計(jì)算機(jī)電路實(shí)驗(yàn)講義

1、實(shí)驗(yàn)四 二極管和三極管的檢測一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會用實(shí)驗(yàn)方法檢測二極管、三極管 。2、學(xué)會使用proteus仿真軟件。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備微型計(jì)算機(jī)、數(shù)字萬用表、二極管、三極管。三、實(shí)驗(yàn)原理1、二極管的檢測用數(shù)字萬用表判斷依據(jù)：二極管具有單向?qū)щ娦浴７椒ǎ簩⒐δ荛_關(guān)置“二極管檔位”處，紅表筆為高電位，黑表筆為低電位，兩者壓差為2. 8V，2.8V作用于二極管上，正向接法時(shí),即使是發(fā)光二極管也足以使其導(dǎo)通，顯示的是導(dǎo)通電壓值，用mV 表示；反向接法時(shí)，顯示“”表示溢出。具體如下：1）紅表筆插入“”，黑表筆插入“”2）將待測二極管并于兩表筆之間，顯示的數(shù)據(jù)若為550mV左右，則表示此二極管為硅材料二極管，且

2、紅表筆接的是哪一端為二極管的正極，黑表筆接的一端為二極管的負(fù)極。調(diào)換表筆則顯示“1”，說明被測二極管是好的，否則為壞。顯示的數(shù)據(jù)為300mV，則表示被測的二極管為鍺材料二極管。2、三極管的檢測對于三極管的識辨，有很多種方法，有些器件上有標(biāo)明幾個(gè)腳的標(biāo)號，這固然容易識別，而有些沒有標(biāo)號，就要利用儀器去測量。根據(jù)三極管的原理知道它是由兩個(gè)相反的二極管并列而成，找準(zhǔn)了基極就可利用上面測量二極管的方法，與基極導(dǎo)通的為發(fā)射極，相反的為集電極。1）基極的判別：判斷依據(jù)：是二極管具有單向?qū)щ娦?。判斷方法同二極管的判別。將功能開關(guān)置“二極管檔位”處，紅表筆插入“”，黑表筆插入“”。NPN：紅表筆接假定的“基極

3、”，黑表筆分別假定的“集電極”、“發(fā)射極”，兩次測量結(jié)果都是顯示550mV左右；調(diào)換表筆，兩次測量都顯示“1“，則表明紅表筆接的是真正的基極，且該管為NPN型硅材料的管子，該管是好的。PNP：黑表筆接假定的“基極”，紅表筆分別接假定的“集電極”、“發(fā)射極”，兩次測量結(jié)果都是顯示300mV左右；調(diào)換表筆，兩次測量都顯示“1”，則表明黑表筆接的是真正的基極，且該管為PNP型鍺材料的管子，該管是好的。 2) 集電極、發(fā)射極的判別判別依據(jù)：三極管具有電流放大作用。將功能開關(guān)置“hFE”處，根據(jù)管型將其插入相應(yīng)的管座，基極（b）插入b座,假定的集電極（“c”）插入c 座，假定的發(fā)射極（“e”）插入e 座

4、，若顯示的數(shù)據(jù)為值，為幾十-幾百 ,則表明假定的集電極（“c”）是真正的集電極，假定的發(fā)射極（“e”）是真正的發(fā)射極e；顯示的值 很小,則表明此種接法不正確。 3、Proteus軟件簡介Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus軟件的資源非常豐富，可以提供以下功能：（1）提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫。（2）提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I

5、2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。（3）除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。（4）提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。實(shí)驗(yàn)室微機(jī)中，在C:PROTEUS7.4SP3綠色版本PROTEUS7.4SP3綠色版本目錄下，雙擊運(yùn)行ISIS 7 Professional.e

6、xe，即可進(jìn)入Proteus仿真。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）二、三級管的檢測用萬用表判斷所發(fā)元器件，并記錄有關(guān)的數(shù)據(jù)，觀察測量值是否與其標(biāo)稱值相符，將測量數(shù)據(jù)填入下列表格中。1、二極管測量表表1-1 二極管測量表元件名稱型號正向電阻反向電阻好壞2、三極管測量表 表1-2 三極管測量表元件名稱型號BEBC好壞正向電阻反向電阻正向電阻反向電阻（二）二極管伏安特性分析二極管最重要的特性是單向?qū)щ娦?。圖1-1中， 調(diào)節(jié)可變電阻的阻值，可改變二極管D1兩端的電壓。當(dāng)二極管外加正向電壓時(shí)，它呈現(xiàn)的正向電阻比較小，通過的電流比較大。當(dāng)外加正向電壓很低時(shí)，外電場不能克服PN結(jié)的內(nèi)電場，多數(shù)載流子不能順利通過阻擋層，這

7、時(shí)正向電流極小，當(dāng)外加電壓超過某電壓時(shí)，正向電流隨電壓很快增長，此電壓又稱死區(qū)電壓。通常，硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管的死區(qū)電壓約為0.1V。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，反向電壓加強(qiáng)了內(nèi)電場對多數(shù)載流子的阻擋，所以二極管中幾乎沒有電流通過。當(dāng)反向電壓增大到某值以后，反向電流會突然增大，這種現(xiàn)象稱反向擊穿，這時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦?。產(chǎn)生擊穿時(shí)的電壓稱為反向擊穿電壓。1、電路原理圖 圖1-1 二極管伏安特性測試電路圖2、元件清單 表1-3 二極管伏安特性測試電路所需元件元件名稱所屬類所屬子類DIODE(二極管)DiodesGenericBATTERY(電池)Simulator PrimitivesSou

8、rcesRES（電阻）Modelling PrimitivesAnalog(SPICE)POT-HG(可變電阻)ResistorsVariable3、拾取元件 圖1-2 進(jìn)行拾取元件操作的按鈕圖1-3 選取仿真電源 圖1-4 選取電阻元件 圖1-5 選取二極管元件圖 1-6 選取可調(diào)電阻點(diǎn)擊Terminals Mode圖標(biāo)，在對象選擇器中選取其中GROUND，在編輯窗口單擊放置“地”元件。圖1-7 放置“地”4、布局電路 將元件添加到對象選擇器中。 圖 1-8 布局電路5、編輯元件屬性鼠標(biāo)左鍵雙擊其中的電阻，彈出電阻編輯對話框，將其阻值修改為100。同樣，雙擊電源和滑動(dòng)電阻器，編輯其屬性將其值

9、修改為：電源 2V、滑動(dòng)電阻器100。 圖1-9 編輯電阻元件的屬性6、放置直流電流表、直流電壓表 點(diǎn)選工具箱中的Virtual Instrument Mode圖標(biāo)，選擇DC AMMETER（直流電流表），在編輯窗口需要的位置放置點(diǎn)擊放置該表。同樣，選擇DC VOLTMETER(直流電壓表)，可在需要位置放置直流電壓表。圖1-10 選取直流電流表左鍵雙擊電流表，修改屬性為毫安表。圖1-11 編輯直流電流表的屬性為毫安表7、連接電路將鼠標(biāo)放置到電路連接點(diǎn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)，即可畫線。 圖 1-12 放置直流電流表、直流電壓表8、在電路圖中添加自己的學(xué)號姓名圖 1-13 添加學(xué)號姓名9、運(yùn)行

10、電路，記錄結(jié)果 點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，運(yùn)行電路。、圖1-14 運(yùn)行電路調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，使二極管兩端的電壓分別為下表1-4所示值，記錄對應(yīng)電流的值。表1-4 二極管伏安特性測試表Ud（V）0.40.590.660.680.690.70.71I（mA）（三）三極管的輸出特性分析三極管內(nèi)部為由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的三層結(jié)構(gòu)，根據(jù)分層次序分為NPN型和PNP型兩大類。這種內(nèi)部有兩個(gè)具有單向?qū)щ娦缘腜N結(jié)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，是三極管能夠起放大作用、能夠充當(dāng)開關(guān)元件的內(nèi)部條件。 三極管的輸出特性是指當(dāng)基極電流IB一定時(shí)，集電極電流IC與集-射極電壓UCE之間的關(guān)系曲線。在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以三極管的輸

11、出特性是一組曲線。通常把輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)：放大區(qū)：三級管要工作在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)必須處于正向偏置，集電結(jié)則應(yīng)處于反向偏置，對硅管而言應(yīng)使UBE0，UBC0。在放大區(qū)，IC IB ,由于在不同IB下電流放大系數(shù)近似相等，所以放大區(qū)也稱為線性區(qū)。截止區(qū)：對NPN硅管而言，當(dāng)UBE0.5V時(shí)即已開始截止，但是為了使三極管可靠截止，常使UBE0V，此時(shí)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反向偏置。飽和區(qū)：UCEUBE，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置。此時(shí)IB的變化對 IC的影響較小，放大區(qū)的放大倍數(shù)不再適用于飽和區(qū) 。在proteus軟件平臺下，搭接圖1-15電路，測試三極管的輸出特性，填寫表1-5，并回答思考

12、題。圖1-15 三極管輸出特性測試2、選取元件元件名稱或關(guān)鍵字所屬類所屬子類/元件號NPN（三極管）TransistorsGenericRES (電阻)ResistorsGeneric / RESBATTERY(電池)Simulator PrimitivesSources 圖1-16 選取NPN型三極管3、添加直流探針和直流電壓表、直流電流表。 圖 1-17 直流探針和直流電壓表4、 調(diào)節(jié)探針的電壓即Ui的電壓，觀察三極管各管腳的電壓及IB、IC的值，注意圖中電壓表、電流表的參考方向。如果顯示的值為負(fù)數(shù)，說明其值與參考方向相反。填寫表1-5。表1-5 三極管輸出特性測試Ui（V）IB（mA）I

13、C（mA）UBEUBCUCE狀 態(tài)11.21.41.620.5五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、簡單總結(jié)測量二極管、三極管的方法。2、小結(jié)二極管的伏安特性。實(shí)驗(yàn)五 集成運(yùn)算放大電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用集成運(yùn)算放大電路組成比例、求和電路的特點(diǎn)及性能。2、學(xué)會上述電路的測試和分析方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、電壓跟隨電路圖5.1 電壓跟隨電路（1）電壓跟隨電路特點(diǎn)：輸入信號從同相輸入端引入。反饋加到反相輸入端，反相輸入電阻R1斷開或者反饋電阻RF=0。閉環(huán)電壓放大倍數(shù)（2）元件清單表5.1 電壓跟隨電路元件清單元件名稱所屬庫屬性值OP07（運(yùn)算放大器）LINTECRES(電阻)DEVICE10K (3)修改輸入電壓Ui值

14、，執(zhí)行電路，觀察結(jié)果。填寫下表。表5.2 電壓跟隨電路結(jié)果Ui（V）-2-0.50+0.51Uo(V)RL=RL=10K2.反相比例放大電路圖5.2 反相比例放大電路反相比例放大電路特點(diǎn)輸入信號從反相輸入端輸入。反饋電阻跨接在輸出端與反相輸入端之間。閉環(huán)電壓放大倍數(shù)（2）修改輸入電壓Ui值，執(zhí)行電路，觀察結(jié)果。填寫下表5.3。表5.3 反相比例放大電路結(jié)果直流輸入電壓Ui(V)-1.2-0.50.030.10.311.22輸出電壓Uo（V）（3）思考題：說明圖5.2反相比例放大電路的反饋類型。說明圖5.2，運(yùn)算放大器飽和時(shí)最大的輸出電壓是多少？3.同相比例放大電路圖5.3 同相比例放大電路（1

15、）修改輸入電壓Ui值，執(zhí)行電路，觀察結(jié)果。填寫下表5.4。表5.4 同相比例放大電路結(jié)果直流輸入電壓Ui(V)0.030.10.313輸出電壓Uo（V）（2）思考題：計(jì)算圖5.3 同相比例放大電路的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。說明圖5.3同相比例放大電路的反饋類型。4.反相求和放大電路圖5.4 反相求和放大電路電路特點(diǎn)：在反相輸入端增加若干輸入電路。修改輸入電壓Ui值，執(zhí)行電路，觀察結(jié)果。填寫下表5.5表5.5 反相求和放大電路結(jié)果Ui1(V)0.3-0.3Ui2(V)0.20.2Uo(V)5.雙端輸入求和放大電路圖5.5 雙端輸入求和電路）電路特點(diǎn)：兩個(gè)輸入端都有信號輸入，為差分輸入。（2）修改輸入電

16、壓Ui值，執(zhí)行電路，觀察結(jié)果。填寫下表5.6表56 雙端輸入求和電路結(jié)果Ui1(V)11.80.2Ui2(V)0.52-0.2Uo(V)三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、搭接電路，測量并填寫表26，回答思考題。2、總結(jié)本實(shí)驗(yàn)中5種運(yùn)算電路的特點(diǎn)及性能。能進(jìn)行理論分析與計(jì)算。實(shí)驗(yàn)六 組合邏輯電路設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战M合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一邏輯電路供三人（A、B、C）表決使用。每人有一按鈕，如果他贊同，就按下按鈕，表示“1”；如果不贊同，不按按鈕，表示“0”。表決結(jié)果用指示燈來表示，如果多數(shù)人贊同（2人及以上）就通過，此時(shí)燈亮；相反，少數(shù)人同意就不通過，此時(shí)燈不亮。設(shè)計(jì)步驟：列出邏

17、輯狀態(tài)表。 表6-1 三人表決器邏輯狀態(tài)表ABCY00000010010001111000101111011111（2）由邏輯狀態(tài)表畫出卡諾圖，寫出邏輯表達(dá)式。 表6-2 卡諾圖Y = AB+BC+AC（3）選取元件，畫電路圖。 表6-3 proteus軟件所需元件的名稱元件名稱或關(guān)鍵字所屬類所屬子類/元件號AND（與門）Modelling PrimitivesAND_2OR (或門)Modelling PrimitivesOR_3RES (電阻)ResistorsGeneric / RESSWITCHSwitches &RelaysSWITCHLED(發(fā)光二極管)Optoelectronic

18、sLED-RED圖6-1 三人表決器電路圖（4）按照表6-1所示邏輯狀態(tài)，驗(yàn)證電路。思考題：如果使用2片74LS00（四二輸入與非門），如何實(shí)現(xiàn)以上電路。畫出電路、并寫出狀態(tài)表。提示：（1）對邏輯表達(dá)式使用摩根定理。 （2）74LS00是最常用的二輸入與非門，芯片中集成了四個(gè)與非門。2、參考實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1的步驟，使用二輸入與非門（74LS00）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)4人表決電路。電路功能：A同意就通過；B、C、D都同意也通過。報(bào)告要求：列出邏輯狀態(tài)表、寫出表達(dá)式、電路圖、運(yùn)行電路的結(jié)果圖。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、回答思考題。2、按設(shè)計(jì)順序?qū)懗鰧?shí)驗(yàn)內(nèi)容2的邏輯表達(dá)式、以及將邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換成所需要的形式，畫邏輯電路圖。實(shí)

19、驗(yàn)七 譯碼器和數(shù)據(jù)選擇器實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握集成芯片的測試方法。2、熟悉74LS38譯碼器和74LS151數(shù)據(jù)選擇器的工作原理、管腳分布、邏輯功能。3、學(xué)會使用譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器構(gòu)成組合電路的方法。實(shí)驗(yàn)原理1、集成譯碼器74LS138譯碼器是一個(gè)多輸入、多輸出的組合邏輯電路。它的作用是把給定的代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的狀態(tài)，輸出通道中相應(yīng)的一路有信號輸出。74LS138是集成3線-8線譯碼器，在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛。圖7-1是其引腳排列。其中A2、A1、A0為地址輸入端，Y0Y7為譯碼輸出端，S1、S2、S3為使能端。表7-1為74LS138 的真值表。 74LS138工作原理：當(dāng)S1=1、S2+

20、S3=0時(shí)，電路完成譯碼功能，輸出低電平有效。其邏輯表達(dá)式為：圖7-1 74LS138引腳排列圖表7-1 74LS138集成3-8譯碼器真值表2、8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS15174LS151為互補(bǔ)輸出的8選1數(shù)據(jù)選擇器，引腳排列如圖7-2所示，功能見表7-2。圖7-2 74ALS151引腳排列圖選擇控制端（地址端）為CA，按二進(jìn)制譯碼，從8個(gè)輸入數(shù)據(jù)X0X7中，選擇一個(gè)需要的數(shù)據(jù)送到輸出端Y，E為使能端，低電平有效。（1）使能端E1時(shí)，不論CA狀態(tài)如何，均無輸出（Y0，Y1），多路開關(guān)被禁止。（2）使能端G0時(shí)，多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地址碼C、B、A的狀態(tài)選擇X0X7中某一個(gè)通道的數(shù)據(jù)輸送到輸

21、出端Y。如：CBA000，則選擇X0數(shù)據(jù)到輸出端，即YX0。如：CBA001，則選擇X1數(shù)據(jù)到輸出端,即YX1，其余類推。表7-2 74LS151真值表實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、74LS138邏輯功能測試圖7-3 74LS138邏輯功能仿真測試圖（1）選取元件，畫電路圖。 表7-3 所需元件的名稱元件名稱或關(guān)鍵字所屬類所屬子類/元件號74LS138RES (電阻)ResistorsGeneric / RESSWITCHSwitches &RelaysSWITCHLED(發(fā)光二極管)OptoelectronicsLED-RED（2）編輯元件的屬性，修改其值為所需要的值。（3）連接電路，并運(yùn)行電路。按表7-4所

22、示，改變輸入開關(guān)狀態(tài),記錄譯碼器輸出狀態(tài)。LED燈亮為0、燈不亮為1。 表7-4 74LS138真值表測試輸入輸出E1E2+E3CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y710000100011001010011101001010110110101110*1*2、用一個(gè)74LS138譯碼器實(shí)現(xiàn)函數(shù)。 （1）將函數(shù)F轉(zhuǎn)換成最小項(xiàng)表達(dá)式 利用摩根定理進(jìn)行變換，并將輸入變量X、Y、Z轉(zhuǎn)換為C、B、A端。（3）將74LS138譯碼器的輸出端接一個(gè)四輸入與非門（74LS40），即可實(shí)現(xiàn)F函數(shù)。電路如圖7-4所示。 圖7-4 利用74LS138實(shí)現(xiàn)函數(shù)F（4）運(yùn)行電路，撥動(dòng)輸入開關(guān)，填寫真值表，驗(yàn)證電路。 表7

23、-5 函數(shù)F的真值表CBAF0000010100111001011101113、8選1數(shù)據(jù)選擇器74LS151應(yīng)用數(shù)據(jù)選擇器除了有數(shù)據(jù)選擇的功能，如果將3個(gè)地址輸入作為3個(gè)輸入變量，數(shù)據(jù)輸入端Di作為控制信號，則輸出，可實(shí)現(xiàn)3變量最小項(xiàng)構(gòu)成的邏輯函數(shù)。思考題：使用8選1數(shù)據(jù)選擇器74HC151產(chǎn)生邏輯函數(shù)：，寫出具體步驟、畫電路圖、真值表。（proteus軟件沒有提供74LS151模型，使用74HC151。74LS151是TTL器件，工作電源電壓是5V，74HC151是CMOS器件，工作電源電壓是2V- 6V。兩種器件的邏輯關(guān)系是相同的。）四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、搭接電路，填寫表7-4、表7-5。2、

24、按要求回答思考題。實(shí)驗(yàn)八 時(shí)序電路測試及分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉J-K觸發(fā)器的構(gòu)成，工作原理和功能測試方法。2、掌握常用時(shí)序電路分析，設(shè)計(jì)及測試方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、負(fù)邊沿J-K觸發(fā)器功能測試負(fù)邊沿J-K觸發(fā)器的邏輯符號如圖8-1所示。圖8-1 負(fù)邊沿J-K觸發(fā)器邏輯符號（1）74LS112芯片是雙J-K負(fù)邊沿觸發(fā)器。按圖8-2測試其功能。圖8-2 74LS112功能測試圖選取時(shí)鐘信號和邏輯電平探針，見圖8-3。放置后，必須對其屬性修改。時(shí)鐘的頻率值為1Hz；邏輯電平探針屬性選為需要的高電平（Strong High）或低電平（Strong Low）。運(yùn)行電路，并將結(jié)果填入表8.1中。圖8-3 邏輯電平探針和時(shí)鐘信號的選取及屬性修改表8-1 74LS112雙J-K負(fù)邊沿觸發(fā)器功能表 CP J K QnQn+1功能0 1X X XX1 0X X XX1 1 0 0011 1 0 1011 1 1 0011 1 1 101（2）使能端Sd=1，Rd=1。令J=K=1時(shí)，CP端加1KHz連續(xù)脈沖，用雙蹤示波器觀察Q-CP波形。圖8-4 J=K=1時(shí)，示波器觀察波形圖 8-5 選取示波器2、異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路圖如圖8-6所示。圖中，每個(gè)觸發(fā)器的J、K端懸空，相