数字电路实验箱简介

3．4．3　数字电路实验箱简介

1）组成模块

（1）数字逻辑电路实验箱主电路板

（2）RAM＆ROM模块扩展板

（3）A／D、D／A模块扩展板

（4）数字钟模块扩展板

（5）ALTERA 7128适配板

（6）LATTICE 1032E适配板

2）各个组成模块的主要功能

（1）信号源单元

该模块为实验箱其他功能模块提供丰富的信号源。主要由固定频率信号源，模拟信号源，单次脉冲源组成。固定频率信号源包含各种频率的方波：1Hz，10Hz，100Hz，500Hz，1kHz，10kHz，100kHz，200kHz，500kHz，1MHz，2MHz，4MHz；模拟信号源包含三角波、正弦波和方波三种波形，通过跳线TX1，TX2，TX3改变电容的容值来改变模拟信号源各输出波形的频率段范围，电容有1 000pF（102），0．01μF（103），0．1μF（104）可选，调节电位器W203可以细调各波形频率段范围的输出频率，另外调节电位器W206可改变模拟信号源正弦波和三角波的输出幅值（方波不可调），W204和W205调节正弦波的失真度，W202调节方波的占空比，正弦波和三角波的输出通过拨动“波形选择”开关来选择；单次脉冲源有正脉冲输出和负脉冲输出两种，按下S201就会产生一个正的或负的脉冲，它与按下的时间长短无关。当要使用信号源模块中的信号源时，只需要将其接入相应的输入端，对该模块上电即可。

（2）逻辑电平输出

此模块的主要功能是提供高低电平。当需要一个高电平时，将拨位开关拨上即可，对应的发光二极管发光，同样需要一个低电平将拨位开关拨下即可。除了16个拨位开关提供的逻辑电平输出以外，本实验系统还提供由8个轻触按键开关组成的电平输出，将其按下输出为低电平，不按始终输出高电平。

（3）点阵和喇叭

点阵为8×8点阵，即有8行和8列。它的发光规律为：列为低电平，行为高电平时，对应的点发光，例如第一列为低电平，第一行为高电平则对应点阵的最左上角的点亮，即第一行，第一列亮。喇叭是带有功率放大的，调节W501，可以改变输出功率的大小。

（4）逻辑电平显示

它的主要作用是对输出电平的高低进行显示，如果发光二极管发光，则对应的输出为高电平，相反发光二极管不发光，则对应的输出为低电平。

（5）可置换元件库

此元件库的最大特点是元器件的可置换性。元件库中提供了八组元器件的转接装置，您可以根据需要自行选择合适的元件插入库中相应的位置，然后通过实验系统自带的连接线引出。元器件库的可置换性为实验系统的操作使用提供了足够的空间和极度的方便性、灵活性。10K，100K两个多圈精密电位器使得实验箱的硬件资源更加丰富。

（6）数码管模块

此模块包含两个部分：

①共阴数码管和共阳数码管

此模块设计力求灵活可变，当需要两个共阴的数码管时，只需将共阳数码管拔起，换上共阴数码管即可，同样需要两个共阳数码管，只需将共阴数码管拔起，换上共阳数码管。另外还可以做共阴共阳数码管的单独实验。（实验箱上提供的TOS5101AH为共阴数码管，TOS5101BH为共阳数码管，它们的第3脚和第8脚为公共端。）

②带驱动显示电路的数码管模块

此模块含有六个带有驱动显示电路的共阴极数码管。数码管由74LS248驱动，能够正常显示十进制数字。这种带有驱动显示电路的设计是在经过6．1模块的学习以后，节省实验时间的最好选择。

（7）逻辑笔模块

此模块为使用者提供了一个非常方便而又实用的小工具——逻辑笔。此逻辑笔能够显示逻辑电平的高、低、高阻、脉冲等四种状态。当被测电平为逻辑高电平（高于2．4V）时，对应高电平红色指示灯发光。当被测电平为逻辑低电平（低于0．4V）时，对应低电平黄色指示灯发光。当被测输出端为高阻态（介于0．4～2．4V之间）时，对应的高阻态绿色指示灯发光。当被测端为脉冲序列时，高低电平指示灯依照脉冲频率，轮换闪烁发光。

3）RAM＆ROM模块

此模块主要是关于大规模集成电路中的存储器实验，分为RAM实验和EEPROM实验。

（1）RAM实验

该实验是关于静态RAM即SRAM的实验，我们所要做的工作就是将数据按照一定的时序写入RAM中，然后按照一定的时序关系将其读出，这样来达到模拟实际应用中暂存数据的目的。通过这样一些操作来理解SRAM的使用方法和使用规则。

（2）EEPROM实验

在EEPROM中，存有字符的程序，我们所要做的就是将这些数据正确的读出来并显示，因为在微电子高速发展的今天，ASIC已经应用到各个领域，对于初学这些知识的学生来说，首先要弄清楚它们的基本原理，在此基础上，再学习它们的使用方法。如果条件允许，可以自己编写字符，然后用专用的芯片烧录器将程序写入EEPROM中。

4）A／D、D／A模块

此模块包含D／A和A／D两个部分的实验。

（1）D／A转换实验

此实验有两种数据的输入方式，一种是自己通过高低电平输入数据，另外一种就是从计算机的并行口由计算机通过软件发送数据。经过D／A转换后，观察显示的模拟输出量，并分析D／A转换的原理。

（2）A／D转换实验

此实验有两种处理数据的方式，一种是自己输入一个模拟量，如直流信号源，正弦波，三角波等，经过A／D转换后用逻辑电平显示单元的发光二极管进行数据的显示，另外一种就是将A／D采集到的数据由计算机的并行口传送至计算机，通过软件处理后显示在一个界面上。注意做此实验时，转换时钟使用的是信号源单元的500kHz时钟。

5）数字钟模块

数字钟实验由秒计时电路，分计时电路，小时计时电路，校时电路和报时电路组成。首先它们是一个一个单独的部分，只有读懂了它们的原理，才可能将其组成一个完整的数字钟。通过秒计时电路，分计时电路可以观察60进制的显示，小时计时电路是一个特殊的12进制计数器。

当时钟走的不准，就需要校准，在数字钟实验中，只对分和小时进行校准，它有快校准和慢校准两种方式。当时钟走到了整点，就会模仿电台，进行4低音1高音报时。

此模块在数字钟的校时和整点报警部分只给出了电路原理图。需要学生自行搭建电路调试，最后实现数字钟的整体组合。这样设计的目的是增加本实验系统的实践动手性，此实验也是本实验系统中，由浅入深的六个数字电路分析、设计与实现实验的开始。此部分实验渐进式为学生充分掌握数字系统的分析、设计与实现方法、手段提供了精心的设计，合理的深度安排，各有侧重的知识点。使得学生通过完成此部分实验，真正领会数字电路系统开发的精髓。

6）ALTERA 7128适配板

（1）安装

将ALTERA 7128适配板装到实验箱主电路板的扩展区域上，注意保持线桥畅通以及稳固的连接，否则芯片无法上电，更无法下载，甚至有可能损坏器件。另外四周的四个孔插上固定用橡胶头，以免摆动，损坏芯片。

（2）下载

在计算机的并口与7128适配板的并口之间连上实验箱所附25芯电脑线，然后上电，此时适配板上的电源指示灯会发光指示。下载时，按照实验指导书中的步骤操作。

7）LATTICE 1032E适配板

（1）安装

将LATTICE 1032适配板装到实验箱主电路板的扩展区域上，注意保持线桥畅通以及稳固的连接，否则芯片无法上电，更无法下载，甚至有可能损坏器件。另外四周的四个孔插上固定用橡胶头，以免摆动，损坏芯片。

（2）下载

在计算机的并口与1032适配板的并口之间连上实验箱所附25芯电脑线，然后上电，此时适配板上的电源指示灯会发光指示。下载时，按照实验指导书中的步骤操作。

8）数字逻辑电路实验箱扩展板

（1）关于线桥结构的说明

本实验系统主电路板与扩展板（包括适配板）的连接方式采用线桥结构。主电路板有2个线桥接口，分别为线桥接口一和线桥接口二；扩展板与适配板可能用到1～2个线桥接口。每一个线桥接口有40路数据（或信号）通路，分别从扩展板的相应输出端连接至主电路板上的IC插座模块中。线桥接口一在每一个扩展板实验中都会用到，它的每个引脚端口引至IC插座模块的第四排，由IC－8（20个端口）、IC－9（14个端口）、A、B、C、D、＋5V、GND共四十个端口组成。其中IC－8和IC－9的34个端口具有复用性：在进行扩展板实验时它们是输入或输出端口，在进行基础性实验时，它们分别是20PIN和14PIN的IC插座。A、B、C、D四个端口为纯预留端口，它们只与线桥连接。＋5V和GND端口已经与电源模块＋5V和GND连接，实验时不用另外连接；线桥接口一从上到下，从左往右引脚值依次递增。插孔数顺序：从DIP20（IC－8）的1脚开始到20脚，再从DIP14（IC－9）的1脚开始到14脚，然后是A、B、C、D、GND、＋5V。线桥接口二则是专门为7128适配板、1032适配板预留的，它的每个引脚端口引至IC插座模块的第三排，由IC－7组成，同样IC－7的40个端口具有复用性。线桥接口二与DIP40周围的40个插孔一一对应。线脚接口二从上到下，从左往右引脚值依次递增。插孔数顺序：DIP40的1脚开始到40脚。

用户也可以根据实际需要自行设计扩展板，以配合实验系统提供的丰富的硬件资源和信号资源综合使用。这样高二次开发性能的结构也正是本实验系统的设计初衷。

（2）安装与连接

将数字逻辑电路实验箱扩展板或适配板装到实验箱主电路板的扩展区域上，注意保持线桥畅通以及稳固的连接（注意正反顺序不要接错），否则扩展板无法固定，更无法上电。另外四周的四个孔插上固定用的香蕉头，以免摆动，损坏芯片。做相关扩展板或适配板的实验时扩展板或适配板的线桥接口和主板的线桥接口通过实验箱提供的40芯连接线对应连接。

（3）使用

将扩展板或适配板固定并连接后，实验操作全部在主电路板上完成，这样方便各种资源的利用和操作的集中性。需要观察的实验现象，部分有扩展板提供，部分通过线桥连接到主电路板上的硬件资源中显示，如果需要借助其他的测量仪器（如数字万用表、双踪示波器等）测量时，在主电路板中都专门留出测试点以供测量。

9）实验注意事项

（1）电源的打开顺序是：先开交流开关（实验箱中的船形开关），再开直流开关，最后打开各个模块的控制开关。电源关掉的顺序刚好与此相反。

（2）切忌在实验中带电连接线路，正确的方法是断电后再连线，进行实验。

（3）实验箱主电路板上所有的芯片出厂时已全部经过严格检验，因此在做实验时切忌随意插拔芯片。

（4）实验箱中的叠插连接线的使用方法为：连线插入时要垂直，插入后稍做旋转，切忌用力，拔出时用手捏住连线靠近插孔的一端，然后左右旋转几下，连线自然会从插孔中松开、弹出，切忌用力向上拉线，这样很容易造成连线和插孔的损坏。

（5）实验中应该严格按照老师的要求和实验指导书来操作，不要随意乱动开关，芯片及其他元器件，以免造成实验箱的损坏。

（6）IC插座的IC－7插座中，可以在上面的两个20PIN插座（J2、J3处）中插上相应芯片，只需管脚对应即可；也可以插上40PIN芯片（J1、J3插座中插上相应芯片）；但切忌在J1插座与J2插座之间装用芯片作实验，因为它们是连通的。

（7）如果在实验中由于操作不当或其他原因而出现异常情况，如数码管显示不稳定、闪烁，芯片发烫等，首先立即断电，然后报告老师，切忌无视现象，继续实验，以免造成严重后果。

（8）实验中所用的元件都需要自行配置，元件名称都在实验设备与器件中写出，在实验中不同公司和国家的同种功能的元件可替换，比如CD系列的与CC系的同各功能的集成芯片可替换。