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1、数字电路基础实验手册数字电路基础实验手册目录目录数字电路实验基本知识.1 实验一 EWB 环境下一阶电路的设计与实现.5 实验二 基本逻辑门逻辑实验.8 实验三 组合逻辑电路的设计.10 实验四 四位并行加法器的设计与实现.13 实验五 二位数值比较器的设计与实现.15 实验六 译码器和数据选择器.17 实验七 编码器和数码管显示.47 实验八 触发器及其应用.49 实验九 波形产生和整形电路的应用.47 实验十 采用 EWB 仿真软件设计和测试定时显示电路.491数字电路实验基本知识数字电路实验基本知识一、一、 EWBEWB 软件介绍软件介绍. . 电子工作平台 Electronics Wo
2、rkbench (EWB)(现称为 MultiSim) 软件是加拿 Interactive Image Technologies 公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软 件,其工作界面如下：1).EWB 的特点： （1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路 图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取； （2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。 （3）EWB 软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。 （4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。 （
3、5）EWB 还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更 灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法。 与其他电路仿真软件(Protel99)相比，具有界面直观、操作方便等优点。他改变了一般电路 仿真软件输入电路必须采用文本方式的不便，创建电路选用元器件和测试仪器等均可直接从屏幕 上器件库和仪器库中直接选取。电子电路的分析、设计与仿真工作蕴含于轻点鼠标之间，不仅为 电子电路设计者带来了无尽的乐趣，而且大大提高了电子设计工作的质量和效率。 2).EWB 的优点： 1、各元器件选择范围广，参数修改方便，不会象实际操作那样多次地把元件焊下而损坏
4、器 件和印刷电路板。使电路调试变得快捷方便。对模拟电子技术基础课程中的绝大部分电路都 能应用，不仅能用于对单个电路特性和原理进行验证，也能就用于多级的组合电路。 2、元件库不但提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件,是一个全开放性的仿真实验 和课件制作平台,给我们提供了一个实验器具完备的综合性电子技术实验室。可以在任意组合的 实验环境中，搭建实验。通过元件复制或单级电路的复制来完成整个电路的组装。因此也适用于 较大型的设计性实验。3、EWB（电子学工作平台）为我们提供了一个很好的实用工具，使我们能够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种电路的特性
5、，讲解各种参数改变对电路的影响。学生可结合学习内容，进行接近于实际电路的调试分析，有利于对2加深对理论理解。特别是一些大中专院校和广播电视大学，通过这样的计算机模拟仿真实验，把电子技术的理论教学和实验教学有机地结合了起来。二、数字集成电路封装二、数字集成电路封装 中、小规模数字 lC 中最常用的是 TTL 电路和 CMOS 电路。TTL 器件型号以 74 （或 54 ）作前缀，称为 74 / 54 系列，如 74LS 10、74F181、54586 等。中、小规模 CMOS 数字集成电路主要是 4XX 45XX ( X 代表 0 一 9 的数字）系列，高速 CMOS 电路 HC ( 74HC
6、系列） ，与 TTL 兼容的高速 CMOS 电路 HCT ( 74HCT 系列） 。TTL 电路与 CMOS 电 路各有优缺点， TTL 速度高， CMOS 电路功耗小、电源范围大、抗扰能力强。由于 TTL 在世界范围内应用极广，在数字电路教学实验中，我们主要使用 TTL74 系列电路作为实验 用器件，采用单一5V 作为供电电源。数字 IC 器件有多种封装形式。为了教学实验方便，实验中所用的 74 系列器件封装选 用双列直插式。图 l 是双列直插封装的正面示意图。双列直插封装有以下特点：图 1 双列直插式封装图 图 2 PLCC 封装图1、从正面（上面）看，器件一端有一个半圆的缺口，这是正方向
7、的标志。缺口左边的引脚 号为 l , 引脚号按逆时针方向增加。图 1 中的数字表示引脚号。双列直插封装 IC 引脚数 有 14、16 、20、24、28 等若干种。2 、 双列直插器件有两列引脚。引脚之间的间距是 2. 54 毫米。两列引脚之间的距离有 宽（ 15 .24 毫米） 、窄（ 7. 62 毫米）两种。两列引脚之间的距离能够少做改变，引脚 间距不能改变。将器件插入实验台上的插座中去或者从插座中拔出时要小心，不要将器件 引脚弄弯或折断。3、 74 系列器件一般左下角的最后一个引脚是 GND ，右上角的引脚是 Vcc 。例如， 14 引脚器件引脚 7 是 GND ，引脚 14 是 Vcc
8、 ； 20 引脚器件引脚 10 是 CND ，引脚 20 是 Vcc 。但也有一些例外，例如 16 引脚的双 JK 触发器 74LS76 ，引脚 13 （不是引 脚 8 ）是 GND ，引脚 5 （不是引脚 16 ）是 Vcc 。所以使用集成电路器件时要先看清 它的引脚图，找对电源和地，避免因接线错误造成器件损坏。数字电路综合实验中，使用的复杂可编程逻辑器件 MACH 464/32 （或者 ISP1O16 ）是 44 引脚的 PLCC ( Plastic Leaded chip Carrier ）封装，图 2 是封装正面图。 器件上的小圆圈指示引脚 1 , 引脚号按逆时针方向增加，引脚 2 在
9、引脚 1 的左边，引脚 44 在引脚 1 的右边。 MACH 464/32 电源引脚号、地引脚号与 ISP1O16 不同，千万不 要插错 PLCC 插座。插 PLCC 器件时，器件的左上角（缺角）要对准插座的左上角。拔 PLCC 器件应使用专门的起拔器。3TDS 实验台上的接线采用自锁紧插头、插孔（插座） 。使用自锁紧插头、插孔接线时， 首先把插头插进插孔中，然后将插头按顺时针方向轻轻一拧则锁紧。拔出插头时，首先按 逆时针方向轻轻拧一下插头，使插头和插孔之间松开，然后将插头从插孔中拔出。不要使 劲拔插头，以免损坏插头和连线 。 必须注意，不能带电插、拔器件。插、拔器件只能在关断 5V 电源的情
10、况下进行。 三、数字电路测试及故障查找、排除 设计好一个数字电路后，要对其进行测试，以验证设计是否正确。测试过程中，发现 问题要分析原因，找出故障所在，并解决它。数字电路实脸也遵循这些原则。1 、数字电路测试 数字电路测试大体上分为静态测试和动态测试两部分。静态测试指的是，给定数字电 路若干组静态输入值，测试数字电路的输出值是否正确。数字电路设计好后，在实验台上 连接成一个完整的线路。把线路的输入接电平开关输出，线路的输出接电平指示灯，按功 能表或状态表的要求，改变输入状态，观察输入和输出之间的关系是否符合设计要求。静 态测试是检查设计是否正确，接线是否无误的重要一步。 在静态测试基础上，按设
11、计要求在输入端加动态脉冲信号，观察输出端波形是否符合 设计要求，这是动态测试。有些数字电路只需进行静态测试即可，有些数字电路则必须进 行动态测试。一般地说，时序电路应进行动态测试。2、数字电路的故障查找和排除 在数字电路实验中，出现问题是难免的。重要的是分析问题，找出出现问题的原因， 从而解决它。一般地说，有四个方面的原因产生问题（故障）：器件故障、接线错误、设 计错误和测试方法不正确。在查找故障过程中，首先要熟悉经常发生的典型故障。( 1 ）器件故障 器件故障是器件失效或器件接插问题引起的故障，表现为器件工作不正常。不言而喻， 器件失效肯定会引起工作不正常，这需要更换一个好器件。器件接插问题
12、，如管脚折断或 者器件的某个（或某些）引脚没插到插座中等，也会使器件工作不正常。对于器件接插错 误有时不易发现，需仔细检查。 判断器件失效的方法是用集成电路测试仪测试器件。 需 要指出的是，一般的集成电路测试仪只能检测器件的某些静态特性。对负载能力等静态特 性和上升沿、下降沿、延迟时间等动态特性，一般的集成电路测试仪不能测试。测试器件 的这些参数，须使用专门的集成电路测试仪。( 2 ）接线错误 接线错误是最常见的错误。据有人统计，在教学实验中，大约百分之七十以上的故障 是由接线错误引起的。常见的接线错误包括忘记接器件的电源和地；连线与插孔接触不良； 连线经多次使用后，有可能外面塑料包皮完好，但
13、内部线断；连线多接、漏接、错接； 连线过长、过乱造成干扰。接线错误造成的现象多种多样，例如器件的某个功能块不工作 或工作不正常，器件不工作或发热，电路中一部分工作状态不稳定等。解决方法大致包括： 熟悉所用器件的功能及其引脚号，知道器件每个引脚的功能；器件的电源和地一定要接对、 接好：检查连线和插孔接触是否良好；检查连线有无错接、多接、漏接；检查连线中有无 断线。最重要的是接线前要画出接线图，按图接线，不要凭记忆随想随接；接线要规范、 整齐，尽量走直线、短线，以免引起干扰。 4( 3 ）设计错误 设计错误自然会造成与预想的结果不一致。原因是对实验要求没有吃透，或者是对所 用器件的原理没有掌握，因此实
