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实验指导教材
实验指导教材
实践教学条件

实验指导教材

                   实验一  基本逻辑门逻辑实验

(验证性实验)

一、实验目的

    l. 掌握 TTL 与非门、或非门和异或门输入与输出之间的逻辑关系。

    2. 熟悉 TTL 中、小规模集成电路的外型、管脚和使用方法。

二、实验所用器件和仪表

    1. 二输入四与非门 74LS00        1

    2. 二输入四或非门 74LS28        1

    3. 二输入四异或门 74LS86        1

 

三、实验内容

1. 测试二输入四与非门 74LSOO 一个与非门的输入和输出之间的逻辑关系。

2. 测试二输入四或非门 74LS28 一个或非门的输入和输出之间的逻辑关系。

3. 测试二输入四异或门 74LS86 一个异或门的输入和输出之间的逻辑关系。

4. 用与非门实现与门、非门、或门、或非门、异或门的逻辑关系。

 

四、实验提示

    1. 将被测器件插入实验台上的14芯插座中。

2. 将器件的引脚7与实验台的“地(GND)”连接,将器件的引脚14与实验台的+5V 连接。

3. 用实验台的电平开关输出作为被测器件的输入。拨动开关,则改变器件的输入电平。 

4. 将被测器件的输出引脚与实验台上的电平指示灯连接。指示灯亮表示输出电平为1,指示灯灭表示输出电平为0

 

五、实验接线图及实验结果

    74LS00中包含4个二与非门,74LS28中包含4个二或非门,74LS86中包含4个异或门,下面各画出测试第一个逻辑门逻辑关系的接线图及测试结果。测试其他逻辑门时的接线图与之类似。测试时各器件的引脚7接地,引脚14接+5V。图中的KlK2 是电平开关输出,LEDO是电平指示灯。

     1. 测试74LS00逻辑关系接线图及测试结果

输入

输出

B

A

Y

L

L

H

L

H

H

H

L

H

H

H

L

 

 

 

 

 

 

 

2. 测试 74LS28 逻辑关系接线图及测试结果

输入

输出

B

A

Y

L

L

H

L

H

L

H

L

L

H

H

L

              

 

 

 

 

3. 测试74LS86 逻辑关系接线图及测试结果

输入

输出

B

A

Y

L

L

L

L

H

H

H

L

H

H

H

L

  

 

 

 

 

 

4. 用与非门实现与门、非门、或门、或非门、异或门的逻辑关系。

方法:1先化简逻辑表达式  

      2根据逻辑表达式画出逻辑电路图,并根据器件引脚图标出各引脚序号,以保证接线一次正确。

      3在实验箱上搭接线路,经检查正确无误后,开启电源开关,按照或门的逻辑真值表验证。          

六、实验要求

1、认真、对立地完成实验,学会集成电路正方向的识别方法、引脚图的识别以及正确插拔集成电路的方法;

2、学会逻辑开关、LED指示灯的使用方法;

3画出每一个实验内容的逻辑电路图,写出逻辑关系式,并如实记录实验数据。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验二   数据选择器和译码器

(验证性实验)

一、实验目的

    1. 熟悉译码器的逻辑功能。

    2. 掌握用2线-4线译码器扩展成3线-8线译码器的方法。

3. 熟悉数据选择器的逻辑功能。

    4. 学习用数据选择器构成组合逻辑电路的方法。

二、实验所用器件和仪表

    1. 4 l 数据选择器 74LSl53       1

    2. 2 线-4 线译码器   74LS139       1

    3. 万用表               1

    4. 示波器               l

三、实验原理

译码器是一个多输入、多输出的组合逻辑电路。它的作用是把给定的代码进行“翻译”,变成相应的状态,使输出通道中相应的一路有信号输出。译码器在数字系统中有广泛的用途,不仅用于代码的转换、终端的数字显示,还用于数据分配,存贮器寻址和组合控制信号等。不同的功能可选用不同种类的译码器。

译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类。前者又分为变量译码器和代码变换译码器。

1.变量译码器(又称二进制译码器),用以表示输入变量的状态,如2线-4线、3线-8线和4线-16线译码器。若有n个输入变量,则有2n个不同的组合状态,就有2n 个输出端供其使用。而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。

二进制译码器实际上也是负脉冲输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息,器件就成为一个数据分配器(又称多路分配器),如3.1所示。若在S1输入端输入数据信息,0,地址码所对应的输出是S1数据信息的反码;若从端输入数据信息,S110地址码所对应的输出就是端数据信息的原码。若数据信息是时钟脉冲,则数据分配器便成为时钟脉冲分配器。

根据输入地址的不同组合译出唯一地址,故可用作地址译码器。接成多路分配器,可将一个信号源的数据信息传输到不同的地点。

二进制译码器还能方便地实现逻辑函数,如图3.2所示,实现的逻辑函数是

ZABC

 

 

 

 

 

 

 

          

 

 3.1   作数据分配器           3.2  实现逻辑函数

    2.数码显示译码器

     a、七段发光二极管(LED)数码管

    LED数码管是目前最常用的数字显示器,图3.3(a)(b)为共阴管和共阳管的电路,(c)为两种不同出线形式的引出脚功能图。

一个LED数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管(0.5寸和0.36寸)每段发光二极管的正向压降,随显示光(通常为红、绿、黄、橙色)的颜色不同略有差别,通常约为22.5V,每个发光二极管的点亮电流在510mALED数码管要显示BCD码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器,该译码器不但要完成译码功能,还要有相当的驱动能力。

 
 

 

 

 

 

 


       (a) 共阴连接(“1”电平驱动)       (b) 共阳连接(“0”电平驱动)

 
 

 

 

 

 

 

 

 


(c) 符号及引脚功能

3.3   LED数码管

    bBCD码七段译码驱动器

    此类译码器型号有74LS47(共阳),74LS48(共阴),CC4511(共阴)等。

 

数据选择器又叫“多路开关”。数据选择器在地址码(或叫选择控制)电位的控制下,从几个数据输入中选择一个并将其送到一个公共的输出端。数据选择器的功能类似一个多掷开关,如图3.4所示,图中有四路数据D0D3,通过选择控制信号 A1A0(地址码)从四路数据中选中某一路数据送至输出端Q

 
 

 

 

 

 

 

 

 


               3.4   41数据选择器示意图

数据选择器为目前逻辑设计中应用十分广泛的逻辑部件,它有214181161等类别。

数据选择器的电路结构一般由与或门阵列构成,也有用传输门开关和门电路混合而成的。

所谓双41数据选择器就是在一块集成芯片上有两个41数据选择器。引脚排列如图3.5,功能如表3.1

                 3.1 

     

 

 

A1

A0

Q

1

×

×

0

0

0

0

D0

0

0

1

D1

0

1

0

D2

0

1

1

D3

    3.5  74LS153引脚功能

为两个独立的使能端;A1A0为公用的地址输入端;1D01D32D02D3分别为两个41数据选择器的数据输入端;Q1Q2为两个输出端。

    1)当使能端)=1时,多路开关被禁止,无输出,Q0

    2)当使能端)=0时,多路开关正常工作,根据地址码A1A0的状态,将相应的数据D0D3送到输出端Q

    如:A1A000  则选择DO数据到输出端,即QD0

        A1A001  则选择D1数据到输出端,即QD1,其余类推。

    数据选择器的用途很多,例如多通道传输,数码比较,并行码变串行码,以及实现逻辑函数等。

41数据选择器74LS153实现函数

     函数F的功能如表3.2所示

3.2                           3.3

   

输出

中选数据端

A

B

C

F

 

0

0

0

1

0

0

D00

0

1

0

1

0

1

D1C

1

0

0

1

0

1

D2C

1

1

0

1

1

1

D31

   

输出

 A

B

C

F

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

    函数F有三个输入变量ABC,而数据选择器有两个地址端A1A0少于函数输入变量个数,在设计时可任选AA1BA0。将函数功能表改画成3.3形式,可见当将输入变量ABCB接选择器的地址端A1A0,由表3.3不难看出:

D00  D1D2C  D31

   41数据选择器的输出,便实现了函数

接线图如图3.6所示。              

            3.6   41数据选择器实现

当函数输入变量大于数据选择器地址端(A)时,可能随着选用函数输入变量作地址的方案不同,而使其设计结果不同,需对几种方案比较,以获得最佳方案。

四、实验内容

1. 测试74LSl39中一个24译码器的逻辑功能。

      4个译码输出引脚Y0Y3接电平指示灯。改变引脚G BA的电平,产生8种组合。观测并记录指示灯的显示状态。

2. 利用使能端将两个2线-4线译码器组合成一个3线-8线译码器(设计性内容)

3. 测试74LS153中一个41数据选择器的逻辑功能。

      4个数据输入引脚C0C3分别接实验台上的1O MHz1MHz500KHz100KHz脉冲源。变化数据选择引脚AB和使能引脚G的电平,产生8种不同的组合。观测每种组合下数据选择器的输出波形。

4.用双41数据选择器74LS153实现全加器(设计性内容)。

      1)写出设计过程

      2)画出接线图

3)验证逻辑功能

五、实验接线图及实验结果

输入端

输出端

允许

G

选择

B

A

Y3

Y2

Y1

YO

H

X

X

H

H

H

H

L

L

L

H

H

H

L

L

L

H

H

H

L

H

L

H

L

H

L

H

H

L

H

H

L

H

H

H

 1. 74LS139 实验接线图和 74LS139 真值表

  

 

3.7   74LS139实验接线图               3.4   74LS139真值表

3.7中,KIK2K3是电平开关输出,LEDOLED1LED2LED3 是电平指示灯。

 

2. 2线-4线译码器扩展成3线-8线译码器

   利用使能端将两个2线-4线译码器组合成一个3线-8线译码器。

要求:自己设计电路,画出电路图,并进行验证。测试时,引脚GBA接电平开关,8个输出引脚Y0Y7 接电平指示灯。改变引脚 GBA 的电平,产生 8 种组合。观测并记录指示灯的显示状态。分析电路工作原理。

3. 74LS153实验接线图和74LS153真值表

 选择

输入

数据输入

选通

输出

B

A

CO

Cl

C2

C3

G

Q

X

X

X

X

X

X

H

L

L

L

L

X

X

X

L

L

L

L

H

X

X

X

L

H

L

H

X

L

X

X

L

L

L

H

X

H

X

X

L

H

H

L

X

X

L

X

L

L

H

L

X

X

H

X

L

H

H

H

X

X

X

L

L

L

H

H

X

X

X

H

L

H

 

 

 

    3.8    74LS153实验接线图                3.5   74LS153真值表

3.8中,KlK2K3是电平开关输出。

3.6

选择输入

选通

输出

B

A

G

Q

频率

周期

X

X

H

L

——

——

L

L

L

DO

 

 

L

H

L

D1

 

 

H

L

L

D2

 

 

H

H

L

D3

 

 

 

74LSl3974LSl53中,引脚 G 用于控制输出。在74LSl53中,当G为高电平时,禁止输出,输出为低电平;当G为低电平时,允许输出,由数据选择端BA决定,DODlD2D3中的哪路数据送往数据输出端Q。在74LS139中,当G为高电平时,禁止输出,所有输出YOYlY2Y3为高电平;当G为低电平时,允许输出,由数据选择端BA决定,输出YOYlY2Y3中的哪路数据为低电平。

4.自行完成。

 

五、实验预习要求

    1. 复习有关译码器和分配器的原理。

2. 根据实验任务,画出所需的实验线路及记录表格。

3. 复习数据选择器的工作原理。

 

六、实验报告

1. 画出接线图、进行逻辑功能测试;

2. 对设计性内容,写出设计全过程;

3. 总结实验收获、体会;

4. 对实验结果进行分析、讨论。

 

实验三     计数器

(设计性实验)

 

一、实脸目的

    1. 掌握计数器 74LS162 的功能。

    2. 掌握计数器的级联方法。

    3. 熟悉任意模计数器的构成方法。

    4. 熟悉数码管的使用。

 

二、实验说明

    计数器器件是应用较广的器件之一。它有很多型号,各自完成不同的功能,供使用中根据不同的需要选用。本实验选用 74LS162 做实验用器件。74LS162 引脚图见附录。 74LS162 是十进制 BCD 同步计数器。Clock 是时钟输入端,上升沿触发计数触发器翻转。允许端P T 都为高电平时允许计数,允许端 T 为低时禁止 Carry产生。同步预置端 Load 加低电平时,在下一个时钟的上升沿将计数器置为预置数据端的值。清除端 Clear 为同步清除,低电平有效,在下一个时钟的上升沿将计数器复位为0 74LS162 的进位位Carry在计数值等于 9 时,进位位 Carry为高,脉宽是1 个时钟周期,可用于级联。

    1. 用复位法获得任意进制计数器

    假定已有N进制计数器,而需要得到一个M进制计数器时,只要MN,用复位法使计数器计数到M时置“0”,即获得M进制计数器。如图9.1所示为一个由CC40192十进制计数器接成的6进制计数器。

   2. 利用预置功能得到M进制计数器

 

三、实验所用器件和仪器

    1. 同步 4 BCD 计数器 74LS162                2

    2. 二输入四与非门 74LS00                       1

    3. 示波器                                      1

 

四、实验内容

l. 1 74LS162 l74LSOO 采用复位法构成一个模 7 计数器。

  1)自行设计电路,画出电路图。

2)用单脉冲做计数时钟,观测计数状态,并记录,写出状态转移表。

3)用1 MHz连续脉冲做计数时钟,观测并记录 QDQC QBQA的波形。

2. 1 74LS162 l74LSOO 采用置位法构成一个模 7 计数器。

  1)自行设计电路,画出电路图。

2)用单脉冲做计数时钟,观测计教状态,并记录,写出状态转移表。

3)用1 MHz连续脉冲做计数时钟,观测并记录 QDQC QBQA的波形。

3. 用两片 74LS162 l74LS00 构成一个模 60 计数器。

    自行设计电路,画出电路图。274LSl62 QDQC QBQA分别接两个数码管的DBCA 。用单脉冲做计数时钟,观测数码管数字的变化,记录计数周期,检验设计和接线是否正确。

4. 用两片 74LS162 l74LS00 构成一个模 24 计数器。

 

五、参考实验方案

1. 采用复位法构成一个模 7 计数器,接线图如图6.1

           6.1  复位法七进制计数器        6.2  置位法七进制计数器

 

 2. 采用置位法构成一个模 7 计数器,接线图如图6.2

 

六、实验预习要求

  1. 复习有关计数器部分内容。

   2. 绘出各实验内容的详细线路图。

    3. 拟出各实验内容所需的测试记录表格

  4. 查手册,给出并熟悉实验所用各集成块的引脚排列图。

 

七、实验报告

  1、画出实验线路图,记录计数器状态转移表,绘出实验所得的波形图。对实验结果进行分析。

  2、总结使用集成计数器的体会。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验四  计数、译码和显示电路

 

实验目的:

 

1. 掌握二进制加减计数器的工作原理。

2. 熟悉中规模集成计数器及译码驱动器的逻辑功能和使用方法。

二、实验准备:

 

1.计数:

计数是一种最简单、最基本的逻辑运算,计数器的种类繁多,如按计数器中触发器翻转的次序分类,可分为同步计数器和异步计数器;按计数器计数数字的增减分类,可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器等。

触发器组成的十进制异步加法计数器如图1所示。

1

时钟 时钟允许 复位

输 出 状 态

   ×   

×      

×   ×   

 

         

↓   ×   

×   ↑   

×   ↓   

不变

不变

计数器复位(=~=)

进到下一级

 不变

 不变

进到下一级

目前,各种类型的计数器已有专门的集成电路,例如CD4017,它是一片十进制计数/分频器,该器件具有10个译码输出端,每个译码输出通常处于低电平,且在时钟脉冲由低到高的转换过程中依次进入高电平,每个输出在高电平维持10个时钟周期中的1时钟周期,输出10进入低电平后,进位输出由低转到高,并能与时钟允许端连成N级。表.1为其功能表,图.2是其管脚排列图。

 

1


  
         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

另外一种可预计的十进制加减可逆计数器CD4510用途也非常广,其引脚排列如图3.11.3所示,其中,为预计计数使能端,为进位输入端, ~为预计的输入端,为进位输出端,/为加减控制端,为复位端,CD4510输入、输出间的逻辑功能如表2所示。

2

工作状态

1

×

0

0

停止计数

0

1

0

0

加法计数

0

0

0

0

减法计数

×

×

1

0

预置数

×

×

×

1

复位

 

 

 

 

3

 

。                

 

2. 译码与显示:

十进制计数器的输出经译码后驱动数码管,可以显示0~9十个数字,CD4511BCD~7段译码驱动集成电路,其引脚排列如图4所示。为试灯输入,为消隐输入,为锁定允许输入,BCD码输入,a~g为七段译码。CD4511的逻辑功能如表3所示。

LED数码管是常用的数字显示器,分共阴和共阳两种,BS112201是共阴的磷化镓数码管,其外形和内部结构如图5所示。

 

.4

 

 

 

.5

 

 

3                                            

     

     

a

b

c

d

e

f

g

显示

×

×

0

×

×

×

×

1

1

1

1

1

1

1

8

×

0

1

×

×

×

×

0

0

0

0

0

0

0

消隐

 

 

 

 

0

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

2

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

3

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

4

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

5

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

6

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

7

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

8

1

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

9

 

 

0

 

 

1

 

 

1

1

0

1

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

0

 

 

消隐

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

三、计算机仿真实验内容:

 

1. 计数10的电路:

(1). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条“CMOS”按钮,从弹出的对话框“Family”栏中选“CMOS_10V”,再在“Component 栏中选取4093BD4017BD各一只,如图6所示,将它们放置在电子平台上。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.11.6

(2). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条“Source”按钮,从弹出的对话框“Family”栏中选“POWER_SOURCES”,再在“Component 栏中选取“VDD”和地线,将它们调出放置在电子平台上。

(3). 双击“VDD”图标,将弹出如图.7所示对话框,将“Voltage”栏改成“10V,再点击下方“确定”按钮退出。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.7

(4). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧真实元件工具条“DIODE”按钮,从弹出的对话框“Family”栏中选“LED”,再在“Component 栏中选取“LED_red”红色发光二极管共10只,如图8所示。将它们调出放置在电子平台上;其它元件调法不再赘述,将所有元件调齐并连成仿真电路如图3.11.9所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

9

(5). 置低电平,再打开仿真开关,然后再将置高电平,观察发光二极管发光情况,并能解释电路工作原理。

2. 一位计数、译码和显示电路:

(1). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条“CMOS”按钮,从弹出的对话框“Family”栏中选“CMOS_5V”,再在“Component 栏中选取4510BD4511BD各一只,如图10所示,将它们放置在电子平台上。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

(2). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条“Indicator”按钮,如图3.11.10所示,从弹出的对话框“Family”栏中选“HEX_DISPLAY”,再在“Component 栏中选取“SEVEN_SEG_COM_K”,如图3.11.11所示,再点击对话框右上角“OK”按钮,将共阴数码管调出放置在电子平台上。其它元件调法不再赘述。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

(3). 将所有元件调齐并连成仿真电路如图12所示。

 

12

   (4). 开仿真开关,将置低电平,置高电平,每次将从低电平改变成高电平,观察数码管变化情况;再置低电平,重复上述实验,并能解释之。

 

实验五   555电路应用

 

实验目的:

 

1. 了解555电路的工作原理。

2. 学会分析555电路所构成的几种应用电路工作原理。

    3.掌握555电路的具体应用。

二、实验准备:

 

555电路是一种常见的集模拟与数字功能于一体的集成电路。只要适当配接少量的元件,即可构成时基振荡、单稳触发等脉冲产生和变换的电路,其内部原理图如图1所示,其中(1)脚接地,(2)脚触发输入,(3)脚输出,(4)脚复位,(5)脚控制电压,(6)脚阈值输入,(7)脚放电端,(8)脚电源。

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

555集成电路功能如表.1所示。   

.1

 

*

×

×

<1/3

>1/3

×

>2/3

<2/3

<2/3

原状态

导通

导通

截止

原状态

注:1.(5)脚通过小电容接地。

2.*栏对CMOS 555电路略有不同。

 

2555振荡电路,从理论上我们可以得出:

振荡周期:  ...........................……......1

高电平宽度:  ..........................……......2             

占空比:   =............................................…...... 3

                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.2                       .3

 

3555单稳触发电路,我们可以得出(3)脚输出高电平宽度为:               

          .............................................................4

 

三、计算机仿真实验内容:

 

1. 时基振荡发生器:

 

(1). 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条“Mixed”按钮,如图.4所示,从弹出的对话框“Family”栏中选“TIMER”,再在“Component”栏中选“LM555CM”,如图5所示,点击对话框右上角“OK 按钮将555电路调出放置在电子平台上。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.5

 

(2). 从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条中调出其它元件,并从基本界面左侧右侧调出虚拟双踪示波器,按图.6在电子平台上建立仿真实验电路。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.6

 

(3). 打开仿真开关,双击示波器图标,观察屏幕上的波形,示波器面板设置参阅图7利用屏幕上的读数指针对波形进行测量,并将结果填入表.2中。                                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

.2 :

 

 

 

周期

高电平宽度

占空比

理论计算值

 

 

 

实验测量值

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 占空比可调的多谐振荡器:

 

(1). 在电子仿真软件Multisim7电子平台上建立如图8所示仿真                           电路。其中电位器从电子仿真软件Multisim7左侧左列虚拟元件工具条中调出,并双击电位器图标,将弹出的对话框的“Increment 栏改为“1%;将“Resistance”改成“10kOhm,按对话框下方“确定”按钮退出,如图9所示。                 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

(2). 打开仿真开关,双击示波器图标将从放大面板的屏幕上看到多谐振荡器产生的矩形波如图10所示,面板设置参阅图10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

(3). 调节电位器的百分比,可以观察到多谐振荡器产生的矩形波占空比发生变化,分别测出电位器的百分比为30%70%时的占空比,并将波形和占空比填入表3中。

 

3

 

电位器位置

 

 

 

占空比

 

30%

 

 

 

 

70%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. 单稳态触发器:                 

(1). 按图11Multisim7电子平台上建立仿真实验电路。其中信号源从基本界面左侧左列真实元件工具条的“Source”电源库中调出,选取对话框“Family”栏的“ SIGNAL_VOLTAG...”,然后在“Component”栏中选“CLOCK_VO                 

LTAGE“,点击对话框右上角“OK”按钮,将其调入电子平台,然后双击图标,在弹出的对话框中,将“Frequency”栏设为5KHz,“Duty”栏设为90%,按对话框下方“确定”退出;XSC1为虚拟4踪示波器。

 

11

 

(2). 打开仿真开关,双击虚拟4踪示波器图标,从打开的放大面板上可以看到的波形,如图、12所示。4踪示波器的调试方法可参阅P248实验3.8相关内容,面板设置参阅图、12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

(3). 利用屏幕上的读数指针读出单稳态触发器的暂稳态时间,并与用公式.4计算的理论值比较。

实验六   D/A转换器

实验目的:

 

1. 熟悉D/A转换器数字输入与模拟输出之间的关系。

2. 学会设置D/A转换器的输出范围。

3. 学会测量D/A转换器的输出偏移电压。

4. 掌握测试D/A转换器的分辩率的方法。

二、实验准备:

 

1. D/A转换:

我们把从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换或D/A转换,把实现D/A转换的电路称D/A转换器,简称DACD/A转换的过程是,先把输入数字量的每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量,然后将代表各位的模拟量相加,即可得到与该数字量成正比的模拟量,从而实现数字/模拟转换。DAC通常由译码网络、模拟开关、求和运算放大器和基准电压源等部分组成。

DAC的满度输出电压,为全部有效数码1加到输入端时的DAC的输出电压值。满度输出电压决定了DAC的输出范围。

DAC的输出偏移电压,为全部有效数码0加到输入端时的DAC的输出电压值。在理想的DAC中,输出偏移电压为0。在实际的DAC中,输出偏移电压不为0。许多DAC产品设有外部偏移电压调整端,可将输出偏移电压调为0

DAC的转换精度与它的分辩率有关。分辩率是指DAC对最小输出电压的分辩能力,可定义为输入数码只有最低有效位1时的输出电压与输入数码为全1时的满度输出电压之比,即:

分辩率=........................................................1

一定时,输入数字代码位数越多,则分辩率越小,分辩能力就越高。

18位电压输出型DAC电路,这个电路可加深我们对DAC数字输入与模拟输出关系的理解。DAC满度输出电压的设定方法为,首先在DAC数码输入端加全1(11111111),然后调整2k电位器使满度输出电压值达到输出电压的要求。

2为一个8位电压输出型DAC4位二进制计数器7493相连,计数器的输入时钟脉冲由1kHz信号发生器提供。电路中只有DAC4位输入端接到计数器的输出端,高4位输入端接地。这意味着这个DAC最多只有15级模拟电压输出,而不是通常8DAC255级。计数器在计到最后一个二进制数1111时,将复位到0000,并开始新一轮计数。因此在示波器的屏幕上,所看到的DAC模拟电压输出曲线像是一个15级阶梯。通过测量示波器曲线图上第15级的最大电压值,可确定DAC满度输出电压。这个电压将小于全8位数码输入时255DAC的满度输出电压。

.1

 

.2

2D/A转换器DAC0832简介:

    DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片电流输出型8位数/模转换器。

3DAC0832的逻辑框图及引脚排列图。

3

 

器件的核心部分采用型电阻网络的8D/A转换器,如图4所示。

 

4

它是由倒-电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压四部分组

成。运算的输出电压为:

  …………2

由上式可见,输出电压与输入的数字量成正比,这就实现了从数字量到模拟量的转换。

一个8位的D/A转换器,它有8个输入端,每个输入端是8位二进制数的一位,有一个模拟输出端,输入可有28 = 256个不同的二进制组态,输出为256个电压之一,即输出电压不是整个电压范围内任意值,而只能是256个可能值。

DAC0832的引脚功能说明如下:

:数字信号输入端

:输入寄存器允许,高电平有效

:片选信号,低电平有效

:写信号1,低电平有效

:传送控制信号,低电平有效

:写信号2,低电平有效

DAC电流输出端

:反馈电阻,是集成在片内的外接运放的反馈电阻

:基准电压(-10~ +10)V

:电源电压(+5~+15)V

DAC0832输出的是电流,要转换为电压,还必须经过一个外接的运算放大器,实验线路如图.5所示。

 

5

三、计算机仿真实验内容:

 

1. 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“Mixed”按钮,从弹出的对话框“Family”栏选取“ADC_DAC”,再在“Component”栏选取“VDAC”如图6所示,最后点击右上角“OK”按钮,将D/A转换器调出放置在电子平台上。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

2. 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧右列虚拟元件工具条,从弹出的元件列表框中选取电位器,调出放置在电子平台上,并双击电位器图标,将弹出的对话框中“Increment”栏改成“1%;将“Resistance”栏改成“2kOhm最后点击对话框下方“确定”按钮退出。

3. 直流电压源从电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列元件工具条“Source”元件库中调出,并双击电压源图标,将弹出的对话框“Voltage 栏改成“10V点击对话框下方“确定”按钮退出;其它元件调法不再赘述。

    4.在Multisim7平台上建立如图3.13.1仿真实验电路。

5. 打开仿真开关进行动态分析,将所有的逻辑开关置1,指示灯都亮。调整电位器(一般置50%处即可),使DAC输出电压尽量接近5V(4.972V),这时DAC的满度输出电压已设置成为5V

6.根据需要按键盘上的键,将DAC的数码输入逐渐改为00000000~0000011111111111,在表1中记录数/.模转换器相应的输出电压。

1

二进制输入

输出电压(V)

00000000

 

00000001

 

00000010

 

00000011

 

00000100

 

00000101

 

00000110

 

00000111

 

11111111

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. 根据DAC的满度输出电压和8位输入的级数,计算图1所示DAC电路的分辩率。

8. 根据表1的数据,计算这个DAC的分辩率。

9. 关闭仿真开关。保留图3.13.1中的VDAC10V电压表和2k电位器,删除其它所有元件。

10. 单击电子仿真软件Multisim7基本界面左侧左列真实元件工具条的“TTL”按钮,从弹出的对话框“Family”栏选取“74STD”,再在“Component”栏选取“7493N”如图7所示,最后点击右上角“OK”按钮,将4位二进制计数器调出放置在电子平台上。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

11. 从电子仿真软件Multisim7基本界面右侧调出虚拟函数信号发生器和双踪示波器,将它们放置在电子平台上,连成仿真电路如图3.13.2所示。

12. 打开仿真开关进行动态分析。双击虚拟函数信号发生器图标,弹出的放大面板参照图8(左图)设置;双击虚拟示波器,在在放大面板屏幕上将显示出DAC模拟输出的阶梯波。虚拟示波器放大面板设置参照图3.13.8(右图)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

13.利用虚拟示波器放大面板屏幕上的波形,测量并记录DAC的分辩率和满度

 

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