1、数字逻辑电路实验仪器使用说明实验指导第1章 数字逻辑电路实验常识1.1、 数字逻辑电路实验的一般要求实验是数字逻辑电路课程重要的数学环节，通过实验不仅能巩固和加深理解所学的数字电子技术知识，更重要的是在建立科学实证思维方面，在掌握基本的测试手段和方法上，在电平检测，波形测绘、数据处理方面，为学生毕业后的岗位工作起到打基础的作用。尽管各个实验的目的和内容不同，但为了培养良好的学风，充分发挥学生的主观能动作用，促使其独立思考、独立完成实验并有所创新，我们对实验前、实验中和实验后分别提出如下基本要求：1.1.1、 实验前的要求（1） 认真阅读实验指导书，明确实验目的要求，理解实验原理，熟悉实验电路及
2、集成芯片，拟出实验方法和步骤，设计实验表格。（2） 完成实验指导书中有关预习的相关内容。(3)初步估算(或分析)实验结果(包括各项参数和波形)，写出预习报告。1.1.2、实验中的要求(1) 参加实验者要自觉遵守实验室规则。（2） 严禁带电接线、拆线或改接线路。（3） 根据实验内容合理分置实验现场。准备好实验所需的仪器设备和装置并安放适当。按实验方案，选择合适的集成芯片，连接实验电路和测试电路。（4） 要认真记录实验条件和所得各项数据，波形。发生小故障时，应独立思考，耐心排除，并记下排除故障过程和方法。实验过程中不顺利，并不是坏事，常常可以从分析故障中增强独立工作的能力。相反，实验“一帆风顺”不
3、一定收获大，能独立解决实验中所遇到的问题，把实验做成功，收获才是最大的。（5） 发生焦味、冒烟故障，应立即切断电源，保护现场，并报告指导老师和实验室工作人员，等待处理。(6) 实验结束时，可将记录结果送有关指导老师审阅签字。经老师同意后方可拆除线路，清理现场。（7）室内仪器设备不准随意搬动调换，非本次实验所用的仪器设备，未经老师允许不得动用。没有弄懂仪器设备的方法前，不得贸然使用。若损坏仪器设备，必须立即报告老师，作书面检查，责任事故要酌情赔偿。（8）实验要严肃认真，要保持安静，整洁的实验环境。1.1.3、实验后的要求实验后要求学生认真写好实验报告1、 实验报告的内容(1) 实验目的(2) 列
4、出实验的环境条件，使用的主要仪器设备的名称编号，集成芯片的型号、规格、功能。(3) 扼要记录实验操作步骤，认真整理和处理测试的数据，绘制实验原理电路图和测试的波形，并列出表格或用坐标纸画出曲线。(4) 对测试结果进行理论分析，作出简明扼要的结论。找出产生误差的原因，提出减少实验误差的措施。(5) 记录产生故障情况，说明排除故障的过程和方法。(6) 写出本次实验的心得体会，以及改进实验的建议。2、 实验报告的要求文理通顺、书写简洁、符号标准、图表规范、讨论深入、结论简明。1.2、 常用数字集成芯片的识别与主要性能参数1.2.1、集成电路的型号命名法集成电路现行国际规定的命名法如下：（摘自电子工程
5、手册系列丛书A15，中外集成简明速查手册TTL，CMOS电路以及GB3430）器件的型号由五部分组成，各部分符号及意义见表B1.1表B1.1 器件型号的组成1.2.2、数字集成电路的分类目前，已经成熟的集成逻辑技术主要有三种：TTL逻辑（晶体管晶体管逻辑），CMOS逻辑（互补金属氧化物-半导体逻辑）和ECL逻辑(发射极耦合逻辑)。1、TTL逻辑：TTL逻辑于1964年由美国德克萨斯仪器公司生产，其发展速度快，系列产品多。有速度和功耗折中的标准型；有改进型，高速的标准肖特基型；有改进型、高速及低功耗的肖特基型。所有的TTL电路的输入、输出均是兼容的。2、 CMOS逻辑：CMOS逻辑的特点是功耗低
6、，工作电源电压范围宽，速度快(可达7MHZ)。CMOS逻辑有CC400系列，CC4500系列和54/74HC(AC)00系列。3、 ECL逻辑：ECL逻辑的最大特点是工作速度高。因为在ECL电路中数字逻辑电路形式采用非饱和型，消除了三极管的存储时间，大大加快了工作速度。MECLI系列是由美国摩托罗拉公司于1962年生产的。后来又生产了改进型的MECL，MECL型及MECL10000。以上几种数字逻辑电路的有关参数见表B1.2所示表B1.2几种逻辑电路的参数比较4、集成电路外引线的识别使用集成电路前，必须认真查对识别集成电路的引脚，确认电源、地、输入、输出、控制等端的引脚号，以免因接错而损坏器件
7、。引脚排列的一般规律为：圆形集成电路：识别是，面向引脚正视，从定位销顺时针方向依次为1.2.3如图B1.1（a）。圆形多用于集成运放等电路。扁平和双列直插型集成电路：识别时，将文字，符号标记正放（一般集成电路上有一圆点或有一缺口，将圆点或缺口置于左方），由顶部俯视，从左下脚起，按逆时针方向数，依次1.2.3如图B1.1（）。扁平型多用于数字集成电路。双列直插型广泛用于模拟和数字集成电路。图B1.1(a)(b) 集成电路外引线的识别1.2.3CMOS数字集成电路标准系列4000系列1、 推荐工作条件电源电压范围：A型315V；B型318V工作温度：陶瓷封装55125C；塑料封装4085C2、 极
8、限参数：电源电压V：0.520V；输入电压U：0.5V0.5V输入电流I：10mA；允许功耗Pd：200mW保存温度Td：65150C3、 常用4000系列集成芯片的型号与功能型号功能型号功能4008B4位二进制并行进位全加器4049UB六反相缓冲/变换器4009UB六反相缓冲/变换器4060B14位二进制计数/分配器40011B/UB四2输入与非门4066B四双向模拟开关4012B/UB双四输入与非门4071B四2输入或门4013B双D触发器4076B4位D寄存器4017B十进制计数/分配器4081B四2输入与门4023B/UB三3输入与非门4098B双单稳态触发器4026B十进制计数器/
9、7段译码器40110十进制加/减计数器/7段译码器4027B双JK触发器40147104线编码器4046B锁相环4033B十进制计数器/7段译码器40160/162可预置BCD计数器40192可预置BCD加/减计数器40161/163可预置4位二进制计数器40193可预置4位二进制加/减计数器40174六D触发器40194/1954位并入/串入一并出/串出移位寄存器40175四D触发器40104B4位双向移位寄存器1.2.4、CMOS数字集成电路扩展系列4500系列1、 推荐工作条件：电源电压范围：318V；工作温度：陶瓷封装55125C；塑料封装4485C2、 4500系列的极限参数：电源电
10、压V：0.518V；输入电压U：0.5V0.5V输入电流Ii:10mA；允许功耗：180mW保存温度65150C3、 常用4500系列集成芯片的型号和功能型号功能型号功能4502B三态六反相缓冲器4528B双单稳态触发器4510B可预置BCD加/减计数器4532B8位优先编码器4511B/4513B锁存/7段译码/驱动器4543B/4544BBCD锁存/7段译码/驱动器4512B 三态8通道数据选择器4581B4位算术逻辑单元4516B可预置4位二进制加/减计数器4585B4位数值比较器4518B双BCD同步加法计数器4590独立4位锁存器4526B可预置4位二进制1/N计数器4599B8位可
11、寻址锁存器1.2.5、COMS数字集成电路高速系列74HC（AC）00系列1、在54/74HC（AC）00系列中，54系列是军用产品，74系列是民用产品，两者的不同点只是特性参数有差异，两者的引脚位置和功能完全相同。2、74HC（AC）00系列推荐工作条件：电源电压范围：26V；工作温度：陶瓷封装55125C，塑料封装-4085C 3、74HC（AC）00系列的极限参数：电源电压V：0.57V；输入电压Vi：0.5V0.5V输出电压U0:-0.5V0.5V；输出电流I。：25mA允许动耗Pd：500mW；保存温度：65150C4、 关于用HC（AC）CMOS直接替代TTL的问题：一个由TTL组
12、成的系统全部用高速CMOS替换是完全可以的。但若是部分由高速CMOS替换，则必须考虑它们之间的逻辑电平达配问题。由于TTL的高电平输出电压较低（2.42.7V），而高速CMOS要求的高电平输入电压为3.15V，因此必须设法提高TTL的高电平输出电压才能配接。方法是，在TTL输出端加接1个连接电源的上拉电阻。如果TTL本身是OC门，则已有上拉电阻，这时就不需再接上拉电阻了。另一个应注意的问题：TTL电路输入端难免出现输入端悬空的情况，TTL电路的输入端悬空相当于接高电平，而CMOS电路的输入端悬空可能是高电平，也可能相当于低电平。由于CMOS的输入阻抗高，输入端悬空带来的干扰很大，这将引起电路的
13、功耗增大和逻辑混乱。因此，对于CMOS电路，不用的输入端必须接Vdd或接地；以免引起电路损坏。5、 常用54/74HC（AC）00系列芯片的型号和功能。型号功能型号功能74HC00/AC00四2输入与非门74HC74/AC74双D触发器74HC04/AC04六反相器74HC75/774位D锁存器74HC10三3输入与非门74HC76双JK触发器74HC20双4输入与非门74HC86四2输入异或门74HC21双4输入与门74HC90二进制加五进制计数器74HC308输入与非门74HC954位左/右移位寄存器74HC48BCD7段译码器74HC107/109双JK触发器74HC353双41多路转换
14、开关74HC1544线16线译码器74HC160/162同步十进制计数器74HC161/163四位BCD码同步计数器74HC190/192同步十进制加/减计数器74HC191/193同步二进制加/减计数器1.2.6、TTL数字集成芯片1、推荐工作条件：电源电压Vcc：5V；工作环境温度：54系列55125C；74系列070C2、极限参数：电源电压：7V；输入电压U：54系列5.5V，74LS系列：7V输入高电平电流：20A；输入低电平电流：0.4mA最高工作频率：50MHZ；每门传输延时：8nS储存温度：60150C3、常用74LSxx系列集成芯片型参与功能功能集成芯片型号功能集成芯片型号同步
15、进制计数器74LS160/162双2线4线译码器74LS139/155/156同步进制加/减计数器74LS168/190/192BCD7段译码器74LS48/49/247/248同步4位二进制计数器74LS161/1638线1线数据选择器74LS151同步4位二进制加/减计数器74LS169/191/193双4线1线数据选择器74LS153/253/353二、五混合进制计数器74LS196/29016线1线数据选择器74LS1504位二进制计数器74LS177/197/293双D触发器74LS74双4位二进制计数器74LS393双JK主从触发器74LS112/114/113/734线16线译码
16、器74LS1544位算术逻辑单元74LS381/1814线10线译码器74LS42六反相器74LS043线8线译码器74LS138四2输入与非门（OC）74LS034、常用CMOS4000，CMOS54/74HC，TTL541/74LS技术参数比较（见表B1.3）表B1.3常用CMOS4000、CMOS54/74HC、TTL芯片技术参数比较1.3、常用实验测量仪器1.3.1、示波器及其应用示波器是近代电子科学领域的重要测量仪器，也是其他许多领域广泛使用的测量工具。示波器不仅能直接观察电压（或电流）的波形，而且能测量电压、频率、相位等参数，也可以利用传感器将各种非电量（如温度、压力、位移、热量、
17、磁感应强度、照度等）转换为电参数然后，利用示波器进行观察和测量。现以YB4320/20A/40双踪示波器为例（其面版见图1.2所示），介绍示波器的一般使用方法。图B1.2YB4320/20A/40/60前面板示意图一、YB4320/20A/40/60型双踪示波器旋钮和开关的功能A、电源及示波管控制系统交流电源插座，该插座下端装有保险丝管。（1） 电源开关（POWER）：按键弹出即为“关位置”。按下为“开”位置。（2） 电源指示灯：电源按通时，指示灯亮。（3） 亮度旋钮（INTENSITY）；顺时针方向旋转，亮度增强。（4） 聚焦旋钮（FOSUS、）：用来调节光迹及波形的清晰度。（5） 光迹旋转
18、旋钮（TRACEROTATION）：用于调节光迹与水平刻度线平行。（6） 刻度照明旋钮（SCALEILLUM）：用于调节屏幕刻度亮度。B垂直系统。（30）通道1输入端CH1INPUT（X）：用于垂直方向输入。在XY方式时输入端的信号成为X信号。（22）（29）、交流接地直流耦合选择开关（ACGNDDC）选择垂直放大器的耦合方式。交流(AC)：垂直输入端由电容器来耦合接地(GND)：放大器的输入端接地直流(DC)：垂直放大器输入端与信号直接耦合。（26）（33）：衰减开关（VOLT/DIV）：用于选择垂直偏转灵敏度的调节。如果使用的是10：1探头。计算时将幅度10。（25）（32）：垂直微调旋钮
19、（VARIBLE）垂直微调用于连续改变电压偏转灵敏度。此旋钮在正常情况下，应位于顺时针方向旋到底的位置。将旋钮逆时针方向旋到底垂直方向的灵敏度下降到2.5倍以上. (20) （36）：CH15扩展，CH25扩展（CH15MAG，CH25MAG），按下5扩展键，垂直方向的信号扩大5倍，最高灵敏度为1mv/div。（23）（35）：垂直移位（POSITION）调节光迹在屏幕中的垂直位置。垂直方式工作按钮（VERTICAL MODE）垂直方向的工作方式选择。（34）：通道1选择（CH1）：屏幕上仅显示CH1的信号。（28）：通道2选择（CH2）：屏幕上仅显示CH2的信号。（34）（28）：双踪选择（
20、DVAL）：同时按下CH1 和CH2按钮，屏幕上会出现双踪并自动以断续或交替方式同时显示CH1 和CH2的信号。（31）：叠加（ADD）：显示CH1 和CH2输入电压的代数和。（21）：CH2极性开关（INVERT）：按此开关时CH2显示反相电压值。C 水平方向部分。（15）：扫描时间因数选择开关（TIME/DIV）：共20档。在0.1s/div0.2s/div范围选择扫描速率。（11）：XY控制键。选择XY工作方式时，垂直偏转信号接入CH2输入端，水平偏转信号接入CH1输入端。（23）：通道2垂直移位键（POSITION）：控制通道2信号在屏幕中的垂直位置，当工作在XY方式时，该键用于Y方向
21、的移位。（12）：扫描微调控制键（VARIBLE）：此旋钮以顺时针旋转到底时处于校准位置，扫描由Time/Div开关指示。该旋钮逆时针方向旋转到底，扫描减慢2.5倍以上。正常工作时，该旋钮位于“校准”位置。（14）：水平移位（POSITION）：用于调节轨迹在水平方向移动。顺时针方向旋转，光迹右移，逆时针方向旋转，光迹左移。（9）：扩展控制键（MAG5）、(MAG10,仅YB4360)按下去时,扫描因数5扩展或10扩展.。扫描时间是Time/Div开关指示数值的1/5或1/10。例如，用5扩展时，100s/Div为20s/Div。部分波形的扩展：将波形的尖端移到水平尺寸的中心，按下5或10扩展
22、按钮，波形将扩展5倍或10倍。（8）：ALT扩展按钮（ALTMAG）：按下此键，扫描因数1；5或10同时显示。此时要把放大部分移到屏幕中心，按下ALTMAG键。扩展以后的光迹可由光迹分离控制键（13）移位距1光迹1.5div或更远的地方。同时使用垂直双踪方式和水平ALTMAG可在屏幕上同时显示四条光迹。 D. 触发（TRIG）（18）： 触发源选择开关（SOVRCE）：选择触发信号源。 内触发（INT）：CH1 或CH2上的输入信号是触发信号。 通道2触发（CH2）：CH2上的输入信号是触发信号。 电源触发（LINE）：电源频率成为触发信号。 外触发（EXT）：触发输入上的触发信号是外部信号，
23、用于特殊信号的触发。（43）：交替触发（ALT TRIG）：在双踪交替显示时，触发信号交替来自于两个Y通道，此方式可用于同时观察两路不相关的信号。（19）：外触发输入插座（EXT INPVT）：用于外部触发信号的输入。（17）：触发电平旋钮（TRIG LEVEL）：用于调节被测信号在某一电平触发同步。（10）：触发极性按钮（SLOPE）：触发极性选择 。用于选择信号的上升沿和下降沿触发。（16）：触发方式选择（TRIG MODE）： 自动（AUTO）：在自动扫描方式时，扫描电路自动进行扫描。在没有信号输入或输入信号没有被触发同步时，屏幕上仍然可以显示扫描基线。 常态（NORM）：有触发信号才能
24、扫描，否则屏幕上无扫描线显示。当输入信号频率低于20HZ时，用常态触发方式。（41）：Z轴输入连接器（后面板） （Z AXTS INPVT）：Z轴输入端。加入正信号时，辉度降低；加入负信号时，辉度增加。常态下的5VP-P的信号能产生明显的辉度调节。（39）：通道1输出（CH1 OVT）：通道1信号输出连接器，可用于频率计数器输入信号。（7）：校准信号（CAL）：电压幅度为0.5VP-P频率为1KHZ的方波信号。（27）：接地柱 ：接地端。二 YB4320/20A/40/60型双踪方波器的基本操作方法 1电源和扫描 （1）确认所用市电电压在198V242V。确保所用保险丝为指定的型号。 （2）断
25、开“电源”开关，把电源开关（POWER）弹出即为“关”位置。将电源线接入。 （3）设定各个控制键在下列相应位置： 亮度（INTENSITY）：顺时针方向旋转到底；聚焦（FOCUS）：中间；垂直移位（POSITION）：中间（5）键弹出； 垂直方式：CH1； 触发方式（TRIG MODE）：自动（AUTO）； 触发源（SOVRCE）：内（INT）； 触发电平（TREG LEVEL）：中间；时间/格（Time/Div）：0.5s/div； 水平位置：X1（5MAG）（10MAG）均弹出。 （4）接通“电源”开关，大约15S后，出现扫描光迹。 2聚焦 （1）调节“垂直位移”旋钮，使光迹移至荧光屏观测
26、区域的中央。 （2）调节“辉度（INTENSITY）旋钮”将光迹的亮度调至所需要的程度。 （3）调节“聚焦（FOCUS）旋钮”，使光迹清晰。 3加入触发信号 （1）将下列控制开关或旋钮置于相应的位置： 垂直方式：CH1； ACGNDDC（CH1）：DC；V/DIV（CH1）：5mv ； 微调（CH1）：（CAL）校准： 耦合方式：AC； 触发源：CH1 （2）用探头将“校正信号源”送到CH1输入端。 （3）将探头的“衰减比”旋转置于“10”档位置，调节“电平”旋钮使仪器触发。三YB4320/20A/40/60型双踪方波器的测量操作方法。 1电压测量 （1）电压的定量测量。将“V/DIV”微调置
27、于“CAL”位置，就可以进行电压的定量测量。测量值可由下列公式计算后得到： 用探头“1位置”进行测量时，其电压值为：V=V/DIV设定值信号显示幅度（DIV） 用探头“10位置”进行测量时，其电压值为：U=V/DIV设定值信号显示幅度（DIV）10。 （2）直流电压测量。 该仪器具有高输入阻抗，高灵敏度和快速响应的优势，下面介绍测量过程： 将“扫描方式”开关置“AUTO”（自动）位置，选择“扫描速度”使扫描光迹不发生闪烁的现象。 将“ACGNDDC”开关置“GND”位置，且将被测电压加到输入端。扫描线的垂直位移即为信号的电压幅度。如果扫描线上移，则被测电压相对地电位为正；如果扫描线下移，则该电
28、压相对地电位为负。电压 值可用上面公式求出。例如，将探头衰减比置于10位置，垂直偏转因数（V/Div）置于“0.5v/div”,微调旋钮置于“CAL”位置，所测得的扫描光迹偏高5div。根据公式，被测电压为： 0.5(V/DIV)5(DIV)10=25V（3）交流电压测量。调节“V/DIV”切换开关到合适的位置，以获得一个易于读取的信号幅度。从下面图B1.3所示的图形中读出该幅度并用公式计算之。 图B1.3 交流电压测量 当测量叠加在直流电压上的交流电压时,将”AC-GND-DC”开关置于DC位置时就可测出所包含直流分量的值.如果仅需测量交流分量,则将该开关置于“AC”位置。按这种方法测得的值
29、为峰峰值电压（VPP）。正弦波信号有效值为： 例如，将探头衰减比置于1的位置，垂直偏转因数（V/DIV）置“5v/div”位置，“微调”旋钮置于“校正（CAL）”位置，所测得波形峰一峰值为6格（见图B1.3所示）。则UPP=5（V/div）6(div)=30V有效值电压为： V=30/=10.6（V）2时间测量 信号波形两点间的时间间隔可按下列公式进行计算： 时间（s）=(Time/DIV)设定值对应于被测时间的长度（div）“5倍扩展”旋钮设定值的倒数。 上式中：置“Time/DIV”微调旋钮于CAL位置。读取“Time/DIV”以及“5倍扩展”旋钮设定值。“5倍扩展”旋钮设定值的倒数在扫描未扩展时为“1”，在扫描扩展时是“1/5”。（1） 脉冲宽度测量方法如下： 调节脉冲波形的垂直位置，使脉冲波形的顶部和底部距刻度水平线的距离相等，如图B1.4所示 调节“Time/DIV”开关到合适位置,使扫描信号光迹易于观测. 读取上升沿和下降沿中点之间的距离,即脉冲沿与水平刻度线相交的两点之间的距离,然后用公式计算脉冲宽度.例如图B1.4中“Time/DIV”设定在10s/div位置，则有脉冲宽度 ta=10(s/div)2.5(div)=25(s)(2) 图B1.4 脉冲宽度测量脉冲
