数字电子技术基础实验指导书终极版

数字电子技术基础实验指导书终极版内容摘要：

实验内容 1．测试 74LS194（或 CC40194）的逻辑功能 按图 114 接线， CR、 S SO、 SL、 SR、 D D D DO 分别接至逻辑开关的输出插口； Q Q Q QO 接至 LED 逻辑电平显示输入插口。 CP 端接单次脉冲源输出插口。 按表 112 所规定的输入状态，逐项进行测试。 (除 7 脚外 ) 图 114 74LS194 逻辑功能测试 （ 1）清除：令 CR=0，其它输入均为任意态，这时寄存器输出 Q Q Q QO 应均为0。 清除后，置 CR=1。 （ 2）送放：令 CR=S1=SO=1，送入任意 4 位二进制数，如 D3D2D1DO=dcba，加 CP脉冲，观 察 CP=0、 CP 由 0→ CP 由 1→ 0 三种情况下寄存器输出状态的变化，观察寄存器输出状态变化是否发生在 CP 脉冲的上升沿。 （ 3）右移：清零后，令 CR=1， S1=0， SO=1，由右移输入端 SR 送入二进制数码如 0100，由 CP 端连续加 4 个脉冲，观察输出情况，记录之。 （ 4）左移：先清零或予置，再令 CR=1， S1=0， SO=1，由左移输入端 SL 送入二进制数码如 1111，连续加四个 CP 脉冲，观察输出端情况，记录之。 （ 5）保持：寄存器予置任意 4 位二进制数码 dcba，令 CR=1， S1=SO=0，加 CP 脉冲，观察 寄存器输出状态，记录之。 2．循环移位 将实验内容 1接线参照图 112进行改接。 用并行送数法予置寄存器为某二进制数码（如0100），然后进行右移循环，观察寄存器输出端状态的变化，记入表 113 中。 电子技术论坛 电子发烧友 18 3．累加运算 按图 115 连接实验电路。 CR、 S SO 接逻辑开关输出插口， CP 接单次脉冲源，由于逻辑开关的数量有限，两寄存器并行输入端 D3D2D1DO 根据实验设备现有条件，进行接线。 两寄存器的输出端接至 LED 逻辑电平显示输入插口。 表 112 清除 模 式 时钟 串 行 输 入 输 出 功能总结 CR S1 SO CP SL SR D3D2D1DO Q3Q2Q1QO 0 1 1 1 ↑ d c b a 1 0 1 ↑ 0 1 0 1 ↑ 1 1 0 1 ↑ 0 1 0 1 ↑ 0 1 1 0 ↑ 1 1 1 0 ↑ 1 1 1 0 ↑ 1 1 1 0 ↑ 1 1 0 0 ↑ 表 113 CP Q3 Q2 Q1 QO 0 0 1 0 0 电子技术论坛 电子发烧友 19 1 2 3 4 电子技术论坛 电子发烧友 20 电子技术论坛 电子发烧友 21 （ 1）触发器置零 使 74LS74 的 RD 由低电平变为高电平。 （ 2）送数 令 CR=S1=SO=1，用并行送数方法把三位被加数 A2A1AO 和三位加数 B2B1BO 分别送入累加和移位寄存器 A 和加数移位寄存器 B 中。 然后进行右移，实现加法运算。 连续输入 4 个 CP 脉冲，观察两个寄存器输出状态变化，记入表 114 中。 表 114 CP B 寄存器 A 寄存器 Q3 Q2 Q1 QO Q3 Q2 Q1 QO 0 1 2 3 4 五、实验预习要求 1．复习有关寄存器及累加运算的有关内容。 2．查阅 74LS19 74LS18 74LS74 逻辑线路。 熟悉其逻辑功能及引脚排列。 3．在对 74LS194 进行送数后，若要使输出端改成另外的数码，是否一定要使寄存器清零。 4．使寄存器清零，除采用 CR 输入低电平外，可否采用右移或左移的方法。 可否使用并行送数法。 若可行，如何进行操作。 5．若进行循环左移，图 114 接线应如何改接。 六、实验报告 1．分析表 112 的实验结果，总结移位寄存器 74LS194 的逻辑功能并写入表格功能总结一栏中。 2．根据实验内容 2 的结果，画出 4 位环形计数的状态转换图及波形图。 3．分析累加运算所得结果的正确性。 电子技术论坛 电子发烧友 22 实验十二 脉冲分配器及其应用 一、实验目的 1．熟悉集成时序脉冲分配器的使用方法及其应用。 2．学习步进电动机的环形脉冲分配器的组成方法。 二、实验原理 1．脉冲分配器的作用是产生多路顺序脉冲信号，它可以由计数器和译码器组成。 CP端上的系列脉冲经 N 位二进制计数器和相应的译码器，可以转变为 2N 路顺序输出脉冲。 如图 121 所示。 图 121 脉冲分配器的组成 2．集成时序脉冲分配器 CC4017 和 CC4022 CC4017 是按 BCD 计数 /时序译码器组成的分配器。 CC4022 是按八进制计数 /时序译码器组成的分配器。 它们的真值表完全相同，为多姐妹片。 其逻辑符号及引脚功能如图 122 所示。 CC4017 的输出波形如图 123 所示。 CC4017 应用十分广泛，可用于十进制计数，分频， 1/N 计数（ N=2～ 10 只需用一块，N＞ 10 可用多块器件级连）。 图 124 所示为由两片 CC4017 组成的 60 分频的电路。 电子技术论坛 电子发烧友 23 （ c） 真值表 图 122 CC4017 与 CC4022 的逻辑符号及真值表 图 123 CC4017 的波形图 图 124 60 分频电路 3．步进电动机的环形脉冲分配器 图 125 所示为某一三相步进电动机的驱动电路示意图。 CP EN R 输出 n 0 0 n 1 1 0 n 0 0 n+1 1 0 n 1 0 n+1 1 0 n 1 0 电子技术论坛 电子发烧友 24 图 125 三相步进电动机的驱动电路 A、 B、 C 分别表示步进电机的三相绕组。 步进电机按三相六拍方式运行。 即 要求步进电机正转时，控制端 X=1，使电机三相绕组的通电顺序为 A→ AB→ B→ BC→ C→ CA ↑ 要求步进电机反转时，令控制端 X=0，三相绕组的通电顺序改为 A→ AC→ C→ BC→ B→ AB→ A„ 按六拍通电方式的 脉冲环形分配器，可由如图 126 所示的三个 JK触发器构成。 图 126 六拍通电方式的脉冲环行分配器逻辑图 要使步进电机反转，脉冲分配器应如何联线，请自行考虑。 通常应加有正转脉冲输入控制和反转脉冲控制端。 三、实验设备与器件 1． +5V 直流电源 2．双踪示波器 3．连续脉冲源 4．单次脉冲源 4．逻辑电平开关 6． 01 指示器 7． CC4017 2 CC4013 CC4027 2 CC4011 2 四、实验内容 电子技术论坛 电子发烧友 25 1． CC4017 逻辑功能的测试 （ 1）．参照图 122（ a），用 +5V 供电， EN、 R 接逻辑开关的输出插口。 CP 接单次脉冲源， 0～ 9 十个输出端接至 LED 逻辑电平显示输入插口，按真值表要求操作逻辑开关。 清零后，连续送出 10 个脉冲信号，观察十个发光二极管的显示状态，并列表记录。 （ 2）． CP 改接为 1HZ 连续脉冲，观察记录输出状态。 2．按图 124 线路接线，自拟实验方案验证 60 分频电路的正确性。 3．参照图 126 的线路，设计一个可逆运行的三相六拍环形分配器线路，并自拟实验观察方 案。 五、实验预习要求 1．复习有关脉冲分配器的原理 2．按实验任务要求，设计实验线路，并拟定实验方案及步骤。 六、实验报告 1．画出完整的实验线路 2．总结分析实验结果 电子技术论坛 电子发烧友 26 实验十三 使用门电路产生脉冲信号 —— 自激多皆振荡器 —— 一、实验目的 1．掌握使用门电路构成脉冲信号产生电路的基本方法 2．掌握影响输出脉冲波形参数的定时元件数值的计算方法 3．学习石英晶体稳频原理和使用石英晶体构成振荡器的方法 二、实验原理 1．利用与非门 组成脉冲信号发生电路 与非门作为一个开关倒相器件，可用以构成各种脉冲波形的产生电路。 电路的基本工作原理是利用电容器的充放电，当输入电压达到与非门的阀值电压 VT 时，门的输出状态即发生变化。 因此，电路输出的脉冲波形参数直接取决于电路中阻容元件的数值。 2．非对称型多谐振荡器 如图 131 所示，它的输出波形是不对称的。 输出脉冲宽度（ TTL 与非门） tw1=RC tw1= T= 调节 R 和 C 值，可改变输出信号的振荡频率，通常用改变 C 实现输出频率的粗调，改变电位器 R 实现输 出频率的细调。 3．对称型多谐振荡器 如图 132 所示，由于电路完全对称，电容器的充放电时间常数相同，故输出为对称的方波。 改变 R 和 C 的值，可以改变输出振荡频率。 如输出端加一非门，可实现输出波形整形。 一般取 R＜ 1KΩ，当 R=1KΩ， C=100pf～ 100μ f 时， f=nHZ～ nMHZ，脉冲宽度 tw1= tw2 =， T= 4．带 RC 电路的环形振荡器 电路如图 133 所示。 其中门 4 用于整形，以改善输出波形； R 为限流电阻，一般取100Ω，电位器 RW 要求＜ 1KΩ。 电路利用电容 C 的充放电过程，控制 D 点电压 VD，从而控制与非门的自动启闭，形成多谐振荡，电容 C 的充电时间 tw放电时间 tw2 和总的振荡周期 T 分别为 tw1≈ ， tw2≈ ， T≈ 调节 R 和 C 的大小可改变电路输出的振荡频率。 电子技术论坛 电子发烧友 27 图 131 非对称型振荡器 图 132 对称型振荡器 图 133 带有 RC 电路的环形振荡器 以上这些电路的状态转换都发生在与非门输入电平达到门的阀值电平 VT 的时刻。 在VT 附近电容器的充放电 速度已经缓慢，而且 VT 本身也不够稳定，易受温度、电源电压变化等因素以及干扰的影响。 因此，电路输出频率的稳定性较差。 5．石英晶体箢频的多谐振荡器 当要求多谐振荡器的工作频率稳定性很高时，上述几种多谐振荡器的精度已不能满足要求。 为此常用石英晶体作为信号频率的基准。 用石英晶体与门电路构成的多谐振荡器常用来为微型计算机等提供时钟信号。 图 134 所示为常用的晶体稳频多谐振荡器。 （ a）、（ b）为 TTL 器件组成的晶体振荡电路；（ c）、（ d）为 CMOS 器件组成的晶体振荡电路。 一般用于电子表中，其中晶体的fo=32768HZ。 （ a） fo=几 MHZ～几十 MHZ （ b） fo=100KHZ（ 5 KHZ～ 30 MHZ） 电子技术论坛 电子发烧友 28 （ c） fo=32768HZ=215 HZ （ d） fo=100KHZ 图 134 常用的晶体振荡电路 图 134（ c）中，门 1 用于振荡，门 2 用于缓冲整形。 Rf 是反馈电阻，通常在几十兆欧之间选取，一般选 22MΩ。 R 起稳定振荡作用，通常取十至几百千欧。 C1 是频率微调电容器，电容 C2 用于温度特性校正。 6．利用晶体管组成多谐振荡器 图 135 所 示为由晶体管组成的自激多谐振荡器。 它只有两个暂稳态（即 T1 饱和、 T2截止与 T1 截止、 T2 饱和）。 图 135 晶体管自激多谐振荡器 设 t1 时刻电路翻转成 T1 饱和、 T2 截止，这时电容 C1 通过 Rb2 和饱和管 T1 的集电极放电，同时电源 VCC 沿 RC2 和 T1 的基极对 C2 进行充电，一旦 vbe2 达到 VT 时，电路又翻。