電子技術(shù)實驗指導(dǎo)2011

實驗一小功率負(fù)載的驅(qū)動【實驗?zāi)康摹繉W(xué)會使用實驗儀器儀表；理解小功率負(fù)載驅(qū)動的工作原理；學(xué)會發(fā)光二極管、中間繼電器等小功率負(fù)載的驅(qū)動電路工作原理和設(shè)計方法，學(xué)會驅(qū)動電路的調(diào)試，指示燈、直流電機(jī)的使用及主要性能指標(biāo)的測試方法?！緦嶒炘怼繉嶒瀮x器儀表的使用在模擬電子電路實驗中，經(jīng)常使用的電子儀器有示波器、函數(shù)信號發(fā)生器、直流電源、交流毫伏表及頻率計等，它們和萬用表一起，可以完成對模擬電子電路的靜態(tài)和動態(tài)工作情況的測試。函數(shù)信號發(fā)生器位于模擬電路實驗箱內(nèi)部，是產(chǎn)生交流信號的儀表。該儀表可以提供正弦信號、方波信號和三角波信號三種輸出波形。信號的頻率和信號的幅度是表示信號特征的兩個最主要的參數(shù)指標(biāo)，信號頻率的大小可以通過頻率計（實驗箱內(nèi)部）得到，信號幅度大小需要外接交流毫伏表，該儀表測量的是信號幅度的有效值。示波器是用來顯示信號波形的儀器，該儀器除了顯示信號的波形以外，還可以測量信號的幅度（峰"峰值）和信號的周期，利用信號周期和頻率互為倒數(shù)的關(guān)系式：^『，計算得到信號的頻率值。這里主要介紹直流電源和數(shù)字萬用表的使用。直流電源位于模擬電路實驗箱內(nèi)部，包括直流穩(wěn)壓電源和直流可調(diào)信號源兩部分。直流穩(wěn)壓電源部分提供一組士12V直流電壓輸出，一組±5V直流電壓輸出，一個約1?24V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的直流電壓輸出，每組（個）電源受控于對應(yīng)的鈕子開關(guān)，主要用途是提供實驗電路所需要的工作電源。直流可調(diào)信號源部分提供兩組從-5V?+5V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的直流輸出電壓，兩組電源受控于對應(yīng)的鈕子開關(guān)，主要用途是提供實驗電路所需要的直流信號源。直流電源部分公用一個接地端子（實驗箱電源部分黑色插孔）。上述直流輸出電壓數(shù)值需要通過數(shù)字萬用表測量得到。數(shù)字萬用表用途非常廣泛，除了可以測量電流值（直流、交流）、電壓值（直流、交流）、電阻阻值以外，還可以對晶體二極管、三極管、電容等元件和連接導(dǎo)線進(jìn)行粗測和判斷好壞。它有紅、黑兩個表筆，在測量直流信號時，紅表筆接正級，黑表筆接負(fù)極，對應(yīng)不同的測量用途，需要插到相應(yīng)的輸出孔位置。我們使用數(shù)字萬用表主要用于測量直流輸出電壓數(shù)值、測量電阻阻值、判斷連接導(dǎo)線、三極管好壞。發(fā)光二極管的驅(qū)動發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與神（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷神化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。圖1-1所示為發(fā)光二極管的驅(qū)動電路，當(dāng)負(fù)載功率較小時，采用這種直接驅(qū)動電路。其中由晶體三極管T1組成為驅(qū)動管，根據(jù)發(fā)光二極管D1工作電壓（2V左右）和工作電流（10mA）選擇三極管（一般選擇小功率開關(guān)管）?；鶚O電阻R1為限流電阻，R2為發(fā)光二極管回路限流電阻，輸入控制信號Vi和工作電源Vcc電壓為+5V.DC。VcCi■/DCI撻『R2nR1L：Vi5Y.DC圖1-1發(fā)光二極管驅(qū)動電路繼電器等小功率負(fù)載的驅(qū)動中間繼電器就是個繼電器，不要因為有“中間”倆字而感到奇怪，它的原理和交流接觸器一樣，都是由固定鐵芯、動鐵芯、彈簧、動觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)、線圈、接線端子和外殼組成。線圈通電，動鐵芯在電磁力作用下動作吸合，帶動動觸點(diǎn)動作，使常閉觸點(diǎn)分開，常開觸點(diǎn)閉合；線圈斷電，動鐵芯在彈簧的作用下帶動動觸點(diǎn)復(fù)位。用定時器對繼電器的線圈進(jìn)行控制，就是時間繼電器。常見的中間繼電器也有主觸頭和輔助觸頭，主觸頭一般有四組，輔助觸頭有兩組。與接觸器相比，它的主觸頭較小，承載能力低，主要用于傳遞控制信號。一般的電路常分成主電路和控制電路兩部分，繼電器主要用于控制電路，接觸器主要用于主電路；通過繼電器可實現(xiàn)用一路控制信號控制另一路或幾路信號的功能，完成啟動、停止、聯(lián)動等控制，主要控制對象是接觸器；接觸器的觸頭比較大，承載能力強(qiáng)，通過它來實現(xiàn)弱電到強(qiáng)電的控制，控制對象是用電器。圖1-2所示為繼電器驅(qū)動電路，當(dāng)負(fù)載功率較大時，采用這種間接驅(qū)動電路。其中由晶體三極管T1組成為驅(qū)動管，整流二極管D2起到限流保護(hù)作用，基極電阻R1為限流電阻，ZJ1為中間繼電器（12VDC1A，兩常開、兩常閉），L1為指示燈(12VDC),輸入控制信號Vi電壓為+5V.DC,工作電源Vcc、Ec電壓為+12VDC。圖1-2繼電器驅(qū)動電路【實驗設(shè)備與器件】直流穩(wěn)壓電源2.數(shù)字萬用表晶體三極管3DG124.發(fā)光二極管5.中間繼電器HJR1-2CL-12V6.晶體二極管IN40077.電阻器、小功率直流電機(jī)、指示燈、導(dǎo)線等【實驗內(nèi)容】用數(shù)字萬用表測量直流電源輸出的電壓值用數(shù)字萬用表測量六組直流電源輸出的電壓值，小數(shù)點(diǎn)后保留一位有效數(shù)字，注意標(biāo)注單位。記入表1-1中：表1-1直流電源+12V-12V+5V-5V+15V-0.2V數(shù)字萬用表2.發(fā)光二極管驅(qū)動電路(直接驅(qū)動電路)限流電阻R1和R2的選擇當(dāng)輸入控制信號Vi為+5V時，三極管應(yīng)工作在飽和狀態(tài)，而當(dāng)輸入控制信號Vi為0V時，三極管應(yīng)工作在截止?fàn)顟B(tài)，R1的大小應(yīng)保證三極管正常工作，一般要大于1KO，但是阻值太大，三極管不能充分飽和。根據(jù)發(fā)光二極管的特點(diǎn)和Vcc的大小選擇電阻R2。發(fā)光二極管驅(qū)動電路安裝和參數(shù)測試當(dāng)R1分別取2K、100K時，用數(shù)字萬用表測量發(fā)光二極管兩端電壓VD等兩組數(shù)據(jù)，計算各組工作電流＞填入表1-2中，小數(shù)點(diǎn)后保留一位有效數(shù)字，注意標(biāo)注單位?！惚?-2測試項目ViR2VCCVD1VR2VCEIDR1=2KR1=100K繼電器驅(qū)動電路（間接驅(qū)動電路）本部分實驗內(nèi)容僅觀察現(xiàn)象，不需要測試數(shù)據(jù)。（1）二極管D2選用IN4007，作為預(yù)習(xí)內(nèi)容，要明確它的作用，為什么反向偏置？當(dāng)輸入控制信號Vi為+5V時，在繼電器常開接點(diǎn)接入隊指示燈，L1指示燈應(yīng)亮。Vi為0V時，L1指示燈應(yīng)熄滅。（2）L1指示燈亮以后，關(guān)閉電源Vcc和Ec。用小型直流電機(jī)（M）代替L1指示燈，Ec改取+5V,電路其余部分不變，重新給電以后，小型直流電機(jī)（M）應(yīng)轉(zhuǎn)動。設(shè)計一個當(dāng)輸入控制信號Vi為+0V時，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動的電路，制作并繪制控制電路原理圖。（選做）【預(yù)習(xí)要求】復(fù)習(xí)有關(guān)驅(qū)動負(fù)載工作原理部分的內(nèi)容。在繼電器等小功率感性負(fù)載的驅(qū)動電路中，為何在繼電器線圈上反向并接一個二極管D2?為了不損壞驅(qū)動管，調(diào)試中應(yīng)注意什么問題？【實驗總結(jié)】設(shè)計一個當(dāng)輸入控制信號Vi為+0V時，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動的電路，繪制控制電路原理圖，并分析控制電路原理。發(fā)光二極管D2的特點(diǎn)和工作條件是什么？在繼電器等小功率感性負(fù)載的驅(qū)動電路中，為何在繼電器線圈上反向并接一個二極管D2?分析驅(qū)動電路的作用，考慮如何實現(xiàn)大功率負(fù)載的驅(qū)動。討論實驗中發(fā)生的問題及解決辦法。實驗二集成運(yùn)算放大器基本應(yīng)用的設(shè)計【實驗?zāi)康摹空莆占蛇\(yùn)算放大器的特點(diǎn)、性能和分析方法；掌握用集成運(yùn)算放大器設(shè)計幾種基本放大器?！緦嶒炘O(shè)備與器件】±12V直流穩(wěn)壓電源、±5V直流可調(diào)信號電源數(shù)字萬用表UA741運(yùn)算放大器電阻器、導(dǎo)線等【實驗原理】運(yùn)算放大電路分析方法在分析運(yùn)算放大器時，下面三條結(jié)論普遍使用：運(yùn)算放大器開環(huán)輸入電阻很高，一般高達(dá)幾百千歐以上。故認(rèn)為反向輸入端和同向輸入端的輸入電流小到可以忽略不計，即理想運(yùn)放的輸入電阻為無窮大。放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)Av很高，在理想情況下，Av=8，而由于受電路電源電壓限制，輸出電壓是一個有限值，故從Vo=Av(V+-V)V-V=Vo/Av?0+-得到：V+?V-在反向輸入時，同向端接“地”，即V+=0,根據(jù)上條結(jié)論可得V--0O反向輸入端的電位接近“地”電位，它是一個不接“地”的接“地”端，通常稱為“虛地”。本實驗電路的工作原理均基于以上三條結(jié)論。UA741運(yùn)算放大器簡介UA741運(yùn)放特點(diǎn)UA741是一通用的集成運(yùn)算放大器，其特點(diǎn)是電壓適應(yīng)范圍較寬，可在土5~±18V范圍內(nèi)選用，具有很高的輸入共模、差模電壓，內(nèi)含頻率補(bǔ)償和過載、短路保護(hù)電路，可通過外接電位器進(jìn)行調(diào)零。UA741運(yùn)放管腳介紹UA741運(yùn)算放大器有1?8共八個管腳，分兩排排列。其中1、5為調(diào)零管腳，2為反向輸入端管腳，3為同向輸入端管腳，7為直流電源(+)管腳，4為直流電源(-)管腳，6為輸出端管腳，8為空管腳，如圖2-1所示。

【實驗內(nèi)容】1.反向比例放大器實驗電路如圖2-2所示，圖2-1【實驗內(nèi)容】1.反向比例放大器實驗電路如圖2-2所示，反向比例放大器輸入輸出關(guān)系式為:Vo/Vi=-Rf/Ri但注意輸出VO不允許超過±10V但注意輸出VO不允許超過±10V。■T每個實驗內(nèi)容測試兩組數(shù)據(jù)，標(biāo)注所選電阻器參數(shù)值，測試計算結(jié)果小數(shù)點(diǎn)后保留一位有效數(shù)字，注意寫清楚單位，記入表2-1中。表2-1反向比例放大器R1=R2=Rf=測試計算項目第一組測試計算數(shù)據(jù)Vi>0第二組測試計算數(shù)據(jù)Vi<0ViVoAv（理）Av（實）同向比例放大器實驗電路如圖2-3所示，同向比例放大器輸入輸出關(guān)系式為:Vo/Vi=（r+r）/R=1+r/r1F1F1放大倍數(shù)學(xué)生自主確定，但注意輸出VO不允許超過±10V。

.r4=^圖2-3同向比例放大器實驗電路圖每個實驗內(nèi)容測試兩組數(shù)據(jù)，標(biāo)注所選電阻器參數(shù)值，測試計算結(jié)果小數(shù)點(diǎn)后保留一位有效數(shù)字，注意寫清楚單位，記入表2-2中。表2-2同向比例放大器R1=R2=Rf=測試計算項目第一組測試計算數(shù)據(jù)Vi>0第二組測試計算數(shù)據(jù)Vi<0ViVoAv（理）Av（實）減法器（選做）實驗電路如圖2-4所示，減法器輸入輸出關(guān)系式為：Vo=-（R+R）/R?R/（R+R）Vi-R/R?Vi1F13232F11當(dāng)取RIIR=RIIR時，上式化簡為：F123Vo=R/R?（Vi-Vi）兩個輸入信號學(xué)生自主確定，但注意輸出VO不允許超過±10V。圖2-4減法器實驗電路圖每個實驗內(nèi)容測試兩組數(shù)據(jù)，標(biāo)注所選電阻器參數(shù)值，測試計算結(jié)果小數(shù)點(diǎn)后保留一位有效數(shù)字，注意寫清楚單位，記入表2-3中。表2-3減法器R1=R2=R3=Rf=測試計算項目第一組第二組Vi1Vi2Vo（理）Vo（實）【預(yù)習(xí)要求】復(fù)習(xí)教材有關(guān)集成運(yùn)算放大器的內(nèi)容。掌握上述三種基本放大器輸入、輸出特點(diǎn)，會推導(dǎo)其運(yùn)算關(guān)系式。【實驗總結(jié)】推導(dǎo)上述三種基本放大器輸入、輸出關(guān)系式。計算整理實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)UA741集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)，分析產(chǎn)生誤差的主要原因。設(shè)計一個放大倍數(shù)可調(diào)的反向比例放大器實驗電路圖，標(biāo)清楚器件參數(shù)，并分析其工作原理。分析當(dāng)輸入信號由直流信號改為正弦交流信號時，上述電路是否同樣具有相同的放大作用？實驗三組合邏輯電路的分析與應(yīng)用【實驗?zāi)康摹空莆諗?shù)字電子技術(shù)實驗儀的使用方法；學(xué)會門電路邏輯功能的測試方法；掌握SSI組合邏輯電路的分析方法?！緦嶒炘怼勘緦嶒炓阅壳笆褂幂^普遍的CMOS門電路為例，實驗前先學(xué)習(xí)實驗儀的使用方法，再介紹基本集成門電路邏輯功能的靜態(tài)測試方法，然后按給出的實驗接線圖接好電路或根據(jù)要求自己設(shè)計實驗電路。連接電路前，養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，即先選出實驗所需要的連接導(dǎo)線，用數(shù)字萬用表逐根檢查導(dǎo)線的好壞，以免由于導(dǎo)線質(zhì)量不好影響實現(xiàn)結(jié)果。在連接電路的過程中，特別注意VCC及地線不能接錯。實驗中改動接線需先斷開電源，接好線后再通電實驗?！緦嶒瀮x器與器件】數(shù)字電子技術(shù)實驗儀2.數(shù)字萬用表3.74HC20、74HC00、74HC86芯片各一片連接導(dǎo)線若干【實驗用集成芯片管腳圖】:脖＜匚匚1R匚Y匚2:脖＜匚匚1R匚Y匚2-匚2R匚2.匚、:\U匚74HC85>^nm437-437-O111119S)§工旗12<1-rtH557匚匚匚匚匚匚匚ABYA3YNJ111222gIZI-1三1A、1B、1C、1D為輸入端31Y、2Y、3Y、4Y為輸出端1Vcc為電源端（接+5V）J癸nagnd為接地端n.aaNC為空端

【預(yù)習(xí)要求】復(fù)習(xí)CMOS與非門（00、20）、異或門（86）的邏輯功能及真值表。熟悉集成芯片74HC00、20、86的管腳圖。熟悉數(shù)字電子技術(shù)實驗儀和數(shù)字萬用表的使用?！緦嶒瀮?nèi)容】1.與非門的邏輯功能測試邏輯表達(dá)式：1Y=1—*1B*1C*1Q選用二4輸入與非門74HC20一只，插入面板。按圖3-1接線，輸入端接高低電平輸出插孔，輸出端接電平顯示發(fā)光二極管。將電平開關(guān)按表3-1置位，分別測出邏輯狀態(tài)及用數(shù)字萬用表測量輸出電壓值填入表3-1中。圖3-1與非門的邏輯功能測試電路圖表3-1圖3-1與非門的邏輯功能測試電路圖表3-1與非門的邏輯功能測試表輸入123111011001000000輸出4YY電壓/V11110異或門邏輯功能測試邏輯表達(dá)式：Y=A?B=AB+AB選四2輸入異或門電路74HC86一只，按圖3-2接線，輸入端接高低電平開關(guān)，輸出端A、B、Y接電平顯示發(fā)光二極管。將開關(guān)電平按表3-2置位，并將結(jié)果填入其中。=1——A=i———JB圖3-2異或門的邏輯功能測試電路圖

表3-2異或門的邏輯功能測試表輸入輸出ABYY-電壓/V000000101000111011110101用四-2輸入與非門74HC00組成或非門F=A+B。要求畫出邏輯電路圖，測試邏輯功能并填入表3-3中。表3-3或非門的邏輯功能測試表輸入輸出ABY00組合邏輯電路功能測試圖3-3表決電路圖3-3為一表決電路。有A、B、C三名裁判（A為主裁判，B、C為副裁判），當(dāng)主裁判和一名以上（包含一名）副裁判認(rèn)為運(yùn)動員合格時，輸出為1,否則為0。試分析該電路所完成的邏輯功能，列出真值表，寫出邏輯表達(dá)式，連接實驗電路并完成邏輯電路功能測試?！緦嶒瀳蟾嬉蟆堪锤鱾€實驗內(nèi)容填表并畫邏輯電路圖，寫出完整的實驗報告。實驗四觸發(fā)器及其應(yīng)用【實驗?zāi)康摹繙y試并掌握RS、D、J-K等觸發(fā)器的邏輯功能；掌握用觸發(fā)器設(shè)計一些簡單的時序電路的方法?！緦嶒炘怼繒r序電路具有保持（記憶）功能。它的輸出狀態(tài)不僅和當(dāng)時的輸入有關(guān)，還和在此之前的電路狀態(tài)有關(guān)。觸發(fā)器是組成時序電路的最基本單元，因此熟悉觸發(fā)器的功能和學(xué)習(xí)應(yīng)用各種觸發(fā)器搭接一些簡單的時序電路是十分必要的。觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即“0”和“1”狀態(tài)。只有在觸發(fā)信號作用下，才能從原來的穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌姆€(wěn)定狀態(tài)。因此觸發(fā)器是一種具有記憶功能的電路，可作為二進(jìn)制存貯單元使用。觸發(fā)器的種類很多，按其功能可分為基本RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器等；按電路的觸發(fā)方式又可分為電位觸發(fā)器型、主從型、維阻型、邊沿觸發(fā)器型等。集成觸發(fā)器主要有三種類型：鎖存器、D和JK觸發(fā)器。鎖存器是電位型觸發(fā)器，由于它存在“空翻”不能用于計數(shù)器和移位寄存器，只能用于信息寄存器。維阻D觸發(fā)器，克服了“空翻”現(xiàn)象，所以稱作維阻型觸發(fā)器。主從觸發(fā)器，雖然克服了“空翻”，但存在一次變化問題，即在CP=1期間，J、K端若有干擾信號，觸發(fā)器可能產(chǎn)生誤動作，這就降低了它的抗干擾能力，因而使用范圍就受到一定的限制。邊沿觸發(fā)型JK觸發(fā)器抗干擾性能較好，故應(yīng)用廣泛。1.觸發(fā)器⑴基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器是各種觸發(fā)器中最基本組成部分，它能存貯一位二進(jìn)制信息，但有一定約束條件。例如用與非門組成的RS觸發(fā)器的R、S不能同時為“0”，否則當(dāng)R、S端的“0”電平同時撤消后，觸發(fā)器的狀態(tài)不定。因此日=s=o的情況不允許出現(xiàn)?；綬S觸發(fā)器的用途之一是作無抖動開關(guān)。例如在圖4-1（a）電路中，當(dāng)開關(guān)S接通時，由于機(jī)械開關(guān)在扳動過程中，存在接觸抖動，使得F點(diǎn)電壓從+5V干脆的躍降到0V的一瞬間（幾十毫秒），會發(fā)生多次電壓抖動，相當(dāng)產(chǎn)生連續(xù)多個脈沖信號。如果利用這種電路產(chǎn)生的信號去驅(qū)動數(shù)字電路，則可能導(dǎo)致電路發(fā)生誤動作。這在某些場合是絕對不允許的，為了消除機(jī)械開關(guān)的抖動，可在開關(guān)S與輸出端之間接入一個RS觸發(fā)器（見圖4-1（b）所示），就能使F端產(chǎn)生很清晰的階躍信號。那么這種帶RS觸發(fā)器的開關(guān)通常稱為無抖

動開關(guān)（或稱邏輯開關(guān)）。而把有抖動的開關(guān)稱為數(shù)據(jù)開關(guān)。+5v（a）電路T+5VVIVI?(b)清楚跳躍°t個+sv（C）多次抖動（a）開關(guān)接觸抖動（b）動開關(guān)（或稱邏輯開關(guān)）。而把有抖動的開關(guān)稱為數(shù)據(jù)開關(guān)。+5v（a）電路T+5VVIVI?(b)清楚跳躍°t個+sv（C）多次抖動（a）開關(guān)接觸抖動（b）無抖動開關(guān)電路圖4-1RS觸發(fā)器的應(yīng)用⑵D觸發(fā)器圖4-2（a）和圖4-2（b）為D觸發(fā)器的邏輯符號和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。表4-1、表4-2為D觸發(fā)器74HC74的特性表和驅(qū)動表。（a）D觸發(fā)器的邏輯符號（b）D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖4-2D觸發(fā)器N+1DQn+i0011實驗所用74HC74為雙D型正沿觸發(fā)器，見管腳排列圖。在這種芯片中有兩個D觸發(fā)器，PR為預(yù)置端，CLR為清零端，CP為時鐘輸入端。當(dāng)PR和CLR端

為高電平時，觸發(fā)器在CP的正沿觸發(fā)；當(dāng)CLR為低電平時清零；PR為低電平時置“1”。功能表見表4-3。表4-374HC74功能表輸出預(yù)置（PR）清除（CLR）時鐘（CP）DQN+1QN+101XX1010XX0100XX不定*11t11011f001110XQQNN*這種情況禁止出現(xiàn)。因為正，負(fù)邏輯輸出端都為1，破壞了邏輯關(guān)系。（3）J-K觸發(fā)器圖4-3（a）和圖4-3（b）為J-K觸發(fā)器的邏輯符號和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，其特性表和驅(qū)動表見表4-4和表4-5。（a）J-K觸發(fā)器的邏輯符號圖4-3K=X（b）（a）J-K觸發(fā)器的邏輯符號圖4-3K=X（b）J-K觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖JK觸發(fā)器-JKQnQN+100000100100111010011011010111110特性方程：qn1=jQn+kqn實驗所用74HC112為雙J-K負(fù)沿觸發(fā)器，見管腳排列圖。CLK端是時鐘脈沖輸入端，為下降沿觸發(fā)，PR、CLR分別為置“1”端和置“0”端。其功能表見表4-6所示。

表4-5J-K觸發(fā)器驅(qū)動表表4-674HC112功能表輸入輸出預(yù)置（PR）清除（CLR）時鐘（CP）JKQN+1\+101XXX1010XXX0100XXX1*1*11400QN筆11+1010111010111111翻轉(zhuǎn)111XXQN*不穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)預(yù)制和清除端同時變?yōu)楦唠娖綍r，狀態(tài)將不能保持。⑷T觸發(fā)器當(dāng)把J-K觸發(fā)器的J,K端連在一起，就得到T觸發(fā)器的功能：當(dāng)J=K=1時，每來一個時鐘脈沖，它就翻轉(zhuǎn)一次。J=K=0時，狀態(tài)不變。⑸準(zhǔn)備時間和保持時間為使觸發(fā)器在一定輸入信號的作用下從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個預(yù)定的狀態(tài)，輸入信號必須在時鐘脈沖邊沿到來之前和以后保持一段時間。例如74HC74觸發(fā)器為正沿觸發(fā)，那么在CP的上升沿到來之前，輸入信號要保持穩(wěn)定，這段時間叫準(zhǔn)備時間。在CP的上升沿到來以后，輸入信號還要保持穩(wěn)定一段時間，這段時間叫保持時間，如圖4-4所示。對于74HC74來說，這兩段時間之和約為25ns。輸入信號若在這段期間內(nèi)發(fā)生改變，那么輸出電平就不正常。準(zhǔn)備時間和保持時間圖4-4準(zhǔn)備時間和保持時間圖4-4分頻器從T觸發(fā)器Q端輸出信號的頻率為輸入時鐘脈沖頻率的一半，如圖4-5所示。示。|翳『富；爬I輔入屋可改妾|輸入屋要臆定I輔入度可改痿圖4-5分頻器圖中觸發(fā)器為負(fù)沿觸發(fā)。如果把n個觸發(fā)器級聯(lián)起來，以前一級的輸出為下一級的輸入加到CP端，則可得到2n分頻。圖4-6為8分頻線路及其時序圖。由此可以看出，在CP作用下電路的狀態(tài)QQ1Q0依次從000變到111,所以也叫模23計數(shù)器。圖4-7為模23同步計數(shù)器。外來時鐘脈沖同時加在三個觸發(fā)器的CP端。JK端的激勵較異步計數(shù)器復(fù)雜。后面一級觸發(fā)器轉(zhuǎn)換的條件（J=K=1）是前面各級觸發(fā)器皆為1狀態(tài)?！緦嶒瀮x器與器件】數(shù)字電子技術(shù)實驗儀2.數(shù)字萬用表74HC00、74HC74、74HC112芯片各一片連接導(dǎo)線若干【實驗用集成芯片管腳排列】7"lHC00^nm41-CF4心型融蹄妣.Ll?.[K匚KI匚II:1-!匚7"lHC00^nm41-CF4心型融蹄妣.Ll?.[K匚KI匚II:1-!匚?:;匚=匚廣匚.■■■.)匚,?￡_■]VccJ?(\.[HLI?J卜.1出[2PR[?0其中：1CLR、2CLR為清零端1CLK、2LCK為時鐘輸入端1PR、2PR為預(yù)置端1D、2D為數(shù)據(jù)輸入端1J、1K、2J、2K為數(shù)據(jù)輸入端1Q、1廠、2Q、2笊為輸出端1A、1B、1C、1D為輸入端1Y、2Y、3Y、4Y為輸出端Vcc為電源端(接+5V)GND為接地端【預(yù)習(xí)報告要求】熟悉74HC74、74HC112的管腳排列及其邏輯功能;掌握用觸發(fā)器設(shè)計簡單時序電路的方法。【實驗內(nèi)容】用與非門組成一個基本RS觸發(fā)器，要求繪出邏輯電路圖，列出真值表。驗證D(74HC74)觸發(fā)器的邏輯功能和預(yù)置、清零端的作用，注意它是正沿還是負(fù)沿觸發(fā)。并用D觸發(fā)器設(shè)計一個4分頻器，要求繪出邏輯電路圖，用實驗驗證其正確性。驗證J-K(74HC112)觸發(fā)器的邏輯功能和預(yù)置、清零端的作用，注意它是正沿還是負(fù)沿觸發(fā)。并用J-K觸發(fā)器設(shè)計一個4分頻器，要求繪出邏輯電路圖，用實驗驗證其正確性。【實驗報告要求】寫出設(shè)計的全過程，畫出電路邏輯圖，記錄實驗驗證的結(jié)果；把在實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象作分析和研究。實驗五寄存器和計數(shù)器的應(yīng)用【實驗?zāi)康摹空莆誐SI移位寄存器的功能特性；掌握用移位寄存器實現(xiàn)各種邏輯電路的方法；熟悉集成計數(shù)器的邏輯功能及各控制端的作用；學(xué)會使用集成計數(shù)器芯片，掌握用集成計數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計數(shù)器的方法?！緦嶒炘怼?.移位寄存器具有移位功能的寄存器稱為移位寄存器。按功能分，可分為單向移位寄存器和雙向移位寄存器兩種；按輸入與輸出信息的方式分，有并行輸入并行輸出，并行輸入串行輸出，串行輸入并行輸出，串行輸入串行輸出及多功能方式五種。在使用MSI移位寄存器時，可根據(jù)任務(wù)要求，從器件手冊或有關(guān)資料中，選出合適器件，查出該器件功能表，掌握其器件功能特點(diǎn)，就可以正確地使用。下面對常用的移位寄存器74194作簡單介紹。74HC194是四位并行存取雙向移位寄存器，其管腳圖見實驗用集成芯片管腳排列圖。功能表如表5-1所示。表5-174HC194功能表輸入輸出清除時鐘模式串行并行QAQBQCQDS1S0左右ABCD01111111XLffIXX100110XX111000XXXXXXX1X01X0XXXXXXXXXXXabcdXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000QA0QB0QC0QD0abcd1QAnQBnQCN0QAnQBnQCNQBnQCnQDn1QB；QC；QD；0QA：QB：QC：QD說明：a、b、c、d=輸入A、B、C或D端相應(yīng)的穩(wěn)定態(tài)輸入電平。QA0QB0QC0QD0=在規(guī)定的穩(wěn)態(tài)輸入條件建立之前，QAQBQCQD相應(yīng)的電平。QAnQBnQCN=在最近的時鐘上升沿跳變之前QAQBQC'相應(yīng)的電平。其中，S1、S0為控制端，控制方式如上表所示。由功能表可知，該移位寄存器具有左移、右移、并行輸入數(shù)據(jù)、保持及清除等五種功能。四位雙向通用移位寄存器74HC194的應(yīng)用舉例⑴移位寄存器的級聯(lián)為了增加移位寄存器的位數(shù)，可在CP移位脈沖的驅(qū)動能力范圍內(nèi)，將多塊移位寄存器級聯(lián)擴(kuò)展，以滿足字長的要求。圖5-1所示為四塊移位寄存器74194圖5-1所示為四塊移位寄存器74194的級聯(lián)連接圖。其功能與單個移位寄存器的功能類似。圖5-1多位移位寄存器的級聯(lián)當(dāng)SS=11時，在CP脈沖正沿作用下，D?D的數(shù)據(jù)被送到Q?Q的輸01015015出端，移位寄存器完成置數(shù)功能。當(dāng)S0S1=01時，移位寄存器完成左移操作功能。當(dāng)?shù)谑鶄€CP脈沖到來時，Q15?Q0全部變?yōu)椤?”。當(dāng)S0S1=10時，移位寄存器完成右移操作功能。當(dāng)?shù)谑鶄€CP脈沖到來時，Q0?Q15全部變?yōu)椤?”。當(dāng)S0S1=00時，移位寄存器處于保持狀態(tài)。將Q接D,商=1,取QQQQ中只有一個1的循環(huán)為主循環(huán)，即0SLD3210DDDD=0001。取M1=1,M先為1,實現(xiàn)并入功能：QQQQ=DDDD=0001,然3210032103210后令M=0，則隨著CP脈沖的輸入，電路開始左移環(huán)形移位操作，其主循環(huán)狀態(tài)0(c)主循環(huán)波形圖圖和波形圖分別如圖5-2(b)、(c)所示。(c)主循環(huán)波形圖1—0°-1Q0QIQ2Q3miCP0001(a)電路圖CPDODI1—0°-1CP0001(a)電路圖從圖5-2(b)中可以看出，4個觸發(fā)器可以形成4個狀態(tài)，可以做模4計數(shù)器。當(dāng)環(huán)形計數(shù)器主循環(huán)有n個觸發(fā)器時，模數(shù)就為n。從圖5-2(c)中可以看出，在QQQQ中只有一個高電平1(也可以只有一個低電平0)依次輸出，3210形成一種節(jié)拍脈沖波形，節(jié)拍的高電平寬度為一個CP周期。這種電力也稱節(jié)拍發(fā)生器。⑵構(gòu)成環(huán)形計數(shù)器環(huán)形計數(shù)器實際上就是一個環(huán)的移位寄存器。根據(jù)初態(tài)設(shè)置的不同，這種電路的有效循環(huán)常常是循環(huán)移位一個“1”或一個“0”。圖5-2是由四位移位寄存器74194構(gòu)成的環(huán)形左移移位寄存器的邏輯電路圖。⑶構(gòu)成扭環(huán)形計數(shù)器74HC194構(gòu)成的右扭環(huán)形計數(shù)器的電路圖圖5-3(a)所示，是把Q接非門后3再接右移串入端Dsr(若將Q0接Dy則構(gòu)成左扭環(huán)形計數(shù)器)。5-3(b)為右扭環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)圖。從狀態(tài)圖中可以看出，4個觸發(fā)器構(gòu)成扭環(huán)計數(shù)器時，主扭環(huán)計數(shù)器為模2n。在觸發(fā)器個數(shù)相同時，循環(huán)有8個狀態(tài)，即扭環(huán)計數(shù)器為模2n。在觸發(fā)器個數(shù)相同時，0(a)電路圖(b)狀態(tài)圖圖5-374HC194構(gòu)成的扭環(huán)形計數(shù)器0計數(shù)器計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中必不可少的組成部分，它不僅用來計輸入脈沖的個數(shù)，還大量用于分頻、程序控制及邏輯控制等。MSI計數(shù)器種類繁多，其分類方式大致有以下三種：第一種按計數(shù)器的進(jìn)制分。通常分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和N進(jìn)制計數(shù)器。第二種按計數(shù)脈沖輸入方式不同，可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器兩大類。同步計數(shù)器是指內(nèi)部的各個觸發(fā)器在同一時鐘脈沖作用下同時翻轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生進(jìn)位信號。其計數(shù)速度快、工作頻率高、譯碼時不會產(chǎn)生尖峰信號。而異步計數(shù)器中的計數(shù)脈沖是逐級傳送的，高位觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)必須等低一位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后才發(fā)生。其計數(shù)速度慢，在譯碼時輸出端會出現(xiàn)不應(yīng)有的尖峰信號，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，連線少，成本低，因此，在一般低速場合中應(yīng)用。

第三種按計數(shù)加減分類。則有遞減、遞加計數(shù)器和可逆計數(shù)器。其中可逆計數(shù)器又有加減控制式和雙時鐘輸入式兩種。針對以上計數(shù)器的特點(diǎn)，我們在設(shè)計電路時，可根據(jù)任務(wù)要求選用合適器件。如表5-2所示。表5-2分類名稱型號說明同步計數(shù)器二-十進(jìn)制同步計數(shù)器74HC160同步預(yù)置、異步清零四位二進(jìn)制同步計數(shù)器74HC161同步預(yù)置、異步清零二-十進(jìn)制同步計數(shù)器74HC162同步預(yù)置、同步清零四位二進(jìn)制同步計數(shù)器74HC163同步預(yù)置、同步清零二-十進(jìn)制加/減計數(shù)器74HC168同步預(yù)置、無清零端74HC192異步置數(shù)、清零、雙時鐘74HC190異步置數(shù)、無清零端、單時鐘異步計數(shù)器四位二進(jìn)制加/減計數(shù)器74HC169同步預(yù)置、無清零端74HC193異步置數(shù)、清零、雙時鐘74HC191異步置數(shù)、無清零端、單時鐘二-五-十進(jìn)制計數(shù)器74HC90、74HC29074HC196可預(yù)置二-八-十六進(jìn)制計數(shù)器74HC197可預(yù)置74HC193、74HC293異步清零二-六-十二進(jìn)制計數(shù)器74HC92異步清零雙四位二進(jìn)制計數(shù)器74HC93異步清零雙二-五-十進(jìn)制計數(shù)器74HC390、74HC490異步清零下面我們僅以74HC160、74HC161為例，介紹MSI計數(shù)器的一般使用方法，對于表中的其它器件更詳細(xì)功能介紹請參閱有關(guān)手冊。(1)四位二進(jìn)制同步計數(shù)器74HC161該計數(shù)器能同步并行預(yù)置數(shù)據(jù)、異步清零，具有清零、置數(shù)、計數(shù)和保持四種功能，且具有進(jìn)位信號輸出端、可串接計數(shù)使用。其管腳圖見實驗用集成芯片管腳排列圖。功能見表5-3所示。表5-3輸入輸出時鐘清零置數(shù)PTQnX0XXX清零t10XX置數(shù)t1111計數(shù)X110X不計數(shù)X11X0不計數(shù)從功能表和管腳圖可知，該計數(shù)器有清零信號CLR，使能信號P、T，置數(shù)信號、時鐘CLK和四個數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D，另外還有四個數(shù)據(jù)輸出端QAQ、Q、Q，以及動態(tài)進(jìn)位輸出端CO=T.Q.Q.Q.Q。其計數(shù)范圍0?15。BCDABCD目前廣泛使用中規(guī)模集成計數(shù)器來構(gòu)成任意進(jìn)制（N進(jìn)制）計數(shù)器?，F(xiàn)以74HC161為例，介紹一些構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器的方法。1）反饋清零法模數(shù)較大的計數(shù)器在進(jìn)行正常計數(shù)過程中，利用其中某個狀態(tài)進(jìn)行反饋，控制其直接清零端，強(qiáng)迫計數(shù)器停止計數(shù)，從零開始下一個計數(shù)周期，這樣可以把大模數(shù)的計數(shù)器改造成任意進(jìn)制的小模數(shù)計數(shù)器，這就是反饋清零法。用74HC161構(gòu)成的十一進(jìn)制計數(shù)器，其電路如圖5-4所示。圖5-4反饋清零法2）置數(shù)歸零法用74HC161構(gòu)成的十一進(jìn)制計數(shù)器，其電路如圖5-5所示。將計數(shù)器最大狀態(tài)（1010）時輸出為1的端接到與非門的輸入端。這樣只有在QQQQ=10103210狀態(tài)時，lT=0,在下一個CP（第11個CP）上升沿到來后，執(zhí)行預(yù)置數(shù)功能，將DDDD并入QQQQ，使計數(shù)器復(fù)位為0000,實現(xiàn)M11加法計數(shù)。32103210位11——:)二tQ0QIQ2Q3PCO74161_>CP_LDCRDODID2D3T1圖5-5置數(shù)歸零法3）預(yù)置補(bǔ)數(shù)法電路連接方式見圖5-6所示（兩電路功能相同）。此電路的工作狀態(tài)為5?15。預(yù)置端DDDD=0101，輸出端QQQQ=1111（此時CO=1）。這樣，計數(shù)器32103210從5開始計數(shù)，到15后回到5。由于74HC161為16進(jìn)制，對模N計數(shù)器可利用預(yù)置（16-N）的方法實現(xiàn)。也可利用0?15中任一段11個狀態(tài)來實現(xiàn)模11,如2?12,4?14等。

圖5-6預(yù)置補(bǔ)數(shù)法4）計數(shù)器位數(shù)的擴(kuò)展74HC161為M16加計數(shù)器，要實現(xiàn)模數(shù)大于16計數(shù)器時，可將多片74HC161級聯(lián)，進(jìn)行擴(kuò)展。①用74HC161構(gòu)成同步加計數(shù)器圖5-7為構(gòu)成M166的同步加計數(shù)器的邏輯電路圖。166的最大狀態(tài)為165,二進(jìn)制數(shù)為10100101，需兩片161。兩片的CP端連在一起，接成同步狀態(tài)；片I的進(jìn)位輸出CO端接片II的CT、CT保證片I的QQQQ由1111回到0000時，TP,3210片II加1。就是說，片I每個CP脈沖進(jìn)行加一計數(shù)，片II每第16個CP脈沖進(jìn)行加一計數(shù)。最后，在輸出QQQQQQQQ=10100101時，由兩片的lT端回到0。76543210②用74HC161構(gòu)成異步加計數(shù)器圖5-8為異步級聯(lián)方式構(gòu)成的M166加計數(shù)器，初始狀態(tài)為0000。注