 PNP 型。 A. 基极的判定 以 NPN 型三极管为例说明测试方法。用指针式万用表的欧姆档，选择1K 或100档，将红表笔插入万用表的“+”端，黑表笔插入“”端，首先选定被测三极管的一个引脚，假定它为基极，将万用表的黑表笔固定接在其上，红表笔分别接另两个引脚，得到的两个电阻值都较小，然后再将红表笔与该假设基极 相接，用黑表笔分别接另两个引脚，得到的两个电阻值都较大，则假设正确，假设的基极确为基极， 否则假设错误，重新另选

14、一脚假设为基极后重复上述步骤，直到出现上述情况。 当基极判断出来后，由测试得到的电阻值的大小还可知道，该三极管的导电类型。当黑表笔接基极时 测得的两个电阻值较小，红表笔接基极时测得的两个电阻值较大，则此三极管只能是 NPN 型三极管。反之则为PNP 型三极管。 对于一些大功率三极管，其允许的工作电流很大，可达安培数量级，发射结面积大，杂质浓度较高， 造成基极发射极的反向电阻不很大，但还是能与正向电阻区分开来。可选用万用表的1或10档进行测试。 B. 发射极和集电极的判别 判别发射极和集电极的依据是发射区的杂质浓度比集电区的杂质浓度高，因而三极管正常运用时的 值比倒置运用时要大得多。仍以 NPN

15、 管为例说明测试方法。用指针式万用表，将黑表笔接假设的集电极， 红表笔接假设的发射极，在集电极（黑表笔）与基极之间接一个 100K左右的电阻，看万用表指示的电 阻值，如图 13（a）所示，然后将红黑表笔对调， 仍在黑表笔与基极之间接一个 100K左右的电阻观察万用表指示的电阻值，如图 13（b）所示，万用表电阻示值小表示流过三极管的电流大，即三极管处于正常运用的放大状态，则此时黑表笔接集电极，红表笔接发射极。 黑 万 用 表 RoE红100K黑 万 用表 Ro E红 100K（a)（b)图 13 用万用表判断三极管的发射极和集电极 用数字万用表判别管脚 数字式万用表判断三极管极性的方法与判断普

16、通二极管的方法类似。一般发射结导通压降略大于集电 结， 依据此特点可判别发射极和集电极。 一般数字式万用表都有测量三极管的电路（例如 DT830B 型数字万用表），在已知 NPN 和 PNP 型后，依据三极管正常运用处于放大状态时b值较大，也可判别发射极和集电极。 万用表测量电阻 指针式和数字式万用表都有电阻测量档，都可以用来测量电阻，测量时先选择好万用表电阻挡的倍率或量程范围，（指针式万用表需要将两个输入端（表笔）短路调零），再将万用表并接在被测电阻的两端，读出电阻值即可。 在用万用表测量电阻时应注意以下几个问题： 要防止把双手和电阻的两个端子及万用表的两个表笔并联捏在一起，因为这样测得的阻

17、值为人体电阻与被测电阻并联后的等效电阻的阻值，而不是被测电阻的阻值，在测几千欧以上的电阻时，尤其要注 意这一点，否则会得到误差超出容许值的测量结果。 当电阻连接在电路中时，首先应将电路的电源断开，绝不允许带电测量电阻值。若电路中有电容器时，应先将电容器放电后再进行测量。若电阻两端与其它元件相连，则应断开一端后再测量，否则电阻 两端连接的其它电路会造成测量结果错误。 由于用万用表测量电阻时，万用表内部电路通过被测电阻构成回路，也就是说测量时，被测电阻中有直流电流流过，并在被测电阻两端产生一定的电压降，因此在用万用表测量电阻时应注意被测电阻所 能承受的电压和电流值，以免损坏被测电阻。例如，不能用万

18、用表直接测量微安表的表头内阻，因为这样 做可能使流过表头的电流超过其承受力（微安级）而烧坏表头。 万用表测量电阻时不同倍率档的零点不同，每换一档时都应重新进行一次调零，当某一档调节调零电位器不能使指针回到 0 欧姆处时，表明表内电池电压不足了，需要更换新电池。 由于指针式万用表电阻档刻度的非线性，使得刻度误差较大，测量误差也较大，因而指针式万用表只 能作一般性的粗略检查测量。数字式万用表测量电阻的误差比指针万用表的误差小，但当它用以测量阻值 较小的电阻时，相对误差仍然是比较大的。 四、实验仪器与设备名 称 型号及使用参数 数 量 数字电路实验箱 TPED61 台 双踪示波器 SS57021 台

19、 数字万用表 DT830B1 块 实验元件 TPED6 实验箱提供 若干 五、实验内容及测试方案1. 识别实验仪器 教师介绍实验室各种仪器（外观、型号、功能、面板、标识、参数、特性、仪器的接线和测量方法、使用注意事项等）。 学生分组，每组一套仪器，每人画一套仪器面板图，详细标注所有的文字符号，在实验报告中对所有的英文进行翻译。 按照实验要求，边操作边记录。 2. 直流稳压电源的使用 接通电源开关，用数字式（或指针式）万用表“DCV”挡测量输出电压的值。将测量值填入表 1-1 中。 表 1-1 万用表测量稳压电源输出电压实验数据 稳压电源标准输出电压/V 万用表测量电压值/V 用万用表厕量直流稳

20、压电源的输出电压，记录相关数据。 3. 逻辑电平输出器的使用 任选 12 个实验箱所提供逻辑电平输出器，用万用表和发光管分别测出相应的电压值及逻辑状态， 记入表 1-2 中。 表 1-2 万用表和发光管测量逻辑电平输出器实验数据 逻辑电平输出器输出位置 万用表测量电压值/V 发光管测量逻辑状态 用发光管分别检测其它逻辑电平输出器是否工作正常。 4. 示波器的使用(以内蒙古电子仪器厂 SS-5702A 型号示波器为例) 使用前的检查与校准 先将示波器面板上各键置于如下位置：“Y 轴显示方式（Y MODE）”旋钮位于“DUAL” 位置；“触发耦合方式 (COUPLING) ”位于“内触发(INT

21、AC)”；“DC，GND，AC”开关位于“AC” 位置；“扫描方式（SWEEP MODE）”开关位于“自动(AUTO)”位置； “Y 轴灵敏度（VOLTS/DIV）”旋钮位于“0.1V/div”档，“Y 轴灵敏度微调（VARIABLE）”旋钮置于“校准（CAL）”位置，“扫描速率（SEC/DIV）”旋钮位于“0./DIV”档及“X 轴扫描微调（VARIABLE）”旋钮置于“校准（CAL）”位置，然后用示波器探头线的探针头与示波器校正信号输出端“CAL”（右下边突出的线环）相连接，开启电源预热后，示波器屏幕上应显示幅度为 0.3 V、周期为 1ms 的方波，其意谓示波器探头线的信号线正常。不能发

22、现方波信号时，适当调节垂直（ ） 旋钮、水平（ ）“位移（POSITION）”旋钮，使波形位于屏幕中央，调节位移旋钮后后没有方波波形， 说明示波器探头信号线不正常。有波形后，调节“辉度”“聚焦”和“辅助聚焦”各旋钮使屏幕上观察到的 波形细而清晰，调节亮度旋钮于适中位置，波形信号不刺眼为好。最后用示波器的探针头接触示波器探 头线的接地鳄鱼夹，示波器屏幕上显示一条水平的直线，其意谓探头线的接地线正常；否则说明探头线的 接地线不正常。 脉冲信号电压幅值的测量 用示波器测量示波器校正信号的波形，调出 35 个完整周期、幅度适中的稳定波形，估测信号的频率和幅度。详细记录操作过程和出现的问题。 “Y 轴灵

23、敏度微调（VARIABLE）”旋钮置于“校准（CAL）”位置，适当选择“Y 轴灵敏度（VOLTS/DIV）”旋钮的位置，使示波器屏上能观察到完整、稳定的信号波形，则此时屏上纵向坐标表示每格的电压伏特数， 根据被测波形在纵向高度所占格数便可读出电压的数值，测出结果记入表 1-3 中。 表 1-3 示波器测量校正信号 CAL 实验数据 Y 轴灵敏度 VOLTS/DIV 旋钮指示刻度 显示信号幅值波形高度 U/格 显示信号幅值电压 U/V 信号波形图 任意调节信号源，使之输出一个波形稳定的方波信号。测出幅值记入表 1-4 中。 表 1-4 示波器测量任意方波信号实验数据 Y 轴灵敏度 VOLTS/D

24、IV 旋钮指示刻度 显示信号幅值波形高度 U/格 显示信号幅值电压 U/V 信号波形图 注意：若使用 101 探头电缆时，应将探头本身的衰减量考虑进去。 信号频率的测量 “X 轴扫描微调（VARIABLE）”旋钮置于“校准（CAL）”位置，“扫描速率（Sec/DIV）” 旋钮的刻度值表示屏幕横向坐标每格（大格）所表示的时间值。在预先校正好的条件下，根据被检测信号波形在横向 所占的格数直接读出信号的周期；若要测量频率只需将被测的周期求倒数即为频率值。按表 1-4 所示频率由信号发生器输出信号，用示波器测出其周期，然后计算频率，并将所测结果与已知频率比较。 表 1-4 示波器测量信号频率实验数据

25、信号发生器输出信号频率/kHz 1 5 扫描速率 Sec/DIV 旋钮指示刻度 一个信号周期占有水平格数/格 信号周期/ms 信号脉宽的测量 脉冲信号前、后沿时间的测量。由于示波器内部 Y 轴装有延迟线，因此采用内触发方式可方便地测出脉冲波形的前、后沿时间 Tr 和 Tf。 脉冲信号宽度的测量。首先通过示波器的位移旋钮将脉冲波形移至屏幕中心，并调节“Sec/DIV” 开关使其在 X 轴方向基本占据整数格数。 图 14 测量脉冲信号宽度 例如：假设图 14 中示波器 Sec/DIV=1ms/DIV，VOLTS/DIV= 2V/ DIV。 则信号脉宽T = 1ms / div 2.6div = 2

26、.6ms 。信号幅值U = 2V / div 1.8div = 3.6V注意，不同厂家的不同型号示波器面板略有差异，请在使用过程中注意区分。例如辽宁无线电二厂VP-5220D 型示波器中“轴显示方式（Y MODE）”标志为“MODE”选择方式为琴键式开关，其中双踪显示分为“ALT”和“CHOP”两种。“扫描方式（SWEEP MODE）” 亦使用琴键式开关，并且增加“单次方式（SINGLE）”方式， “扫描速率（SEC/DIV）”开关标志变为“TIME/DIV”。“触发信号源”分为“INT、LINE、EXT、EXT 10 ”4 个开关位置（一般常使用“内触发（INT）”位置）； “触发耦合方式

27、(COUPLING) ” 分为“AC、 AC-LF、TV、DC ”4 个开关位置。所以请读者在使用示波器时一定要注意阅读使用说明书。 分立元件参数测量 半导体二极管参数及好坏测试。 半导体三极管参数及好坏测试。 电阻、电容、电位器等参数测试。 熟悉数字电路实验箱的使用 六、思考题 使用示波器时要达到如下要求，应调节哪些旋钮和开关？ 波形清晰，亮度适中；波形稳定；移动波形位置；改变周期个数；改变波形的幅度；同 时观察两路波形。 用示波器测量信号的频率与幅值时，如何保证测量精度？ 示波器触发来源分为“内部”，“外部”，其作用是什么？如何正确使用？ 双踪示波器的“断续”和“交替”工作方式之间的差别是

28、什么？ 用示波器测量直流信号时应注意什么问题？ 用示波器测量交、直流混合波形的信号，从不同的输入端（AC 端或 DC 端）输入信号，屏幕波形各代表什么含义？ 如何判断半导体二极管、晶体管的管脚功能及好坏？ 如何测量电路中的电阻参数？ 怎样测量电路中的输出电压和输出电流？在测量过程中应特别注意什么？ 一、实验目的实验三 门电路逻辑功能测试 掌握基本门电路的逻辑功能。 练习使用集成电路芯片。 熟悉数字电路实验箱的使用方法。 二、预习要求 复习门电路的工作原理及相应逻辑表达式；复习二进制数的运算。 查阅资料，了解所用芯片的功能和外部引脚排列。 三、实验原理与说明在数字电路中，门电路是最基本的逻辑元件

29、，基本的逻辑关系为“与”逻辑、“或”逻辑、“非”逻辑三种， 而由这三种基本门电路又可以组成其它多种复合门电路。常用集成逻辑门电路有 TTL 和 CMOS 两大类。TTL 集成门电路的电源电压为 5 (波动10%) V，阈值电压约 1.4V，输出高电平约（3.65.0）V，低电平约（0.10.3）V。CMOS 集成门电路的工作电压通常在 318V 之间，阈值电压近似为电源电压的一半。 1. 与非门 与非门如图 31 所示。AY 逻辑表达式Y = ( AB) 。B 与非门的特点是有“0”出“1”，全“1”出“0”，即两个 图 31输入端至少有一个为低电平时输出为高电平；当两个输入端全为高电平时输出

30、为低电平。 2. 或非门 或非门如图 32 所示。AY B 逻辑表达式Y = ( A + B)。 或非门的特点是有“1”出“0”，全“0”出“1”，即两个 图 32输入端至少有一个为高电平时输出为低电平；当两个输入端全为低电平时输出为高电平。 3. 异或门 异或门如图 33 所示。 逻辑表达式Y = A B 。 A YB 异或门的特点是相同为 “0”，不同为 “1”，即两个 图 33输入端输入相同时输出为低电平；两个输入端输入不同时输出为高电平。 四、实验仪器及设备名称 型号及使用参数 数 量 数字电路实验箱 TPED61 台 二输入端四“与非”门 74LS001 片 二输入端四“或非”门 7

31、4LS021 片 二输入端四“异或”门 74LS861 片 六反相器 74LS041 片 数字万用表 DT830B1 块 五、实验内容与测试方案1. 数字电路实验箱的使用 熟悉实验箱面板的结构及介绍。 熟悉实验箱的具体用法。 熟悉数字万用表的使用。A122. 测量与非门的逻辑功能B 将 74LS00 插入实验箱面板上的 IC 插座，VCC 取+5V，按图 34 接线，输入端分别接“逻辑电平”的输出，由逻辑开关控制， +Vcc 1474LS00 A 3 Y7输出端接至发光管“电平显示”输入端。当与非门输出高电平时， 发光管亮，低电平时发光管灭。 图 34与非门 【提示】实验箱接线孔标志的号码是

32、IC 插座的管脚号，而实验中关注的是芯片 IC 的管脚号，当 IC 的管脚比插座的管脚数量少时，必须注意 IC 的管脚号与接线孔标志的号码不一一对应。接线时必须去掉未使用的接线孔编号，否则将可能因接错线而损坏芯片。 【提示】芯片输入端的高低电平用开关模拟；芯片输出端的高低电平用发光二极管 LED 指示。 与非门输入端 A，B 分别为表 31 所列状态时，测试输出端 Y 的电位，并将它们转换成相应的逻辑状态，填入表 31 内。 表 31 与非门测试实验数据 输入端 输出端 AB电位(V)逻辑状态(0、1)00011011* （无 TTL 门电路选作 5.）在下列情况下用万用表测量输入悬空端和输出

33、端的电平值，并填入表 32 内。 a. 至少有一个输入端为 0V。 b. 一个输入端为 5V，一个输入端悬空。c. 输入端悬空。 表 32 TTL 与非门输入悬空测试实验数据 输入端 输出端 A电位(V)B电位(V)电位(V)逻辑状态 01悬空 1悬空 悬空 【提示】请注意 TTL 门电路(芯片代码*74*或*54*) 与CMOS 门电路(芯片代码 4000*、*74HC*或*54HC*) 的区别和使用要求。 3. 测量或非门、异或门的逻辑功能参考实验内容 2 的步骤，分别按照图 35 和图 36 接线，画出实验数据测试记录表格，完成或非门、异或门逻辑功能测试。 A 2B+Vcc 1474LS

34、02 A1 Y37+Vcc 14A 1 74LS86 A 3 Y 2B7图 35图 364. 实现非逻辑功能 分别用两输入与非门、两输入或非门、两输入异或门实现Y = A 。参考实验内容 2 的步骤，自行设计绘制实验电路，设计实验数据测试记录表格，完成非逻辑功能测试。分析测试结果，与反相器 74LS04 所实现的逻辑功能进行比较。 【问题】Y = ( A + B) 逻辑关系中，B 等于什么电平时， Y = A ？逻辑关系Y = ( AB) 呢？逻辑关系Y = A B 呢？ 【提示】 A = A + A ， A = A A 。 5*组合逻辑电路功能的测试（选作） 测试用“异或”门和“与非”门组成

35、的半加器的逻辑功能 U1BA46U1A5U1D1123B2U1C139810U2A12图 37 组合逻辑电路的测试电路 1 U3A 32U2BU2C496 8 C510 11 Y1ASB 3 Y2图 37 半加器逻辑电路 根据半加器的逻辑表达式可知，半加器的输出的和数 S 是输入 A、B(二进制数)的“异或”，而进位数 C 是 A、B 的相“与”，故半加器可用一个集成“异或”门和二个“与非”门组成，如图 37 所示。 在实验箱上用“异或”门( 74 LS 86 ) 和 “ 与 非 ” 门 连 接 图 37 所示逻辑电路。输入端 A、B 接“逻辑电平”开关，输出端 S、C 接“电平显示”发光二极

36、管。 将电平开关按表 33 给出 的 逻 辑 状 态 置 位 ， 将 输 出状态，填入表 33 中。 表 33 半加器功能测试实验数据 输入端 A0011B0101 输出端 SC六、注意事项 集成芯片使用前，首先要搞清楚各管脚的功能（参考附录八），连接实验电路时，应特别注意：Ucc及地线不能接错。 本实验万用表使用时，应选直流电压档来测量输出电压。 七、思考题 怎样在实验中判断门电路逻辑功能是否正常。 若用两输入与非门实现Y = A ，多余输入端应如何处理；若用两输入或非门、两输入异或门实现Y= A ，多余输入端又应如何处理。 TTL 门电路悬空端相当于何种逻辑状态，实际接线时对于不同的逻辑电

37、路如何处理悬空端？COMS 门电路悬空端如何处理？ 八、实验报告要求 整理实验数据。分析实验结果，与理论值是否相符？ TTL 门电路输入端悬空应视为高电平还是低电平？用万用表测量，其读数约为多少？ 一、实验目的实验五 触发器测试 学习用集成与非门组成基本 RS 触发器，学会正确使用触发器集成芯片。 熟悉并掌握 RS、JK 、D 触发器的工作原理、逻辑功能和测试方法。 了解不同触发器逻辑功能相互转换的方法。 二、预习要求 复习 RS、JK 、D 触发器的工作原理及相应的逻辑功能。 熟悉所用集成电路芯片的引线位置及各引线用途。 三、实验原理与说明触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，这种电路的特点是

38、：电路在某一时刻的输出状态，不仅取决 于该时刻输入信号的状态(“1”或“0”)，而且与电路在此输入信号作用之前的状态有关，即具有记忆(或 存储) 功能。 【提示】任意时刻，触发器的输出端 Q 和Q 端必须为互为相反的状态。 触发器按其逻辑功能可分为 RS 触发器、JK 触发器、D 触发器、T 和T 触发器等；按其结构可分为主从型触发器和维持阻塞型触发器等。 1. RS 触发器 基本 RS 触发器：属于低电平触发有效的触发器。它有两个输出端：Q 和Q 端。其逻辑功能用输出 Q 与输入 S D 、 RD 之间的特性方程(状态方程)表示为 Q* = (S )D+RDQ = SD+ RD QRD +S

39、 D = 1(约束条件)基本 RS 触发器是构成各种具有时序功能的触发器的基础，如同步(可控)RS 触发器、JK 触发器 、D 触发器和 T 触发器等。 同步(可控)RS 触发器：能在时钟脉冲控制下，有节拍地将输入信号反映到输出端的 RS 触发器称为同步(可控)RS 触发器。同步 RS 触发器的逻辑功能可用输出 Q 与输入 S、R 之间的特性方程表示为 Q* = S + RQR S = 0(约束条件)【问题】什么原因使得基本RS触发器和同步(可控)RS触发器的输入端具有约束项？ 2. JK 触发器 JK 触发器(多功能触发器)具有四种功能计数、置“1”、置“0”和记忆功能，所以是逻辑功能最完善

40、的一种触发器。它是在输入的时钟脉冲的下降沿翻转的，不受任何条件的约束，输入控制端 J、K 上可施加任意形式的输入信号。 其逻辑功能可用输出 Q 与输入 J、K 之间 的特性方程表示为 Q* = JQ+K Q3D 触发器 D 触发器只有一个输入端，它的构成方式也较多，现在应用较多的是维持阻塞型 D 触发器，它在输入 时钟脉冲的上升沿翻转。 维持阻塞型 D 触发器的逻辑功能用输出 Q 与输入 D 之间的特性方程表示为 Q* = D4触发器逻辑功能的转换 现在使用的触发器还有 T 触发器和T 触发器。实际应用中，经常会利用触发器进行逻辑功能的转换。对触发器只要进行简单的连线或附加一些门电路简单改接后

41、，就可构成其它类型的触发器。 四、实验仪器及设备名 称 型号及使用参数 数 量 数字电路实验箱 TPED61 台 二输入端四“与非”门 74LS001 片 双(下降沿)JK 触发器 74LS761 片 双(上升沿)D 触发器 74LS741 片 双踪示波器 SS57021 台 五、实验内容与测试方案1. 基本 RS 触发器逻辑功能的测试 QQ U1A 将一片二输入端四“与非”门芯片 74LS00，插入数字电路实验箱 3芯片插座，按图 51 所示的逻辑电路接线。置位端 SD和复位端 RD分别 接“逻辑电平”开关，输出端 Q 和Q 分别接“电平显示”发光二极管。 检查电路无误后接通电源，按表 51

42、 中的要求进行测试，记录结果并说明在各种输入状态下，电路执行的逻辑功能。 6U1B 当 S D、 RD都接低电平时，观察 Q 和Q 端的状态： 5421将 S D 、 RD 同时由低电平跳为高电平，注意观察 Q 和Q 端的 状态， 重复 35 次看 Q、Q 端的状态是否相同，说明现象。 表 51 基本 RS 触发器功能测试实验数据 SDRD图 51 基本 RS 触发器 输 入 端 输 出 端 逻辑功能 S DRD QQ000110112. JK 触发器逻辑功能的测试 熟悉双 JK 触发器 74LS76 集成芯片的管脚，然后将集成芯片(74LS76)插入数字电路实验箱中的芯片插座，按图 52 所

43、示的逻辑电路接线。置位端 S D 、复位端 RD 及输入端 J、K 分别接“逻辑电平”开关， 输出端 Q 接“电平显示”发光二极管，VCC 端和 GND 端分别接+5V 电源的正负两极，CP 端需要电平信号时 接开关，需要脉冲信号时接手动单脉冲源。 【警告】置位端 S D 、复位端 RD 不能同时接低电平。 数字电子技术实验讲义版权所有无授权请勿翻印 检查电路无误后接通电源，按表 52 中给出的要求(表中“X”指任意状态)进行测试，以观察手动脉冲 CP 变化后触发器的状态，将测试结果记入表 52 中，并说明在各种输入状态下，逻辑电路执行的是什么功能。 【问题】怎样方便地设定触发器的初始状态为“

44、1”或“0”？ 【提示】初始值是任意状态“X”时，先设置输入端状态确定的输入为表中规定逻辑状态，再设置状态为“X”的触发器为某状态（例“0 ”），最后组合设置其它输入端为表中规定状态，察看输出状态；然后更改触发器为另一状态（例“1 ”），再重复上述过程进行测试。如果信号也是“X”时，一定注意要在设置触发器状态前线确定一个状态。 【问题】为什么有时设置触发器状态后再设定状态时，触发器先设定好的状态会发生变化？ 表 52 JK 触发器功能测试实验数据 输 入 端 输 出 端 逻辑功能 SDRDCPJKQQ*01XXXX10XXXX 0 011XX1 1 011XX1 011 XX1 011 001

45、 011 011 011 101 011 111【提示】逻辑功能可以用逻辑表达式表示，亦可以用 “置 0”、“置 1”、“保持”或“记忆”、“计数”或“翻转”等文字表达。 3D 触发器逻辑功能的测试 熟悉双 D 触发器 74LS74 集成芯片的管脚，然后将集成芯片 74LS74 插入数字电路实验箱面板上的芯片插座，并按图 53 所示的逻辑电路接线。同样，置位端 S D 、复位端 RD 及输入端 D 接电平开关， 输出端 Q 接电平显示，VCC 端和 GND 端接+5V 电源的正负两极，CP 端需要电平信号时接开关，需要脉冲信号时接手动单脉冲源。 内蒙古工业大学信息学院电子技术课程组编制15 图

46、 52 JK 触发器实验电路图 53 D 触发器实验电路 检查电路无误后接通电源，按表 53 中给出的要求进行测试，将测试结果记入表 53 中。并说明在各种输入状态下电路执行的逻辑功能。 表 53 D 触发器功能测试实验数据 输入端 输 出 端 逻辑功能 SDRD CP DQQ*01XXX10XXX 0 X0111 1 X0111 X011 1 0011 1 1011 14触发器逻辑功能的转换 将 D 触发器转换成T 触发器，即将 D 端与Q 端相连。如图 54，使 S D = RD =1，CP 端输入 1KHz 连续脉冲，分别用双踪示波器观察 Q 相对于 CP 的波形和Q 相对于 CP 的波

47、形，将波形记录在图 55 中。 图 54 D 触发器转换成T 触发器图 55 输出波形 将 JK 触发器转换成T 触发器，即让 J=K=1。如图 56，自行连接电路，使 S D = RD =1，CP 端输 数字电子技术实验讲义版权所有无授权请勿翻印入 1KHz 连续脉冲，用双踪示波器观察并记录 Q 相对于 CP 的波形，将波形记录在图 57 中。与中观察到的 Q 端波形相比较，有何异同？ Cpt0Q内蒙古工业大学信息学院电子技术课程组编制35 411Cp16（接1kHz连续脉冲） 74LS76A0Q01J C11KSD215 QtRD 14 Q3t图 56 JK 触发器转换成T 触发器图 57

48、 输出波形 六、注意事项 实验中所使用的集成芯片的管脚要仔细辨认，不要接错。 JK、D 触发器的初态是通过直接置位端 S D 、直接复位端 RD 的电平开关设定的，设定后 S D 、RD 端均接高电平，即逻辑开关拨到“1” 位置。 使用示波器时，探头接地端一定要可靠地与被测信号的接地端连接。 七、思考题 基本 RS 触发器与同步 RS 触发器的区别是什么？ 分析 CP 端、 S D 、 RD 端具有的作用。 总结观察到的波形，说明触发器的触发方式。 一、实验目的实验十五 组合逻辑电路设计与测试 掌握组合电路的设计与调试方法。 二、预习要求根据实验任务要求设计组合逻辑电路，并根据所给的标准器件画

49、出逻辑图。 三、实验仪器及设备名 称 型号及使用参数 数 量 数字电路实验箱 TPED61 台 二输入端“与非”门 74LS002 片 四位二进制全加器 74LS831 片 八选一数据选择器 74LS1511 片 四选一数据选择器 74LS1531 片 3-8 译码器 74LS1381 片 四输入端“与非”门 74 LS202 片 四、实验内容 用 74LS183 或 74LS283 设计一个代码转换电路，将 BCD 代码的余 3 码转换为 8421 码。 用 74LS153（或 74LS151）及必要门电路设计用 3 个开关控制一个电灯的逻辑电路，要求改变任何一个开关的状态都能控制电灯从亮到灭或者从灭到亮。 用 74LS42 和必要门电路设计一个单“1”检测电路，当输入 8421BCD 码中有一个“1”时，输出为“1”，否则为“0”。 设计一个水位报警控制器的逻辑电路。设水位高度用四位二进制数提供。当水位上升到 8 米时， 白指示灯开始亮；当水位上升到 10 米时，黄指示灯开始亮；当水位上升到 12 米时，红指示灯开始亮。水位不可能上升到 14 米。 设计一个血型检测电路。人类的血型分为 A、B、AB、和 O 型四种。这四种血型之间存在着一定关系。输血时输血者和受血者的血型必须符