介绍数字集成电路简易测试板

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在使用数字集成电路时,经常需要检查一下电路的逻辑功能是否正确。下面介绍两个自制简易实验板,利用它们即可以检查通用数字集成电路的逻辑功能是否正确,还可以在板上完成数字电路多种实验,尤其适合职业高中学生使用。为了开展数字电路实验,每个实验板给出四个独立组件插座,根据需要可自行增加或减少。

一、CMOS实验板

1. 加工制作

实验板原理图见图1,图中分输入开关、被测电路和输出显示三部分。其中输入开关的主要作用为被测电路提供高电平(逻辑“1”)和低电平(逻辑“0”)。当开关扳向“1”时,A、B、C、D应有高电平,开关扳向“2”时,为低电平。输出显示的作用是显示被测电路的输出状态。若输出为高电平时,点亮发光二极管VD,若输出为低电平时,发光二极管熄灭。由于CMOS电路的输出电流较小,不能直接点亮VD,因此,CMOS电路输出需经三极管组成的驱动级来点亮VD。

图1
图1 🔍原图 (785×690)

实验板外形参考图2,选用一块 200×150×2(mm)的布胶板。加工制作时,先在板的四角打4个支架孔(可用长螺钉做支架)。然后根据选用的开关,打好开关安装孔,根据选用的香焦插座,打好安装孔,根据所选组件插座打好安装孔,根据图2,打好各元件、器件的铆钉孔。(可在空余地方多打些铆钉孔,以便实验时灵活运用,图2中没画出)。

图2
图2 🔍原图 (1237×815)

开关S1~S4可以选用单刀双掷(或双刀双掷),为了增加接触可靠性,将刀及掷并联使用,如图2中所示。甲烙铁把插座各引脚按图2所示与相应的铆钉在背面用单股线或镀银线焊接好。将电阻、发光二极管、三极管焊在相应的位置。图1中被测电路的V\(_{DD}\)和Vss可先不连接,待检测电路时再完成。

加电源检查时,先在V\(_{DD}\)插孔与地插孔间外接5V直流电压,然后用香焦插头连线连接A与A’孔,扳动开关S1,若用万用表直流电压档测量A孔为高电平时,三极管导通,相应的VD发光管发光,在开关S1的该位置侧记下标记“1”。再将S1向反方向扳动、A应为低电平(OV),三极管截止,VD发光管不亮,记下S1该位置侧“0”标记。用上述方法分别扳动S2、S3、S4、并分别记下它们的“1”或“0”标记。检查各路VD发光管是否正常,无误后实验板方可投入使用。

2.检测实例

图3
图3 🔍原图 (711×960)

以国产双四输入“或非”门——CC4002为例,它的引脚排列如图3(a)所示。它内含二个独立的四输入端“或非”门,但V\(_{DD}\)和Vss(地)是公用的。若检测下面一个门时,按图3(b)连接:

(1)连接14脚与V\(_{DD}\)插孔,7脚与地插孔。

(2)连接各输入端引脚2、3、4、5与A孔、B孔、C孔、D孔。连接输出引脚1与任何一个显示孔如图3(b)中A’孔。

(3)在V\(_{DD}\)与地孔间外接5V电源,用万用表直流电压档检查14脚对7脚间应有5V电压。正确后关断电源,插好组件CC4002(注意定位口应与插座定位口对准),再接通电源,进入检测。

图4
图4 🔍原图 (475×1035)

(4)按表1进行检测。从表1中可以看出:只有扳动 S1~S4于“0”位置时,即 2~5脚输入均为逻辑0,输出才为1,显示结果VD发光管发光,其它各种组合,输出都为0,显示器不亮。此结果正说明该门的逻辑功能正确。用同样的方法,检测另一个门的逻辑功能。

二、TTL实验板

TTL实验板安装原理如图4所示。与CMOS实验板比较,省去了三极管组成的驱动级,主要是因为TTL电路的输出电流较大,可以直接点亮发光管VD。加工制作时,首先按图5进行焊接,然后按图4进行检查,无误后进行调试,其方法同CMOS实验板。检测时参照CMOS电路进行。

图5
图5 🔍原图 (600×627)
图6
图6 🔍原图 (880×762)

三、数字电路实验实例

图7
图7 🔍原图 (1437×551)

图6是由TTL电路组成的一位计数显示系统实验。图6中的数字表示各组件引脚号,显示器与译码电路间的连接将相同字母用导线焊接,该系统实验线路分五部分组成:

1.单脉冲发生器(可用脉冲信号源)

每按一下微动开关S,电路输出一个矩形脉冲信号,作为计数器的输入信号。计数器由74LS132中两个具有施密特触发的“与非”门构成(74LS132内含四个“与非”门),安装在第一个14线插座位置。

2.计数器

本例选用任意进制计数器组件74LS290按图6连接后构成十进制计数器(也可直接选用十进制计数器组件,连接按说明进行)。计数器的作用是记录输入脉冲的个数,0~9十个脉冲信号。74LS290安装在第二个插座中(16线),可将组件与定位口取齐,右边的上、下各一引脚不用,便构成14脚插座使用,注意引脚连接。

3.二进制显示

图8
图8 🔍原图 (411×1008)

计数器输出为二进制的组合,如表2所示。二进制显示可以用TTL实验板上的四个发光管完成,按图6连接,将计数器的四个输出端分别与A’孔,B’孔,C’孔,D’孔相接。计数器输出端为高电平时,相应的VD发光管亮,计数器输出端为低电平时,相应的发光管不亮。

例如,当单脉冲发生器送出一个脉冲时,计数器输出端应为Q\(_{D}\)QCQ\(_{B}\)QA=0001。由于Q\(_{A}\)=1所对应D’孔的发光管亮,形成A’B’C’D’结果(灭、灭、灭、亮)。

4.译码器

由于二进制数的显示结果认读较困难,希望将计数结果用人们熟悉的十进制显示出来,就需要将计数输出的二进制翻译成十进制并显示出来。完成翻译任务的电路称为译码电路。本例选用七段译码组件74LS48,它可以直接驱动发光管显示器。它有七个输出端,与显示器的相应端连接,如译码输出13脚a应与显示器a引线连接。74LS48安装在第三个组件插座上(16线)。

5.十进制显示

该显示器是根据74LS48输出要求选定的,如高电平点亮字段,应选用的共阴极发光管显示器;若译码器为低电平点亮字段,则要选用共阳极发光管显示器。

如计数器输出状态为Q\(_{D}\)QCQ\(_{B}\)QA=0001时,译码器输出应为b=1,c=1其余各输出均为0。此时显示器中只有b字段和c字段被点亮,故显示结果为十进制数┆。显示器安装在第四个组件插座中,将显示器上边引脚插入插座中起固定作用,下边引脚悬空。

按图6在TTL实验板中进行实验,其中S1~S4不用。每按一下微动开关S,就应有二进制显示和相应的十进制数显示,如表2所示。

在以上两个实验板上可以检测多种电路,配合脉冲源及示波器还可开发出更多更广的实验内容。(郭桂芬)