实验教学部分- 1 -
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基本原理实验
实验一 门电路逻辑功能测试及应用
一、实验目的
1.熟悉数字电路学习机和双踪示波器的使用方法； 2.熟悉门电路的逻辑功能；
3.掌握TTL门电路、CMOS门电路功能及外特性的测试方法； 4.掌握基本集成逻辑芯片的正确使用与应用。
二、实验器材
1.数字电路学习机 2.双踪示波器 3.万用表 4.集成芯片
74LS00 74LS02 TC4011 5.0～10KΩ电位器 6.导线若干
1台 1台 1台 1片 1片 1片 1只
四2输入TTL与非门 四2输入TTL或非门 四2输入COMS与非门
三、预习要求
1.了解数字电路学习机和双踪示波器的使用方法（见附录）； 2.熟悉所用集成芯片的引线位置及各引线用途； 3.复习门电路工作原理及相应逻辑表达式； 4.复习门电路主要特性及参数的意义。
四、实验内容及步骤
实验前按学习机使用说明书先检查学习机电源是否正常，然后选择实验用的集成芯片，按自己设计的实验接线图接好连线，特别注意VCC及地线不能接错。线接好后经实验指导老师检查无误方可通电实验。实验中改动接线须先断开电源，接好线后再通电实验。
1.测试门电路的逻辑功能
分别将集成芯片74LS00、TC4011、74LS02插入面包板，接好VCC和地线，输入端接S1~S8（电平开关输出插口）任意两个，输出端接电平显示发光二极管（D1~D8）任意一个，列出各自的真值表，写出逻辑表达式。（集成芯片引脚图见图1-9、图1-10、图1-11）
2.TTL门电路（74LS00）主要参数的测试
（1）输出高电平VOH与输出低电平VOL的测定。
VOH—是指输入端有一个或一个以上为低电平时的输出高电平值，其测试图如图1-1所示。
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VOL—是指输入端全部接高电平时的输出低电平值，其测试图如图1-2所示。 （2）输入短路电流IIS的测定。
IIS—是指输入端有一个接地，其余输入端接高电平（或TTL门输入端的开路）时，流入接地输入端的电流。有时也把VI=0时的输入电流叫输入短路电流IIS。
分别按图1-3（a）、（b）所示测量IIS，分析两种情况下测定的IIS值，你认为结果是否合理，为什么？
（3）高电平输入电流IIH的测定。
IIH—是指输入端有一个接高电平，其余输入端接低电平（接地）时，流入该输入端的电流。
VCC（+5V）VOHVCC（+5V）VOL&V&V
图1-1 VOH的测试电路 图1-2 VOL的测试电路
VCC（+5V）VCC（+5V）&IISmAVOIISmA&VO
（a） （b）
图1-3 IIS的测量电路
分别按图1-4（a）、（b）所示测量IIH，分析两种情况下测定的IIH值是否合理，为什么？
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VCC（+5V）IIHA&VO
（a） （b）
图1-4 IIH的测量电路
3.电压传输特性的测量
（1）TTL与非门的电压传输特性的测试。
TTL与非门的电压传输特性测试电路图如图1-5所示，改变电位器W的中心抽头的位置，使输入电压VI按表1-1变化，用万用表测出每个VI对应的VO的大小，填入表1-1中，并在坐标纸上画出电压传输特性曲线。
VCC（+5V）WVIV&VVO
图1-5 电压传输特性测试电路
表1-1 TTL与非门的电压传输特性的测试
VI（V） 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 VO（V） （2）CMOS门电路的电压传输特性的测试。
将集成芯片按图1-5接线，输入电压VI按表1-2的大小变化，测出对应的VO值的大小，填入表1-2中，并用坐标纸画出电压传输特性曲线。
表1-2 CMOS与非门的电压传输特性的测试 VI（V） 0.0 0.5 1.0 1.4 1.7 2.0 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 3.0 4.0 5.0 VO（V） 4.CMOS门电路平均传输时间的测量
用一片TC4011按图1-6接线，输入电压VI接学习机上的连续脉冲，选择合适的连
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续脉冲的频率，用双踪示波器观察并记录输入、输出相位差（记录VI-VO波形），计算每个门的平均传输延迟时间的tpd值。
V i&&&&V O
图1-6 CMOS门电路平均传输时间测量电路
5.利用逻辑门控制输出
（1）利用与非门控制输出。
用一片74LS00按图1-7接线，在X输入端输入连续脉冲，在S输入端分别加低电平“0”和高电平“1”时，用示波器分别观察输出端Y的波形，将结果填入表1-3中，讨论S对输出脉冲的控制作用。
表1-3 与非门控制输出 Y 输入X t0 X YY输出Y St（S=0时） 0
Y输出Y 图1-7 与门控制输出
t（S=1时） 0 （2）利用或非门控制输出。
用一片74LS02按图1-8接线，在X输入端输入连续脉冲时，在S输入端分别加低电平“0”和“1”时，用示波器分别观察输出端Y的波形，将结果填入表1-4中，讨论S对输出脉冲的控制作用。
表1-4 或非门控制输出
&输入X Y0t tXS1Y
输出Y （S=0时） 输出Y （S=1时） Y0 图1-8 或非门控制输出
Yt 0 6.门电路的应用：半加器
如果不考虑进位，将两个一位二进制数相加，称为半加。实现半加运算的电路叫做半加器，它的真值表如表1-5所示，试用74LS00（或CT4011）
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实现半加和Sn电路，画出逻辑电路图。
表1-5 半加器真值表 An 0 0 1 1
Bn 0 1 0 1 Sn 0 1 1 0 五、实验报告要求及讨论
1.按各步骤要求填表并画逻辑图。 2.回答问题：
（1）怎样判断门电路逻辑功能是否正常？
（2）与非门和或非门一个输入接连续脉冲，其余端什么状态时允许脉冲通过？什么状态时禁止脉冲通过？
（3）异或门又称可控反相门，为什么？
（4）CMOS门电路的多余输入端能否悬空，为什么？
14Vcc131211109814Vcc1312111098&&1234&&GND567&&1234&&GND567
图1-9 74LS00的外引脚图 图1-10 TC4011的外引脚图
14Vcc1312111098
11123411GND567
图1-11 74LS02的外引脚图
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实验二 组合逻辑电路的设计与化简
一、实验目的
1.掌握组合逻辑电路的设计与化简方法； 2.掌握用基本集成芯片设计组合电路的方法。
二、实验器材
1.数字电路学习机 2.集成芯片
74LS00 TC4011 74LS10 74LS86 3.导线若干
1台 1片 1片 1片 1片
四2输入TTL与非门 四2输入CMOS与非门 三3输入TTL与非门 四2输入异或门
三、预习要求
1.了解实验所需集成芯片的引脚功能； 2.复习组合逻辑电路设计与化简的方法； 3.完成各实验内容中的原理电路图。
四、实验内容及步骤
1.用最少的2输入与非门实现下列逻辑函数，画出逻辑电路图，并用实验验证。 F1（A，B，C，D）=∑m（0，1，2，3，4，5，10，11，14，15） F2（A，B，C，D）=ABC（AB+CD+AD） 2.设计一表决电路。 某三人参加会议，对某项提案进行表决，如果同意，就按下桌前的按钮，用逻辑“1”表示，如果不同意，就不按，用逻辑“0”表示。如果三人中有两人或两人以上同意，提案就通过，用逻辑“1”表示，否则就不通过，用逻辑“0”表示。试用74LS00、TC4011各一片实现上述功能。
3.设计一数据选择电路，要求为三选一，用74LS00、TC4011和74LS10各一片来实现。
4.利用74LS86设计四输入变量的奇偶校验电路，若输入“1”的个数为偶，则输出为“0”，否则为“1”。（集成芯片的引脚图见图2-1、图2-2）
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14Vcc1312111098&&&3456GND712
图2-1 74LS10的引脚图 图2-2 74LS86的引脚图
五、实验报告要求与讨论
1.根据题目要求，写出化简过程，画出设计逻辑电路图。 2.说明实验过程中出现故障的原因及排除方法。
3.思考题：有同学用完好的74LS12（OC门）代替74LS10组装实验电路，发现无输出，试分析原因，74LS12引脚排列与74LS10相同。
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实验三 译码器、数据选择器和加法器
一、实验目的
1.掌握中规模集成电路74LS138、74LS151和74LS283的逻辑功能及其测试方法； 2.掌握用中规模集成电路设计组合逻辑电路的方法。
二、实验器材
1.数字电路学习机 2.集成芯片
74LS138 74LS151 74LS283 74LS00 3.导线若干
1台 1片 1片 2片 2片
3线-8线译码器 8选1数据选择器 4位二进制超前进位全加器 四2输入TTL与非门
三、预习要求
1.了解74LS138、74LS151和74LS283的工作原理、引脚图、逻辑功能及使用方法； 2.复习用中规模集成电路设计组合逻辑电路的方法； 3.根据实验内容的要求画出原理电路图。
表3-1 74LS138功能表
输 入 使 能 选 择 输 出 G1 G2A G2B A B C Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7 X H X X X X H H H H H H H H X X H X X X H H H H H H H H L X X X X X H H H H H H H H H L L L L L L H H H H H H H H L L L L H H L H H H H H H H L L L H L H H L H H H H H H L L L H H H H H L H H H H H L L H L L H H H H L H H H H L L H L H H H H H H L H H H L L H H L H H H H H H L H H L L H H H H H H H H H H L
四、实验内容及步骤
1.译码器、数据选择器、加法器的逻辑功能测试 （1）译码器功能测试。
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本实验采用的中规模集成电路74LS138是一个3线-8线译码器。其功能表如表3-1所示，其引脚见图3-1，按表3-1逐项测试74LS138的逻辑功能。
（2）数据选择器功能测试。
本实验采用的中规模集成电路74LS151是一个八选一数据选择器，其引脚图见图3-2所示，功能表如表3-2所示，按表3-2逐项测试74LS151的逻辑功能。
表3-2 74LS151功能表
输 入 输 出 选 择 选通 A B C × × × 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 S 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Y W 0 1 D0 D0 D1 D1 D2 D2 D3 D3 D4 D4 D5 D5 D6 D6 D7 D7
图3-1 74LS138的引脚图
图3-2 74LS151的引脚图 图3-3 74LS283的引脚图 （3）加法器的逻辑功能测试。
本实验采用的74LS283是四位超前进位全加器，A4A3A2A1和B4B3B2B1为两个四位二进制加数输入端，C0为低位进位输入，∑4∑3∑2∑1为和数输出，C4为总进位输出。其引脚图见图3-3。按表3-3所给的数进行测试，将结果填入表中。
表3-3 74LS283加法器逻辑功能测试
输 入 C0/C0′ A4 A3 A2 A1 B4 B3 B2 B1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 - 11 -
输 出 ∑4/∑4′∑3/∑3′∑2/∑2′∑1/∑1′ C4/C4′ 0/1
2.用译码器、数据选择器实现逻辑函数
（1）用74LS138实现下列函数，必要时可附加一片74LS00。
F（A，B，C）=∑m（1，2，3，4，5） （2）用74LS151实现下列函数。
F（A，B，C）=∑m(1，3，5，6，7) 3.设计BCD码加法器
用两片74LS283设计一BCD码加法器，必要时可附加2输入与非门。画出原理电路图，用实验验证，并记录实验结果。填入表3-4中，其中D13D12D11D10和D23D22D21D20为加法器的输入，D4为加法器的进位输出，D3D2D1D0为加法器的输出。
表3-4 BCD码加法器 D13D12D11D10 D23D22D21D20 D4D3D2D1D0 D13D12D11D10 D23D22D21D20 D4D3D2D1D0 000000 0 0 0 00011 0000111100 0011001100 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 000001 0 0 1 00011 0000111100 0011001100 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 五、实验报告要求与讨论 1.整理实验数据、图表并对实验结果进行分析讨论。 2.思考题：试设计一个四位二进制求补码的电路。
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实验四 集成触发器
一、实验目的
1.熟悉基本RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器的逻辑功能； 2.熟悉触发器逻辑功能相互转换的方法； 3.了解触发器脉冲工作特性。
二、实验器材
1.数字电路学习机 2.双踪示波器 3.集成芯片
74LS00 74LS74 74LS112 4.导线若干
1台 1台 1片 1片 1片
四2输入TTL与非门 双D（TTL）触发器 双JK（TTL）触发器
三、预习要求
1.了解实验所需集成芯片的引脚和功能；
2.复习触发器的逻辑功能及相互间转换的方法； 3.完成实验中要求的原理电路图的设计。
四、实验内容及步骤
集成芯片介绍
74LS74为带异步置位和复位的上升沿触发的双D型TTL触发器，它的外引脚图见图4-1所示。
74LS112为带异步置位和复位的下降沿触发的双JK型TTL触发器，它的外引脚图见图4-2所示。
141312111092Q82Q16151413121110VCC9Vcc2CLR2D2CK2PR1CLR2CLR2CK2K2J2PR2Q74LS741CLR1D1CK1PR1Q1QGND74LS1121CK1K1J1PR1Q1Q2QGND12345671
2345678
图4-1 74LS74的引脚图 图4-2 74LS112的外引脚图 1.基本RS触发器逻辑功能测试
（1）用两个与非门接成如图4-3所示的基本RS触发器电路，按表4-1的顺序在Sd、
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Rd端加信号，观察并记录Q、Q的状态，将结果填入表中，并说明在各种输入状态下，
触发器执行的是什么功能？
（2）当Sd、Rd都接低电平时，观察Q、Q端的状态，当Sd、Rd同时由低电平跳为高电平时，注意观察Q、Q的状态，重复几次，以正确理解“不定”状态的含义。（注：） Sd、Rd接同一逻辑电平开关才能满足“同时”的要求。
表4-1 基本RS触发器逻辑功能测试
QQ QQ 逻辑功能 Sd Rd 0 0 & &0 1 1 0 RSdd1 1 图4-3 基本RS触发器
2.集成D触发器的逻辑功能的测试
（1）用学习机上的单次脉冲作CP脉冲加入74LS74 D触发器的CP端，观察并记录Q、Q的状态，填入表4-2中。
表4-2 D触发器的特性表 PR、CLR 0 1 1 0 CP × × D Qn Qn+1 Qn1 × × 0 1 0或1 × 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 （2）令Sd=Rd=1，将D和Q端相连，CP端加连续脉冲，用双踪示波器观察并记录Q和Q相对于CP的波形，记录于图4-4中。
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CPQQ
图4-4 D触发器时序
3.集成JK触发器逻辑功能的测试
（1）用学习机上的单次脉冲作CP脉冲加入74LS112 JK触发器的CP端，观察并记录Q、Q的状态，自行设计并填写JK触发器的特性表。
（2）令Sd=Rd=1，J=K=1，CP端加连续脉冲，用双踪示波器观察并记录Q和Q相对于CP的波形，记录于图4-5中。
CPQQ
图4-5 JK触发器时序
4.实现下列触发器逻辑功能的转换，写出转换过程，并画出电路图，用实验验证。 （1）将D触发器转换成JK触发器。 （2）将D触发器转换成T触发器。 （3）将JK触发器转换成D触发器。 （4）将JK触发器转换成T触发器。
五、实验报告要求及讨论
1.整理实验数据、图表并对实验结果进行分析讨论。
2.实验内容中各种触发器的转换过程及原理图必须明确表示出来。 3.总结各类触发器的特点。
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实验五 时序逻辑电路分析、设计与测试
一、实验目的
1.进一步熟悉时序逻辑电路的分析方法； 2.掌握时序逻辑电路的测试方法；
3.熟悉脉冲型同步时序电路的设计与测试方法； 4.熟悉脉冲型异步时序电路的设计与测试方法。
二、实验器材
1.数字电路学习机 2.双踪示波器 3.万用表 4．集成芯片
74LS112 74LS74 74LS20 74LS00 5.导线若干
1台 1台 1台 2片 2片 2片 2片
双JK（TTL）触发器 双D（TTL）触发器 双四输入TTL与非门 四2输入TTL与非门
三、预习要求
1.复习时序逻辑电路的分析、设计及测试方法； 2.了解常用集成芯片的功能。
四、实验内容及步骤
（一）实验原理
1.时序逻辑电路的分析与测试
对时序逻辑电路的测试，可在CP端加入合适的脉冲信号，然后观察各单元部件之间的配合是否满足要求。例如，对图5-1所示3位二进制异步加法计数器的测试，可以采用以下几种方法：
FF0Q0CPC1Q0FF1Q1C1Q1FF2Q2C1Q2
图5-1 计数器的测试电路
（1）用示波器观察波形。在计数器的CP端加入1KHz的脉冲信号，然后用示波器分别测试脉冲信号CP的波形及计数器的输出端Q0、Ql、Q2的波形。
（2）用0-l（LED管）显示器显示二进制数。在计数器的CP端加入1Hz的脉冲信号，然后用0-1（LED管）显示器观察计数器的输出端Q0、Q1、Q2状态的变化。
(3)用数码管显示。在计数器的CP端加入1Hz的脉冲信号，将计数器的输出端接至字符译码器，译码器的输出接至数码管，由数码管可以显示计数器CP端输入脉冲的个
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数。
2.时序逻辑电路的设计
时序电路的设计，就是根据给定的逻辑关系，求出满足此逻辑关系的最简单的逻辑电路图。时序电路的设计一般按以下几个步骤进行：
(1)分析给定的逻辑关系，确定输入变量和输出变量，建立状态表或状态图。 (2)状态化简，即合并重复状态，以得到最简单的状态图。 (3)状态分配，即状态编码，对每个状态指定一个二进制编码。
(4)确定触发器的个数和类型，求出输出方程、状态方程和驱动方程，并检查能否自启动，若不能，则需对电路方程进行修改。
(5)根据输出方程、状态方程和驱动方程画出逻辑图。
由于时序电路有同步时序电路和异步时序电路两种类型，在处理设计步骤的时候，对于异步时序逻辑电路，在把状态图转换成卡诺图进行化简时，除了可以把无效状态当作约束项处理外，对于某个触发器的次态来说没有时钟脉冲的电路状态也可以当作约束项处理，这样可以得到更简化的逻辑图。
当时序电路中存在无效状态时，必须考虑电路的自启动问题，即考虑那些无效状态能否在时钟脉冲作用下自动进入到工作循环中来。任何一个系统在工作过程中会不可避免地受到各种干扰，在受到外界干扰时，电路可能会进入无效状态。如果电路是自启动的，则经过若干时钟周期后，电路一定能自动回到工作循环中。若电路不能自启动，一旦进入某些无效状态，电路便无法恢复正常工作。
（二）实验内容及步骤
1.时序逻辑电路的分析与测试 （1）异步计数器
图5-2是一异步二进制加法计数器，按图接线，由CP端接连续脉冲，用示波器观察并记录CP、Q1、Q2、Q3、Q4的波形。
Q1JQQ2JQJQQ3JQQ4CPCKCKCKCKKRdKRdKRdKRd1
图5-2 异步二进制加法计数器
（2）同步计数器
①图5-3是由4位JK触发器和两个与非门组成的同步十进制加法计数器，CP是输入计数脉冲，C是向高位进位的输出信号。按图接线，CP输入单次脉冲，Q1Q2Q3Q4接发光二极管，记录各触发器的状态。
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图5-3 同步十进制加法计数器
注：JK触发器是单端输入，若图5-3是采用多输入端，应考虑加与非门。
②将图5-3中的各触发器的初始状态置成1110，记录各触发器的输出状态，观察计数器能否正常工作，分析原因。
2.时序逻辑电路的设计 （1）异步计数器的设计
利用集成电路芯片74LS112设计一个三位异步二进制减法计数器，画出逻辑电路图，用实验验证。
（2）同步计数器的设计
利用集成电路芯片74LS112设计一个同步五进制加法计数器，画出设计电路图，用实验验证。
（3）顺序脉冲发生器的设计
试用D触发器设计一个能自启动的环形计数器，电路的输出Q1Q2Q3Q4为一组顺序脉冲。试自行设计电路，完成电路的连接，测试电路的功能，必要时可附加与非门。
五、实验报告及讨论
1.画出实验内容要求的波形及记录表格。 2.总结时序逻辑电路的特点。
3.时序逻辑电路设计必须写出每步实验的设计步骤。
4.思考题：设计同步计数器时，怎样确定电路的状态编码？ 集成芯片介绍
集成芯片74LS20是双四输入TTL与非门，其引脚图见图5-4所示。
14Vcc1312111098&&GND1234567
图5-4 74LS20的引脚图
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实验六 集成计数器及寄存器
一、实验目的
1.熟悉集成计数器逻辑功能和各控制端作用； 2.掌握计数器使用方法。
二、实验器材
1.数字电路学习机 2.双踪示波器 3.集成芯片 74LS90 74LS00 4.导线若干
1台 1台 2片 1片
十进制计数器 四2输入TTL与非门
三、预习要求
1.复习集成计数器的工作原理； 2.了解74LS90的引脚和功能； 3.完成实验中原理电路图的设计。
四、实验内容及步骤
1.集成计数器74LS90功能测试
74LS90是二-五-十进制异步计数器。逻辑简图如图6-1所示。
QAQBQCQDR0（1）&R0（2）模二模五S9（1）&S9（2）A（CP1）B（CP2）
图6-1 74LS90逻辑图
74LS90具有下述功能： 直接置0（R0（1）·R0（2）=1），直接置9（S9（1）·S9（2）=1）； 二进制计数（CP1输入QA输出）； 五进制计数（CP2输入QDQCQB输出）； 十进制计数（两种接法如图6-2（A）、（B）所示）。
按芯片引脚图分别测试上述功能，并填入表6-1、表6-2、表6-3中。
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CCQABQBQCQDCPBQAQBQCQD74LS90CPAR0(1)R0(2)S9(1)S9(2)74LS90AR0(1)R0(2)S9(1)S9(2)
（A）十进制 （B）二-五混合进制
图6-2 十进制计数器 表6-1 功能测试表
R0（1）R0（2）S9（1）S9（2） HHXXLLXHHXLXXLLXHXLXLX L H L X L X 输 出 QDQCQBQA 功 能 表6-2 二-五混合进制 表6-3 十进制
输 出 计输 出 计
数 QA 数 QD QD QC QB QC QB QA
0 0
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
8 8
9 9
2.计数器级连
分别用2片74LS90计数器级连成二-五混合进制、十进制计数器。 （1）画出连接电路图；
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（2）按图接线，并将输出端接到数码显示器的相应输入端，用单脉冲作为输入脉冲验证设计是否正确。
（3）画出四位十进制计数器连接图并总结多级计数级连规律。 3.任意进制计数器设计方法
采用脉冲反馈法（称复位法或置位法），可用74LS90组成任意模（M）计数器。采用复位法，即计数计到M异步清零；采用置位法，即计数计到M-1异步清零。当实现十以上进制的计数器时可将多片级连使用，输出为8421BCD码。
（1）设计一个六十进制计数器并接线验证； （2）将输出接到LED显示器上验证； （3）记录上述实验各级同步波形。
五、实验报告及讨论
1.整理实验内容和各实验数据。
2.画出实验内容1、2所要求的电路图及波形图。 3.总结计数器使用特点。
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实验七 脉冲产生与整形
一、实验目的
1.掌握555时基电路的结构和工作原理，学会对此芯片的正确使用；
2.学会分析和测试用555时基电路构成的多谐振荡器，单稳态触发器，R-S触发器等三种典型电路。
二、实验器材
1.数字电路学习机 2.双踪示波器 3.集成芯片
NE556（或LM556，5G556等）双时基电路 二极管1N4148 电位器22K，1K 电阻、电容 扬声器 4.导线若干
1台 1台 1片 2只 2只 若干 1个
三、预习要求
1.复习555集成定时器的工作原理；
2.分析各实验电路的工作原理，画出待测各点的理论波形； 3.求出单稳态触发器电路的TW和f的理论值； 4.求出多谐振荡器电路的TW和f的理论值。
四、实验内容及步骤
表7-1 555时基电路功能
TH X >TR X R L OUT L DIS 导通 21VCC >VCC 33H L 导通 <21VCC >VCC 33H 原状态 原状态 <21VCC 本实验所用的555时基电路芯片为NE556，同一芯片上集成了二个各自独立的555时基电路，图中各管脚的功能简述如下： TH高电平触发端：当TH端电平大于2/3VCC，输出端OUT呈低电平，DIS端导通。 TR低电平触发端：当TR端电平小于1/3VCC时，OUT端呈现高电平，DIS端关断。 R复位端：R=0，OUT端输出低电平，DIS端导通。 VC控制电压端：VC接不同的电压值可以改变TH、TR的触发电平值。 DIS放电端：其导通或关断为RC回路提供了放电或充电的通路。 OUT输出端。 芯片的功能如表7-1所示（NE555芯片引脚见附录），引脚如图7-1所示，功能简图如图7-2所示。 （1）按图7-3接线，可调电压取自电位器分压器。 （2）按表7-1逐项测试其功能并记录。 RVCCDIS1TH1VC11234567141312VCCDIS2TH2VC2TRTH5K反向放大21A1&FF1VC5K 比较OUTR1OUT1NE556111098A2&100R25KTR1GNDOUT2 图7-1 时基电路556引脚图 图7-2 时基电路功能简图 2.555时基构成的多谐振荡器电路如图7-4所示。 （1）按图接线。图中元件参数如下： R1=15KΩ R2=5KΩ C1=0.1μF （4.7μF） C2=0.01μF （2）用示波器观察并测量OUT端波形的频率。和理论估算值比较，算出频率的相对误差值。 （3）若将电阻值改为R1=15KΩ，R2=10 KΩ，电容C不变，上述的数据有何变化？ （4）根据上述电路的原理，充电回路的支路是R1R2C1，放电回路的支路是R2C1，将电路略作修改，增加一个电位器RW和两个引导二极管，构成图7-5所示的占空比可 - 23 - TR2DIS放电QSGND调的多谐振荡器。 +5VVCCVCRR1VOUTR2OUTDISNE555THGNDTRC2C1 图7-3 测试接线图 图7-4 多谐振荡器电路 其占空比q为 q R1 R1R2 改变RW的位置，可调节q值。 合理选择元件参数（电位器选用22KΩ），使电路的占空比q=0.5。 调试电路，测出所用元件的数值，估算电路的误差。 +5VVCCRRC2NE555OUTDISTRVOUTTHGNDC1VI 图7-5 占空比可调的多谐振荡器电路 图7-6 单稳态触发器电路 3.555构成的单稳态触发器 实验如图7-6所示。 （1）按图7-6接线，图中R=10KΩ，C1=0.01μF，VI是频率约为5KHZ左右的方波时，用双踪示波器观察OUT端相对于VI的波形，并测出输出脉冲的宽度TW。 （2）调节VI的频率，分析并记录观察到的OUT端波形的变化。 （3）若想使TW=11μS，怎样调整电路？测出此时各有关的参数值。 - 24 - 4.555时基电路构成的R-S触发器 实验如图7-7所示。 +5V（1）先令VC端悬空，调节R，S端的输入电平值，观察VO的状态在什么时刻由0变1，或由1变0？ （2）若要保持VO端的状态不变，用实验法测定R， VOUTRRTHVCCOUTNE555VCS端应在什么电平范围内？整理实验数据，列成真值 表的形式。和R-S触发器比较，逻辑电平、功能等有何异同？ （3）若在VC端加直流电压VC-V并令VC-V分别为2V、4V时，测出此时VO状态保持和切换时R、S端应加 RPSTRGND图7-7 R-S触发器电路 的电压值是多少？试用实验法测定。 5.用556定时器构成施密特触发器。 ①自己选择元件参数，画好电路图，并根据电路图接好电路。 ②输入1kHz的正弦电压，对应画出输入电压和输出电压的波形。然后将电压控制端外接1.5~5V的可调电压，观察输出脉冲宽度的变化情况。 ③将输入改为1M1z的锯齿波电压，重复步骤②，归纳影响输出波形的因素。 6.用两片556设计一个救护车音响电路，参考电路如图7-8所示。用示波器观察两片556的输出波形，同时试听扬声器声响。 7.时基电路使用说明 556定时器的电源电压范围较宽，可在+5~+16V范围内使用（若为CMOS的555芯片则电压范围在+3~+18V内）。 电路的输出有缓冲器，因而有较强的带负载能力，双极性定时器最大的罐电流和拉电流都在200mA左右，因而可直接推动TTL或CMOS电路中的各种电路，包括能直接推动蜂鸣器等器件。 本实验所使用的电源电压VCC=+5V。 图7-8 救护车音响电路 - 25 - 五、实验报告及讨论 1.按实验内容各步要求整理实验数据。 2.画出实验内容3中的相应波形图。 3.总结时基电路基本电路及使用方法。 - 26 - 实验八 D/A、A/D转换 一、实验目的 掌握D/A与A/D转换的工作原理和典型DAC、ADC的使用方法。 二、实验器材 1.数字电路学习机 2.MF-10型万用表 3.集成芯片 DAC0832 ADC0809 LM324 4.电位器 5.导线若干 1台 1台 1片 1片 1片 1只 8位D/A转换器 8位A/D转换器 通用运算放大器 三、预习要求 1.复习D/A和A/D转换的工作原理，了解DAC0832和ADC0809的工作原理和使 用方法； 2.计算出实验表格中的转换理论值并填入表中。 四、实验内容及步骤 1.D/A转换 DAC0832是一个8位的CMOS集成电路D/A转换器，其内部电路结构如图8-1所示。它由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器及逻辑控制单元等功能部件所组成。其中8位D/A转换器是核心部件，它的内部采用了256级的倒T型R-2R电阻译码网络，由CMOS电流开关电路控制基准电压UREF提供给电阻网络的电流来进行D/A转换，因此转换速度较快。两级寄存器也可以进一步提高D/A转换的速度，因此当DAC寄存器在进行输出时，8位输入寄存器可以接收新的数据。 DAC0832的各引脚功能如下： CS—1脚，片选端，低电平有效。 WR1—2脚，写输入端1，低电平有效。它与CS和ILE信号一起共同用来选通输 入寄存器。 AGND—3脚，模拟地。 D0~D3—7、6、5、4脚，低4位数据输入端。 D4~D7—16、15、14、13脚，高4位数据输入端。 UREF—8脚，基准电压输入端，电压范围为±10V。 RF—9脚，反馈电阻端，它的内部电阻RF与R-2R梯型网络匹配，可以作为外部运算放大器的反馈电阻。 DGND—10脚，数字地。 - 27 - I02—11脚，D/A转换器的电流的输出端，其输出电流为I02，接运算放大器的同相端。 I01—12脚，D/A转换器的电流的输出端，其输出电流为I01，接运算放大器的反相端。 XFER—17脚，信号传送控制端，低电平有效。它与WR2一起用来选通DAC寄 存器，将输入寄存器的数据传送到DAC寄存器。 WR2—18脚，写输入端2，低电平有效。 ILE—19脚，输入寄存器信号允许端，高电平有效，它与CS、WR1一起共同用来选通寄存器。 VCC—20脚，电源端，+5V~+15V。 将DAC0832按图8-2所示接线。 图8-1 DAC0832功能框图及引脚 本实验中，为操作方便，将ILE固定接高电平，CS和XFER固定接低电平，WR1和WR2连接起来，这样，只需WR1和WR2端加上一个单次脉冲，即可一步完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。由于DAC0832为电流输出，故后面加运放将电流输出转换为电压输出。 将输入数字量置为FFH，即全“1”状态，在WR1和WR2端输入单次负脉冲，调整Rf，使输出模拟电压VO=5V。然后按表8-1输入数字量，进行D/A转换实验，将结果填 - 28 - 入表中。 VDDDI0数字量输 入ILEDI7VREFRFIOUT1IOUT2RfLM324输入单次负 脉 冲WRWR12XFERCSDGNDAGND 图8-2 DAC0832组成的D/A转换电路 2.A/D转换 本实验采用的A/D转换芯片为ADC0809八位逐次渐近型A/D转换器，它能对八路模拟信号进行分时采集和转换，为28脚双列直插式封装结构。其结构框图如图8-3所示，芯片的主要部分是一个八位逐次渐近型A/D转换器，为了能实现八路模拟信号的分时采集，片内设置了八路模拟选通开关以及相应的通道地址锁存及译码电路，其模拟通道的地址译码如表8-2所示，转换后的数据送入三态输出数据锁存器。 表8-1 D/A转换 输 入 VO理论值（V） VO实测值（V） 相对误差 地址码CBA 00H 10H 32H 64H 80H 96H C8H FAH FFH 表8-2 ADC0809模拟通道地址码 000 001 010 011 100 101 110 111 选通模拟通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 ADC0809的最大不可调误差为±1LSB，典型时钟频率为64KHZ，每个通道的转换时间约需要100s，由于ADC0809内部没有时钟电路，故时钟fCLK必须由外部提供，电源电压由VCC和GND引入，参考电压VR=VREF+－VREF-，由外部参考电压源提供，ALE是通道地址锁存端，其下降沿将ADC0809的输入通道地址锁存。EOC是A/D转换结束的标志信号，当启动A/D转换时，EOC为低电平，转换结束后，EOC跳变为高电平。OE为数据输出允许控制端，当给OE端高电平时，控制三态数据输出锁存器向外部输出转换结果数据。 - 29 - 图8-3 ADC0809的逻辑框图 +5VVCCVREF（+）八路模拟量输 入IN0IN7A接 三 个开关量输入BCCLKf=500KHZD0D7接八个LEDSTARTALEEOCOEGNDVREF（-）加单个正脉冲 图8-4 A/D转换电路 - 30 - 将ADC0809按图8-4所示接线，在ADC0809地址码输入端输入正确的状态，选通ADC0809的IN1通道，并按表8-3输入模拟电压，在START和ALE端输入单次正脉冲,启动A/D转换，记录转换后的结果，写成十六进制数填入表中。 表8-3 A/D转换测试表格 VIN1（V） 转换理论值 转换实测值 相对误差 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 5.0 改变ADC0809的地址输入，选通IN6通道，重复IN1通道的实验内容。 五、实验报告要求及讨论 1.整理实验内容和各实验数据； 2.说明影响D/A和A/D转换器转换精度的主要因素有哪些？ 3.什么是量化误差？它是怎样产生的？ 集成芯片介绍 图8-5 ADC0809芯片外引线排列图 图8-6 DAC0832芯片外引线排列图 14131211VSSLM324VCC12345671098 图8-7 LM324的引脚图 - 31 - 综合设计实验 实验九 数字秒表 一、实验目的 1.初步了解和掌握数字系统的设计方法和思路； 2.掌握常用中规模集成电路的功能和应用。 二、实验内容 设计装配和调整一个数字式秒表电路。 数字秒表原理框图，如图9-1所示。 图9-1 数字秒表框图 图中100Hz脉冲源可采用晶振稳频，提高计时精度。晶振频率经分频得100Hz频率信号。 三、设计要求 1.计时范围00.00—99.99s； 2.分辨率0.01s，即最小显示0.01s； 3.控制方式与机械式秒表类似。要求用一个按钮开关控制三种状态，其转换顺序如下： 清零计时校停 四、实验报告 1.写出设计方案与设计过程，要求设计优化，电路器件少，功能多，成本低； 2.画出完整的逻辑图； 3.记录实验结果并加以讨论（尤其是实验过程中出现的问题和故障排除的分析）； 4.写出设计性实验报告。 五、实验器材 根据设计电路，自选器件。 - 32 - 实验十 交通信号灯实时控制 一、实验目的 掌握计数、比较、单稳触发器及时序电路的综合运用。 二、实验内容 试设计一个十字交叉路口(一条马路东西方向，一条马路南北方向)，交通信号灯逻辑控制电路。其总任务是使两个方向交通畅通。分任务是： （1）东西方向绿灯接通，南北方向红灯接通；（50s） （2）东西方向黄灯接通，南北方向黄灯接通；(4s) （3）南北方向绿灯接通，东西方向红灯接通。(30s) 假定在距离交叉路口中心某段距离内（如50m），可以通过某种敏感元件和计数装置统计出两个方向路口的车辆数（分别给出）。并随时给出两个方向在这段距离内车辆数的比较结果。在条件相同的情况下，优先保证东西方向的先通行。 我国交通灯规则为绿灯通行，黄灯准备，红灯禁止通行。假定黄灯淮备时间为4s。 提示： 1.计数器应该做减法； 2.只统计在一个方向两个（左右）50m内尚存的车辆，己通过去的随时减去，刚进入该区的随时加进去。 三、实验要求 1.按照任务要求和实验室提供的器材选择设计方案，设计出逻辑图； 2.拟定实验方法和步骤； 3.根据所设计的逻辑图提出器材清单。 四、实验报告 1.写出设计方案与设计过程； 2.画出完整的逻辑图； 3.记录实验结果并加以讨论。 五、实验器材 根据设计电路，自选器件。 - 33 - 实验十一 数字式频率计 一、实验目的 掌握计数器、译码显示器、锁存器、时基电路及时序电路的综合运用。 二、实验内容 频率是指单位时间内信号振动的次数。从测量的角度看，即在标准时间内，测得的被测信号的脉冲数。其测量的频率的方框图如下图所示。 数字频率计的工作过程是：被测信号fx经脉冲形成电路整形，变成脉冲波形，其周期Tx与被测信号的周期相同。时基电路输出标准时间信号，设其高电平持续时间为1s，则计数器的计数时间就为1s，计数器计得的脉冲数N就是被测信号的频率。逻辑控制单元的作用有两个：其一，产生清零脉冲，使计数器每次从零开始计数；其二，产生锁存信号，使显示器上的数字稳定不变。 译码显示器逻辑控制锁存器计数器闸门电路时基电路脉冲形成电路fx图11-1 数字式频率计原理框图 三、设计要求 （1）被测信号为矩形脉冲信号，0~4V； （2）显示的频率范围为0000~9999Hz； （3）测量精度为1Hz； （4）用四位LED数码管显示频率数值。 四、实验报告 1.写出设计方案与设计过程，要求设计优化，电路器件少，功能多，成本低； 2.画出完整的逻辑图； 3.记录实验结果并加以讨论（尤其是实验过程中出现的问题和故障排除的分析）； - 34 - 4.写出设计性实验报告。 五、实验器材 根据设计电路，自选器件。 - 35 - - 36 - 第二部分课程设计部分- 37 - - 38 - 题目一 多功能数字钟 （设计举例） 一、设计任务 1.设计课题：多功能数字钟电路设计 给定的主要器件： 74LS00 4片 74LS90 2片 74LS03（OC） 2片 74LS92 2片 74LS04 2片 74LS93 2片 74LS20 2片 74LS191 2片 74LS48 4片 74LS74 2片 数码显示器BS202 4只 555 2片 数字钟的功能要求： ①基本功能 以数字形式显示时、分、秒的时间，为节省器件，其中秒的个位用发光二极管指示，小时的十位亦用发光二极管指示，灯亮为“1”，灯灭为“0”。小时计数器的计时要求为“12翻1”。要求手动快速校时、校分或慢校时、慢校分。 ②扩展功能 定时控制，其时间自定；仿广播电台整点报时；触摸报整点时数或自动报整点时数。 2.设计步骤与要求 ①拟定数字钟电路的组成框图，要求设计优化，电路功能多，器件少，成本低。 ②设计并安装各单元电路，要求布线整齐、美观，便于级联与调试。 ③测试数字钟系统的逻辑功能，使满足设计功能的要求。 ④画出数字钟系统的整机逻辑电路图。 ⑤写出课程设计实验报告。 二、分析及设计过程 本课题是数字电路中计数、分频、译码、显示及时钟振荡器等组合逻辑电路与时序逻辑电路的综合应用。通过学习，要求掌握多功能数字钟电路的设计方法、装调技术及数字钟的扩展应用。 1.数字钟的功能要求 （1）基本功能 ①准确计时，以数字形式显示时、分、秒的时间； ②小时的计时要求为“12翻1”，分和秒的计时要求为60进位； ③校正时间。 （2）扩展功能 ①定时控制； ②仿广播电台整点报时； ③报整点时数； ④触摸报整点时数。 - 39 - 2.数字钟电路系统的组成框图 如图S1-1所示，数字钟电路系统由主体电路和扩展电路两大部分所组成。其中主体电路完成数字钟的基本功能，扩展电路完成数字钟的扩展功能。 系统的工作原理是：振荡器产生的稳定的高频脉冲信号，作为数字钟的时间基准，然后经分频器输出标准秒脉冲。秒计数器计满60后向分计数器进位，分计数器计满60后向小时计数器进位，小时计数器按照“12翻1”规律计数。计数器的输出分别经译码器送显示器显示。计时出现误差时可以用校时电路校时、校分、校秒。各扩展电路必须在主体电路正常运行的情况下才能进行功能扩展。 时显示器主体电路分显示器分译码器分计数器校时电路秒显示器秒译码器秒计数器定时控制仿电台报时报整点时数扩展电路时译码器时计数器触摸整点报时1S振 荡 器分 频 器图S1-1 多功能数字钟系统组成框图 3.主体电路的设计 主体电路是由功能部件或单元电路组成的。在设计这些电路或选择部件时，尽量选用同类型的器件，如所有功能部件都采用TTL集成电路或都采用CMOS集成电路。整个系统所用的器件种类应尽可能少。下面介绍各功能部件或电路的设计。 （1）振荡器 振荡器是数字钟的核心，振荡器的稳定度和频率的精准度决定了数字钟计时的准确程度，所以通常选用石英晶体来构成振荡器电路。一般来说，振荡器的频率越高，计时的精度就越高，但耗电量将增大。如图S1-2所示电路为电子手表集成电路（如5C702）中的晶体振荡器电路，常取晶振的频率为32768Hz，因其内部有15级2分频集成电路，所以输出端正好得到1Hz的标准脉冲。 如果精度要求不高也可以采用由集成逻辑门与RC组成的时钟源振荡器或由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器。这里选用555构成的多谐振荡器，设振荡器频率fO=103Hz，电路参数如图S1-3所示，其中10KΩ电位器RP可微调振荡器的输出频率fO。 （2）分频器 分频器的功能主要有两个：一是产生标准秒脉冲信号；二是可提供功能扩展电路所需要的信号，如仿电台报时用的103Hz的高音频信号和500Hz的低音频信号等。选用中 - 40 - 规模集成电路计数器74LS90可以完成上述功能。如图S1-4所示，将3片74LS90进行级联，因每片为1/10分频器，3片级联正好获得1Hz的标准秒脉冲。由74LS90的功能表可得，当它接成BCD十进制计数器时，QA的输出是输入脉冲CP的2分频，所以第1片74LS90的QA输出脉冲的频率为500Hz。 图S1-2 晶体振荡器 图S1-3 555振荡器 图S1-4 振荡器与分频器电路 （3）时分秒计数器 分和秒计数器都是模M=60的计数器，采用中规模集成电路十进制计数器至少需要2片，因为10 （4）译码显示电路 译码显示电路的作用是将时分秒计数器输出的4位二进制代码翻译并显示出相应的 - 41 - 十进制数的状态，通常译码器与显示器是配套使用的，如果选择共阴发光二极管数码显示器BS201/202，则译码驱动器应选配74LS48。 （5）校时电路 当数字钟接通电源或者计时出现误差时，均需要校正时间，校时是数字钟应具备的基本功能。一般电子手表都具有时、分、秒等校时功能。为使电路简单，本课题只进行分和小时的校正。 对校时电路的要求是，在进行小时校正时不影响分和秒计数器的正常计数，同理，进行分校正时不影响秒计数器的正常计数。校正时间的方式有“快校时”和“慢校时”两种，其中“快校时”是，通过校时开关的控制，使校时脉冲进入校时电路，则计数器对校时脉冲计数，当计到需要校正的时间时，再使计数器转入正常计数。“慢校时”是用单脉冲发生器的输出作校时脉冲，通过校时开关的控制，每触发一次输出一个单脉冲，则计数器加1，当计到需要校正的时间时，再使计数器转入正常计数。由此可见，两种校时方式的电路应基本相同，不同的是校时脉冲的产生与控制方式有所区别。 至时个位计数器至分个位计数器&&&校时脉冲3.3KΩ+5V1S2& 分十位进位脉冲&1S1& 秒十位进位脉冲校分开关S2 S1 001 0 1 0 功能 计数 校分 校时 校时开关3.3KΩ图S1-5 校时电路 表S1-1 校时开关的功能 图S1-5所示电路为校“时”、校“分”电路。其中S1为校“分”用的控制开关，S2 为校“时”用的控制开关，它们的控制功能如表S1-1所示。其中校时脉冲如果直接采用如图S1-4所示的分频器的10Hz的输出脉冲，当S1或S2分别为“1”时可进行“快校时”。如果校时脉冲由单次脉冲产生器提供，则可以进行“慢校时”。 需要注意的是，图S1-5所示的校时电路是由与非门构成的组合逻辑电路，开关S1 或S2为“0”或“1”时，可能会产生抖动，必要时还应将其改为去抖动开关电路。 （6）主体电路的装调 ①根据图S1-1所示的数字钟系统组成框图按照信号的流向分级安装，逐级进行级联，这里的每一级是指组成数字钟的各功能电路。 ②根据数字电路安装与调试基本方法，测试主体电路的逻辑功能。级联时，如果出现时序配合不同步，或尖峰脉冲干扰，引起逻辑功能不正常时，可以通过增加逻辑门进行延时或反相。如果显示字符变化很快，模糊不清，可能是由于电源电流的跳变引起的，可在集成电路器件的电源端VCC加退耦滤波电容。 ③画数字钟的主体逻辑电路图 经过联调并纠正方案中的错误和不足之处后，再测试电路的逻辑功能是否满足设计 - 42 - 要求。最后画出满足设计要求的总体逻辑电路图。如果因实验器材有限，其中秒计数器的个位和时计数器的十位可以采用发光二极管指示，因而可以省去2片译码器和2只数码显示器。 4.功能扩展电路设计 （1）定时控制电路 有时需要数字钟在规定的时刻发出信号，或驱动音响电路进行“闹时”；或控制某装置电源的接通或断开进行“定时控制”。不管是闹时还是控制，都要求时间准确，即信号的开始时刻与持续时间必须满足规定的要求。 例：要求上午7点59分发出闹时信号，持续时间为1分钟。 解：7点59分对应数字钟的时个位计数器的状态为（QDQCQBQA）H1=0111，分十位计数器的状态为（QDQCQBQA）分个位计数器的状态为（QDQCQBQA）M2=0101，M1=1001。若将上述计数器输出为“1”的所有输出端经过与门电路去控制音响电路，可以使音响电路正好在7点59分响，持续1分钟后（即8点时）停响。所以闹时控制信号Z的表达式为 Z=（QDQCQBQA）H1·（QCQA）M2·（QDQA）M1·M （S1-1） 式中，M为上、下午的信号输出，要求M=1。 如果用与非门实现式（S1-1）所表示的逻辑功能，则可以将Z用布尔代数变换，即 Z（QCQBQA）（·QCQA）（·QDQA）H1MM2M1 （S1-2） +5V时个位QAQBQCMQAQCQAQDRL3.3KΩZ&1KΩ&&音响电路74LS0010Hz74LS033+5V22Ω&&3DG128Ω分十位分个位&74LS20 图S1-6 闹时电路 实现上式的逻辑电路如图S1-6所示，其中74LS20为4输入二与非门，74LS03为集电极开路（OC门）的2输入四与非门，因OC门的输出端可以进行“线与”，使用时在它们的输出端应外接一电阻RL到电源+5V端，RL的值可通过相关计算得到，现取RL=3.3KΩ。控制103Hz和驱动音响电路的两级与非门，如果也采取OC门，输出端也应外接电阻到+5V。 由图S1-6可见上午7点59分时，音响电路的晶体管导通，则扬声器发出103Hz的声音。8点后晶体管因输入端为“0”而截止，电路停闹。 （2）仿广播电台整点报时电路 仿广播电台整点报时功能的要求是：每当数字钟计时到整点（或快要到整点时）发出音响，通常按照4低音1高音的顺序发出间断声响，以最后一声高音结束的时刻为整 - 43 - 点时刻。 设4声低音（约500Hz）分别发生在59分51秒、53秒、55秒及57秒，最后一声高音（约103Hz）发生在59分59秒，它们的持续时间均为1秒。由此可见，分十位和个位计数器的状态分别为（QDQCQBQA）M2=0101，（QDQCQBQA）M1=1001；秒十位计数器的状态为（QDQCQBQA）秒个位计数器QDS1的状态可用来控制103Hz和500HzS2=0101。 的音频。表S1-2列出了秒个位计数器的状态，由表可得 “0”时，500Hz输入音响 QDS1= （S1-3） “1”时，103Hz输入音响 只有当QCM2QAM2=11，QDM1QAM1=11，QCS2QAS2=11及QAS1=1时，音响电路才能工作。整点报时的电路如图S1-7所示。这里采用的都是TTL与非门，如果用其它器件，整点报时电路还会简单一些。 表S1-2 秒个位计数器的状态 CP（秒） QDS1 QCS1 QBS1 QAS1 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 00 0000000011000001111000001100110000 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 功能 鸣低音 停 鸣低音 停 鸣低音 停 鸣低音 停 鸣高音 停 （3）报整点时数电路 报整点时数电路的功能时：每当数字钟计时到整点时发出声响，且几点响几声。 实现这一功能的电路要经过以下三个阶段的工作： ①分进位脉冲来到时小时计数器应加1。 ②报时计数器应记录此小时的小时数。 ③报时计数器开始作减法计数，每减一个脉冲，音响电路鸣叫一声，直到计数器的值为0。 选择4位二进制同步可逆计数器74LS191来设计报时计数器是比较合适的，因为它具有加/减计数功能和置数功能。设计步骤如下： ①列状态转换激励表（如表S1-3所示） ②用卡诺图求控制方程 - 44 - Q分十位QAM2CM2Q分个位QAM1DM1&1QAS2秒十位QCS2Q秒个位AS1103Hz秒个位QDS11500Hz&&&1音响电路&&1 图S1-7 整点报时电路 由表S1-3可见，小时计数器的状态变量有5个，而报时计数器74LS191的数据输入端ABCD只有4个。可采用卡诺图求ABCD的控制方程式或逻辑函数表达式。 表S1-3 时计数器状态转换激励表 分进位脉冲 CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时计数器输出 0000000001110000000110000001111000000110011000011 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 报时计数器输入 0000000111110001111000010110011001101 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 QE QD QC QB QA D C B A 对上述5变量用卡诺图化简，可得到B的逻辑表达式为 BQEQBQEQBQEQB （S1-4） 如果用与非门实现上式，则 BQEQB·QBQE （S1-5） 用同样方法，将C的0和1亦填入5变量卡诺图，经化简可得到C的逻辑表达式为 - 45 - CQCQEQBQC·QEQB （S1-6） A、D的逻辑表达式可直接由状态激励表S1-3写出，即 A=QA （S1-7） DQDQEQD·QE （S1-8） ③74LS191各控制端的作用 LD——置数端。当LD=0时将小时计数器的输出经数据输入端ABCD置入。 RE——溢出负脉冲输出端。当减计数器到“0”时（见74LS191的工作时序波形），RE输出一个负脉冲。 U/D——加/减控制端。U/D=1时减法计数。 CP0——减法计数脉冲，兼作音响电路声音持续时间的控制脉冲。 ④画出报整点时数的逻辑电路 由以上分析可得到报整点时数的逻辑电路和波形。其中组合逻辑电路为式（S1-5）~（S1-8）所描述的逻辑电路。电路的工作原理是：接通电源后按触发开关S，使D触发器清“0”即Q=0，该清“0”脉冲有2个作用：其一，使74LS191的置数端LD=0即将此时对应的小时计数器输出的整点时数置入74LS191。其二，封锁103Hz的音频信号，使音响电路不工作。当分十位计数器的进位脉冲QCM2的下降沿来到时，因经1D反相，则小时计数器加1。此时74LS191的LD仍为0，则新的小时数又置入74LS191。当QCM2的上升沿来到时，小时计数器的状态不变，D触发器74LS74的状态翻转，使LD=1，此时74LS191进行减法计数，计数脉冲由时钟脉冲CP0提供。当CP0=1时音响电路发出103声音，持续时间为0.5s。当CP0=0时停响。当74LS191减法计数到0时，RE=0，使D触发器翻转复“0”，74LS191又回到置数状态，将此时小时计数器的状态置入74LS191。如此周而复始，实现几点整响几声的报整点时数的功能。两级反相器3D和4D的作用是延时，可以根据电路的实际传输时间进行调整。 （4）触摸报整点时数 在有些场合（如夜间），不便于直接看数字钟的显示时间，希望数字钟有触摸报时功能。即触摸数字钟的某端，能够报当时的整点时数。 根据此功能要求，不难设想在报整点时数电路的基础上，增加一些触发脉冲控制电路，可改为触摸报时电路即可。产生触摸控制脉冲的电路有555集成电路定时器，单稳态触发器等。 三、思考题 1.你所设计的数字钟电路： （1）标准秒脉冲信号是怎样产生的？振荡器的稳定度为多少？ （2）校时电路在校时开关合上或断开时，是否出现过干扰脉冲？若出现应如何消除？ （3）电路调试中，是否出现过“竞争-冒险”现象？如何采取措施消除的？ 2.闹时电路为什么采用OC门？驱动音响电路的与非门为什么要用2级？ 3.如果小时计数器为24进制计数器，电路应如何设计？画出设计的电路图。 - 46 - 4.设计一个利用收音机自动校时电路，其要求是：当数字钟计时接近整点时，自动接通收音机电源，校时结束自动切断电源，假定电台发出的低音是500Hz，高音是1000Hz。 5.为什么数字电路的布线可以平行走线？ 6.数字电路系统钟，有那些因素会产生脉冲干扰？其现象为何？结合数字钟的实验现象举例说明。 7.数字钟的扩展功能还有哪些？举例说明，并设计电路。 8.数字钟的应用还有哪些方面？举出几例说明，并画出设计的总体逻辑电路图。 - 47 - 题目二 数字式频率计 一、设计任务： 设计一个数字式频率计。 二、设计要求 1．基本要求： （1）被测信号为矩形脉冲信号，0~4V； （2）显示的频率范围为0000~9999Hz； （3）测量精度为1Hz； （4）用LED数码管显示频率数值。 2．扩展部分： （1）输入信号为正弦信号、三角波，幅值为10mV； （2）显示的频率范围为0~10MHz； （3）自动量程切换； （4）如何提高测量的精度。 三、设计方案 频率是指单位时间内信号振动的次数。从测量的角度看，即在标准时间内，测得的被测信号的脉冲数。其测量的频率的方框图如下图所示。被测信号送入通道，经放大整形后，使每个周期形成一个脉冲，这些脉冲加到主门的Ａ输入端，门控双稳输出的门控信号，加到主门的Ｂ输入端。在主门开启时间内，脉冲信号通过主门，进入计数器，则计数器记得的数，就是要测的频率值。如果主门的开启时间为Ｔ秒，计数器累积的数字为Ｎ，则被测的频率为fxABN。 T十进制计数器数字显示主门门控信号频率清零门控信号分频器 四、可选器件 74LS273锁存器 74LS90计数器 555定时器 74LS123单稳态触发器 74LS47显示译码器、共阳极数码管、电阻电容 - 48 - 题目三 光控计数器 一、设计任务 设计一光控计数器，光线被切断一次，计数器计一个数，同时启动蜂鸣器发出一次报警。 用途：可统计进入实验室的人数，清点纸张的数目。 二、设计要求 1．基本要求 （1）要求用数码管显示计数结果。 （2）可以用GAL设计计数器，也可以使用集成芯片。 （3）设有手动复位（清零）。 2．扩展部分 设计两路光控电路，其输出能令计数器实现加、减计数。 三、设计方案 设计原理框图： 手动复位光控电路触发脉冲蜂鸣器加法计数显示译码数码显示数码显示发挥部分光控电路触发脉冲减法计数 四、可选器件 光电二极管或光敏电阻、单向可控硅（MCR100-6）或三极管（9013） 74LS47或74LS48 数码管两个、计数器自选或可使用可编程逻辑器件GAL16V8 激光笔、蜂鸣器、555定时器 - 49 - 题目四 数字电容测试仪 一、设计任务 设计一个数字电容测试仪。 二、设计要求 1.基本要求 （1）设计一个能测量电容范围在1F ~100F之间的电容测试仪； （2）用3个数码管显示； （3）测量精度要求10%（准确值以万用表的测量值为准）。 2.扩展要求 通过选择量程的方法扩展电容的测量范围，最大要求0.01F -1000F。 三、设计方案 1．设法将电容的大小转换成与之相对应的脉冲数； 2．测量脉冲数目并进行译码，用数码管显示结果； 3．设计框图： 被测电容脉冲形成电路计数时基电路控制电路计数器清零译码器显示电路四、可选器件 脉冲形成和时基电路：用NE555 计数器： 74LS90或74LS161 译码器： 74LS47或74LS48 显 示： LED数码管 控制电路：74LS系列与非门 电阻电容若干 - 50 - 题目五 数字式竞赛抢答器 一、设计任务 设计一个可容纳6组多赛的数字式抢答器。 二、设计要求 1.基本要求 （1）设计一个可容纳6组多赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用； （2）抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用； （3）设置—个主持人“复位”按钮； （4）主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，有指示灯显示抢答组别，扬声器发出2~3秒的音响； （5）设置一个计分电路，每组开始预置100分，由主持人记分，答对一次加10分，答错一次减10分。 2.扩展部分 设置犯规电路，对提前抢答和超时答题的组别鸣喇叭示警，并由组别显示电路显示出犯规组别。 三、设计方案 1. 设计提示 （1）此设计问题的关键是准确判断出第一抢答者并将其锁存，实现的方法可使用触发器或锁存器，在得到第一信号后将输入封锁，使其它组的抢答信号无效。 （2）形成第一抢答信号后，用编码、译码及数码显示电路显示第一抢答者的组别，用第一抢答信号控制一个具有2种工作频率交替变化的音频振荡器工作，推动扬声器发出2种笛音音响。 （3）计分电路采用十进制加/减计数器、数码管显示，由于每次都是加/减10分，所以个位始终为零，只要十位、百位进行加/减运算即可。 2.设计原理框图： 键按答抢组别显示第一信号鉴别自锁控制窄脉冲形成定时器音频信号发生器犯规电路人持主预置计分电路分数显示加分减分 四、可选器件 根据所设计的逻辑图提出器材清单 - 51 - 附 录： 一、TPE-D3数字电路学习机简介 本实验箱可完成数字电路课程实验，由实验板和保护箱组成，使用该实验箱只需配备示波器即可完成三十多种典型数字电路实验，适用于开设数字电路课程的各类学校。 （一）技术性能 1．电 源 输入：AC 220V±10%； 输出：DC5V/1A、DC1.25～15V/0.2A 有过载保护及自动恢复功能。 2．信号源 单脉冲：为消抖动脉冲，可同时输出正负两个脉冲，前后沿≤20ns，脉冲宽度≤0.2μs，脉冲幅值为TTL电平。 连续脉冲：两组。一组为4路固定频率方波（FIX CONT PULSES），频率分别为200KHZ、100KHZ、50KHZ、25KHZ；另一组为1HZ～5KHZ连续可调方波，分二档由开关切换，两路输出均为TTL电平。 3．八组逻辑电平开关 可输出“0”、“1”电平。置于H时输出为+5V，置于L时输出为0V。 4．八位电平显示 由红色LED及驱动电路组成，当正逻辑“1”电平送入时LED亮，反之则不亮。 5．数字显示 由二位七段LED数码管及二-十进制（BCD）译码器组成。 6．元件库 由开关、电位器、扬声器、二极管及阻容元件构成，其参数均在面板上标明。 7．双列直插式集成电路插座 14脚10只、16脚3只、20脚1只。 （二） 电路原理 本机由电源，信号源，电平指示，电平开关，数码管等部分组成。各功能块操作及调节均在面板上有明确图示（面板图的图示可参见附图１）。相应电路及元器件在面板背面的印制电路板上。 （三）使用方法 1．将标有220V的电源线插入市电插座，接通开关，面板指示灯亮，表示实验箱电源工作正常。 2．连接线。本机采用可叠插式专用插接线，连接牢固可靠，且可一点叠插，插入后顺时针旋转一定角度（一般＜90°）即锁紧，拔出时需逆时针旋转。 注意：拔出时不要直接拉导线，以免损坏。 - 52 - 3．面板上IC插座均未接电源，实验时应按插入IC的引脚接好相应电源线才能正常工作。 4．IC插入插座前应调整好双列引线间距，仔细对准插座后均匀压入，拔出时需用螺丝刀从两边轻轻撬起，或用起拔器。 5．实验前应先阅读指导书，在断开电源开关的状态下，按实验线路接好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值时再接到实验线路中），检查无误后再接通主电源。 6．实验。实验时要更改接线或元器件，应先关断电源开关，插错或多余的线要拔去，不能一端插在电路上，另一端悬空，防止碰到电路其它部分。 ☆ 特 别 提 示 ☆ 为保证实验顺利进行，要注意所用集成电路的使用规则，特别是对输入空端和多余电路单元要按规定接相应的电平。 （四）维护及故障排除 1. 维 护 （1） （2） （3） （4） 防止撞击跌落。 用完后拔下电源插头并关闭机箱，防止灰尘、杂物进入机箱。 做完实验后要将面板上插件及连线全部拔出并整理好。 多次使用后可能发生连接线内部接触不良或断开的故障，当实验连接发生故障时应检查连线。 2. 故障排除 （1） 电源无输出。实验箱电源初级接有0.5A熔断器。当输出短路或过载时， 有可能烧断熔断管，如烧断，需更换同规格熔断管。 （2） 信号源、电源、线路区部分异常（不能调节或无输出等），检查或更换 相应元器件。 注 意：打开实验板时必须拔下电源插头。 - 53 - 附图1-1 数字电路实验箱面板图 - 54 - 二、实验与课程设计报告要求及评分标准 （一）实验报告 实验报告是对实验工作的全面总结。学生做完实验后必须用简明的形式将实验结果和实验情况完整地和真实地表达出来。 1.预习报告的主要内容 (1)实验名称。 (2)实验目的。 (3)实验仪器名称、型号。 (4)实验内容及简要设计，测试用的逻辑图和主要实验步骤。 (5)预习思考题的解答。 2.实验（终结）报告的内容 实验报告应包括以下几个部分； （1）实验的目的和要求。 （2）实验电路和测试电路。必要时需简单地介绍实验电路或测试电路的工作原理。 （3）实验用的仪器、主要工具。有时可附实验所用的元件清单。 （4）实验情况记录。要用简明的语言或提纲式地给出进行实验具体步骤；在实验指导书设计的图表中填写实验中所记录的原始数据；反映在实验中遇到的问题和处理经过；若在实验中对原定实验方案进行了调整，则应给出调整方案的理由和调整情况。 （5）实验结果和分析。实验结果可以用数值或曲线表示。曲线一般用来表示连续变化的、需直观显示并加以比较的测量结果。在需要时，应对实验结果进行误差分析。 （6）实验小结 实验小结即总结实验完成情况，对实验方案和实验结果进行讨论，对实验中遇到的问题进行分析，简单叙述实验的收获和体会。 （7）参考资料 记录实验前、后阅读的有关资料。应记录资料的名称、作者和简单内容。为今后查阅提供方便。 3.实验报告的基本要求 实验报告的基本要求是：结论正确、分析合理、讨论深入、文理通顺、简明扼要、符号标准、字迹端正、图表清晰。在实验报告上还应注明：课题、实验者、实验日期、使用仪器编号等内容。 （二）课程设计 课程设计的目的是通过特定系统的设计、安装、测试和整理资料等环节，初步掌握工程设计方法，提高科学实验能力。 1.课程设计要求： （1）初步掌握一般数字电路分析和设计的基本方法。包括：根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究、设计计算、确定电路方案；画出逻辑工程图，选测元件、安 - 55 - 装电路、独立安排实验，调试改进；分析实验结果，写出设计总结报告。 （2）培养一定的自学能力和独立分析问题、解决问题的能力。包括：学会自己分析解决问题的方法，对设计中遇到的问题，能通过独立思考、查阅工具书、参考文献，寻找答案；掌握一些电路调试的一般规律，实验中出现的一般故障，能通过观察、判断、试验、再判断的基本方法去解决；能对实验结果独立地进行分析，评价。 （3）掌握电路安装、布线、焊接等基本技能。 （4）巩固常用电子仪器的正确使用方法。 （5）通过严格的科学训练和工程设计实践，逐步树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学态度；并培养学生在实际工作中具有一定的生产观点、经济观点和全局观点。 2.课程设计总结报告 课程设计的总结报告是对学生写科学论文和科研总结报告的能力训练。通过写报告，不仅把设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且把实践内容上升到理论高度。总结报告应包括以下几点： （1）课题名称； （2）内容摘要； （3）设计内容及要求； （4）比较和选定设计的系统方案，画出系统框图； （5）单元电路设计，参数计算和器件选择； （6）画出完整的电路图，并说明电路的工作原理； （7）组装调试的内容包括： ①使用的主要仪器和仪表； ②调试电路的方法和技巧； ③测试的数据和波形并与计算结果比较分析； ④调试中出现的故障、原因及排除方法。 （8）总结设计电路的特点和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望； （9）列出系统需要的元器件； （10）列出参考文献； （11）收获、体会。 （三）课程设计评分标准 1．设计成果质量 占总成绩60％； 2．实习期间的表现 占总成绩20％； 3．实习报告 占总成绩20％。 根据系统的任务，完成所要达到的技术性能、精度指标、设计说明书的内容以及方案的论证、工作原理的说明，以及最终电路的实现设定评分办法和评分标准，等级分为优、良、中、及格和不及格5级记分制。 优秀：电路原理正确，能独立分析、设计和解决实际问题，部分电路有新意，课程设计期间无违纪行为，圆满完成所规定的任务； - 56 - 良好：能较好地完成课程设计任务，能正确回答问题，课程设计态度端正，实习期间无违纪行为； 中等：能完成基本功能和一半以上的扩展功能，考核时能正确回答主要问题，课程设计期间无违纪行为； 及格：能完成基本功能，内容基本正确，但电路不够完整、系统。课程设计期间无违纪行为； 不及格：不能实现基本功能的一半以上，或不参加课程设计所规定时间的1/4以下者，或实习期间有严重的违纪行为。 - 57 - 三、电子学工作台简介 （一） 概述 1.EWB简介 随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。 电子学工作平台Electronics Workbench （EWB）（现称为MultiSim）软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子学工作台软件。EWB是一种强大的设计软件，可为设计者提供所需的各种元器件及仪表，进行电脑辅助设计、模拟及布局以产生印刷板层次的电路。EWB具有如下特点： （1）采用直观的图形界面创建电路，在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。 （2）EWB具有完整的混合模拟与数字信号模拟的功能，可任意地在系统中继承数字及模拟元件。EWB会自动进行信号转换。在输出信号的观察上，EWB具备即时波形显示的功能。 （3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。 （4）EWB具有虚拟的仪表设备，包含波形函数发生器、万用电表、示波器以逻辑分析仪等，可具体的模拟实际的测量情况，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。 本章主要介绍介绍EWB软件的初步知识，基本操作方法，以及在仿真过程中仪器仪表的使用和对电路运行结果的测量、观察。 2.EWB软件安装与主窗口界面 双击EWB图标启动EWB，将出现如附图3-1所示的主窗口，其主要部分组成及个部分作用如下： （1）菜单栏 菜单栏位于EWB窗口最上方的区域，它提供电路文件存取、SPICE文件的转入或转出、电路图的编辑、电路的模拟与分析、在线帮助等。主要的操作可归类为文件（File）、编辑（Edit）、电路（Circuit）及分析（Analysis）。 （2）工具栏 EWB提供两类工具，一类为电路工具栏，包含用于编辑电路设计所需的按钮。另一类为元器件工具栏，包含显示其详细零组件列表的按钮。工具栏有各类元件及测量仪表，可将它们加入电路图中以完成电路设计及模拟分析。 - 58 - （3）应用窗口 EWB所提供的应用窗口，可同时包括二项或多项。主要有以下应用窗口： 电路设计窗口（circuit windows）：供使用者进行电路设计。 子电路窗口（subcircuit windows）：供使用者检测子电路图的内容。 描述窗口（description windows）：供使用者键入文本以描述电路。 仪表开启（open instrument）：显示仪表的面板控制与功能选择。 图形窗口（graph windows）：显示分析的结果。 状态栏（status line）：位于EWB窗口的最下方，可显示鼠标所指处元件或仪表的名称。在模拟仿真过程中，也可显示模拟电路中的现状以及分析所需要的模拟时间。 附图3-1 EWB的主窗口 （4）元件库栏和仪器仪表栏 EWB提供了丰富的元器件和常用的仪器仪表，如附图3-2所示，单击某一图标可打开该库。 - 59 - 附图3-2 元件库栏和仪器仪表栏 （5）控制按钮 按钮O/I和Pause用于控制仿真实验运行与否，位于主窗口的右上角。控制按钮如附图3-3所示。 附图3-3 控制按钮 3.上机操作 （1）练习EWB软件的安装，了解EWB对系统的要求。 （2）运行EWB，了解EWB的主窗口及菜单栏、工具栏、应用窗口、元器件库和仪器仪表库、控制按钮所在的位置及使用方法。 （二） 基本操作 1.电路设计与编辑的基本操作方法 进行电路设计、仿真，首先要把电路编辑在工作区，然后才能实施仿真分析。编辑电路主要包括：调元器件到工作区，并放于适当的位置；进行电路连线，构成完整的电路。 （1）调用元器件、设定元件参数、调整元件的位置 ①调用元器件、设定元件参数：单击相应器件库图标，打开元器件库，再用鼠标把要用的器件拖曳到工作区，使它变为红色，然后再单击元件特征图标，在元件特征对话框中选择Value标签，输入元件的值，然后确定，关闭对话框，就完成了元件的调用。对于复杂元器件的调用（如晶体管等），在把元器件从库中拖曳到工作区时，元件特征对话框也同时被打开，选中对话框上方的模型（Model）标签，显示模型选项对话框，如图附图3-4所示，根据需要选择某一类型器件，单击确认按钮，完成对该元件的调用。 ②平移元器件：选中要平移的元器件，然后用鼠标拖曳它到合适的位置即可。如果要同时移动几个元器件，则可拖动鼠标画一个矩形，将要移动的元器件框起来，便可同时选中它们，然后拖动其中一个元器件移动，则被选中的所有元器件同时移动。 ③旋转元器件：选中要旋转的元器件，单击工具栏的转动图标即可。旋转图标有三种：逆时针旋转90º、水平旋转和垂直旋转。 - 60 - 附图3-4 设定元件参数对话框 （2）连线操作 ①元件引脚间的连线：用鼠标指向一个元件引脚时，会出现一个小连接点，此时按下鼠标左键拖动到另一个元件引脚，当再次出现小连接点时，放开鼠标，连线便连接好了。软件会自动选择走线位置。如附图3-5（a）所示。 ②连引出线和标记端点标号 有时需要从电路中引出一些输入输出线，这时应首先在线端放置电路结点，然后再连线。连线后双击该结点，打开参数设置对话框，可设置端点标号。如图3-5（b）所示。 ③连线中插入元件 只要把要插入的元件拖曳到连线上，并使元件的引出线与连线重合，则该元件就插入到连线中了。如图3-5（c）所示。 ④连线的删除、改接与移动 删除某条连线，只要把该连线的一端从连接点移开，就可删除该条连线。改接连线，只要把要改接的连线从原连接点移开，并直接移到新的连接点，就完成了连线的改接。要移动某条连线，只要将光标贴近该连线，然后按下鼠标左键，此时光标变为一个双向箭头，并跨于连线上，这时拖动鼠标就可移动连线。 ⑤设置连线颜色 改变输出信号线的颜色后，相应的输出波形的颜色也一起改变。这有利于查错和读取波形数据。双击某条连线，打开连线颜色设置对话框，如图附图3-6所示，单击“连线颜色设置”钮，弹出一个颜色选项框，选定某个颜色色块，关闭颜色选项框，连线的颜色就设好了。 - 61 - 附图3-5 连线操作 （a）元件引脚间连线（b）引出端线（c）连线中插入元件 附图3-6 连线颜色设置 （a）连线颜色设置对话框（b）颜色选项框 2.上机操作 （1）练习调用元器件、设定元件参数、调整元件的位置，包括元器件选择、平移、翻转等。 （2）练习连线操作，包括元件引脚间的连线、连线中插入元件、删除、修改及移动连线、设定连线的颜色等。 （三） 虚拟仪表 EWB的仪器库提供了示波器、波特图仪、字信号发生器、数字多用表、逻辑分析 - 62 - 仪和逻辑转换仪等七种虚拟仪器，其图标如附图3-7所示。指示器件库中提供了电压表和电流表，其图标如附图3-8所示，它们的使用方法基本上和实际仪表相同，虚拟仪器每种只有一台，而电压表和电流表的数量则没有限制。下面介绍仪器仪表的使用方法。 1.仪器仪表的取用与接法 取用仪器仪表的方法与取用元器件相同，即单击打开相应库，将相应图标拖拽到工作区的欲放位置。移动和删除的方法也相同。 连接电路实验时，仪器仪表以图标形式存在，其输入、输出端子的含义与实际电路中是一样的，可根据其含义在电路中进行相应连接。 附图3-7 仪器库图标附图 附图3-8 电压表和电流表图标 2.模拟仪表的使用 EWB中模拟仪表主要有电压表和电流表、数字多用表、示波器、波形发生器、波特图产生器。 （1）电压表和电流表的使用 电压表和电流表的图标如附图3-8所示，粗黑边对应的端子为负极，另一端则为正极，测量直流（DC）电量时若正极接电位高端、负极接电位低端，则显示正值，反之则显示负值。测量交流（AC）电量时显示信号的有效值。它有纵向和横向两种引出线方式，选中后使用工具栏旋转按钮可进行引出方式的转换。 （2）数字多用表的使用 数字多用表的图标如附图3-9（a）所示，双击数字多用表的图标就可打开其面板，如附图3-9（b）。它用于测量交、直流的电压和电流，也可测电阻，只要选中相应的按钮即可。打开参数设置对话框，可以根据测量需要进行相应的参数设置。如附图3-9（c）所示。 附图3-9 数字多用表 （a）图标（b）面板（c）参数设置对话框 - 63 - （3）示波器的使用 EWB的示波器外观及操作与实际的双通道示波器相似。示波器的图标如附图3-10所示。示波器主要由显示屏、输入通道设置、时基调整和触发方式选择四部分组成，其使用方法也和实际仪器相似。 ①输入通道（Channel）设置 输入通道A和B是各自独立的，其设置方法一样。输入方式AC/0/DC中，AC方式用于观察信号的交流分量，DC方式用于观察信号的瞬时量，选择0则输入接地。Y轴刻度表示纵坐标每格代表多大电压，应根据信号大小选择合适值。Y轴位置用于调节波形的上下位置以便观测。 ②触发方式（Trigger）选择 包括触发信号、触发电平和触发沿选择三项，通常单击选中“Auto”即可。 ③时基（Time base）调整 显示方式选项在观察信号波形时选择“Y/T”，X轴刻度表示横坐标每格代表多少时间，应根据频率高低选择合适值。X轴位置用于调节波形的左右位置。 ④虚拟示波器的特殊操作 附图3-10 示波器 按下面板上部的“Extend”按钮可将EWB示波器的面板展开，如附图3-11所示，将红、蓝指针拖拽至合适的波形位置，就可较准确地读取电压和时间值，并能读取两指针间的电压差和时间差，因此测量幅度、周期等很方便。按下“Reduce”按钮则可将示波器面板恢复至原来的大小。 - 64 - 附图3-11 示波器面板展开 用示波器观察时，为便于区分波形，可通过设置导线颜色确定波形颜色。 （4）波特图仪的使用 附图3-12 波特图仪 波特图仪又称为频率特性仪或扫频仪，用于测量电路的频率特性。其图标如附图3-12所示，它的一对输入端应接被测电路的输入端，而一对输出端应接被测电路的测试端，测量时电路输入端必须接交流信号源并设置信号大小，但对于信号频率无要求，所测的频率范围由波特图仪设定。使用方法为：双击打开面板，进行如下设置： 1选择测量幅频特性或相频特性：单击相应按钮。 2选择坐标类型：单击相应按钮。通常水平坐标选“Log”，垂直坐标测幅频特性时选“Log”（单位为dB）、测相频特性时选“Lin”（单位为角度）。 3设置坐标的起点（I框）和终点（F框）：选择合适值以便清楚完整地进行观察。水平坐标选择的是所测量的频率范围，垂直坐标选择的是测量的分贝范围（或角度范围）。 - 65 - 单击主窗口的启动开关“O/I”按钮，电路开始仿真，波特图仪的显示屏就可以显示所测频率特性，拖拽显示屏上的指针至欲测位置，根据读数显示值就可测得要测的值，如附图3-12所示。 （5）波形产生器的使用 波形产生器可以产生正弦波、三角波或方波。波形产生器的图标、面板与参数设置如附图3-13所示。根据实验电路对输入信号的要求可以进行相应的设置，如频率、幅度、偏置量以及占空比的调节。在这里需要注意的是，信号大小的设置值为幅度而不是有效值。 附图3-13 波形产生器的图标、面板与参数设置 3.数字仪表的使用 数字仪表主要有数字字元产生器、逻辑分析仪和数字逻辑转换器。 （1）数字字元产生器 附图3-14 数字字元产生器 数字字元产生器可以产生16位位同步二进制信号，并且可以随意的编辑16路信号的值，使它按照一定的方式输入到数字电路中以进行电路功能的验证与分析。数字字元产生器如附图3-14所示。 - 66 - 在字信号编辑区，字信号以4位16进制数编辑和存放。用鼠标单击可以定位和插入需编辑的位置，然后输入16进制数码。还可在面板下部的二进制字信号输入区输入二进制码。在地址编辑区可以编辑或显示与字信号地址有关的信号。 把鼠标指针移到左边地址编辑区中要改变值的位置，在这可以输入0～9或A、B、C、D、E、F，在二进制信号编辑区中即可显示出输入的十六进制数对应的二进制数。 （2）逻辑分析仪 逻辑分析仪可以同步记录和显示16路逻辑信号，因此，当把电路的输入信号和输出信号都接入逻辑分析仪的输入端时，可以同步显示出输入信号和输出信号的波形，我们可以通过显示的波形分析电路的逻辑功能。逻辑分析仪如附图3-15所示。 附图3-15 逻辑分析仪 打开仪器库，将逻辑分析仪拖到工作区，再双击该图标，显示其面板如附图3-15所示。面板上部为波形记录区，左边是16路信号输入端，自上而下依次排列，上面第一路是输入信号的最低位，下面最后一路是输入信号的最高位。在波形记录区的两边各有一根读数指针，拖曳读数指针到适当的位置，可读取波形数据。面板下方为读数显示和控制区。控制操作有停止（Stop）、复位（Reset）、采样频率设置（Clock set）、水平时间刻度设置和触发模式设置（Triggle set）。停止操作与触发模式有关。复位钮对逻辑分析仪进行复位控制，在停止运行后按下复位钮，消除记录区的波形，在运行过程中按下复位钮，记录区波形被清除并重新开始显示波形。采样频率一般为默认系统设定值。调节水平时间刻度，可调整波形的疏密。 （3）数字逻辑转换器 数字逻辑转换仪是EWB软件虚拟的仪器，没有实际仪器与之相对应，但它能实现逻辑图、逻辑式（与-或逻辑式或或-与逻辑式）和真值表三者之间的相互转换功能。数字逻辑转换器如附图3-16所示。打开仪器库，把数字逻辑转换器拖到工作区，再双击 - 67 - 该图标，展开它的面板如附图3-16所示。它有三个功能区：一是真值表区，最多可以有8个变量A~H；一个是逻辑功能转换操作区，提供有6种转换功 附图3-16 数字逻辑转换器 能；还有一个逻辑式表达区，用于编辑和显示逻辑式。它实现逻辑功能转换的方法和步骤如下： 1逻辑图转换为真值表，再转换为表达式。 ①首先在EWB主窗口的工作编辑设计逻辑图； ②将逻辑图的输入端与逻辑转换器的输入端相连接，将逻辑图的输出端与逻辑转换器的输出端相连接； ③按下“逻辑图→真值表”转换钮，则在真值表区显示出该逻辑电路的真值表； ④再按下“真值表→表达式”转换钮，则在逻辑式表达区显示出对应于真值表的标准与—或式（图中的反变量用单引号表示，如/A=A′）； ⑤如再按下“真值表→简化逻辑式”转换钮，则在逻辑式表达区显示出对应于真值表的最简与—或式。 2真值表转换为逻辑式，再转换为逻辑图。 ① 用鼠标点击真值表表头上的变量名，用几个变量就点几个（最多不超过8个），选择好变量后，真值表区就显示出所选变量的各种取值组合，但对应的输出都是问号“？”。 ② 用鼠标选中第一个问号，键入函数值后，光标自动顺序下移，直到键入全部函数值，就完成了真值表的输入。 ③按下“真值表→逻辑式”转换钮，则在逻辑式表达区显示出对应于真值表的逻辑式；若按下“真值表→简化逻辑式”转换钮，则显示最简与—或逻辑式。 ④ 如再按下“逻辑式→逻辑图”转换钮，则在工作区出现对应于逻辑式的逻辑图。如按下“逻辑式→与非逻辑图”转换钮，则在工作区出现对应于逻辑式由与非门组成的逻辑图。 3表达式转换为真值表和逻辑图。 ①将光标移入逻辑式表达区，输入逻辑式（与-或逻辑式或或-与逻辑式），注意反变量用单引号表示。 - 68 - ②按下“逻辑式→真值表”转换钮，则在真值表区显示出对应于该逻辑式的真值表。 ③按下“逻辑式→逻辑图（或与非逻辑图）”转换钮，则在工作区出现对应于逻辑式的逻辑图。 ④ 如按下“真值表→简化逻辑式”转换钮，还可将输入的逻辑式化简为最简与-或式，并显示在逻辑式表达区里。 4.上机操作 （1）练习电压表和电流表、数字多用表、示波器、波形发生器、波特图产生器的取用、参数设置以及测量结果的观察，了解电路运行过程在仪器仪表上的数值和波形反映。 （2）练习数字字元产生器、逻辑分析仪和数字逻辑转换器的取用以及在数字电路中的应用，观察输出结果在虚拟仪器上的反映。 （四） 电路的生成 在进行仿真分析之前首先要在主窗口的工作区创建电路，通常是在主窗口（相当于一个虚拟实验平台）直接选用元器件连接电路，其一般步骤和方法如下。 1.电路生成的基本步骤和方法 （1）元器件的取用 取用某元器件的操作为：用鼠标单击它所在的元器件库，然后用鼠标单击并按住所需元器件，将它拖拽至电路工作区的欲放置位置。 （2）元器件的编辑 在创建电路时，常需要对元器件进行移动、旋转、删除和复制等编辑操作，这时首先要选中元器件，然后进行相应操作。 选中某元器件的方法为：单击该元件，被选中的元器件将以红色显示。若要同时选中多个元器件，可按住“Ｃtrl”键不放，然后逐个单击所选的元器件，使它们都显示为红色，然后放开“Ctrl”键即可。若要选中一组相邻元器件，可用鼠标拖拽画出一个矩形区域把这些元器件框起来，使它们都显示为红色。若要取消选中状态，可单击电路工作区的空白部分。 移动元器件的方法为：先选中要移动的元器件，再用鼠标拖拽，或用箭头键作微小移动。 旋转元器件的方法为：先选中，再根据旋转目的，单击工具栏的“旋转”、“水平反转”和“垂直反转”等相应按钮。 删除和复制元器件的方法与Windows下的常用删除和复制方法一样，选中元器件后，用“Ｄelete”键删除，用工具栏“Ｃopy”和“Paste”按钮进行复制、粘贴等。 （3）元器件的设置 从库中取出的元器件的设置是默认值（又称缺省值），构成电路时需将它按电路要求进行设置。方法为：选中该元件后单击工具栏的“元件特性”按钮（或双击该元件），使弹出相应的元器件进行标识和赋值（或模型选择）。 （4）电路的连接 1连接方法 连线的操作：将鼠标指向欲连端点使其出现小圆点，然后按住鼠标左键拖拽出一根导线并指向欲连接的另一个端点使其出现小圆点，释放鼠标左键则完成连线。 导线上的小圆点称为连接点，它会在连线时自动产生，也可以单独放置，需要放置时可从基本器件库取出，直接插入连线中。引出电路的输入、输出端时，就需要先放置 - 69 - 连接点，然后将作为输入、输出端子的连接点与电路连通，需要注意的是，一个连接点最多只能连接来自四个方向的导线。 2编辑方法 ①删除、改接与调整 导线、连接点和元器件都可以在选中后按“Delete”键进行删除。对导线还可这样操作：将鼠标指向该导线的一个连接点使其出现小圆点，然后按住鼠标左键拖曳该圆点使导线离开原来的连接点，释放鼠标左键贴近该导线，然后按下鼠标左键，这时光标变为一个双向箭头，拖动鼠标，即可移动该导线。 ②导线颜色的设置 通常示波器的输入线需设置颜色，因为示波器波形的颜色由相应输入通道的导线颜色确定，不同输入通道设置不同颜色后便于观察与区别。设置方法为：选中该导线后单击工具栏的“元件特性”按钮，（或双击该导线），使弹出导线特性对话框，然后单击选项，单击按钮，使弹出对话框，单击欲选的颜色，最后单击“确定”。 ③连接点的设置 与元器件和导线类似，连接点也可以通过其特性对话框进行设置，通常是对它标识或设置颜色。 （5）检查电路并及时保存 输入的电路图及时保存，第一次保存前需确定文件欲保存的路径文件名。电路完成连接后应仔细检查，确保输入的电路图无误、可靠。 2.上机操作 (１).练习基本模拟电路和数字电路的生成，熟练掌握电路生成的基本方法和操作步骤。 (２).练习电路生成后的保存以及打开、编辑已经保存过的电路文件。 (五) 曲线图标的使用 1.曲线图标及分析图形窗口 附图3-17 分析图形窗口 - 70 - 在工具栏的右边的图标是“曲线图标”，在对设计电路进行分析后，可单击该图 标，调出分析图形窗口，分析图形窗口可用来检测、调整及存储曲线和资料对照图表。 其显示功能主要有：显示EWB产生的所有结果，以曲线或资料对照图表表示；示波器轨迹及波特图；显示错误记录表，用来检测模拟过程中出现的错误或警告信息。分析图形窗口如附图3-17所示。 在分析图形窗口的最上方为工具按钮，工具按钮功能如附图3-18所示。通过工具按钮可以观测该窗口中的各项分析结果和曲线波形。 附图3-18 分析图形窗口工具按钮功能 为了帮助分析曲线图资料，可使用格线、标示线及垂直的游标等来增加曲线图的资料分析能力。 （1）格线 若在曲线图上应用格线，选中曲线图，单击 （Toggle Grid）按钮显示格线，如 附图3-17所示。若要去除格线，可再次单击该按钮。 （2）标示线条 选中曲线图，单击 （Toggle Legend）按钮弹出标示线条窗口，如附图3-17所示。 如要关闭标示线窗口，再次单击按钮。 （3）游标 单击 （Toggle Cursors）按钮显示游标，启动游标后，两个垂直游标将出现在所 选择的曲线图上，如附图3-19所示，同时出现一个显示相应数值资料的窗口。用鼠标拖动游标移动，资料窗口显示相应位置的资料值。 （4）分析图形窗口属性对话框 通过分析图形窗口属性对话框可以改变窗口的各种特性。如附图3-20所示。 - 71 - 附图3-19 游标资料窗口 2.上机操作 熟悉曲线图标的应用，了解分析图形窗口的数据资料，学会进行简单的数据资料分析。 附图3-20 分析图形窗口属性对话框 （六） 帮助功能图标的使用 1.帮助功能图标 EWB的具有较强的帮助功能，在菜单栏的最右边是“HELP（帮助）”栏，在工具栏内还有一个帮助图标“？”。如附图3-21所示。 - 72 - 附图3-21 帮助功能图标及帮助窗口 帮助菜单和按钮使用方法如下： （1）在操作过程中，按下帮助按钮，就会出现帮助窗口显示帮助内容，可以在帮助窗口中输入需要帮助的内容或关键词，这样在主窗口中会显示帮助信息。 （2）选中某元件，单击帮助按钮，则会打开有关该元件信息的帮助窗口，则会显示该元件的基本参数和使用方法。 （3）选中某仪器或仪表，单击帮助按钮，则在帮助信息中会给出该仪器或仪表详尽的使用方法。 因此，在初学使用EWB软件时，要尽可能利用帮助工具来解决问题。 2.上机操作 （1）练习在电路生成过程及仿真模拟过程中帮助功能的应用。 （2）通过帮助功能了解元器件和仪器仪表的功能以及使用方法。 （七） 电路的元器件库 1.电路的元器件库 EWB提供了丰富的元器件和常用的仪器仪表，如附图3-22所示，单击某一图标即可打开该库。EWB中提供的元器件库如附图3-23~附图3-31所示。 - 73 - 附图3-22 EWB的元器件库和仪器仪表 附图3-23 信号源库 附图3-24 基本器件库 2.上机操作 （1）.熟悉EWB的元器件库，了解各种型号元器件在EWB工具栏中的符号。 （2）.熟悉元器件和仪器仪表所在的位置。 附图3-25 二极管库 - 74 - 附图3-26 数字基本门 附图3-27 晶体管库 附图3-28 模拟集成电路库 附图3-29 控制器单元库 - 75 - 附图3-30 数字模组单元 附图3-31 数字集成电路库 （八） EWB的菜单命令 1.EWB的菜单 菜单栏位于EWB窗口的最上方的区域，它提供电路文件的存取、SPICE文件的转入或转出、电路图的编辑、电路的模拟与分析、在线帮助等功能。主要的操作包括File(文件)、Edit(编辑)、Circuit(电路)、Analysis(分析)、Windows(窗口)、和Help(帮助)6个主菜单选项。每个主菜单选项都可用鼠标单击打开下拉菜单，显示该选项下的各种操作命令。如附图3-32所示。 菜单栏的详细功能如下： （1）File(文件) 主要包括新建、打开、保存、导入、导出、打印、退出等文件操作。 （2）Edit(编辑) 主要包括剪切、复制、粘贴、删除、全部选择、显示粘贴板等编辑操作。 （3）Circuit(电路) 主要包括旋转、翻转、属性、子程序建立、缩放、设置等建立电路基本操作。 （4）Analysis(分析) 主要包括打开、暂停、停止、静态分析点分析、交流频率分析、暂态分析、噪声分析、失真分析、傅立叶分析、蒙特卡罗分析、最坏状况分析等电路分析操作。 （5）Windows(窗口) 主要包括窗口排列、电路窗口、描述窗口等窗口显示操作。 - 76 - （6）Help(帮助) 主要提供EWB的帮助信息和在线帮助功能。 2.上机操作 （1）了解EWB的菜单命令功能。 （2）熟练应用EWB的菜单命令进行相应的电路操作。 附图3-32 EWB的下拉式菜单 （九） 电路仿真练习 1.共发射极单级放大电路的仿真 （1）电路的创建 电路图如附图3-33所示。采取前面提到的方法连接电路、设置元器件参数并连接仪器，同时设置连接到示波器输入端的导线为不同颜色，这样可区分两路不同的波形。 附图3-33 共发射极单级放大电路 - 77 - （2）电路文件的保存 电路创建好以后可将其保存，以备调用。 （3）电路的仿真实验 ①双击有关仪器的图标打开其面板，准备观察被测试点的波形。 ②按下电路启动/停止开关，仿真实验开始。如果要使实验过程暂停，可单击右上角的Pause（暂停）按钮，再次单击Pause按钮，实验恢复运行。 ③调整示波器的时基和通道控制，使波形显示正常，如附图3-34所示。 ④从波特图仪的面板上观测电路的幅频特性和相频特性，如附图3-35所示。 附图3-34 波形设定、显示 附图3-35 波特图显示电路波特 （4）电路的描述 选择Window/Description命令可打开电路描述窗口，可以在改窗口中输入有关实验电路的描述内容。 （5）实验结果的输出 实验结果的输出主要指： ①最终测试电路的保存。 ②输出电路图或仪器面板（包括显示波形）到其它文字或图形编辑软件，这主要用于实验报告的编写。 ③打印输出。 2.用门电路组成的全加器 （1）电路的生成 电路图如附图3-36所示。调用元件、设置元器件参数、连接电路和仪器，用单刀双掷开关送入逻辑变量Ai、Bi、Ci-1，用发光二极管指示灯显示输出结果，同时将输出端连到逻辑分析仪。 （2）电路的仿真 单击启动开关，运行电路进行仿真。通过输入3个开关逻辑电平的各种取值组合（000~111），观察输出端指示灯的状态变化，完成全加器逻辑运算关系。 - 78 - 附图3-36 门电路组成的全加器 双击逻辑分析仪图标，显示其面板，适当调整时间刻度值（如调到16），就可看到输出波形，如附图3-37所示。从波形可分析出电路满足全加器逻辑功能。 附图3-37 逻辑分析仪面板 3.上机操作 （1）练习共发射极单级放大电路的建立与仿真，并观察仿真结果。 （2）练习用门电路组成的全加器，并应用EWB提供的数字仪器观察电路运行结果。 （3）通过仿真模拟电路和数字电路了解EWB的功能和操作方法以及在电子技术中的应用。 - 79 - 四、常用数字集成电路外引线排列图及功能表 - 80 - - 81 - - 82 - - 83 - - 84 - - 85 - - 86 - - 87 - - 88 - - 89 - - 90 - - 91 - - 92 - - 93 - - 94 - - 95 - fgab56fab - 96 - edc若为共阴，5、6应接地若为共阳，5、6接高电平dpedgcdp 附图4-56 BS201/202（共阴极） 附图4-57 双“8”显示数码管 数码显示器（BS211/212为共阳极） 五、常用逻辑图形符号对照表 附表6-1中列出了常用逻辑国标图形符号(GB4728.12—85)及国外流行符号和国内曾用符号的对照。 附表6-1 常用逻辑图形符号对照表 - 97 - 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容