《數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用》課件第11章

第十一章數(shù)字電子技術(shù)綜合實驗實驗一智力競賽搶答器實驗二電子秒表實驗三拔河游戲機(jī)實驗四位直流數(shù)字電壓表實驗五簡易數(shù)字控制電路實驗六簡易數(shù)字計時電路實驗七電梯樓層顯示電路實驗八循環(huán)燈電路

實驗一智力競賽搶答器

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)數(shù)字電路中D觸發(fā)器、分頻電路、多諧振蕩器和CP時鐘脈沖源等單元電路的綜合運(yùn)用方法。

(2)熟悉智力競賽搶答器的工作原理。

(3)了解簡單數(shù)字系統(tǒng)實驗、調(diào)試及故障排除的方法。二、實驗器材

(1)DZX—1B電子學(xué)綜合實驗臺1臺

(2)數(shù)字直流電壓表 1塊

(3)雙蹤示波器 1臺

(4)器件：

74LS175四正沿觸發(fā)D觸發(fā)器1片

74LS74雙正沿觸發(fā)D觸發(fā)器1片

74LS20雙4輸入與非門 1片

74LS00四2輸入與非門 2片

電容：0.1μF

1個

三、實驗預(yù)習(xí)

(1)復(fù)習(xí)數(shù)字電路中D觸發(fā)器、分頻電路和多諧振蕩器等部分內(nèi)容。

(2)分析智力競賽搶答器的組成、各部分功能及工作原理。標(biāo)出所用芯片引腳號。

四、實驗原理

圖11－1－1為供4人用的智力競賽搶答器線路，用以判斷搶答優(yōu)先權(quán)。圖11－1-1圖中，F(xiàn)1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，F(xiàn)3、F4組成搶答電路中的CP時鐘脈沖源。D1～D4和RD分別接電平開關(guān)K1～K4和K5，Q1～Q4接電平指示器L1～L4。搶答開始時，由主持人清除信號，復(fù)位開關(guān)K5置0，74LS175的輸出Q1～Q4全為0，所有電平指示器均熄滅，K5再置1。當(dāng)主持人宣布“搶答開始”后，首先作出判斷的參賽者立即按下開關(guān)（置1），對應(yīng)的電平顯示器點(diǎn)亮。同時，通過與非門F2送出信號鎖住其余3個搶答者的電路，不再接受其它信號，直到主持人再次清除信號為止。

五、實驗內(nèi)容

(1)測試各觸發(fā)器及各邏輯門的邏輯功能。利用數(shù)字集成電路測試儀或根據(jù)實驗六的方法測試各觸發(fā)器及邏輯門的邏輯功能，判斷器件的好壞。

(2)按圖11－1－1接線，搶答器5個開關(guān)接電平開關(guān)，4個顯示器接電平指示器。

(3)斷開搶答器電路中CP脈沖源電路，單獨(dú)對多諧振蕩器F3及分頻器F4進(jìn)行調(diào)試。調(diào)整多諧振蕩器10kΩ電位器，使其輸出脈沖頻率約為4kHz。觀察F3及F4輸出波形并測試其頻率。

(4)測試搶答器電路功能。接通＋5V電源，CP端接連續(xù)脈沖源（f=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)K5置0，電平顯示器全熄滅，再將K5置1。搶答開始，K1、K2、K3、K4某一開關(guān)置1，觀察電平顯示器的亮、滅情況，然后再將其它3個開關(guān)中任一個置1，觀察電平顯示器的亮、滅是否改變。

②重復(fù)（1）的內(nèi)容，改變K1、K2、K3、K4任一個開關(guān)狀態(tài)，觀察搶答器的工作情況。

(5)整體測試。CP脈沖源電路與F3及F4相接，再進(jìn)行測試。六、實驗報告

(1)畫出智力競賽搶答器電路圖，分析其工作原理。

(2)總結(jié)數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試方法。

(3)分析實訓(xùn)中出現(xiàn)的故障及解決辦法。

七、思考題

若在圖11－1－1電路中加一個計時功能，要求計時電路顯示時間精確到秒，最長限制為2min，一旦超出限時，就取消搶答權(quán)，則電路如何改進(jìn)？

實驗二電子秒表一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計數(shù)、譯碼顯示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。二、實驗器材

(1)DZX—1B電子學(xué)綜合實驗臺 1臺

(2)數(shù)字直流電壓表 1塊

(3)雙蹤示波器 1臺

(4)器件：

74LS00四2輸入與非門 2片

74LS90二—五—十進(jìn)制異步加法計數(shù)器3片

NE555定時器 1片

電阻：470Ω、1.5kΩ、1kΩ、100kΩ各1個

電容：4700pF、510pF、0.01μF、0.1μF各1個

電位器：100kΩ

1個

(2)分析電子秒表的組成、各部分功能及工作原理。

(3)列出電子秒表單元電路的測試表格和調(diào)試步驟。標(biāo)出所用芯片引腳號。四、實驗原理

圖11－2－1所示的為電子秒表的邏輯圖，按功能將其分成四個單元電路進(jìn)行分析。圖11-2-1

1.基本RS觸發(fā)器

圖11－2－1中的單元Ⅰ為集成與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，屬低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位的功能。

它的一路輸出Q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5的輸入控制信號。K2、K1接電平開關(guān)，不工作時置1。當(dāng)K2置0、K1置1時，門1輸出Q=1，門2輸出Q=0；K2再置1、K1置1，Q、Q狀態(tài)不變；K2仍置1、K1置0，Q由0變?yōu)?，門5開啟，為計數(shù)器啟動作好準(zhǔn)備，Q由1變0，送出負(fù)脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。

K1置0，秒表清零并開始計時；K2置0,秒表停止計時?；綬S觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表工作。

2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

圖11－2－1中的單元Ⅱ為集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖11－2－2為各點(diǎn)波形圖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負(fù)脈沖信號UI由基本RS觸發(fā)器Q端提供，輸出負(fù)脈沖UO通過非門加到計數(shù)器的清除端R。

靜態(tài)時，門4應(yīng)處于截止?fàn)顟B(tài)（輸出為高電平），故電阻R必須小于門的關(guān)門電阻ROFF。定時元件R、C取值不同，輸出脈沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去輸入微分電路的RP和CP。圖11－2-2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是為計數(shù)器提供清零信號。當(dāng)其輸出為低電平時，使各計數(shù)芯片（3片74LS90）的R的輸入為高電平（經(jīng)過了反相器），完成計數(shù)器的復(fù)位。由于采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，因此R端的高電平維持時間即為暫態(tài)維持時間，暫態(tài)結(jié)束后便進(jìn)入正常計時狀態(tài)。

3.時鐘發(fā)生器

圖11－2－1中的單元Ⅲ為555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，它是一種性能較好的時鐘源。

調(diào)節(jié)電位器RW，使在輸出端3能獲得頻率為50Hz的矩形波形信號，當(dāng)基本RS觸發(fā)器Q＝1時，門5開啟，此時50Hz脈沖信號通過門5作為計數(shù)脈沖加于計數(shù)器1＃的計數(shù)輸入端CP0。

4.計數(shù)及譯碼顯示

圖11－2－1中單元Ⅳ為二—五—十進(jìn)制加法計數(shù)器74LS90構(gòu)成電子秒表的計數(shù)單元。其中計數(shù)器74LS90＃片接成五進(jìn)制形式，對頻率為50Hz的時鐘脈沖進(jìn)行五分頻，在輸出端Q3取得周期為0.1s的矩形脈沖，作為計數(shù)器74LS902＃片的時鐘輸入。計數(shù)器74LS902＃片及計數(shù)器74LS903＃片接成8421碼十進(jìn)制形式，其輸出端與數(shù)字電路實驗臺上的七段譯碼LED顯示部分的相應(yīng)輸入端連接，可顯示0.1～9.9s計時。

集成異步計數(shù)器74LS90是異步二—五—十進(jìn)制加法計數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和十進(jìn)制加法計數(shù)器。其功能表如表11－2-1所示。表11－2－1

通過不同的連接方式，74LS90可以實現(xiàn)四種不同的邏輯功能，而且還可借助R0A、R0B對計數(shù)器清零，借助S9A、S9B將計數(shù)器置9。其具體功能詳述如下：

（1）計數(shù)脈沖從CP0輸入，Q0作為輸出端，則構(gòu)成二進(jìn)制計數(shù)器。

（2）計數(shù)脈沖從CP1輸入，Q3Q2Q1作為輸出端，則構(gòu)成異步五進(jìn)制加法計數(shù)器。

（3）若將CP1和Q0相連，計數(shù)脈沖由CP0輸入，Q3Q2Q1Q0作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器。

（4）若將CP0與Q3相連，計數(shù)脈沖CP1輸入，Q0Q3Q2Q1作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器。（5）清零、置9功能。

①異步清零：當(dāng)R0A、R0B均為“1”，S9A、S9B中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能。

②置9功能：當(dāng)S9A、S9B均為“1”,R0A、R0B中有“0”時，實現(xiàn)置9功能。

五、實驗內(nèi)容

由于實驗電路中使用器件較多，因此，實驗前必須合理安排各器件在數(shù)字電路實驗臺上的位置，使電路邏輯清楚、接線較短。

實驗時，應(yīng)按照實驗任務(wù)的次序，將各單元電路逐個進(jìn)行接線和調(diào)試，即分別測試基本RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器、計數(shù)器及譯碼顯示電路等邏輯功能，待各單元電路工作正常后，再將有關(guān)電路逐級連接起來進(jìn)行測試，直到測試完電子秒表整個電路的功能。

這樣的模塊化測試方法有利于檢查和排除故障，是調(diào)試電路的常用方法，可保證實驗順利進(jìn)行。

1.基本RS觸發(fā)器的測試

測試方法參考實驗六有關(guān)內(nèi)容。

2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的測試

（1）靜態(tài)測試：用數(shù)字萬用表測量A、B、D、F各點(diǎn)電位值并記錄。

（2）動態(tài)測試：輸入端接1kHz連續(xù)脈沖源，用示波器觀察并描繪D點(diǎn)(UD）、F點(diǎn)（UO）波形。如果覺得單穩(wěn)輸出脈沖持續(xù)時間太短，難以觀察，可適當(dāng)加大微分電容C（如改為0.1μF），待測試完畢再恢復(fù)為4700pF。

3.時鐘發(fā)生器的測試

測試方法參考實驗九中555定時器構(gòu)成多諧振蕩器的內(nèi)容。用示波器觀察輸出電壓波形并測量其頻率，調(diào)節(jié)RW，使輸出矩形波頻率為50Hz。

4.計數(shù)器的測試

（1）計數(shù)器74LS901＃片接成五進(jìn)制形式，R0A、R0B、S9A、S9B接電平開關(guān)，CP1接單次脈沖源，CP0接高電平“1”，Q0～Q3接到譯碼顯示電路“D、C、B、A”插孔上，測試其邏輯功能并記錄。

（2）計數(shù)器74LS902＃片及計數(shù)器74LS903＃片接成8421碼十進(jìn)制形式，同內(nèi)容（1）進(jìn)行邏輯功能測試并記錄。

（3）計數(shù)器74LS901＃、74LS902＃、74LS903＃片級聯(lián)，進(jìn)行邏輯功能測試并記錄。

5.電子秒表的整體測試

各單元電路測試正常后，按圖11－2-1把幾個單元電路連接起來，進(jìn)行電子秒表的總體測試。

先將電平開關(guān)K2置0后再置1，此時電子秒表不工作；再將電平開關(guān)K1置0后再置1，則計數(shù)器清零后便開始計時，觀察數(shù)碼管顯示計數(shù)情況是否正常。如不需要計時或暫停計時，將K2置0，計時立即停止，但數(shù)碼管保留計時之值。

6.電子秒表準(zhǔn)確度的測試

利用實驗臺上電子鐘的秒計時對電子秒表進(jìn)行校準(zhǔn)。

六、實驗報告

(1)總結(jié)電子秒表的整個調(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。

七、思考題

除了本實訓(xùn)中所采用的時鐘源外，請另外選用兩種不同類型的時鐘源，以供本實驗用。畫出電路圖，選取元器件。

實驗三拔河游戲機(jī)

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本RS觸發(fā)器、計數(shù)器、譯碼顯示器等單元電路的綜合應(yīng)用。

(2)熟悉拔河游戲機(jī)的工作原理。

二、實驗器材

(1)DZX—1B電子學(xué)綜合實驗臺1臺

(2)數(shù)字直流電壓表 1塊

(3)雙蹤示波器 1臺

(4)器件：

CC45144線—16線譯碼器 1片

CC4518雙同步十進(jìn)制計數(shù)器1片

74LS193同步二進(jìn)制可逆計數(shù)器1片

74LS00四2輸入與非門 3片

74LS08四2輸入與門 1片

74LS86四2輸入異或門 1片

電阻：1kΩ

4個

三、實驗預(yù)習(xí)

(1)復(fù)習(xí)數(shù)字電路中RS觸發(fā)器、4線—16線譯碼器、計數(shù)器、譯碼顯示器等部分內(nèi)容。

(2)分析拔河游戲機(jī)的組成、各部分功能及工作原理。查出各芯片引腳排列及功能。

四、實驗原理

拔河游戲機(jī)用9個（或15個）電平指示器排列成一行，開機(jī)后只有中間一個顯示點(diǎn)亮，以此作為拔河的中心線。游戲雙方各持一個按鍵，迅速地、不斷地按動產(chǎn)生脈沖，誰按得快，亮點(diǎn)就向誰的方向移動，每按一次，亮點(diǎn)移動一次。移到任一方終端指示燈點(diǎn)亮，這一方就得勝，此時雙方按鍵均無作用，輸出保持，只有經(jīng)復(fù)位后才使亮點(diǎn)恢復(fù)到中心線。最后，顯示器顯示勝者的盤數(shù)。圖11－3－1、圖11－3－2為拔河游戲機(jī)的整機(jī)邏輯圖和電路框圖。圖11－3-1圖11－3-2可逆計數(shù)器74LS193原始狀態(tài)輸出4位二進(jìn)制數(shù)0000，經(jīng)譯碼器輸出使中間的一只電平顯示器點(diǎn)亮。當(dāng)按動A、B兩個按鍵時，分別產(chǎn)生兩個脈沖信號，經(jīng)整形后分別加到可逆計數(shù)器上。可逆計數(shù)器輸出的代碼經(jīng)譯碼器譯碼后驅(qū)動電平顯示器點(diǎn)亮并產(chǎn)生移位，當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方終端后，由于控制電路的作用，使這一狀態(tài)被鎖定，這時輸入脈沖不起作用。如按動復(fù)位鍵，亮點(diǎn)又回到中點(diǎn)位置，比賽又可重新開始。

將雙方終端顯示器的正端分別經(jīng)兩個與非門后接到兩個十進(jìn)制計數(shù)器CC4518的使能端EN，當(dāng)任一方取勝，該方終端顯示器點(diǎn)亮，產(chǎn)生一個下降沿使其對應(yīng)的計數(shù)器計數(shù)。這樣，計數(shù)器的輸出即顯示了勝者取勝的盤數(shù)。

1.編碼電路

編碼電路由雙時鐘二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS193構(gòu)成，它有2個輸入端，4個輸出端，能進(jìn)行加／減計數(shù)。

2.整形電路

整形電路由與門74LS08和與非門74LS00構(gòu)成。因74LS193是可逆計數(shù)器，控制加減的CP脈沖分別加至5腳和4腳，此時當(dāng)電路要求進(jìn)行加法計數(shù)時，減法輸入端CPD必須接高電平；進(jìn)行減法計數(shù)時，加法輸入端CPU也必須接高電平，若直接由A、B鍵產(chǎn)生的脈沖加到5腳或4腳，就有很多時機(jī)在進(jìn)行計數(shù)輸入時另一計數(shù)輸入端為低電平，使計數(shù)器不能計數(shù)，雙方按鍵均失去作用，拔河比賽不能正常進(jìn)行。加一整形電路，使A、B兩鍵出來的脈沖經(jīng)整形后變?yōu)橐粋€占空比很大的脈沖，這就減少了進(jìn)行某一計數(shù)時另一計數(shù)輸入為低電平的可能性，從而使每按一次鍵都有可能進(jìn)行有效的計數(shù)。

3.譯碼電路

譯碼電路由4線—16線譯碼器CC4514構(gòu)成。譯碼器的輸出Y0～Y15中選9個（或15個）接電平顯示器，這樣，當(dāng)輸出為高電平時電平顯示器點(diǎn)亮。

比賽準(zhǔn)備，譯碼器輸入為0000，Y0輸出為1，中心處指示燈首先點(diǎn)亮，當(dāng)編碼器進(jìn)行加法計數(shù)時，亮點(diǎn)向右移；進(jìn)行減法計數(shù)時，亮點(diǎn)向左移。

4.控制電路

控制電路由異或門74LS86和與非門74LS00構(gòu)成，其作用是指示出誰勝、誰負(fù)。當(dāng)亮點(diǎn)移到任何一方的終端時，判該方為勝，此時雙方的按鍵均宣告無效。將雙方終端顯示器的正極接至異或門的兩個輸入端，獲勝一方為“1”，而另一方則為“0”，異或門輸出為“1”，經(jīng)與非門產(chǎn)生低電平“0”，再送到74LS193計數(shù)器的置數(shù)端，于是計數(shù)器停止計數(shù)，處于預(yù)置狀態(tài)。由于計數(shù)器數(shù)據(jù)端D0、D1、D2、D3和輸出Q0、Q1、Q2、Q3對應(yīng)相連，輸入也就是輸出，從而使計數(shù)器對脈沖不起作用。

5.勝負(fù)顯示電路

勝負(fù)顯示電路由計數(shù)器CC4518和譯碼顯示器構(gòu)成。將雙方終端顯示器正極經(jīng)與非門輸出后分別接到兩個CC4518計數(shù)器的EN端，CC4518的兩組4位BCD碼分別接到實驗箱中的兩組譯碼顯示器的8、4、2、1插孔上。當(dāng)一方取勝時，該方終端指示燈發(fā)亮，產(chǎn)生一個上升沿，使相應(yīng)的計數(shù)器進(jìn)行加1計數(shù)，于是就得到了雙方取勝次數(shù)的顯示，若一位數(shù)不夠，則進(jìn)行兩位數(shù)的級聯(lián)。

6.復(fù)位

74LS193的清零端CR接一個電平開關(guān)，作為一個開關(guān)控制，進(jìn)行多次比賽而需要的復(fù)位操作，使亮點(diǎn)返回中心點(diǎn)。

CC4518的清零端RD也接一個電平開關(guān)，作為勝負(fù)顯示器的復(fù)位來控制勝負(fù)計數(shù)器使其重新計數(shù)。

CC4518雙十進(jìn)制同步計數(shù)器引腳排列及功能分別如圖11-3-3和表11－3－1所示。圖11－3-3表11-3-1

五、實驗內(nèi)容

由于實驗電路中使用器件較多，因此實驗前必須合理安排各器件在數(shù)字電路實驗臺上的位置，使電路邏輯清楚、接線較短。

實驗時，應(yīng)按照實驗任務(wù)的次序，將各單元電路逐個進(jìn)行接線和調(diào)試，待各單元電路工作正常后，再將有關(guān)電路逐級連接起來進(jìn)行測試，直到測試完拔河游戲機(jī)整個電路的功能。

這樣的模塊化測試方法有利于檢查和排除故障，是調(diào)試電路的常用方法，可保證實驗順利進(jìn)行。

(1)測試芯片74LS193、CC4514、CC4518的功能。利用數(shù)字集成電路測試儀檢測所用數(shù)字芯片的好壞。

(2)按整機(jī)邏輯圖接線，逐個調(diào)試整形電路、編碼電路、譯碼電路、控制電路、勝負(fù)顯示電路和復(fù)位的功能，最后測試拔河游戲機(jī)整個電路的功能。

六、實驗報告

(1)總結(jié)拔河游戲機(jī)的整個調(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，討論結(jié)果，總結(jié)收獲。

實驗四位直流數(shù)字電壓表

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)了解雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理。

(2)熟悉位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。圖11－4-1

1.V-T變換型雙積分A/D轉(zhuǎn)換器

直流數(shù)字電壓表的核心器件是一個間接型A/D轉(zhuǎn)換器，它首先將輸入的模擬電壓信號變換成易于準(zhǔn)確測量的時間量，然后在這個時間寬度里用計數(shù)器計時，計數(shù)結(jié)果就是正比于輸入模擬電壓信號的數(shù)字量。

圖11－4－2是雙積分ADC的邏輯框圖。它由積分器（包括運(yùn)算放大器A1和RC積分網(wǎng)絡(luò)）、過零比較器A2、N位二進(jìn)制計數(shù)器、開關(guān)控制電路、門控電路、參考電壓UREF與時鐘脈沖源CP組成。圖11－4-2轉(zhuǎn)換開始前，先將計數(shù)器清零，并通過控制電路使開關(guān)SO接通，將電容C充分放電。由于計數(shù)器進(jìn)位輸出CO＝0，因此控制電路使開關(guān)S接通UX，模擬電壓與積分器接通，同時，門G被封鎖，計數(shù)器不工作。積分器輸出UA線性下降，經(jīng)零值比較器A2獲得一方波UC，打開門G，計數(shù)器開始計數(shù)。當(dāng)輸入2ｎ個時鐘脈沖后t=T1，各觸發(fā)器輸出端Dｎ-1～D0由11…1回到00…0，其進(jìn)位輸出CO＝1，作為定時控制信號，通過控制電路將開關(guān)S轉(zhuǎn)換至基準(zhǔn)電壓源-UREF，積分器向相反方向積分，UA開始線性上升，計數(shù)器重新從0開始計數(shù)，直至t=T2。UA下降到0，比較器輸出的正方波結(jié)束，此時計數(shù)器中暫存二進(jìn)制數(shù)字就是UX相對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)碼。圖11－4-3

CC14433具有自動調(diào)零，自動極性轉(zhuǎn)換等功能，可測量正或負(fù)的電壓值。當(dāng)CP1、CP0端接入470kΩ電阻時，時鐘頻率≈66kHz，每秒鐘可進(jìn)行4次A/D轉(zhuǎn)換。它的使用和調(diào)試簡便，能與微處理機(jī)或其他數(shù)字系統(tǒng)兼容，廣泛用于數(shù)字面板表、數(shù)字萬用表、數(shù)字溫度計、數(shù)字量具、遙測及遙控系統(tǒng)。（1）被測直流電壓uX經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后以動態(tài)掃描形式輸出，數(shù)字量輸出端Q0Q1Q2Q3上數(shù)字信號（8421碼）按照時間先后順序輸出。位選信號DS1、DS2、DS3、DS4通過位選開關(guān)MC1413分別控制著千位、百位、十位和個位上的4只數(shù)碼管的公共陰極。數(shù)字信號經(jīng)七段譯碼器CC4511譯碼后，驅(qū)動4只數(shù)碼管的各段陽極。這樣就把A/D轉(zhuǎn)換器按時間順序輸出的數(shù)據(jù)以掃描形式在4只數(shù)碼管上依次顯示出來，由于選通重復(fù)頻率較高，工作時從高位到低位以每位每次約300μS的速度循環(huán)顯示。即一個4位數(shù)的顯示周期是1.2ms，所以人的肉眼就能清晰地看到4位數(shù)碼管同時顯示3位半十進(jìn)制數(shù)字量。（2）當(dāng)參考電壓UR＝2V時，滿量程顯示1.999V；UR＝200mV時，滿量程為199.9mV?？梢酝ㄟ^選擇開關(guān)來控制千位和十位數(shù)碼管的h筆經(jīng)限流電阻，實現(xiàn)對相應(yīng)的小數(shù)點(diǎn)顯示的控制。

最高位（千位）顯示時只有b、c兩根線與數(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筆段來顯示模擬量的負(fù)值（正值不顯示），即由CC14433的Q2端通過NPN晶體管9013來控制g段。（3）精密基準(zhǔn)電源MC1403。A/D轉(zhuǎn)換需要外接標(biāo)準(zhǔn)電壓源作參考電壓。標(biāo)準(zhǔn)電壓源的精度應(yīng)當(dāng)高于A/D轉(zhuǎn)換器的精度。本實訓(xùn)采用在MC1403范圍內(nèi)變化時，輸出電壓的變化不超過3mV，一般只有0.6mV左右，輸出最大電流為10mA。

（4）實驗臺上已有BCD七段譯碼／驅(qū)動器和LED數(shù)碼管。可供直接選用。（5）七路達(dá)林頓晶體管列陣。MC1413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)，因此有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接接收MOS或CMOS集成電路的輸出信號，并把電壓信號轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號驅(qū)動各種負(fù)載。該電路內(nèi)含有7個集電極開路反相器（也稱OC門）。MC1413的電路結(jié)構(gòu)和引腳排列如圖11－4－5所示，它采用16引腳的雙列直插式封裝，每一驅(qū)動器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的抑制二極管。圖11－4-5

五、實驗內(nèi)容

本實訓(xùn)要求按圖11－4－4組裝并調(diào)試好一臺位直流數(shù)字電壓表，實訓(xùn)時應(yīng)一步步地進(jìn)行。

1.數(shù)碼顯示部分的組裝與調(diào)試

（1）在實驗臺上選4只數(shù)碼管和顯示譯碼器CC4511，注意最高位只要將b、c、g三筆劃段接入電路，按圖11－4－4接線，但暫不插所有的芯片，待用。

（2）接好芯片CC4511與MC1413，并將CC4511的輸入端A、B、C、D接至撥碼開關(guān)對應(yīng)的A、B、C、D插口處；將MC1413的1、2、3、4腳接至電平開關(guān)輸出插口上。（3）將MC1413的2腳置“1”，1、3、4腳置“0”，接通電源，撥動碼盤（按“＋”或“-”鍵）自0～9變化，檢查數(shù)碼管是否按碼盤的指示值變化。

（4）檢查譯碼顯示是否正常。

（5）分別將MC1413的3、4、1腳單獨(dú)置“1”，重復(fù)（3）的內(nèi)容。

如果所有4位數(shù)碼管顯示正常，則去掉數(shù)字譯碼顯示部分的電源，備用。

2.標(biāo)準(zhǔn)電壓源的連接和調(diào)整

插上MC1403基準(zhǔn)電源，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10kΩ電位器，使其輸出電壓為2.0V，調(diào)整結(jié)束后去掉電源線，供總裝時備用。

3.總裝總調(diào)

（1）插好芯片MC14433，按圖11－4－5接好全部線路。

（2）將輸入端接地，接通＋5V，-5V電源（先接好地線），此時顯示器將顯示“000”，如果不是，應(yīng)檢測電源正負(fù)電壓。用示波器測量、觀察DS1～DS4

，Q0～Q3的波形，判斷故障所在。

（3）用電阻、電位器構(gòu)成一個簡單的輸入電壓UX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）用數(shù)字萬用表測量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使UX＝1.000V，這時被調(diào)電路的電壓指示值不一定顯示“1.000”，應(yīng)調(diào)整基準(zhǔn)電壓源，使指示值與標(biāo)準(zhǔn)電壓表誤差在末位數(shù)的5之內(nèi)。

（5）改變輸入電壓UX極性，使UX＝-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)基準(zhǔn)電源電壓），使全部量程內(nèi)的誤差在末位數(shù)的5之內(nèi)。

4.測量電壓表值

記錄輸入電壓為±1.999、±1.500、±1.000、±0.500，0.000時（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。

5.測量正、負(fù)電源電壓

用自制數(shù)字電壓表測量正、負(fù)電源電壓。試設(shè)計擴(kuò)程測量電路。

6.測量精度

將積分電容C1、C2（0.1μF）換用普通金屬化紙介質(zhì)電容，觀察測量精度的變化。

六、實驗報告

(1)繪出位直流數(shù)字電壓表的電路接線圖。

(2)闡述組裝、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)總結(jié)組裝、調(diào)試數(shù)字電壓表的心得體會。

七、思考題

要使顯示值保持某一時刻的讀數(shù)，電路應(yīng)如何改動？實驗五簡易數(shù)字控制電路

一、實驗任務(wù)和目的

1.實驗任務(wù)

設(shè)計并組裝一數(shù)字控制電路。計數(shù)器從0（10）開始計數(shù)，到100(10)時，顯示器（模擬受控設(shè)備）亮。計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，計數(shù)到300（10）時，顯示器暗，同時計數(shù)器清零。接著再重復(fù)上述循環(huán)。用七段數(shù)碼管顯示計數(shù)過程。不顯示有效數(shù)字以外的零。

2.實驗?zāi)康?/p>

（1）熟悉計數(shù)器、七段譯碼器和數(shù)碼顯示管的工作原理。

（2）自選集成電路組成小邏輯系統(tǒng)。

（3）了解使能端的作用。

（4）學(xué)習(xí)分析和排除故障的方法。

二、實驗預(yù)習(xí)

設(shè)計實驗任務(wù)所要求實現(xiàn)的電路，其方框圖見圖11－5－1。選擇器件，畫出安裝圖。圖11－5－1三、實驗內(nèi)容

組裝電路，觀測其功能是否滿足實驗任務(wù)的要求。研究各使能端的作用。分析和排除可能出現(xiàn)的故障。

四、實驗報告

(1)畫出實驗電路，分析其工作原理。

(2)說明各使能端的作用。

(3)寫出測試結(jié)果。

(4)分析實驗中出現(xiàn)的故障及解決辦法。

實驗六簡易數(shù)字計時電路

一、實驗任務(wù)和目的

1.實驗任務(wù)

設(shè)計并組裝一簡易的數(shù)字計時裝置，要求能顯示“小時”（0～23時）、“分”（0～59分）和“秒”（0～59秒）