通達實驗(二)第1次課第4-周

1、1一、 電工電子實驗（電工電子實驗（IIII）課程要求）課程要求v電工電子實驗（電工電子實驗（II）的教學內(nèi)容是上學期電工電）的教學內(nèi)容是上學期電工電子實驗（子實驗（I）的延續(xù)，教學方法、要求相同。以）的延續(xù)，教學方法、要求相同。以設計、操作、硬件實現(xiàn)為主，講課、軟件使用為設計、操作、硬件實現(xiàn)為主，講課、軟件使用為輔。輔。v實驗內(nèi)容包括信號分析實驗、數(shù)電單元電路實驗、實驗內(nèi)容包括信號分析實驗、數(shù)電單元電路實驗、數(shù)模綜合實驗，需使用數(shù)模綜合實驗，需使用Multisim 2001和和ISE9.1i軟軟件。本學期完成，共件。本學期完成，共48課時、課時、3學分。學分。v教材：電工電子實驗技術（上冊）

2、和教材：電工電子實驗技術（上冊）和 ( (下冊下冊) ) v總分總分100分，由平時、期末考試各分，由平時、期末考試各50分合成。折分合成。折算成優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五檔報教算成優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五檔報教務處。其中平時務處。其中平時50分由預習分由預習10分、操作分、操作25分、實分、實驗報告驗報告15分累加合成。分累加合成。 2二、 電工電子實驗（電工電子實驗（IIII）課程安排）課程安排注：帶*號的頁碼為教材下冊周周實驗名稱實驗名稱實驗要求實驗要求41數(shù)字電路實驗概述（數(shù)字電路實驗概述（1）2基本門電路基本門電路P138 J1 講課講課門電路硬件實現(xiàn)門電路硬件實現(xiàn)51

3、.周期信號頻譜分析周期信號頻譜分析*P1422.連續(xù)時間系統(tǒng)模擬連續(xù)時間系統(tǒng)模擬*P146軟件仿真軟件仿真68-391數(shù)字電路實驗概述（數(shù)字電路實驗概述（2）2數(shù)據(jù)選擇電路數(shù)據(jù)選擇電路P144J23譯碼器電路譯碼器電路P144 J4 講課講課74151/153硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)74138硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)8-031 觸發(fā)電路觸發(fā)電路P148J22. 2. 動態(tài)顯示電路原理動態(tài)顯示電路原理8-26， 9-39， 9-187474硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)講課講課310動態(tài)顯示電路動態(tài)顯示電路P146T1 P146T1 硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)121.1.可編程器件應用可編程器件應用及設計及設計2.2. *P215 J

4、1 P215 J1 講課講課XC3S50-TQ144實現(xiàn)實現(xiàn)13存儲器應用及設計存儲器應用及設計計數(shù)與分頻電路計數(shù)與分頻電路P150 J2講課講課74161硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)14存儲器的應用存儲器的應用*P214 T1移位寄存電路移位寄存電路P153 J1EEPROM實現(xiàn)實現(xiàn)測測74194邏輯功能邏輯功能15移位寄存電路移位寄存電路P153 J3數(shù)?；旌想娐返脑O計數(shù)?；旌想娐返脑O計 一片一片194和其它器件和其它器件講課講課 17數(shù)模轉(zhuǎn)換電路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路*P222 J1 硬件硬件+XC3S50實現(xiàn)實現(xiàn) 18實驗操作考試實驗操作考試抽簽決定考題。抽簽決定考題。周周實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容實驗要求實驗要求注

5、：帶*號的頁碼為教材下冊4數(shù)字單元電路實驗基礎知識數(shù)字單元電路實驗基礎知識一、實驗箱數(shù)電實驗部分一、實驗箱數(shù)電實驗部分5實驗箱使用注意事項實驗箱使用注意事項（1）外部）外部12V直流電源接入實驗箱時，直流電源接入實驗箱時，必須檢查電壓值和極性無誤。實驗中暫必須檢查電壓值和極性無誤。實驗中暫不用電源時，只需將實驗箱上的不用電源時，只需將實驗箱上的“電源電源開關開關”關斷，不必關斷外部的直流電源。關斷，不必關斷外部的直流電源。（2）合上）合上“電源開關電源開關”后應檢查電源指后應檢查電源指標燈是否點亮，如果使用了負電源則還標燈是否點亮，如果使用了負電源則還應檢查負電源的指標燈，當電源指示燈應檢查負

6、電源的指標燈，當電源指示燈不亮時，應查明原因。不亮時，應查明原因。6（3）將集成電路插入插座時，必須將將）將集成電路插入插座時，必須將將集成電路的集成電路的缺口朝左缺口朝左且管腳與插座對準，且管腳與插座對準，如果管腳出現(xiàn)歪斜則應先將管腳用鑷子如果管腳出現(xiàn)歪斜則應先將管腳用鑷子校正，然后再插入插座。否則，將造成校正，然后再插入插座。否則，將造成集成電路管腳與接線插座旁的管腳號標集成電路管腳與接線插座旁的管腳號標注不一致或遺漏管腳。注不一致或遺漏管腳。（4）起拔集成電路時，應該用起子或鑷）起拔集成電路時，應該用起子或鑷子從集成器件與插座之間插入，將器件子從集成器件與插座之間插入，將器件輕輕地并保持

7、輕輕地并保持平衡撬出平衡撬出。否則，極易將。否則，極易將集成電路的管腳弄彎或損壞。集成電路的管腳弄彎或損壞。實驗箱使用注意事項實驗箱使用注意事項7數(shù)字單元電路實驗基礎知識數(shù)字單元電路實驗基礎知識二、二、TTL集成電路使用常識集成電路使用常識（一）實驗室使用的（一）實驗室使用的TTL集成電路集成電路 TTL：晶體管晶體管邏輯電路：晶體管晶體管邏輯電路 74LS 或或 74HC l74：民品：民品 54：軍品：軍品 l 數(shù)字序號數(shù)字序號lLS：低功耗肖特基：低功耗肖特基TTL，靜態(tài)功耗大，扇出能力較，靜態(tài)功耗大，扇出能力較強。強。lHC：高速：高速CMOS系列，靜態(tài)功耗低，扇出能力較弱。系列，靜態(tài)

8、功耗低，扇出能力較弱。教材教材電工電子實驗技術（上冊）電工電子實驗技術（上冊）P88P90有有詳細介紹詳細介紹8（二）（二）TTL數(shù)字集成電路使用規(guī)則數(shù)字集成電路使用規(guī)則 1、管腳、管腳常用常用TTL數(shù)字集成電路的管腳排列可查數(shù)字集成電路的管腳排列可查電電工電子實驗手冊工電子實驗手冊P84P94，并附有功能表。，并附有功能表。使用時請注意：使用時請注意：A管腳圖中半圓形符號在左側(cè)，必須將集成電路管腳圖中半圓形符號在左側(cè)，必須將集成電路背部（印有字符）的缺口也朝左時管腳圖中的管背部（印有字符）的缺口也朝左時管腳圖中的管腳編號才與集成電路實際管腳編號一致，否則，腳編號才與集成電路實際管腳編號一致，

9、否則，將造成兩種管腳號標注不一致。將造成兩種管腳號標注不一致。16 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 8 74LS1619B通常集成電路背部（印有字符）的通常集成電路背部（印有字符）的缺口朝左時，左下腳為缺口朝左時，左下腳為1腳、左上腳為腳、左上腳為最大腳號（也是接電源的最大腳號（也是接電源的Vcc腳）、腳）、右下腳為接電源右下腳為接電源GND腳。在大多數(shù)電腳。在大多數(shù)電路原理圖中不畫出路原理圖中不畫出Vcc腳和腳和GND腳，腳，實際使用時，必須在左上腳與右下腳實際使用時，必須在左上腳與右下腳間接入間接入5V直流電源，且不可接錯極性。直流電源，且不可接錯極性。T

10、TL數(shù)字集成電路使用規(guī)則數(shù)字集成電路使用規(guī)則102、 TTL工作電源工作電源TTL器件對電源電壓要求很嚴，電源電器件對電源電壓要求很嚴，電源電壓壓(Vcc與與GND之間之間)為為+50.5 V，超過，超過這個范圍將損壞器件或功能不正常。這個范圍將損壞器件或功能不正常。TTL電路的靜態(tài)電流相當可觀，應使用電路的靜態(tài)電流相當可觀，應使用穩(wěn)定的、內(nèi)阻小的穩(wěn)壓電源，并要求有穩(wěn)定的、內(nèi)阻小的穩(wěn)壓電源，并要求有良好的接地。良好的接地。TTL器件的浪涌電流流進電源，其電源器件的浪涌電流流進電源，其電源內(nèi)阻會產(chǎn)生電壓尖峰，這在電路系統(tǒng)中內(nèi)阻會產(chǎn)生電壓尖峰，這在電路系統(tǒng)中可以產(chǎn)生較大的干擾。因此有必要在電可以產(chǎn)

11、生較大的干擾。因此有必要在電源接入端接幾十源接入端接幾十F的電容作低頻濾波，的電容作低頻濾波，每隔每隔510個集成電路在電源和地之間個集成電路在電源和地之間加一個加一個0.01F0.1F的電容作高頻濾的電容作高頻濾波。波。 113、管腳連接中須注意的問題、管腳連接中須注意的問題輸出腳輸出腳輸出端決輸出端決不允許直接接不允許直接接+5V電源或接地電源或接地。除集。除集電極開路輸出和三態(tài)輸出電路外，輸出端電極開路輸出和三態(tài)輸出電路外，輸出端不不允許并聯(lián)使用允許并聯(lián)使用，否則引起邏輯混亂，甚至損，否則引起邏輯混亂，甚至損壞器件。壞器件。輸出高電平輸出高電平VOH2.5V，輸出低電平，輸出低電平VOL

12、VIH2.5V，輸，輸入低電平入低電平0VVIL0.8V所有輸入端應按邏輯要求接入電路，所有輸入端應按邏輯要求接入電路，不要懸空不要懸空處理處理，否則易受干擾，破壞邏輯功能。與門和，否則易受干擾，破壞邏輯功能。與門和與非門的多余輸入端應接高電平或并聯(lián)使用與非門的多余輸入端應接高電平或并聯(lián)使用（當前級驅(qū)動能力較強）?；蜷T、或非門，多（當前級驅(qū)動能力較強）?；蜷T、或非門，多余輸入端應接低電平或接地。余輸入端應接低電平或接地?？刂颇_控制腳（置（置“0”、置、置“1”、使能等）、使能等）控制腳控制腳不能懸空不能懸空不用，都應根據(jù)功能要求連接不用，都應根據(jù)功能要求連接相應電平相應電平/管腳管腳/信號。信

13、號。管腳連接中須注意的問題管腳連接中須注意的問題13（三）數(shù)字電路調(diào)測（三）數(shù)字電路調(diào)測 教材教材電工電子實驗技術（上冊）電工電子實驗技術（上冊） P115P127有詳細介紹有詳細介紹1、靜態(tài)測試、靜態(tài)測試靜態(tài)測試就是靜態(tài)測試就是用人工的方法逐步改變用人工的方法逐步改變輸入變量，同時測試相應的輸出輸入變量，同時測試相應的輸出。這。這種方法速度慢，一旦送入輸入并保持種方法速度慢，一旦送入輸入并保持變量后，被測電路在測試過程中不發(fā)變量后，被測電路在測試過程中不發(fā)生變化，故稱其為靜態(tài)測試法。這種生變化，故稱其為靜態(tài)測試法。這種測試方法適用于驗證中、小規(guī)模集成測試方法適用于驗證中、小規(guī)模集成電路的好壞

14、和測試輸出輸入變量不多、電路的好壞和測試輸出輸入變量不多、狀態(tài)不多的邏輯電路。狀態(tài)不多的邏輯電路。14（1）組合電路的靜態(tài)測試）組合電路的靜態(tài)測試用靜態(tài)法測試組合電路時，實驗箱的用靜態(tài)法測試組合電路時，實驗箱的K1K8提供所需輸入邏輯電平提供所需輸入邏輯電平，分別由，分別由K1K8自復鍵控制，每按一次鍵，輸出電自復鍵控制，每按一次鍵，輸出電平在平在“1”或或“0”之間轉(zhuǎn)換一次。之間轉(zhuǎn)換一次。電路的電路的輸出信號送實驗箱上輸出信號送實驗箱上L1L8，與它，與它們對應連接的們對應連接的8個發(fā)光二極管（被測輸出個發(fā)光二極管（被測輸出信號為高電平）或不亮（被測輸出信號為信號為高電平）或不亮（被測輸出信

15、號為“0”或或“高阻高阻”）。）。按照電路的真值表或功能表依次改變輸入按照電路的真值表或功能表依次改變輸入邏輯電平并逐項核實輸出狀況即可完成靜邏輯電平并逐項核實輸出狀況即可完成靜態(tài)測試。態(tài)測試。15靜態(tài)測試時輸入信號是逐個改變的，輸入靜態(tài)測試時輸入信號是逐個改變的，輸入變化很慢，顯示的輸出信號是輸入電平穩(wěn)變化很慢，顯示的輸出信號是輸入電平穩(wěn)定后的情況。與實際工作時的輸入變化速定后的情況。與實際工作時的輸入變化速度不同。所以，靜態(tài)測試的條件與實際工度不同。所以，靜態(tài)測試的條件與實際工作的條件不同，測試結(jié)果與實際情況也可作的條件不同，測試結(jié)果與實際情況也可能不同。尤其是當輸入信號變化很快時，能不同

16、。尤其是當輸入信號變化很快時，如果電路因器件延遲而產(chǎn)生了如果電路因器件延遲而產(chǎn)生了“競爭競爭”或或“冒險冒險”現(xiàn)象，由于現(xiàn)象，由于“競爭競爭”或或“冒險冒險”產(chǎn)生的產(chǎn)生的“毛刺毛刺”是非常窄的脈沖，用發(fā)光是非常窄的脈沖，用發(fā)光二極管是無法顯示出來的。二極管是無法顯示出來的。靜態(tài)測試不能靜態(tài)測試不能測出電路的測出電路的“競爭競爭”或或“冒險冒險” 。組合電路的靜態(tài)測試組合電路的靜態(tài)測試16（2）時序電路的靜態(tài)測試法）時序電路的靜態(tài)測試法時序電路的靜態(tài)測試法與組合電路測試相時序電路的靜態(tài)測試法與組合電路測試相似。但是，時序電路的輸入信號對電路的似。但是，時序電路的輸入信號對電路的影響不但有邏輯電平

17、的高低，且很多時序影響不但有邏輯電平的高低，且很多時序電路是靠輸入信號的前沿或后沿來觸發(fā)的，電路是靠輸入信號的前沿或后沿來觸發(fā)的，所以，測試時序電路時，所以，測試時序電路時，對邊沿有要求的對邊沿有要求的輸入端必須輸入一個脈沖信號輸入端必須輸入一個脈沖信號，以便得到，以便得到需要的前沿或后沿。實驗箱上提供了單脈需要的前沿或后沿。實驗箱上提供了單脈沖信號，沖信號，K9為單脈沖輸出信號，靜態(tài)輸出為單脈沖輸出信號，靜態(tài)輸出為為“0”，每按一次，每按一次K9鍵。對應插孔輸出一鍵。對應插孔輸出一個脈寬為個脈寬為50ms的單個矩形脈沖。一般將此的單個矩形脈沖。一般將此單脈沖信號作為時序電路的單脈沖信號作為時

18、序電路的CP信號。信號。 17（3）靜態(tài)測試注意事項）靜態(tài)測試注意事項由于時序電路的輸出狀態(tài)較多，如一個由于時序電路的輸出狀態(tài)較多，如一個16位計數(shù)位計數(shù)器共有器共有21665536種狀態(tài)值，若要一一測試顯然種狀態(tài)值，若要一一測試顯然是不可能的。遇到這種情況時，一般可將一個是不可能的。遇到這種情況時，一般可將一個16位計數(shù)器分為兩個位計數(shù)器分為兩個8位計數(shù)器分別進行測試，每位計數(shù)器分別進行測試，每一個一個8位計數(shù)器的輸出狀態(tài)有位計數(shù)器的輸出狀態(tài)有28256個，兩個計個，兩個計數(shù)器共有數(shù)器共有512個，當兩個計數(shù)器測試均正常時再個，當兩個計數(shù)器測試均正常時再將兩個計數(shù)器合為一個，這時，主要測試第

19、將兩個計數(shù)器合為一個，這時，主要測試第8位位計數(shù)滿后向第計數(shù)滿后向第9位的進位情況，如果進位正常，位的進位情況，如果進位正常，則可以認為整個計數(shù)器正常。如果能在設計時就則可以認為整個計數(shù)器正常。如果能在設計時就將電路狀態(tài)進行劃分，則可以給測試帶來很大的將電路狀態(tài)進行劃分，則可以給測試帶來很大的方便。方便。設計時將數(shù)字電路劃分為若干模塊，是數(shù)設計時將數(shù)字電路劃分為若干模塊，是數(shù)字電路可測性設計的一個重要方法。字電路可測性設計的一個重要方法。182、動態(tài)測試、動態(tài)測試靜態(tài)測試的測試效率較低，而且電路的某靜態(tài)測試的測試效率較低，而且電路的某些與動態(tài)特性相關的邏輯現(xiàn)象些與動態(tài)特性相關的邏輯現(xiàn)象(如如“

20、冒險冒險”、“競爭競爭”)難以測出。動態(tài)測試可以彌補靜難以測出。動態(tài)測試可以彌補靜態(tài)測試的不足。態(tài)測試的不足。動態(tài)測試：測試用的輸入信號是一個自動動態(tài)測試：測試用的輸入信號是一個自動產(chǎn)生并且不斷變化的邏輯電平值，輸出信產(chǎn)生并且不斷變化的邏輯電平值，輸出信號也是一個不斷變化的邏輯電平值，整個號也是一個不斷變化的邏輯電平值，整個測試始終處于變動狀態(tài)，故稱這種測試方測試始終處于變動狀態(tài)，故稱這種測試方法為動態(tài)測試。法為動態(tài)測試。 19（1）組合電路的動態(tài)測試法）組合電路的動態(tài)測試法組合電路動態(tài)測試法的思路是采用窮舉法。組合電路動態(tài)測試法的思路是采用窮舉法。即由合適的信號源事先編輯好一組測試碼，即由合

21、適的信號源事先編輯好一組測試碼，該組測試碼涵蓋了輸入信號所有狀態(tài)組合。該組測試碼涵蓋了輸入信號所有狀態(tài)組合。實驗時，該信號源自動順序輸出該組測試實驗時，該信號源自動順序輸出該組測試碼，同時用示波器觀測輸入與輸出波形的碼，同時用示波器觀測輸入與輸出波形的關系，兩者的關系應該符合真值表要求。關系，兩者的關系應該符合真值表要求。 20（2）組合電路的動態(tài)測試注意事項）組合電路的動態(tài)測試注意事項示波器一般只有雙蹤，測試多個波形關系時有示波器一般只有雙蹤，測試多個波形關系時有一些特定的操作要求，一般需用邏輯分析儀。一些特定的操作要求，一般需用邏輯分析儀。如果輸出端如果輸出端F的波形不正常，可以逐個寫出信

22、的波形不正常，可以逐個寫出信號傳輸路徑中各個門電路輸出端的真值表，用號傳輸路徑中各個門電路輸出端的真值表，用示波器測量各點波形并與真值表對照。如果與示波器測量各點波形并與真值表對照。如果與真值表不符，即可判斷出故障所在。真值表不符，即可判斷出故障所在。由于示波器的屏幕較小，分辨率也有限，可顯由于示波器的屏幕較小，分辨率也有限，可顯示的信號長度有限，如果輸入信號數(shù)量較多，示的信號長度有限，如果輸入信號數(shù)量較多，信號序列較長信號序列較長(如如8個輸入信號的測試序列長達個輸入信號的測試序列長達28256個個)，而示波器上最多能顯示出幾十個，而示波器上最多能顯示出幾十個信號周期的長度，這種情況正是數(shù)字

23、電路的測信號周期的長度，這種情況正是數(shù)字電路的測試難點所在。因此，在測試長序列信號時，一試難點所在。因此，在測試長序列信號時，一般要采用數(shù)字式存儲示波器或邏輯分析儀。般要采用數(shù)字式存儲示波器或邏輯分析儀。 21（3）時序電路的動態(tài)測試）時序電路的動態(tài)測試時序電路動態(tài)測試一般要求提供一個時鐘時序電路動態(tài)測試一般要求提供一個時鐘信號信號CP ， CP由實驗箱上的連續(xù)脈沖信號由實驗箱上的連續(xù)脈沖信號提供，用示波器觀測各個被測點的波形。提供，用示波器觀測各個被測點的波形。有一些時序電路不但需要時鐘信號，而且有一些時序電路不但需要時鐘信號，而且需要多種控制信號。例如，移位寄存器等需要多種控制信號。例如，

24、移位寄存器等電路除需要時鐘外還需要置數(shù)控制、位移電路除需要時鐘外還需要置數(shù)控制、位移控制、加減計數(shù)方式控制等多種輸入信號，控制、加減計數(shù)方式控制等多種輸入信號，如果也用窮舉法產(chǎn)生所有控制功能端的組如果也用窮舉法產(chǎn)生所有控制功能端的組合測試信號，則會使測試碼非常長，以致合測試信號，則會使測試碼非常長，以致用示波器無法觀測一個完整的測試序列信用示波器無法觀測一個完整的測試序列信號。號。 22（4）時序電路動態(tài)測試的注意事項）時序電路動態(tài)測試的注意事項當時序電路的數(shù)據(jù)控制等外部輸入信號較當時序電路的數(shù)據(jù)控制等外部輸入信號較多時，用窮舉法提供動態(tài)測試信號比較困多時，用窮舉法提供動態(tài)測試信號比較困難。應采用靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合的方法，即難。應采用靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合的方法，即用靜態(tài)方式給出某些輸入的數(shù)據(jù)和控制信用靜態(tài)方式給出某些輸入的數(shù)據(jù)和控制信號號(如置數(shù)、位移控制等如置數(shù)、位移控制等)，在給定的各種，在給定的各種控制狀態(tài)進行動態(tài)測試。控制狀態(tài)進行動態(tài)測試。當需要用示波器同時顯示兩個波形時，應當需要用示波器同時顯示兩個波形時，應正確選擇示波器的正確選擇示波器的“觸發(fā)信源觸發(fā)信源”，應，應選用選用周期最長的（邊沿最少）一路信號作為內(nèi)周期最長的（邊沿最少）一路信號作為內(nèi)觸發(fā)信源觸發(fā)