《数电实验与操作》课件

数字电路实验与操作课程概述与教学目标课程概述教学目标数字电路实验与操作课程旨在帮助同学们掌握数字电路的基通过本课程的学习，同学们将能够本理论和实践操作技能，为后续学习数字系统和嵌入式系统•熟练使用常用电子仪器，如数字示波器、信号发生器、万打下坚实基础用表等•掌握基本逻辑门电路的制作和测试方法•设计并实现简单的组合逻辑电路和时序逻辑电路课程考核方式介绍平时成绩期末考试平时成绩占总成绩的30%，主要通过课堂参与、实验报告、作业完成情况进行考核实验室安全规程进入实验室前，请认真阅读实验室安全规程实验过程中，请严格遵守实验操作规程，避免发生意外实验完成后，请及时清理实验台面，并将设备归位实验室基本设备介绍数字示波器函数信号发生器数字万用表实验电路板示波器是用来观察和分析电函数信号发生器可以产生多数字万用表可以测量电压、实验电路板是一种用于搭建信号波形的仪器，它能将电种不同波形的信号，用于模电流、电阻等基本电参数，电路的工具，它通常带有各信号的幅值、频率、相位等拟各种电路的工作情况，例是实验室必备的仪器种元器件的插座，方便同学信息显示在屏幕上如正弦波、方波、三角波、们进行电路连接和测试脉冲波等电子仪器使用注意事项电源接地安全操作使用电子仪器前，请确保电源使用电子仪器时，请严格按照线正确接地，防止触电操作规程进行，避免触碰高压部位或短路仪器维护实验结束后，请及时关闭电子仪器，并保持仪器清洁，防止灰尘和潮气进入数字示波器的基本操作电源开关通道选择时间基准垂直灵敏度打开示波器电源开关，启动选择合适的通道，将信号连设置时间基准，控制波形在设置垂直灵敏度，控制波形示波器接到示波器的输入端水平方向上的显示范围在垂直方向上的显示范围示波器的波形测量功能波形放大测量功能波形存储示波器可以通过调整示波器内置测量功示波器可以将观察到时间基准和垂直灵敏能，可以测量波形的的波形存储下来，方度放大波形，便于观频率、幅值、周期等便后续分析和比较察信号的细节参数函数信号发生器使用方法波形选择频率设置幅值设置输出设置选择所需的波形类型，如正设置信号的频率，可以使用设置信号的幅值，可以使用选择输出连接方式，一般通弦波、方波、三角波等旋钮或按键进行调节旋钮或按键进行调节过BNC接口输出信号数字万用表的使用技巧使用数字万用表前，请确认选择正确的测量档位，避免损坏测量电压时，请将万用表的红表笔连接到正极，黑表笔连接仪器或造成误差到负极测量电流时，请将万用表串联到电路中，确保电流方向正测量电阻时，请将万用表的红表笔和黑表笔分别连接到电阻确的两端实验电路板介绍面包板1面包板是用于快速搭建电路的工具，它通常带有许多小孔，方便插拔元器件通用电路板2通用电路板是一种可以反复焊接元器件的工具，适用于一些需要长期使用的电路面包板的使用方法识别接线端面包板通常分为电源区、接线区、元器件区等区域，不同区域的接线端功能不同插入元器件将元器件的引脚插入面包板的对应接线端，并确保连接牢固连接电路使用跳线将面包板上的不同接线端连接起来，形成完整的电路常用电子元件识别电阻电容电感二极管电阻是一种用来阻碍电流流动的元电容是一种用来存储电荷的元件，其电感是一种用来存储磁能的元件，其二极管是一种具有单向导电性的元件，件，其阻值通常用欧姆（Ω）表示容量通常用法拉（F）表示电感量通常用亨利（H）表示通常用于整流、限幅、保护等电路中三极管集成电路三极管是一种具有电流放大作用的元集成电路是一种将多个电子元件集成件，通常用于放大、开关、稳压等电在一个半导体芯片上的元件，通常用路中于实现复杂的电路功能二极管的特性实验反向特性2测量二极管的反向电压和电流关系，观察其反向击穿现象正向特性1测量二极管的正向电压和电流关系，绘制正向伏安特性曲线结特性PN分析二极管的PN结特性，了解二极管3的导电机制三极管的特性实验共发射极放大电路测量三极管在共发射极放大电路中的电流放大倍数和电压放大倍数1共集电极放大电路2测量三极管在共集电极放大电路中的电流放大倍数和电压放大倍数共基极放大电路3测量三极管在共基极放大电路中的电流放大倍数和电压放大倍数开关特性4测试三极管的开关特性，观察其在截止和饱和状态下的电流和电压变化基本逻辑门电路实验与门电路1与门电路的输出信号只有当所有输入信号都为高电平时才为高电平或门电路2或门电路的输出信号只要有一个输入信号为高电平，输出信号就为高电平非门电路3非门电路的输出信号与输入信号相反，当输入信号为高电平时，输出信号为低电平，反之亦然异或门电路4异或门电路的输出信号只有当输入信号不同时才为高电平，当输入信号相同时，输出信号为低电平与门电路的制作与测试输入A BY使用两个晶体管和电阻，搭建一个与门电路，并进行真值表测试，验证其逻辑功能或门电路的制作与测试输入A BY使用两个晶体管和电阻，搭建一个或门电路，并进行真值表测试，验证其逻辑功能非门电路的制作与测试输入A Y使用一个晶体管和电阻，搭建一个非门电路，并进行真值表测试，验证其逻辑功能异或门电路的制作与测试输入A BY使用多个晶体管和电阻，搭建一个异或门电路，并进行真值表测试，验证其逻辑功能组合逻辑电路设计基础1真值表首先根据电路的功能需求，列出输入和输出之间的关系，即真值表2逻辑表达式根据真值表，写出逻辑表达式，描述电路的逻辑功能3电路实现利用基本逻辑门电路，搭建满足逻辑表达式的组合逻辑电路4测试验证通过真值表测试，验证电路的功能是否满足要求半加器电路实验输入信号输出信号A第一个加数S加法结果的和B第二个加数C进位信号使用基本逻辑门电路搭建一个半加器电路，并进行测试，验证其是否能正确进行二进制加法运算全加器电路实验输入信号输出信号A第一个加数S加法结果的和B第二个加数Cout高位进位信号Cin低位进位信号使用基本逻辑门电路搭建一个全加器电路，并进行测试，验证其是否能正确进行二进制加法运算数据选择器实验输入信号输出信号A

0、A1地址信号，选择输入数据的地址Y数据输出信号，根据地址信号选择对应的数据输入I

0、I

1、I

2、I3数据输入信号通过实验了解数据选择器的功能，并尝试利用数据选择器实现简单的逻辑功能译码器实验输入信号输出信号A

0、A

1、A2地址信号，指定译码器的输出信号Y

0、Y

1、Y

2、Y

3、Y

4、Y

5、Y

6、Y7译码后的输出信号，对应一个唯一的地址信号通过实验了解译码器的功能，并尝试利用译码器控制七段数码管显示不同的数字编码器实验输入信号输出信号I

0、I

1、I

2、I3数据输入信号，代表不同的状态A

0、A

1、A2地址信号，将不同的状态编码成唯一的地址信号通过实验了解编码器的功能，并尝试利用编码器将不同的状态编码成唯一的地址信号加法器的设计与实现半加器1使用两个半加器和一个或门电路，搭建一个两位二进制加法器全加器2使用多个全加器，搭建一个多位二进制加法器，实现任意位数的加法运算减法器的设计与实现补码运算加法器实现使用补码运算实现二进制减法，将减法运算转化为加法运利用加法器电路，完成补码运算，最终得到减法的结果算数值比较器实验输入信号输出信号A

0、A

1、A2第一个数值的输入信号AB当A大于B时为高电平B

0、B

1、B2第二个数值的输入信号A=B当A等于B时为高电平A通过实验了解数值比较器的功能，并尝试利用数值比较器实现简单的逻辑功能七段显示器驱动电路译码器使用译码器将二进制数字转换成七段数码管的段码驱动电路使用晶体管或其他驱动电路，控制七段数码管的各段亮灭，显示不同的数字触发器工作原理基本概念主要类型工作原理触发器是具有记忆功能的电路，可以存常见的触发器类型包括RS触发器、D触发器的工作原理基于反馈机制，通过储一个二进制位的信息触发器、JK触发器、T触发器等输入信号控制触发器的状态变化，并存储状态信息触发器实验RS输入信号输出信号S置位信号，将触发器置为“1”状态Q触发器的输出信号，表示触发器当前的状态R复位信号，将触发器置为“0”状态Q触发器的反相输出信号通过实验了解RS触发器的功能，并尝试利用RS触发器实现简单的逻辑功能触发器实验D输入信号输出信号D数据输入信号，决定触发器的状态Q触发器的输出信号，表示触发器当前的状态CLK时钟信号，控制数据输入的时间Q触发器的反相输出信号通过实验了解D触发器的功能，并尝试利用D触发器实现简单的存储功能触发器实验JK输入信号输出信号J置位信号，当J为“1”时，下一个时钟上升沿到来时，触发Q触发器的输出信号，表示触发器当前的状态器将置为“1”状态Q触发器的反相输出信号K复位信号，当K为“1”时，下一个时钟上升沿到来时，触发器将置为“0”状态CLK时钟信号，控制触发器状态变化的时间通过实验了解JK触发器的功能，并尝试利用JK触发器实现各种状态变化的逻辑功能触发器实验T输入信号输出信号T触发信号，当T为“1”时，下一个时钟上升沿到来时，触发Q触发器的输出信号，表示触发器当前的状态器状态翻转Q触发器的反相输出信号CLK时钟信号，控制触发器状态变化的时间通过实验了解T触发器的功能，并尝试利用T触发器实现简单的计数功能时序逻辑电路设计基础12状态机设计触发器选择首先根据电路的功能需求，设计一个状态机模型，描述电路的逻辑功能和状态变化根据状态机模型，选择合适的触发器来实现状态存储和状态变化34电路实现测试验证利用基本逻辑门电路和触发器，搭建满足状态机模型的时序逻辑电路通过时序分析和波形观察，验证电路的功能是否满足要求同步计数器实验工作原理电路设计同步计数器采用同步时钟控制，所有触发器同时接收时钟信使用多个触发器和逻辑门电路搭建同步计数器，实现指定进号，状态变化同步进行制的计数功能异步计数器实验工作原理电路设计异步计数器采用异步时钟控制，各触发器的时钟信号来自前使用多个触发器和逻辑门电路搭建异步计数器，实现指定进级触发器的输出信号，状态变化异步进行制的计数功能可逆计数器设计计数方向电路设计可逆计数器可以根据控制信号，实现向上计数或向下计数的使用多个触发器和逻辑门电路搭建可逆计数器，实现双向计功能数的功能移位寄存器实验工作原理电路设计移位寄存器是一种可以将数据位逐位移位的电路，通常用于使用多个触发器和逻辑门电路搭建移位寄存器，实现数据位存储和传输数据移的功能定时器应用实验555脉冲发生器分频器使用555定时器搭建脉冲发生器，实现周期可调的脉冲信号使用555定时器搭建分频器，实现将输入信号频率降低到特输出定频率的功能脉冲发生器设计时钟信号脉冲宽度利用555定时器，产生周期可调的时钟信号，用于控制电路根据需要，调整脉冲的宽度，实现不同的功能的工作状态分频器设计与实现计数器分频比使用计数器对输入信号进行计数，实现将输入信号频率降低通过设置计数器的计数范围，改变分频比，实现不同的分频到特定频率的功能效果数字时钟电路实验计数器七段显示器使用计数器实现秒、分、时等时间单位的计数使用七段显示器显示时间，实现时钟的功能状态机设计基础123状态图状态表电路实现根据电路的功能需求，绘制状态图，描述根据状态图，列出状态表，描述各状态的利用基本逻辑门电路和触发器，搭建满足电路的逻辑功能和状态变化输入、输出和状态转移关系状态表描述的逻辑功能的时序逻辑电路交通灯控制器设计状态机设计电路实现设计一个交通灯控制器的状态机，描述不同状态下的灯亮灭利用触发器、逻辑门电路和七段显示器，搭建交通灯控制情况器，实现交通灯的控制功能转换器实验A/D输入信号输出信号模拟信号，例如电压信号或电流信号数字信号，将模拟信号转换成二进制数字信号通过实验了解A/D转换器的功能，并尝试利用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号转换器实验D/A输入信号输出信号数字信号，例如二进制数字信号模拟信号，将数字信号转换成电压信号或电流信号通过实验了解D/A转换器的功能，并尝试利用D/A转换器将数字信号转换成模拟信号数字温度计设计温度传感器转换七段显示器A/D使用温度传感器采集环境温度，输出模使用A/D转换器将温度传感器输出的使用七段显示器显示温度值，实现数字拟信号模拟信号转换成数字信号温度计的功能数字频率计设计计数器显示电路使用计数器对输入信号进行计数，测量信号的频率使用七段显示器或其他显示方式，显示信号的频率值简单数字锁设计密码输入密码比较锁控制使用按键输入密码，并存储在移位寄存将输入密码与预设密码进行比较，判断根据密码比较结果，控制锁的开闭状器中是否正确态数字秒表的设计计数器显示电路控制电路使用计数器实现秒、分、时等时间单位使用七段显示器显示时间，实现秒表的使用逻辑门电路控制秒表的启动、停止的计数功能和复位功能电子骰子的设计随机数发生器七段显示器按键控制使用555定时器或其他随机数发生使用七段显示器显示生成的随机数，模使用按键控制骰子的投掷动作，生成新器，产生1到6的随机数拟骰子的点数的随机数抢答器的设计与实现抢答按键优先级判断显示电路每个选手拥有一个抢答按键，按下按键使用逻辑门电路判断哪个选手最先按下使用LED灯或其他显示方式，显示抢表示抢答抢答按键答成功的选手数字音乐盒设计音频发生器存储器扬声器使用555定时器或其他音频发生器，使用移位寄存器或其他存储器，存储音使用扬声器播放音乐，实现数字音乐盒产生音乐音调乐的音调和节奏信息的功能设计基础PCB软件工具设计步骤学习使用常用的PCB设计软件，例如Altium Designer、了解PCB设计流程，包括原理图绘制、元器件布局、走线布Eagle等线、生成Gerber文件等电路仿真软件使用仿真工具仿真流程学习使用常用的电路仿真软件，例如Multisim、PSpice了解电路仿真流程，包括建立电路模型、设置仿真参数、运等行仿真、分析仿真结果等焊接技术基础焊接工具焊接技巧学习使用常用的焊接工具，例如烙铁、焊锡、助焊剂等掌握基本的焊接技巧，例如控温、锡膏控制、引脚处理等故障排查方法观察法测量法逻辑分析仪观察电路板上的元器件是否损坏，连接使用万用表测量电路中的电压、电流、使用逻辑分析仪观察电路中的信号波是否正确，是否有明显的烧毁痕迹等电阻等参数，判断故障点形，分析电路的逻辑状态，判断故障点实验报告撰写规范实验目的实验步骤实验结果实验结论清晰描述实验的目的和目详细记录实验过程，包括操展示实验结果，包括图表、总结实验结论，说明实验验标作步骤、使用的仪器和材料数据、波形等，并进行必要证了哪些理论知识或技术，等的分析并提出改进意见。