電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教程 課件 第十四章 電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)

第十四章

電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)14.1溫度監(jiān)測(cè)及控制電路14.2萬用電表的設(shè)計(jì)與調(diào)試14.3智力競(jìng)賽搶答裝置14.4電子秒表14.5三位半直流數(shù)字電壓表14.6數(shù)字頻率計(jì)14.7拔河游戲機(jī)14.8隨機(jī)存取存儲(chǔ)器2114A及其應(yīng)用14.1溫度監(jiān)測(cè)及控制電路1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）學(xué)習(xí)由雙臂電橋和差動(dòng)輸入集成運(yùn)放組成的橋式放大電路。2）掌握滯回比較器的性能和調(diào)試方法。3）學(xué)會(huì)系統(tǒng)測(cè)量和調(diào)試。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）±12V直流電源2）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器3）雙蹤示波器4）交流毫伏表5）熱敏電阻（NTC元件）6）運(yùn)算放大器A741×27）三極管3DG12、穩(wěn)壓管2CW231、發(fā)光二極管（LED14.1溫度監(jiān)測(cè)及控制電路3.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路如圖14-1所示，它由具有負(fù)溫度系數(shù)電阻特性的熱敏電阻（NTC元件）Rt為一臂組成測(cè)溫電橋，其輸出經(jīng)測(cè)量放大器放大后由滯回比較器輸出“加熱”與“停止”信號(hào)，經(jīng)三極管放大后控制加熱器“加熱”與“停止”。改變滯回比較器的比較電壓UR即可改變控溫的范圍，而控溫的精度則由滯回比較器的滯回寬度確定。14.1溫度監(jiān)測(cè)及控制電路（1）測(cè)溫電橋。由及Rt組成測(cè)溫電橋，其中Rt是溫度傳感器，其所呈現(xiàn)的阻值與溫度成線性關(guān)系且具有負(fù)溫度系數(shù)，而溫度系數(shù)又與流過它的工作電流有關(guān)。為了穩(wěn)定Rt的工作電流，達(dá)到穩(wěn)定其溫度系數(shù)的目的，設(shè)置了穩(wěn)壓管VDZ。Rp1可決定測(cè)溫電橋的平衡。（2）差動(dòng)放大電路。由A1及外圍電路組成的差動(dòng)放大電路將測(cè)溫電橋的輸出電壓按比例放大。其輸出電壓：（3）滯回比較器。差動(dòng)放大器的輸出電壓u01輸入由A2組成的滯回比較器。滯回比較器的單元電路如圖

14-2所示，設(shè)滯回比較器輸出的高電平為U0H，輸出的低電平為U0L，參考電壓UR加在反相輸入端。14.1溫度監(jiān)測(cè)及控制電路4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按圖14-1連接實(shí)驗(yàn)電路，各級(jí)之間暫不連通，形成各級(jí)單元電路，以便對(duì)各單元電路分別進(jìn)行調(diào)試。1）差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路如圖14-4所示，它可實(shí)現(xiàn)差動(dòng)比例運(yùn)算。（1）運(yùn)放調(diào)零。將A、B兩端對(duì)地短路，調(diào)節(jié)RP3使u01=0。（2）去掉A、B兩端的對(duì)地短路線。在A、B端分別加入兩個(gè)不同的直流電平。當(dāng)電路中R7+RP2

=

R6、R4

=R5時(shí)，其輸出電壓

。在測(cè)試時(shí)，要注意加入的輸入電壓不能太大，以免放大器輸出進(jìn)入飽和區(qū)。（3）將B端對(duì)地短路，把頻率為100Hz、有效值為10mV的正弦信號(hào)加入A端，用雙蹤示波器觀察輸出波形。在輸出波形不失真的情況下，用交流毫伏表測(cè)出ui和u01的電壓，算出此差動(dòng)放大電路的電壓放大倍數(shù)A。14.1溫度監(jiān)測(cè)及控制電路2）橋式測(cè)溫放大電路將差動(dòng)放大電路的A、B端與測(cè)溫電橋的

端相連，構(gòu)成一個(gè)橋式測(cè)溫放大電路。（1）在室溫下使電橋平衡。在室溫條件下調(diào)節(jié)RP1，使差動(dòng)放大電路的輸出u01=0（注意：在前面實(shí)驗(yàn)中調(diào)好的RP3不能再動(dòng)）。（2）溫度系數(shù)K（單位為V/℃）。由于測(cè)溫需升溫槽，因此為使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)易，可虛設(shè)溫度T及輸出電壓u01，將溫度系數(shù)K也定為一個(gè)常數(shù)，具體參數(shù)由讀者自行填入表14-1。（3）橋式測(cè)溫放大電路的溫度-電壓關(guān)系曲線。根據(jù)前面橋式測(cè)溫放大電路的溫度系數(shù)K，可畫出橋式測(cè)溫放大電路的溫度-電壓關(guān)系曲線，實(shí)驗(yàn)時(shí)要標(biāo)注相關(guān)的溫度和電壓的值，如圖14-5所示。從圖中可求得在其他溫度時(shí)，放大電路實(shí)際應(yīng)輸出的電壓值，也可得到在當(dāng)前室溫時(shí)實(shí)際的對(duì)應(yīng)值。14.1溫度監(jiān)測(cè)及控制電路4）溫度監(jiān)測(cè)及控制電路整機(jī)工作狀況（1）按圖14-1連接各級(jí)電路。（2）根據(jù)所需監(jiān)測(cè)報(bào)警或控制的溫度T，從橋式測(cè)溫放大電路的溫度-電壓關(guān)系曲線中確定對(duì)應(yīng)的u01值。（3）調(diào)節(jié)Rp4，使參考電壓

。（4）用加熱器升溫，觀察溫升情況，直至報(bào)警電路報(bào)警（在實(shí)驗(yàn)電路中當(dāng)LED發(fā)光時(shí)作為報(bào)警），記下動(dòng)作時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度T1和U011的值。（5）用自然降溫法使熱敏電阻降溫，記下報(bào)警解除時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度T2和U012的值。（6）改變溫度T，重做（2）、（3）、（4）、（5）的內(nèi)容，把測(cè)試結(jié)果記入表14-2。14.1溫度監(jiān)測(cè)及控制電路5.實(shí)驗(yàn)總結(jié)1）整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出有關(guān)曲線、數(shù)據(jù)表格及實(shí)驗(yàn)電路。2）用方格紙畫出橋式測(cè)溫放大電路的溫度系數(shù)曲線及滯回比較器的電壓傳輸特性曲線。3）實(shí)驗(yàn)中的故障排除情況及體會(huì)。14.2萬用電表的設(shè)計(jì)與調(diào)試1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）設(shè)計(jì)由運(yùn)算放大器組成的萬用電表。2）組裝與調(diào)試。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）萬用電表表頭（靈敏度為1mA，內(nèi)阻為100）2）運(yùn)算放大器A7413）二極管1N4007×4、1N4148、穩(wěn)壓管1N47283.設(shè)計(jì)要求1）直流電壓表（滿量程+6V）、直流電流表（滿量程10mA）2）交流電壓表（滿量程6V，50Hz～1kHz）、交流電流表（滿量程10mA）3）歐姆表（滿量程分別為1k、10k、100k）14.2萬用電表的設(shè)計(jì)與調(diào)試4.工作原理及參考電路在測(cè)量中，電表的接入應(yīng)不影響被測(cè)電路的原工作狀態(tài)，這就要求電壓表應(yīng)具有無窮大的輸入電阻，電流表的內(nèi)阻應(yīng)為零。1）直流電壓表。圖14-7所示為同相端輸入的高精度的直流電壓表的電路原理圖。為了減小表頭參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響，將表頭置于運(yùn)算放大器的反饋回路中，這時(shí)，流經(jīng)表頭的電流與表頭的參數(shù)無關(guān)，只要改變電阻，就可進(jìn)行量程的切換。2）直流電流表。圖14-8所示為直流電流表的電路原理圖。在電流測(cè)量中，浮地電流的測(cè)量是普遍存在的，例如，若被測(cè)電流無接地點(diǎn)，則屬于這種情況。表頭電流I與被測(cè)電壓Ui的關(guān)系為：表頭電流I與被測(cè)電流I1的關(guān)系為：14.2萬用電表的設(shè)計(jì)與調(diào)試3）交流電壓表由運(yùn)算放大器、二極管整流橋和直流毫安表組成的交流電壓表的電路原理圖如圖14-9所示。被測(cè)交流電壓ui加到運(yùn)算放大器的同相端，故有很高的輸入阻抗，又因?yàn)樨?fù)反饋能減小反饋回路中的非線性影響，所以把二極管整流橋和表頭置于運(yùn)算放大器的反饋回路中，以減小二極管本身非線性的影響。表頭電流I與被測(cè)電壓ui的關(guān)系為：4）交流電流表圖14-10所示為交流電流表的電路原理圖，表頭讀數(shù)I由被測(cè)交流電流i的全波整流平均值

決定，即14.2萬用電表的設(shè)計(jì)與調(diào)試5）歐姆表圖14-11所示為多量程歐姆表的電路原理圖。在此電路中，運(yùn)算放大器改由單電源供電，被測(cè)電阻RX跨接在運(yùn)算放大器的反饋回路中，同相端加基準(zhǔn)電壓

。流經(jīng)表頭的電流：14.2萬用電表的設(shè)計(jì)與調(diào)試5.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）萬用電表的電路是多種多樣的，建議用參考電路設(shè)計(jì)一個(gè)較完整的萬用電表。2）利用萬用電表進(jìn)行電壓、電流或電阻的測(cè)量，以及進(jìn)行量程切換時(shí)應(yīng)用開關(guān)切換，但實(shí)驗(yàn)時(shí)可用連接線切換。6.注意事項(xiàng)1）在連接電源時(shí)，正、負(fù)電源連接點(diǎn)上各接大容量的濾波電容和0.01～0.1μF的小電容，以消除電源產(chǎn)生的干擾。2）萬用電表的電性能測(cè)試要用標(biāo)準(zhǔn)電壓表、電流表校正，歐姆表用標(biāo)準(zhǔn)電阻校正。考慮實(shí)驗(yàn)要求不高，建議用數(shù)字式四位半萬用電表作為標(biāo)準(zhǔn)表。7.報(bào)告要求1）畫出完整的萬用電表的設(shè)計(jì)電路原理圖。2）將萬用電表與標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行測(cè)試比較，計(jì)算萬用電表各功能擋的相對(duì)誤差，分析產(chǎn)生誤差的原因。3）提出電路改進(jìn)建議。4）收獲與體會(huì)。14.3智力競(jìng)賽搶答裝置1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）學(xué)習(xí)數(shù)字電路中D觸發(fā)器、分頻電路、多諧振蕩器、CP脈沖源等單元電路的綜合運(yùn)用。2）熟悉智力競(jìng)賽搶答器的工作原理。3）了解簡(jiǎn)單數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及故障排除方法。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）+5V直流電源2）邏輯電平開關(guān)3）邏輯電平顯示器4）雙蹤示波器5）數(shù)字頻率計(jì)6）直流數(shù)字電壓表7）74LS175、74LS20、74LS74、74LS0014.3智力競(jìng)賽搶答裝置3.實(shí)驗(yàn)原理圖14-12所示為供4人用的智力競(jìng)賽搶答器原理圖，用以判斷搶答優(yōu)先權(quán)。圖中F1為四D觸發(fā)器74LS175，它具有公共置0端和公共CP端；F2為雙4輸入“與非門”74LS20；F3是由74LS00組成的多諧振蕩器；F4是由74LS74組成的四分頻電路。F3、F4組成搶答電路中的CP脈沖源。搶答開始時(shí)，由主持人清除信號(hào)，按下復(fù)位開關(guān)S，74LS175的輸出Q1～Q4全為0，所有發(fā)光二極管（LED）均熄滅，在主持人宣布“搶答開始”后，首先做出判斷的參賽者立即按下開關(guān)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，同時(shí)，通過“與非門”F2送出信號(hào)鎖住其余三個(gè)搶答者的電路，不再接收其他信號(hào)，直到主持人再次清除信號(hào)為止。14.3智力競(jìng)賽搶答裝置4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）按圖14-12接線，搶答器的4個(gè)開關(guān)接實(shí)驗(yàn)裝置上的邏輯電平開關(guān)，發(fā)光二極管接邏輯電平顯示器。2）斷開搶答器電路中的CP脈沖源電路，單獨(dú)對(duì)多諧振蕩器F3及分頻電路F4進(jìn)行調(diào)試，調(diào)整多諧振蕩器的電位器，使其輸出脈沖的頻率約為4kHz，觀察F3及F4的輸出波形并測(cè)試其頻率。3）測(cè)試搶答器電路的功能。接通+5V直流電源，CP端接實(shí)驗(yàn)裝置上的連續(xù)脈沖源，取頻率約為1kHz。（1）搶答開始前，開關(guān)K1、K2、K3、K4均置“0”，準(zhǔn)備搶答，將開關(guān)S置“0”，發(fā)光二極管全熄滅，再將S置“1”。搶答開始，K1、K2、K3、K4中的某一開關(guān)置“1”，觀察發(fā)光二極管的亮、滅情況，然后將其他三個(gè)開關(guān)中的任一個(gè)置“1”，觀察發(fā)光二極管的亮、滅情況是否改變。（2）重復(fù)（1）的內(nèi)容，改變K1、K2、K3、K4中任一個(gè)開關(guān)的狀態(tài)，觀察搶答器的工作情況。（3）整體測(cè)試，斷開實(shí)驗(yàn)裝置上的連續(xù)脈沖源，接入F3及F4，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。14.3智力競(jìng)賽搶答裝置5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）分析智力競(jìng)賽搶答器各部分的功能及工作原理。2）總結(jié)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試方法。3）分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的故障并提出解決辦法。14.4電子秒表1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）學(xué)習(xí)數(shù)字電路中的基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器、計(jì)數(shù)及譯碼顯示電路等單元電路的綜合應(yīng)用。2）學(xué)習(xí)電子秒表的調(diào)試方法。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）直流數(shù)字電壓表4）數(shù)字頻率計(jì)5）單次脈沖源、連續(xù)脈沖源6）邏輯電平開關(guān)7）邏輯電平顯示器、譯碼顯示器8）74LS00×2、555×1、74LS90×314.4電子秒表3.實(shí)驗(yàn)原理圖14-13所示為電子秒表的原理圖，按功能將其分成4個(gè)單元電路進(jìn)行分析。1）基本RS觸發(fā)器。圖14-13中的單元（Ⅰ）為用集成“與非門”構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，其是低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位的功能。它的一路輸出作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出Q作為“與非門”G5的輸入控制信號(hào)。2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖14-13中的單元（Ⅱ）為用集成“與非門”構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，3）時(shí)鐘發(fā)生器。圖14-13中的單元（Ⅲ）為用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，是一種性能較好的時(shí)鐘源。4）計(jì)數(shù)及譯碼顯示電路。二-五-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計(jì)數(shù)單元，如圖14-13中的單元（Ⅳ）所示。14.4電子秒表4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按照實(shí)驗(yàn)任務(wù)的次序，將各單元電路逐個(gè)進(jìn)行接線和調(diào)試，即分別測(cè)試基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時(shí)鐘發(fā)生器、計(jì)數(shù)及譯碼顯示電路的邏輯功能，待各單元電路工作正常后，再將有關(guān)電路逐級(jí)連接起來進(jìn)行測(cè)試，直到測(cè)試電子秒表整個(gè)電路的功能。1）基本RS觸發(fā)器的測(cè)試測(cè)試方法參考第11章的11.1節(jié)“計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用”。2）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測(cè)試（1）靜態(tài)測(cè)試。用直流數(shù)字電壓表測(cè)量A、B、D、F各點(diǎn)的電位值，并記錄。（2）動(dòng)態(tài)測(cè)試。輸入端接頻率為1kHz的連續(xù)脈沖源，用雙蹤示波器觀察并描繪D點(diǎn)（vD）、F點(diǎn)（vO）波形，如覺得輸出脈沖的持續(xù)時(shí)間太短，難以觀察，可適當(dāng)增大微分電容C（如改為0.1uf），待測(cè)試完畢，再恢復(fù)至4700pF。14.4電子秒表3）時(shí)鐘發(fā)生器的測(cè)試用雙蹤示波器觀察輸出電壓波形并測(cè)量其頻率，調(diào)節(jié)RP，使輸出矩形脈沖的頻率為50Hz。4）計(jì)數(shù)器的測(cè)試（1）計(jì)數(shù)器（1）接成五進(jìn)制形式，R0(1)、R0(2)、S9(1)、S9(2)接邏輯電平開關(guān)的輸出插口，Cp2接單次脈沖源，Cp1接高電平“1”，QD～QA接實(shí)驗(yàn)設(shè)備上的譯碼顯示輸入端D、C、B、A，按表14-3測(cè)試其邏輯功能，并記錄。（2）計(jì)數(shù)器（2）及計(jì)數(shù)器（3）接成8421BCD碼十進(jìn)制形式，同內(nèi)容（1）進(jìn)行邏輯功能測(cè)試，并記錄。（3）將計(jì)數(shù)器（1）、（2）、（3）級(jí)聯(lián)，進(jìn)行邏輯功能測(cè)試，并記錄。5）電子秒表的整體測(cè)試各單元電路測(cè)試正常后，按圖14-13把幾個(gè)單元電路連接起來，進(jìn)行電子秒表的總體測(cè)試。先按動(dòng)按鈕開關(guān)K2，此時(shí)電子秒表不工作，再按動(dòng)按鈕開關(guān)K1，則計(jì)數(shù)器清零后便開始計(jì)時(shí)，觀察數(shù)碼管的顯示計(jì)數(shù)情況是否正常，如不需要計(jì)時(shí)或暫停計(jì)時(shí)，則按動(dòng)按鈕開關(guān)K2，計(jì)時(shí)立即停止，但數(shù)碼管保留所計(jì)時(shí)的值。14.4電子秒表6）電子秒表準(zhǔn)確度的測(cè)試?yán)秒娮隅娀蚴直淼拿胗?jì)時(shí)對(duì)電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）總結(jié)電子秒表的整個(gè)調(diào)試過程。2）分析調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題及故障排除方法。14.5三位半直流數(shù)字電壓表1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）了解雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理。2）熟悉三位半A/D轉(zhuǎn)換器CC14433的性能及其引腳功能。3．掌握用CC14433構(gòu)成直流數(shù)字電壓表的方法。3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件1）±5V直流電源2）雙蹤示波器3）直流數(shù)字電壓表4）邏輯電平開關(guān)14.5三位半直流數(shù)字電壓表3.實(shí)驗(yàn)原理直流數(shù)字電壓表的核心器件是一個(gè)間接型A/D轉(zhuǎn)換器，它首先將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成易于準(zhǔn)確測(cè)量的時(shí)間量，然后在這個(gè)時(shí)間寬度里用計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)結(jié)果就是正比于輸入模擬電壓的數(shù)字量。（1）被測(cè)直流電壓VX經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后以動(dòng)態(tài)掃描形式輸出，數(shù)據(jù)輸出端上的數(shù)字信號(hào)（8421碼）按照時(shí)間的先后順序輸出。（2）當(dāng)參考電壓VR=2V時(shí)，滿量程為1.999V；當(dāng)時(shí)VR=200mV，滿量程為199.9mV?？梢酝ㄟ^位選開關(guān)來控制千位和十位數(shù)碼管的h段經(jīng)限流電阻實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)顯示的控制。（3）最高位（千位）顯示時(shí)只有b、c段與LED數(shù)碼管的b、c腳相接，所以千位只顯示1或不顯示，用千位的g段來顯示模擬量的負(fù)值（正值不顯示）（4）精密基準(zhǔn)電壓源MC1403。A/D轉(zhuǎn)換需要外接標(biāo)準(zhǔn)電壓源作為參考電壓，標(biāo)準(zhǔn)電壓源的精度應(yīng)高于A/D轉(zhuǎn)換器的精度。（5）實(shí)驗(yàn)中使用CMOSBCD七段譯碼/驅(qū)動(dòng)器CC4511，參考9.2節(jié)的有關(guān)部分。（6）7路達(dá)林頓晶體管列陣MC1413采用了NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)。14.5三位半直流數(shù)字電壓表三位半直流數(shù)字電壓表的電路圖如圖14-18所示。圖14-18

三位半直流數(shù)字電壓表的電路圖14.5三位半直流數(shù)字電壓表4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)要求按圖14-18組裝并調(diào)試一臺(tái)三位半直流數(shù)字電壓表，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)一步步地進(jìn)行。1）數(shù)碼顯示部分的組裝與調(diào)試。（1）建議將4個(gè)數(shù)碼管插入40p集成電路插座上，將4個(gè)數(shù)碼管的同名筆畫段與顯示譯碼的相應(yīng)輸出端連在一起，其中最高位只需將b、c、g三段接入電路，按圖14-18接好連線，但暫不插所有的芯片。（2）插好芯片CC4511與MC1413，并將CC4511的輸入端A、B、C接至撥碼開關(guān)對(duì)應(yīng)的A、B、C、D這4個(gè)插口處，將MC1413的1、2、3、4腳接至邏輯電平開關(guān)的輸出插口。（3）將MC1413的2腳置“1”，1腳、3腳、4腳置“0”，接通電源，撥動(dòng)碼盤（按“+”或“-”鍵）自0到9變化，檢查數(shù)碼管是否按碼盤的指示值變化。（4）按照譯碼器實(shí)驗(yàn)的相關(guān)要求，檢查譯碼顯示是否正常。（5）分別將MC1413的3腳、4腳、1腳單獨(dú)置“1”，重復(fù)（3）的內(nèi)容。如果所有4位數(shù)碼管都顯示正常，則去掉數(shù)字譯碼顯示部分的電源，備用。14.5三位半直流數(shù)字電壓表2）精密基準(zhǔn)電壓源的連接和調(diào)整。插上MC1403精密基準(zhǔn)電壓源，用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表檢查輸出是否為2.5V，然后調(diào)整電位器，使其輸出電壓為2.00V，調(diào)整結(jié)束后去掉電源線，供總裝時(shí)備用。3）總裝總調(diào)。（1）插好芯片MC14433，按圖14-18接好全部電路。（2）將輸入端接地，接通+5V、-5V電源（先接好地線），此時(shí)顯示器將顯示“000”值，如果不是，應(yīng)檢測(cè)電源的正、負(fù)電壓。用雙蹤示波器測(cè)量、觀察DS1～DS4和Q0～Q3的波形，判別故障所在。（3）用電阻、電位器構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入電壓VX調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，4位數(shù)碼將相應(yīng)變化，然后進(jìn)入下一步精調(diào)。（4）用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表（或用數(shù)字萬用表代替）測(cè)量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使VX=1.000V，這時(shí)被調(diào)電路的電壓指示值不一定顯示“1.000”，應(yīng)調(diào)整精密基準(zhǔn)電壓源，使指示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓表的個(gè)位數(shù)誤差在5之內(nèi)。（5）改變輸入電壓VX的極性，使Vi=-1.000V，檢查“-”是否顯示，并按（4）的方法校準(zhǔn)顯示值。（6）在-1.999～+1.999V量程內(nèi)再一次仔細(xì)調(diào)整（調(diào)精密基準(zhǔn)電壓源），使全部量程內(nèi)的個(gè)位數(shù)誤差均不超過5。14.5三位半直流數(shù)字電壓表4）記錄輸入電壓為±1.999V、±1.500V、±1.000V、±0.500V、0.000V時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表的讀數(shù)）被調(diào)數(shù)字電壓表的顯示值，列表并記錄。5）用自制數(shù)字電壓表測(cè)量正、負(fù)電源電壓?？紤]如何測(cè)量，試設(shè)計(jì)測(cè)量電路。6）將積分電容C1、C2換作普通金屬化紙介電容，觀察測(cè)量精度的變化。5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告1）繪出三位半直流數(shù)字電壓表的電路接線圖。2）敘述組裝、調(diào)試步驟。3）說明調(diào)試過程中遇到的問題和解決的方法。4）寫出組裝、調(diào)試數(shù)字電壓表的心得和體會(huì)。14.6數(shù)字頻率計(jì)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)數(shù)字頻率計(jì)用于測(cè)量信號(hào)（方波、正弦波或其他脈沖信號(hào)）的頻率，并用十進(jìn)制數(shù)顯示，它具有精度高、測(cè)量迅速、讀數(shù)方便等優(yōu)點(diǎn)。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）+5V直流電源2）雙蹤示波器3）連續(xù)脈沖源4）邏輯電平顯示器5）直流數(shù)字電壓表6）數(shù)字頻率計(jì)7）CC4011、CC4013，2AP914.6數(shù)字頻率計(jì)2.工作原理脈沖信號(hào)的頻率就是在單位時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，其表達(dá)式為，其中為被測(cè)脈沖信號(hào)的頻率，N為計(jì)數(shù)器所累計(jì)的脈沖個(gè)數(shù)，T為產(chǎn)生N個(gè)脈沖所需的時(shí)間。計(jì)數(shù)器所記錄的結(jié)果就是被測(cè)脈沖信號(hào)的頻率，如在1s內(nèi)記錄1000個(gè)脈沖，則被測(cè)脈沖信號(hào)的頻率就是1000Hz。本實(shí)驗(yàn)僅討論一種簡(jiǎn)單易制的數(shù)字頻率計(jì)，其原理框圖如圖14-21所示。當(dāng)開關(guān)S2改變量程時(shí)，小數(shù)點(diǎn)能自動(dòng)移位。開關(guān)S1、S3配合使用，則可將測(cè)試狀態(tài)轉(zhuǎn)為“自檢”工作狀態(tài)（將時(shí)基信號(hào)作為被測(cè)信號(hào)輸入）。圖14-21

數(shù)字頻率計(jì)的原理框圖14.6數(shù)字頻率計(jì)1）控制電路控制電路與主控門電路如圖14-22所示。2）微分、整形電路微分、整形電路如圖14-23所示。CC4013（b）的端所產(chǎn)生的上升沿經(jīng)微分電路后，送到由“與非門”CC4011組成的施密特整形電路的輸入端，在其輸出端可得到一個(gè)邊沿十分陡峭且具有一定脈沖寬度的負(fù)脈沖，再送至下一級(jí)延時(shí)電路。14.6數(shù)字頻率計(jì)3）延時(shí)電路延時(shí)電路由D觸發(fā)器CC4013、積分電路（由電位器RP1和電容C2組成）、非門G2及單穩(wěn)態(tài)電路組成，如圖14-24所示。4）自動(dòng)置零電路P3點(diǎn)產(chǎn)生的正脈沖送到圖14-25所示的由或門組成的自動(dòng)置零電路，將各計(jì)數(shù)器及所有的觸發(fā)器置零。14.6數(shù)字頻率計(jì)3.設(shè)計(jì)任務(wù)和要求使用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)與制作一臺(tái)簡(jiǎn)易的數(shù)字頻率計(jì)，應(yīng)具有下述功能。1）位數(shù)：計(jì)4位十進(jìn)制數(shù)。2）量程：最大讀數(shù)是9999Hz，閘門信號(hào)的采樣時(shí)間為1s。3）顯示方式：用七段LED數(shù)碼管顯示讀數(shù)，做到顯示穩(wěn)定、不跳變。4）具有“自檢”功能。5）被測(cè)信號(hào)為方波、三角波、正弦波信號(hào)。6）畫出設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)的電路總圖。7）組裝和調(diào)試并寫出綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。14.7拔河游戲機(jī)1.實(shí)驗(yàn)任務(wù)給定實(shí)驗(yàn)設(shè)備和主要元器件，按照電路的各部分組合成一個(gè)完整的拔河游戲機(jī)。1）拔河游戲機(jī)需將15個(gè)（或9個(gè)）發(fā)光二極管排列成一行，開機(jī)后只有中間一個(gè)點(diǎn)亮，以此作為拔河的中心線，游戲雙方各持一個(gè)按鍵，迅速地、不斷地按動(dòng)，從而產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點(diǎn)就向這一方移動(dòng)，每按一次，亮點(diǎn)移動(dòng)一次。待某一方終端二極管點(diǎn)亮，這一方就得勝，此時(shí)雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。2）顯示器顯示勝者的盤數(shù)。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）+5V直流電源2）譯碼顯示器3）邏輯電平開關(guān)14.7拔河游戲機(jī)3.實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)電路框圖如圖14-26所示，整機(jī)電路圖如圖14-27所示。圖14-27

拔河游戲機(jī)整機(jī)電路圖14.7拔河游戲機(jī)4.實(shí)驗(yàn)步驟1）編碼電路編碼電路有2個(gè)輸入端和4個(gè)輸出端，要進(jìn)行加/減法計(jì)數(shù)，因此選用74LS193雙時(shí)鐘二進(jìn)制同步加/減法計(jì)數(shù)器來完成。2）整形電路74LS193是可逆計(jì)數(shù)器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時(shí)當(dāng)電路要求進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，減法輸入端必須接高電平；進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，加法輸入端必須接高電平。若直接將A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，那么就有很多時(shí)機(jī)在進(jìn)行計(jì)數(shù)輸入時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入端為低電平，使計(jì)數(shù)器不能計(jì)數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河不能正常進(jìn)行。加一整形電路，使A、B鍵產(chǎn)生的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€(gè)占空比很大的脈沖，這樣就減小了進(jìn)行某一計(jì)數(shù)時(shí)另一計(jì)數(shù)輸入為低電平的概率，從而使每按一次鍵都有可能進(jìn)行有效的計(jì)數(shù)。整形電路由“與門”74LS08和“與非門”74LS00實(shí)現(xiàn)。14.7拔河游戲機(jī)3）譯碼電路選用4線-16線譯碼器（CC4514），譯碼器的輸出Y0-Y14分別接15個(gè)（或9個(gè)）發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的負(fù)端接地，而正端接譯碼器，這樣當(dāng)輸出為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。比賽準(zhǔn)備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出“1”，中心線處的發(fā)光二極管首先點(diǎn)亮，當(dāng)編碼電路進(jìn)行加法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向右移，進(jìn)行減法計(jì)數(shù)時(shí)，亮點(diǎn)向左移。4）控制電路為指示勝負(fù)，需用一個(gè)控制電路。當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終端時(shí)，判該方為勝，此時(shí)雙方的按鍵均宣告無效。此電路可用“或非門”74LS02來實(shí)現(xiàn)。將雙方終端發(fā)光二極管的正極接至“異或門”的兩個(gè)輸入端，獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，“異或門”輸出“1”，經(jīng)“非門”產(chǎn)生低電平“0”，再送到74LS193計(jì)數(shù)器的置數(shù)端11腳，于是計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，處于預(yù)置狀態(tài)，由于計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)端A、B、C、D和輸出端QA、QB、QC、QD對(duì)應(yīng)相連，輸入就是輸出，從而使計(jì)數(shù)器對(duì)輸入脈沖不起作用。14.7拔河游戲機(jī)5）勝負(fù)顯示將雙方終端發(fā)光二極管的正極經(jīng)“非門”后的輸出分別接到兩個(gè)CC4518計(jì)數(shù)器的EN端，CC4518的兩組4位BCD碼分別接到實(shí)驗(yàn)裝置的兩組譯碼顯示器的A、B、C、D插口處。當(dāng)一方取勝時(shí)，該方終端發(fā)光二極管點(diǎn)亮，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，使相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行加一計(jì)數(shù)，于是就得到了雙方取勝盤數(shù)的顯示，若一位數(shù)不夠，則進(jìn)行兩位數(shù)的級(jí)聯(lián)。6）復(fù)位為能進(jìn)行多次比賽，需要進(jìn)行復(fù)位操作，使亮點(diǎn)返回中心線，可用一個(gè)開關(guān)控制74LS193的清零端CR。勝負(fù)顯示器也應(yīng)用一個(gè)開關(guān)來控制勝負(fù)計(jì)數(shù)器CC4518的清零端R，使其重新計(jì)數(shù)。5.實(shí)驗(yàn)報(bào)告討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)實(shí)驗(yàn)收獲。14.8隨機(jī)存取存儲(chǔ)器2114A及其應(yīng)用1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆S機(jī)存取存儲(chǔ)器2114A的工作原理，通過實(shí)驗(yàn)熟悉它的工作特性、使用方法及其應(yīng)用。2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與元器件1）+5V直流電源2）連續(xù)脈沖源3）單次脈沖源4）邏輯電平顯示器5）邏輯電平開關(guān)（0、1開關(guān)）6）譯碼顯示器7）2114A、74LS161、74LS148、74LS244、74LS00、74LS0414.8隨機(jī)存取存儲(chǔ)器2114A及其應(yīng)用3.實(shí)驗(yàn)原理1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）又稱讀/寫存儲(chǔ)器，它能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、指令、中間結(jié)果等信息。在該存儲(chǔ)器中，任何一個(gè)存儲(chǔ)單元都能以隨機(jī)次序迅速地存入（寫入）信息或取出（讀出）信息。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器具有記憶功能，但停電（斷電）后所存信息會(huì)消失，不利于數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存，所以多用于中間過程暫存信息。（1）RAM的結(jié)構(gòu)和工作原理。圖14-30所示為RAM的基本結(jié)構(gòu)圖，它主要由存儲(chǔ)單元矩陣、地址譯碼器和讀/寫控制電路三部分組成。14.8隨機(jī)存取存儲(chǔ)器2114A及其應(yīng)用（2）2114A靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。2114A是一種1024字×4位的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，采用HMOS工藝制作，它的邏輯框圖如圖14-31所示，表14-6是其引腳功能，表14-7是2114A的功能表。14.8隨機(jī)存取存儲(chǔ)器2114A及其應(yīng)用2）只讀存儲(chǔ)器（ROM）只讀存儲(chǔ)器（ROM）只能進(jìn)行讀出操作，不能寫入數(shù)據(jù)。只讀存儲(chǔ)器可分為固定內(nèi)容只讀存儲(chǔ)器（ROM）、可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）和可抹編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）三大類?？赡ň幊讨蛔x存儲(chǔ)器又分為紫外線抹除可編程只讀存儲(chǔ)器（EPROM）、電可抹編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）和電改寫編程只讀存儲(chǔ)器（EAPROM）等種類。由于EEPROM的改寫編程更方便，因此深受用戶歡迎。3）用2114A靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的隨機(jī)和順序存取圖14-32所示為電路原理圖，為實(shí)驗(yàn)接線方便而不影響實(shí)驗(yàn)效果，2114A中地址輸入端保留前4位其余地址輸入端均接地。（1）用2114A實(shí)現(xiàn)靜態(tài)隨機(jī)存取。用2114A實(shí)現(xiàn)靜態(tài)隨機(jī)存取如圖14-32中的單元Ⅲ。電路由三部分組成：①由“與非門”組成的基本RS觸發(fā)器與反相器，控制電路的讀/寫操作；②由2114A組成的靜態(tài)RAM；③由74LS244三態(tài)門緩沖器組成的數(shù)據(jù)輸入/輸出緩沖和鎖存電路。14.8隨機(jī)存取存儲(chǔ)器2114A及其應(yīng)用圖14-32

2114A隨機(jī)和順序存取數(shù)據(jù)電路原理圖（2）用2114A實(shí)現(xiàn)靜態(tài)順序存取。用2114A實(shí)現(xiàn)靜態(tài)順序存取如圖14-32所示，電路由