數(shù)字電子技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū).doc

數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 綜 合實(shí) 訓(xùn) 指 導(dǎo) 書(shū)目 錄第一節(jié) 課程設(shè)計(jì)的目的及要求- 3第二節(jié) 數(shù)字電子電路的設(shè)計(jì)方法 -4第三節(jié) 數(shù)字電路的安裝、調(diào)試方法-9第四節(jié) 數(shù)字電路設(shè)計(jì)內(nèi)容及原理簡(jiǎn)介-14第五節(jié) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的要求-19第一節(jié) 綜合實(shí)訓(xùn)的目的及要求一、目的主要目的，是提高學(xué)生在數(shù)字集成電路應(yīng)用方面的實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，。學(xué)生通過(guò)電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、整理資料等環(huán)節(jié)，初步掌握工程設(shè)計(jì)思想與方法，訓(xùn)練組織電路開(kāi)發(fā)工作的基本技能，學(xué)會(huì)編寫(xiě)設(shè)計(jì)文件，逐步了解開(kāi)展科學(xué)實(shí)踐的程序。二、基本要求通過(guò)課程設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)的實(shí)踐，同學(xué)們應(yīng)達(dá)到如下要求：1 掌握數(shù)字電路分析和設(shè)計(jì)的基本方法；2 掌握數(shù)字電路的安裝、調(diào)試以及故障分析的專業(yè)技能；3具備查閱資料，應(yīng)用資料分析和解決問(wèn)題的能力。三、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)：1完成一規(guī)定電路的安裝與調(diào)試 2完成一任選電路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試四、課程設(shè)計(jì)完成的內(nèi)容：1 數(shù)字電路設(shè)計(jì)書(shū)2符合設(shè)計(jì)功能的電路第二節(jié) 數(shù)字電子電路的設(shè)計(jì)方法數(shù)字電路系統(tǒng)一般由輸入電路、控制電路、輸出電路、時(shí)鐘電路、脈沖產(chǎn)生電路和電源等部分組成。輸入電路主要作用是將被信號(hào)加工變換成數(shù)字信號(hào)、其形式包括各輸入接口電路。比如用正弦波振蕩器產(chǎn)生信號(hào)，要經(jīng)過(guò)放大器對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大與整形后，才能得到數(shù)字信號(hào)，有些模擬信號(hào)要經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，必須首先了解輸入信號(hào)的性質(zhì)及接口條件，以滿足設(shè)計(jì)要求。控制電路的功能是將信息進(jìn)行加工處理，并為系統(tǒng) 各部分提供所需的各種控制。如數(shù)電書(shū)中所舉的彩燈顯示控制器，其定時(shí)器為一控制電路，正是在它的作用下，計(jì)數(shù)脈沖才按一定的霎時(shí)間周期，一組一組地送給地址計(jì)數(shù)順，形成時(shí)間控制。在數(shù)字頻率計(jì)中，從JK觸發(fā)器兩個(gè)反相輸出端輸出的信號(hào) 也是控制信號(hào)，它即了被測(cè)信號(hào)送至計(jì)數(shù)器的時(shí)間，同時(shí)又控制眲鎖存器在計(jì)數(shù)完畢后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。在具有整電報(bào)時(shí)功能的時(shí)鐘電路中，報(bào)時(shí)控制電路實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)到51、53、55、57、59秒時(shí)的五聲和整點(diǎn)時(shí)的一聲報(bào)時(shí)功能。產(chǎn)生這種信號(hào)輸出的電路即為控制電路。數(shù)字電路系統(tǒng)中，各種邏輯運(yùn)算、判別電路等都是電路，它們是整個(gè)系統(tǒng)的核心。設(shè)計(jì)控制電路是數(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要的內(nèi)容，必須充分注意不同信號(hào)之間的邏輯關(guān)系與時(shí)序關(guān)系。輸出電路是系統(tǒng)最后邏輯功能的重要部分。數(shù)字電路系統(tǒng)中存在各種各樣的輸出接口電路，其功能可能是發(fā)送一組經(jīng)系統(tǒng)處理后的數(shù)據(jù)，或顯示一組數(shù)字，或?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變成模擬信號(hào)等。比如數(shù)字頻率計(jì)的顯示譯碼與數(shù)碼管電路，彩燈控制器的并行移位寄存器級(jí)驅(qū)動(dòng)電路等，都屬于系統(tǒng)的輸出電路。設(shè)計(jì)輸出電路時(shí)，必須注意電路與負(fù)載在電平、信號(hào)極性、拖動(dòng)能力等方面要相配的問(wèn)題。 時(shí)鐘電路是數(shù)字電路各級(jí)組織訓(xùn)的靈魂，它屬于一種控制 電路，整個(gè)系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時(shí)鐘電路包括主時(shí)鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖的電路。設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時(shí)鐘的頻率，再由它與其他控制信號(hào)結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的各種時(shí)鐘脈沖。電源為整個(gè)系統(tǒng)工作提供所需的能源，為各端口提供 所 直流電平。在數(shù)字電路系統(tǒng)中，TTL電路對(duì)電源電壓 要求比較嚴(yán)格，電壓值必須是在一定范圍內(nèi)。COMS電路對(duì)電源電壓的要求相對(duì)比較寬松。設(shè)計(jì)電源時(shí)，必須注意電源的負(fù)載能力，電壓和穩(wěn)定度及紋波系數(shù)等。因?yàn)槿魏螐?fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)都由不同層次、相對(duì)獨(dú)立、具有特定功能的子系統(tǒng)(單元電路)組成，為此在設(shè)計(jì)時(shí)，先將系統(tǒng)分解成若干個(gè)單元電路。然后中，對(duì)單元電路的功能及性能，以及單元電路之間的邏輯關(guān)系、時(shí)序關(guān)系進(jìn)行分析，選用合適的單元數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)。最后，將各子系統(tǒng)組合起來(lái)，便完成了整個(gè)完整系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。按照這種由大到小，由整體到局部，再由小到大，由局部到整體的設(shè)計(jì)方法便可實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。下面我們提出設(shè)計(jì)數(shù)字電路的一般方法與步驟。一、 總體方案設(shè)計(jì)在進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)，首先要對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行認(rèn)真的分析，明確任務(wù)，了解設(shè)計(jì)電路的性能指標(biāo)。根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)、條件，以及功能要求，設(shè)計(jì)出組成電路的若干單元功能模塊，這個(gè)過(guò)程稱總體方案設(shè)計(jì)。這里的單元功能模塊是指能實(shí)現(xiàn)特定功能的最小單元電路(或稱為子系統(tǒng))。在總體方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，還要確定各單元電路之間的邏輯關(guān)系和時(shí)序關(guān)系，分析單元電路之間信號(hào)的流向。用原理方框圖表示出總體設(shè)計(jì)的結(jié)果。因?yàn)樵O(shè)計(jì)途徑不是唯一的，滿足要求的方案也不是唯一的，所以為得到一個(gè)滿意的設(shè)計(jì)方案往往要針對(duì)要求，進(jìn)行大量的市場(chǎng)調(diào)研、查閱資料、手冊(cè)等工作，通過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)證再設(shè)計(jì)多次反復(fù)過(guò)程，才能確定出最好的設(shè)計(jì)方案。振蕩器分頻器計(jì)數(shù)器顯示電路音響電路報(bào)時(shí)控制門(mén)校時(shí)控制電路圖1 數(shù)字時(shí)鐘的結(jié)構(gòu)方框圖總體設(shè)計(jì)方案用系統(tǒng)方框圖表示時(shí)，主要部分和難點(diǎn)可畫(huà)詳細(xì)一些，一般部分只需要反映設(shè)計(jì)思想、基本原理以及信號(hào)的流向就可以了。系統(tǒng)方框圖應(yīng)力求簡(jiǎn)潔、清晰。具有整電報(bào)時(shí)、校正功能的數(shù)字時(shí)鐘的結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。二、單元電路的設(shè)計(jì)單元電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)部分。將每一部分按照總體框圖的要求設(shè)計(jì)好，才能保證整體電路的質(zhì)量。單元電路的設(shè)計(jì)步驟分為以下三步。第一步：根據(jù)總體方案對(duì)單元電路的要求，明確單元電路的功能、性能指標(biāo)。注意各單元電路之間的輸入輸出信號(hào)的邏輯關(guān)系和時(shí)序關(guān)系，盡量避免使用電平轉(zhuǎn)換電路。第二步：選擇設(shè)計(jì)單元電路的結(jié)構(gòu)形式。通常選擇學(xué)過(guò)的熟悉的電路，或者通過(guò)查閱資料選擇更合適的、更先進(jìn)的電路，在此基礎(chǔ)上高度改進(jìn)，使電路的結(jié)構(gòu)形式最佳。在選擇電路時(shí)充分考慮經(jīng)下幾個(gè)問(wèn)題：1 電路的功能滿足要求。2 電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低3 電路的性能穩(wěn)定、通用性強(qiáng)。第三步：計(jì)算單元電路的主要參數(shù)，從而確定元器件的類(lèi)型。比如：振蕩電路，無(wú)論正弦波振蕩電路還時(shí)多諧振蕩電路都是通過(guò)電容的充放電實(shí)現(xiàn)振蕩的，為此要根據(jù)特定的信號(hào)頻率，計(jì)算出電路中電阻、電容的大小。第四步：畫(huà)出單元電路電路圖。三、元器件的選擇：1數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)器件的選擇原則 數(shù)字電路設(shè)計(jì)時(shí)器件的選擇是很重要的，因?yàn)槠骷倪x擇是否合理直接影響著電路的穩(wěn)定性，以及成本和成品體積大小等問(wèn)題。選擇器件的原則是：在實(shí)現(xiàn)題目要求的前提下所選的器件最小，成本最低。最好采用同一種類(lèi)型的集成電路，這樣不用考慮不同類(lèi)型器件之間的連接匹配問(wèn)題。不同種類(lèi)的器件其電特性也不一樣，常用的器件是TTL和CMOS型。TTL電路的速度高，超高速TTL電路的平均傳輸時(shí)間約為10ns，中速TTL電路的傳輸時(shí)間也有50ns。CMOS電路的速度慢于TTL電路，但是CMOS電路的功耗低，輸出電壓幅度可調(diào)范圍大，抗干擾能力強(qiáng)。如果要求一定的輸出電流，TTL電路要強(qiáng)于CMOS電路。一般情況下，當(dāng)要求高速時(shí)，多選用TTL器件；當(dāng)要求低功耗時(shí)多選用CMOS器件。2標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字IC的分類(lèi)及特點(diǎn)數(shù)字集成電路分為兩大類(lèi)，第一類(lèi)是雙極性型TTL，一條是沿著7474LS74ALS系列向低功耗高速發(fā)展，另一條是沿著74H74S74AS向高速度發(fā)展。第二類(lèi)屬于單極型CMOS，沿4000A4000B/4500B74HC系列向高速度發(fā)展，同時(shí)又保持了低功耗的優(yōu)點(diǎn)。（1）、TTL型 這類(lèi)集成電路是以雙極型晶體管為元件，輸入級(jí)采用多發(fā)射極晶體管形式，開(kāi)關(guān)放大電路也由晶體管構(gòu)成。在速度和功耗方面，都處于現(xiàn)代數(shù)字集成電路的中等水平。一般以74民用或54軍用為型號(hào)前綴。74LS系列：是現(xiàn)代TTL類(lèi)型中的主要應(yīng)用產(chǎn)品，也是邏輯IC重點(diǎn)產(chǎn)品之一，它的品種豐富，價(jià)格低廉，是主流產(chǎn)品。74S系列：特點(diǎn)是速度快，但功耗比74LS系列大得多，品種比74LS系列少。74ALS系列：特點(diǎn)是速度快，功耗比74LS系列低，品種比74LS系列少，價(jià)格較高。（2）CMOS類(lèi)型這類(lèi)集成電路是以場(chǎng)效應(yīng)三極管為元件構(gòu)成的。其特點(diǎn)如下： 靜態(tài)功耗很低，一般中規(guī)模集成電路的靜態(tài)功耗小于100W； 電源電壓范圍寬，一般工作電壓在3V18V之間； 輸入阻抗非常高，可達(dá)100M以上； 扇出能力強(qiáng)，低頻工作時(shí)，可驅(qū)動(dòng)50以上相同器件輸入端； 抗干擾容限大，電壓噪聲容限可達(dá)電源電壓的45%； 大部分CMOS集成電路的速度比較低。3使用TTL、CMOS集成電路的注意事項(xiàng)（1）使用TTL電路的注意事項(xiàng)TTL集成電路的標(biāo)準(zhǔn)電源電壓為5V，使用時(shí)電源電壓不能超過(guò)于4.255.25V。不能將電源與地顛倒錯(cuò)接，否則將會(huì)因?yàn)殡娏鬟^(guò)大導(dǎo)致器件過(guò)熱而損壞。電路的各輸入端不能直接接到高于5.5V或低于4.5V的低內(nèi)阻電源相連，因?yàn)榈蛢?nèi)阻電源能提供較大的電流，從而導(dǎo)致器件過(guò)熱而損壞。除三態(tài)門(mén)和集電極開(kāi)路的電路外，輸出端不準(zhǔn)許并聯(lián)使用。輸出端不準(zhǔn)許與電流源和地短接，但可以通過(guò)上拉電阻與電源相連，以提高輸出電平。在電源接通時(shí)，不要移動(dòng)或插入集成電路，電流的沖擊可能造成芯片的損壞。多余的輸入端最好不要懸空，容易受干擾。有時(shí)會(huì)造成誤操作，因此多余的輸入端要根據(jù)需要處理。例如與門(mén)、與非門(mén)的多余輸入端可接到正電源，也可以交多余端和使用端并聯(lián)使用。不用的或門(mén)、或非門(mén)的輸入端可以直接接地或與使用端并聯(lián)使用。觸發(fā)器不使用的輸入端也不能懸空，應(yīng)根據(jù)邏輯功能接入電平，輸入端連線應(yīng)盡量短，這樣可以縮短時(shí)序電路中時(shí)鐘信號(hào)沿傳輸線傳輸?shù)难舆t時(shí)間。一般不準(zhǔn)許觸發(fā)器的輸出端直接驅(qū)動(dòng)指示燈、電感負(fù)載和長(zhǎng)線傳輸，需要時(shí)加緩沖器。（2）使用CMOS集成電路時(shí)的注意事項(xiàng) CMOS電路由于輸入電阻很高，因此極易接受靜電電荷。為了防止靜電擊穿，生產(chǎn)時(shí)輸入端都加了標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)電路。但這并不能保證絕對(duì)安全，因此使用時(shí)必須注意： 存放CMOS集成電路時(shí)要屏蔽。 CMOS電路的電源電壓范圍是318V，使用時(shí)電源電壓的不能超過(guò)極限值。 捍接電路時(shí)，一般用20W內(nèi)熱式電烙鐵，而且電烙鐵應(yīng)該有良好的接地線。禁止在電路通電時(shí)焊接。 為了防止輸入端保護(hù)二極管因正向偏置而引起損壞，輸入電壓必須在UDDUSS與之間. 在調(diào)試電路時(shí)，應(yīng)先接通電源，后加入輸入信號(hào)，即在CMOS電路本身沒(méi)有接能電源的情況下，不準(zhǔn)許有信號(hào)輸入。 多余輸入端絕對(duì)不能懸空，否則不但容易接受外界噪聲干擾，而且破壞了正常的邏輯關(guān)系，也消耗了功率。因此多余的輸入端要根據(jù)需要處理。例如，與門(mén)和與非門(mén)的多余輸入端應(yīng)接到高電平或正電源，如果電路的工作速度不高，不需要特別考慮功率時(shí)，也可以將多余的輸入端和使用端并聯(lián)使用。 CMOS電路的輸出端與電源和地不能短路，否則會(huì)造成損壞。 CMOS電路的工作電流比較小，其輸出端一般只能驅(qū)動(dòng)一級(jí)晶體管，如果需要驅(qū)動(dòng)比較重的負(fù)載時(shí)，最簡(jiǎn)單的方法是在輸出端并聯(lián)接入幾個(gè)反相器，所用有反相器必須在同一芯片上。 插撥電路板電源插頭時(shí)，應(yīng)注意先切斷電源，防止在插撥過(guò)程中燒毀CMOS電路的輸入端保護(hù)二極管。四、畫(huà)總電路圖單元電路和參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算好，元器件選擇完畢后，則畫(huà)出總體電路圖?？傮w電路圖是電路實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及生產(chǎn)組裝的重要依據(jù)，所以電路圖畫(huà)好之后要進(jìn)行審圖，檢查設(shè)計(jì)過(guò)程遺漏的問(wèn)題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，進(jìn)行修改，保證電路的正確性繪電路圖要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1畫(huà)電路圖時(shí)應(yīng)注意信號(hào)的流向，通常是從信號(hào)源或輸入端畫(huà)起，從左至右從上至下按信號(hào)的流向依次畫(huà)出各單元電路。電路圖的大小位置要適中，不要把電路畫(huà)成窄長(zhǎng)型。2連線要畫(huà)成水平線或豎直線。連線要盡量短、少拐彎，電源一般用標(biāo)值的方法，地線可用地線符號(hào)代替。三、四端互相連接的交叉處用線應(yīng)該用圓點(diǎn)畫(huà)出，否則表示跨越。3對(duì)于復(fù)雜的電路，應(yīng)先畫(huà)出草畫(huà)，待調(diào)整好布局和連線后，再畫(huà)出正式電路圖。第三節(jié) 數(shù)字電路的安裝、調(diào)試方法由于生產(chǎn)實(shí)際的復(fù)雜性和電子元器件參數(shù)的離散性，加上設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)不足，一個(gè)僅從理論上設(shè)計(jì)出來(lái)的電路往往是不成熟的，可能存在許多問(wèn)題，而這些問(wèn)題不通過(guò)實(shí)驗(yàn)是不容易查出來(lái)的，因此，在完成方案設(shè)計(jì)之后，需要進(jìn)行電路的裝配和調(diào)試，若發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與設(shè)計(jì)要求不符合的情況，應(yīng)及時(shí)修改。在裝配電路的時(shí)候，一定要認(rèn)真仔細(xì)、一絲不茍，注意集成塊不要插反或插錯(cuò)，連線不要錯(cuò)接并保證接觸良好，電源和地線不要短路，以避免人為故障。一、數(shù)字電路的安裝、調(diào)試步驟1根據(jù)總電路框圖和電路原理框圖，從主電路的單元電路開(kāi)始，完成一個(gè)一個(gè)單元電路的安裝、調(diào)試。然后，安裝與調(diào)試控制電路的童電路，當(dāng)各單元分別達(dá)到功能與指標(biāo)要求之后，再將各單元電路聯(lián)系起來(lái)，進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試。在單元電路的安裝之前，首先檢查元器件的好壞，測(cè)試元件的指標(biāo)。特別是集成電路，要自己設(shè)計(jì)功能檢測(cè)方法，對(duì)其好壞進(jìn)行檢測(cè)。單元電路安裝好后，認(rèn)真進(jìn)行通電前的檢查，檢查否有漏接、短接、錯(cuò)接的情況。通電后，檢查每片集成電路的工作電壓是否正常（TTL型集成電路的電源電壓為50.25V），這是電路有效工作的基本保證，然后，進(jìn)行功能測(cè)試，驗(yàn)證是否能達(dá)到設(shè)計(jì)的功能與指標(biāo)。2統(tǒng)調(diào)主電路。將已調(diào)試好的若干單元電路連接起來(lái)，然后跟蹤信號(hào)流向，由輸入到輸出，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，依次測(cè)試信號(hào)，直至正常工作。在信號(hào)測(cè)試過(guò)程中，因?yàn)榭刂齐娐飞形窗惭b，有時(shí)需要人為的給受控電路加以特定信號(hào)，使其正常工作，才能得到所需的信號(hào)。3安裝控制電路。控制電路一般為組合邏輯電路，對(duì)它的裝調(diào)主要是檢驗(yàn)各邏輯控制門(mén)的功能是否正常，可采用給其輸入端接邏輯電平，輸出端接LED管的方法進(jìn)行調(diào)試?？傠娐方y(tǒng)調(diào)。在主電路與控制電路均完成的情況下，將控制電路與系統(tǒng)主電路中對(duì)應(yīng)功能單元聯(lián)接起來(lái)，完成總電路的安裝，然后進(jìn)行總電路的功能測(cè)試及調(diào)試。二、數(shù)字電路中常用的檢測(cè)方法數(shù)字電路的安裝與調(diào)試是檢驗(yàn)、修正設(shè)計(jì)方案的實(shí)踐過(guò)程，是應(yīng)用理論知識(shí)來(lái)解決實(shí)踐中各類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是數(shù)電路設(shè)計(jì)者必須掌握的基本技能，而有效的測(cè)試方法則是電路正確運(yùn)行的基本保證。數(shù)字電路常要檢測(cè)的內(nèi)容有：集成塊好壞的檢測(cè)和系統(tǒng)功能的檢測(cè)。1 數(shù)字集成塊的功能測(cè)試在安裝電路之前，對(duì)所選用的數(shù)字集成電路，應(yīng)進(jìn)行邏輯功能檢測(cè)，以避免因器件功能不正常增加調(diào)試的困難。(1) 檢測(cè)器件功能的方法有如下幾種： 儀器檢測(cè)法。可以用一些簡(jiǎn)單而實(shí)用的數(shù)字集成電路測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)； 功能實(shí)驗(yàn)檢查法?？勺孕性O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，對(duì)集成塊進(jìn)行邏輯功能測(cè)試； 替代法?？捎帽粶y(cè)器件替代正常工作的數(shù)字電路中的相同器件，若功能保持不變，則說(shuō)明被測(cè)器件是好的。(2) 幾種基本電路的功能實(shí)驗(yàn)檢查法 集成邏輯門(mén)電路靜態(tài)時(shí)，在各輸入分別接入不同的電平值，即邏輯“1”接高電平（輸入端通過(guò)1k電阻接電源正極，邏輯“0”接低電平（輸入端接地）。用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量各輸出端的邏輯電平，并分析各邏輯電平值勤是否符合電路的邏輯關(guān)系。動(dòng)態(tài)測(cè)試是指各輸入端分別接入規(guī)定的脈沖信號(hào)，用示波器觀測(cè)各輸出端的信號(hào)，并畫(huà)出這些信號(hào)的時(shí)序波形圖，分析它們之間是否符合電路的邏輯關(guān)系。 集成觸發(fā)器靜態(tài)時(shí)，主要測(cè)試觸發(fā)器分析的、置位和翻轉(zhuǎn)功能。動(dòng)態(tài)時(shí)央時(shí)種的作用下測(cè)試觸發(fā)器的計(jì)數(shù)功能，用示波器觀測(cè)電路各處波形的變化情況，據(jù)此可以測(cè)定輸出、輸入信號(hào)之間的分頻關(guān)系、輸出脈沖的上升和下降時(shí)間、觸發(fā)靈敏度和抗干擾能力，以及接入不同負(fù)載時(shí)嶧輸出波形參數(shù)的影響。測(cè)試時(shí)，觸發(fā)脈沖的寬度一般要大于數(shù)微秒，且脈沖的上升沿或下降沿要陡。 計(jì)數(shù)器電路計(jì)數(shù)器電路的靜態(tài)測(cè)試主要測(cè)試電路的復(fù)位、置位功能。動(dòng)態(tài)測(cè)試是指在給定時(shí)鐘脈沖輸入情況下一，測(cè)試計(jì)數(shù)器的輸出端的狀態(tài)是否滿足計(jì)數(shù)功能表的要求。測(cè)試方法：可用示波器觀測(cè)各輸出端的波形(頻率較高時(shí)用此方法)，或用發(fā)光二極管測(cè)試輸出端的信號(hào)(頻率低于50HZ時(shí)用此方法)，還可根據(jù)萬(wàn)用表測(cè)試輸出點(diǎn)(頻率低于50HZ時(shí)用此方法)，通過(guò)指針偏擺的頻率來(lái)測(cè)試，并畫(huà)出輸出端的波形與時(shí)鐘脈沖波形的關(guān)系。 譯碼顯示電路首先測(cè)試數(shù)碼管各筆段工作是否正常，如共陰極的發(fā)光二極管顯示器，可以將陰極接地，再將各筆段通過(guò)1k電阻接電源正極，各筆段應(yīng)亮。再將譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端依次輸入0001001，則顯示器對(duì)應(yīng)顯示出19數(shù)字。譯碼顯示電路常見(jiàn)故障是：數(shù)碼顯示器上某字總是“亮”而不“滅”，可能是譯碼器的輸出幅度不正常或譯碼器的工作不正常。數(shù)碼顯示器上某字總是不“亮”，可能是數(shù)碼管或譯碼器的連接不正確或接觸不良。數(shù)碼管字符顯示模糊，而且不隨輸入信號(hào)變化，可能是譯碼的電源電壓不正?；蜻B線不正確或接觸不良。2系統(tǒng)功能的檢測(cè)(1) 觀察法、觀察電路導(dǎo)線有無(wú)斷線或短路、插件有無(wú)松動(dòng)、集成塊有無(wú)插反、電源電壓是否穩(wěn)定、元件有無(wú)異味和發(fā)熱。(2) 信號(hào)住入代替法可在某些部分電路中利用信號(hào)設(shè)備的信號(hào)（可是單步脈沖或者是連續(xù)脈沖）取代自身信號(hào)輸入，若電路能正常工作說(shuō)明電路的信號(hào)源的故障，若無(wú)法正常工作，則說(shuō)明此電路有故障。這樣可以縮小故障范圍。(3) 信號(hào)尋跡法檢測(cè)時(shí)，可隨著信號(hào)流經(jīng)的路線進(jìn)行跟蹤檢查，用示波器或發(fā)光二極顯示各信號(hào)的情況。檢查的依據(jù)：對(duì)于組合邏輯電路，以真值表為依據(jù)；對(duì)于時(shí)序邏輯電路，則以狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為依據(jù)，對(duì)于綜合邏輯電路，可通過(guò)設(shè)計(jì)前所分析的各信號(hào)的波形圖來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，觀測(cè)信號(hào)是否正常，從而分析故障的原因。三、數(shù)字電路常見(jiàn)的故障和故障原因數(shù)字電路通常由多個(gè)子系統(tǒng)和模塊組成，連線很復(fù)雜。因此，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障也不可避免的。這不但要求檢查者有較好的電子電路理論基礎(chǔ)，對(duì)故障有較強(qiáng)的分析能力，而且還要求掌握檢測(cè)故障的方法，迅速找出故障，只有經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐，才能做到這一點(diǎn)。1常見(jiàn)的故障（1）系統(tǒng)故障數(shù)字系統(tǒng)的故障是指一個(gè)或多個(gè)電子元器件的損壞、接觸不良、導(dǎo)線斷裂與短路、虛焊等原因造成功能錯(cuò)誤的現(xiàn)象。 對(duì)于組合邏輯電路，如不能按真值表的要求工作，就可認(rèn)為電路有故障；對(duì)于時(shí)序邏輯電路，如不能按狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表工作時(shí)，就可認(rèn)為電路有故障。（2）邏輯故障 固定電平故障 指某一點(diǎn)的邏輯電平為一固定電平值的故障。如接地故障，這進(jìn)故障點(diǎn)的邏輯電平固定在0上。又如電路的某一點(diǎn)和電源短路，這時(shí)故障點(diǎn)的電平固定在1上。這一類(lèi)故障在沒(méi)有排除以前，故障點(diǎn)的邏輯電平不會(huì)恢復(fù)到正常值。 橋接故障 橋接故障是由兩根或多根信號(hào)線相互短路造成的。主要有兩種類(lèi)型：一是輸入信號(hào)線之間橋接造成的，如異或門(mén)兩條輸入信號(hào)線的橋接會(huì)造成失支異或功能；二是反饋橋接線造成的故障，如輸入線與輸出 線間的橋接、兩個(gè)獨(dú)立電路的輸入線間橋接或兩個(gè)獨(dú)立電路的輸出線間橋接等。2故障的原因（1）設(shè)計(jì)時(shí)忽視電子元器件的參數(shù)和工作條件。如電源電壓的過(guò)高或過(guò)低，輕則造成功能錯(cuò)誤，嚴(yán)重的則造成電子元器件的損壞；不同類(lèi)型集成電路之間的電平配合；電路動(dòng)作邊沿選擇錯(cuò)誤等都會(huì)造成故障。此外，大功率器件、電解電容、集成電路質(zhì)量一好也都會(huì)造成故障，為此，在使用前應(yīng)對(duì)所用元件進(jìn)行篩選和檢察。（2）安裝布線不當(dāng)。在安裝中出現(xiàn)斷線、橋接（相近導(dǎo)線連在一起造成的短路）、漏線、插錯(cuò)電子元器件（特別是集成電路的方向錯(cuò)誤）、閑置輸入端處理不當(dāng)?shù)榷紩?huì)引起故障。對(duì)閑置輸入端的處理：CMOS集成電路閑置輸入端不允許懸空，必須接地可接電源；閑置輸入端要根據(jù)門(mén)電路的類(lèi)型確定其接高電平還是接低電平，如，對(duì)于與門(mén)和與非門(mén)，閑置輸入端就接高電平，對(duì)于或門(mén)、或非門(mén)和與或非門(mén)，閑置輸入端應(yīng)接低電平。 （3）接觸不良。如接插件的松動(dòng)、焊接不良（如虛焊）、接點(diǎn)氧化等。這類(lèi)故障表現(xiàn)為時(shí)有時(shí)無(wú)，帶有一定的偶發(fā)性。（4）工作環(huán)境惡劣。有些數(shù)字系統(tǒng)有規(guī)定的使用條件和環(huán)境要求，如溫度、濕度、工作時(shí)間等。此外使用環(huán)境的電磁干擾超過(guò)允許范圍，將數(shù)字信號(hào)傳輸線和強(qiáng)干擾源線捆扎線在一起而又沒(méi)有采取任何防范措施，都會(huì)造成故障。（5）超期使用。電子元器件若超過(guò)其使用期限，會(huì)進(jìn)入衰老期，技術(shù)性能會(huì)下降。第四章 數(shù)字電路設(shè)計(jì)內(nèi)容及原理簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)題目一 整點(diǎn)報(bào)時(shí)數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)要求：1數(shù)碼顯示“時(shí)”“分”“秒”；2 以24 小時(shí)為周期；3 具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能，從59分50秒開(kāi)始報(bào)時(shí)，間隔1秒鐘報(bào)時(shí)一次，報(bào)時(shí)時(shí)間延續(xù)1秒鐘，共報(bào)時(shí)6次4 前5次報(bào)時(shí)聲音用500Hz的低頻信號(hào)，最后一次的聲音用1KHz的高頻信號(hào)。一、 數(shù)字時(shí)鐘的功能與工作原理信號(hào)源產(chǎn)生穩(wěn)定的高頻脈沖信號(hào)，作為數(shù)字種的時(shí)間基準(zhǔn)，然后經(jīng)分頻器分頻后輸出標(biāo)準(zhǔn)的1HZ的秒脈沖信號(hào)。秒計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，分計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)分計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向小時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)位，小時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)小時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)満24時(shí)，秒、分計(jì)數(shù)器清零，小時(shí)計(jì)數(shù)器置1，這樣完成一個(gè)計(jì)數(shù)周期。計(jì)數(shù)器輸出的二-十進(jìn)制數(shù)通過(guò)譯碼器翻譯成為段碼，送顯示器(LED)管顯示。計(jì)時(shí)到整點(diǎn)時(shí)，通過(guò)報(bào)時(shí)控制電路進(jìn)行整點(diǎn)報(bào)時(shí)。當(dāng)接通電源或數(shù)鐘走時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行分、秒時(shí)間的校正。二、設(shè)計(jì)指導(dǎo)1 主體電路（1）秒脈沖信號(hào)源 秒脈沖是數(shù)字鐘的核心。所學(xué)過(guò)的振蕩電路有RC、LC正弦波振蕩電路、555構(gòu)成的多諧振蕩電路、石英晶體振蕩電路。由于時(shí)鐘的時(shí)鐘脈沖要求穩(wěn)定度及頻率的精度非常準(zhǔn)確，所以通常選用晶振來(lái)構(gòu)成秒脈沖源。電路可利用CD4060加上外圍的石英晶體組成振蕩電路。振蕩電路一部分是由外接電子表石英晶體、電阻、電容與CD4060內(nèi)部的非門(mén)構(gòu)成的振蕩源，另外一部分是一定級(jí)數(shù)的分頻器。振蕩器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)一定級(jí)數(shù)分頻后，形成1S的基準(zhǔn)脈沖。同時(shí)要求，此振蕩器還能產(chǎn)生的仿電臺(tái)報(bào)時(shí)用的1KHz的高頻信號(hào)和500Hz的低頻信號(hào)。（2）時(shí)、分、秒計(jì)數(shù)器秒信號(hào)經(jīng)秒計(jì)數(shù)器、分計(jì)數(shù)器、時(shí)計(jì)數(shù)器之后，分別得到“秒”個(gè)位、十位、“分”個(gè)位、十位以及“時(shí)”個(gè)位、十位的計(jì)時(shí)輸出信號(hào)，然后送至譯碼顯示電路，以便實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒的數(shù)字顯示?！懊搿焙汀胺帧庇?jì)數(shù)器應(yīng)為六十進(jìn)制，而“時(shí)”計(jì)數(shù)器應(yīng)為二十四進(jìn)制。要實(shí)現(xiàn)這一要求，可選用的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器，如74LS90、74LS161、74LS160、74LS192、CD4518由同學(xué)們自行選擇，并充分說(shuō)明理由。六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以由兩塊十進(jìn)制計(jì)數(shù)器或雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成，一塊組成十進(jìn)制，另一塊組成六進(jìn)制，組合起來(lái)就構(gòu)成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器用置數(shù)反饋法實(shí)現(xiàn)。從計(jì)數(shù)結(jié)果：00、01、02、03、-09、10、11、12、-19、20、21、22、23可看出，時(shí)計(jì)數(shù)器的個(gè)位仍應(yīng)構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，但當(dāng)十位計(jì)到2，個(gè)位為4(或者5)時(shí)，即計(jì)到第二十四(或二十五)時(shí)，通過(guò)外加的置數(shù)反饋控制電路輸出一個(gè)信號(hào)（注意：該信號(hào)的電平應(yīng)視計(jì)數(shù)器的功能而定，有時(shí)需高電平，有時(shí)需低電平），將“時(shí)”計(jì)數(shù)器的十位計(jì)數(shù)器強(qiáng)制置為0000狀態(tài)，同時(shí)，將“時(shí)”的個(gè)位計(jì)數(shù)器強(qiáng)制置為0001狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)從2401的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)。注：是計(jì)到二十四還是二十五產(chǎn)生反饋信號(hào)要根據(jù)計(jì)數(shù)器的置數(shù)是同部置數(shù)還是異步計(jì)數(shù)來(lái)決定，同學(xué)們自己思考結(jié)果。（3）譯碼顯示電路譯碼器將計(jì)數(shù)器輸出的二十進(jìn)制碼譯成段碼，送顯示器顯示。選擇譯碼器與顯示器件時(shí)應(yīng)當(dāng)注意它們之間的相互配合。一是驅(qū)動(dòng)功率要足夠大，二是邏輯電平要匹配。例如，采用共陰型的LED數(shù)碼管作為顯示器件時(shí)，則應(yīng)采用高電平有效的共陰型譯碼電路，且因數(shù)碼管工作電流較大，不能用普通TTL譯碼器，應(yīng)選用含驅(qū)動(dòng)電路的譯碼器。常用的顯示譯碼有74LS48、74LS248、74LS249、74LS249、74LS47、CD4511。對(duì)于“時(shí)”十位的譯碼顯示，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：在顯示1點(diǎn)9點(diǎn)時(shí)，“時(shí)”的十位均是0，此時(shí)應(yīng)使“時(shí)”的十位上的“0”熄滅而不顯示，當(dāng)計(jì)數(shù)起過(guò)9點(diǎn)，“時(shí)”的十位才顯示相應(yīng)的數(shù)。（4）整點(diǎn)報(bào)時(shí)控制電路音頻振蕩器：如圖3所示，報(bào)時(shí)的音頻信號(hào)Vs可以是正弦波或矩形波，一般為800-1000HZ左右（柔和的音頻范圍），可以選用多種方案實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生。如由555定時(shí)器構(gòu)成的振蕩器，也可參直接引用前面所組成的信號(hào)源產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)特定的分頻后得到的近似信號(hào)。音響電路：用TTL功率門(mén)或集電極開(kāi)路門(mén)（OC門(mén)）可以直接驅(qū)動(dòng)小功率喇叭發(fā)聲，或者用一般集成電路后接由中功率三級(jí)管（3DG6、3AX310）組成的放大電路，再驅(qū)動(dòng)小功率喇叭發(fā)聲。若控制信號(hào)VK是周期2S的矩形波，控制信號(hào)VK與音頻信號(hào)Vs通過(guò)一個(gè)“與”門(mén)，如圖3所示，這樣則會(huì)產(chǎn)生響1S停1S的報(bào)時(shí)聲音VO。 圖3 整點(diǎn)報(bào)時(shí)要求：每當(dāng)秒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到51秒時(shí)，每隔1S產(chǎn)生1聲報(bào)時(shí)的低聲，共響5聲，計(jì)數(shù)到整點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生1聲延時(shí)1S的1000HZ的報(bào)時(shí)聲。通過(guò)對(duì)秒計(jì)數(shù)器輸出狀態(tài)的分析發(fā)現(xiàn)，若在秒的十位計(jì)數(shù)到0101，個(gè)位計(jì)數(shù)到0001、0011、0101、0111、1001這5個(gè)奇數(shù)時(shí)，分別產(chǎn)生高電平，而個(gè)位計(jì)數(shù)到0000、0010、0100、0110、1000這5個(gè)偶數(shù)時(shí)產(chǎn)生低電平，則每次在秒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到51開(kāi)始到59之間，就會(huì)產(chǎn)生5個(gè)周期為2S的脈沖信號(hào)VA，將此信號(hào)與500Hz音頻信號(hào)通過(guò)“與門(mén)”A門(mén)，送到音響電路，則5聲低聲報(bào)時(shí)則實(shí)現(xiàn)了。設(shè)計(jì)者自己思考如何利用秒計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)作為報(bào)時(shí)控制電路的控制信號(hào)，通過(guò)控制電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)VA。在計(jì)數(shù)到整點(diǎn)時(shí)即：XX：00：00時(shí)，最后響一聲1kHz的高頻信號(hào)，延續(xù)時(shí)間仍為1S。這時(shí)可利用分進(jìn)位信號(hào)，促發(fā)一由555定時(shí)器構(gòu)成的1S的延時(shí)電路，使其產(chǎn)生1S時(shí)間的高電平VC，將此信號(hào)與1kHz音頻信號(hào)VSS通過(guò)“與門(mén)”B門(mén)，將此信號(hào)送到音響電路，則實(shí)現(xiàn)了1聲延時(shí)1S的1kHZ的報(bào)時(shí)聲。最后，500Hz信號(hào)與1kHz信號(hào)是先后輸出到音響電路的，故A、B兩“與”門(mén)的報(bào)時(shí)信號(hào)，應(yīng)通過(guò)“或”門(mén)后送音響電路。原理如圖4所示。 圖4 時(shí)鐘報(bào)時(shí)控制電路原理圖 同學(xué)們自己通過(guò)分析，設(shè)計(jì)出產(chǎn)生如圖4所示中的信號(hào)VK和VC的電路，將其與圖4中電路連接，便構(gòu)成報(bào)時(shí)控制電路。設(shè)計(jì)題目二 簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)要求： 1頻率計(jì)測(cè)量范圍為09999Hz； 2采用4位數(shù)碼顯示頻率數(shù)； 3可測(cè)量三角波、正弦波和矩形方波的頻率 一、數(shù)字頻率計(jì)的工作原理 數(shù)字頻率計(jì)是直接用十進(jìn)制數(shù)字來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)頻率的一種測(cè)量裝置。頻率是周期信號(hào)在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)。若在一定時(shí)間間隔T內(nèi)測(cè)得這個(gè)周期信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N，則其頻率可表示為f=N/T=N。根據(jù)頻率的概念來(lái)設(shè)計(jì)頻率計(jì)的工作原理，先讓被測(cè)脈沖通過(guò)開(kāi)啟時(shí)間為1秒的閘門(mén)后，送入一個(gè)計(jì)數(shù)器，并時(shí)實(shí)顯示計(jì)數(shù)值，當(dāng)閘門(mén)關(guān)閉后，計(jì)數(shù)器保持計(jì)數(shù)值，此值則為被測(cè)脈沖的頻率。因此，數(shù)字頻率計(jì)數(shù)字頻率計(jì)電路應(yīng)由時(shí)基電路、控制電路、閘門(mén)電路、計(jì)數(shù)鎖存電路、脈沖形成電路和譯碼顯示電路組成。結(jié)構(gòu)如圖5所示。譯碼顯示器鎖存器計(jì)數(shù)器閘門(mén)電路脈沖形成電路邏輯控制時(shí)基電路 fs 圖5 數(shù)字頻率計(jì)結(jié)構(gòu)框圖二、設(shè)計(jì)指導(dǎo)：數(shù)字頻率計(jì)的工作過(guò)程是：被測(cè)信號(hào)fs經(jīng)脈沖形成電路整形，變成如圖6所示信號(hào)所示的脈沖波形，其周期與被測(cè)信號(hào)的周期相同。時(shí)基電路輸出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，設(shè)其高電平持續(xù)時(shí)間為1s，則計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間就為1s，計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖數(shù)N（如所示）就是被測(cè)信號(hào)的頻率。邏輯控制單元的作用有兩個(gè)：其一產(chǎn)生清零脈沖，使計(jì)數(shù)器每次從零開(kāi)始計(jì)數(shù)；其二，產(chǎn)生鎖存信號(hào)，使顯示器上的數(shù)字穩(wěn)定不變。這些信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系如圖6所示。因此，1邏輯控制電路 邏輯控制電路用于產(chǎn)生鎖存信號(hào)和清零信號(hào)。根據(jù)圖6所示的時(shí)序波形，在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)結(jié)束時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)跳變用來(lái)產(chǎn)生鎖存信號(hào)，同時(shí)鎖存信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器又用來(lái)產(chǎn)生清零信號(hào)，鎖存信號(hào)的脈沖寬度由本身電路的時(shí)間常數(shù)所決定。因此這兩個(gè)脈沖信號(hào)和可以由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生，同學(xué)們自己設(shè)計(jì)單元電路。2鎖存器 鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束時(shí)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行鎖存，使顯示器上獲得穩(wěn)定的測(cè)量值。因?yàn)橛?jì)數(shù)器在1s內(nèi)要計(jì)成千上萬(wàn)個(gè)輸入脈沖，若不加