数字电路实验系统的研制

王素芹 程连生 衡水职业技术学院 053000

本论文为衡水职业技术学院2013 年度院级重点课题“数字电路实验系统的研制”研究成果，课题编号131207

【文章摘要】

由于现有数字电路实验设备不能满足教学需要，购买实验设备存在连接不可靠，出现问题难以修复等问题，自行研究制作功能齐全，性能优越的数字电路实验系统，克服长期以来难以解决的实验教学难题。

【关键词】

数字电路；实验系统；多功能；研制

目前我院数字电路实验状况：

我院数字电路实验是在电工电子实验室和虚拟仿真实验室进行的，在虚拟仿真实验室主要的借助虚拟电子工作台进行仿真实验，利用软件做仿真实验主要优点是节省元器件，降低实验成本，主要缺点是比较抽象，学生看不到实物，离具体的工程实践相差甚远，对于提高学生的动手能力效果欠佳。鉴于此，我们还抽出较多的课时在电工电子实验室进行实际元器件的电路搭接实验，但是由于电工电子实验台比较少，只能是几个人一组进行实验，这样就会造成有的学生偷懒的现象。而且由于实验台上的电路板是塑料板，下面是由铜片进行连接的，学生做实验时反复的插线拔线就会造成铜片脱落，实验板上的插孔也容易松动，只要有一个接触点接触不好的话，就会对整个实验结果造成影响。所以我们要研制自己的数字电路实验系统，以满足我院数字电路实验教学的需要。

1 技术路线

采用理论分析、试验研究、设计制作的方法, 实现将分立实验集中到一个实验箱系统板, 使之既能完成基础验证型实验, 又为综合设计型实验提供实验平台. 研制多功能数字电路实验板的技术路线可用图1 表示:

2 技术指标

（1）直流电源输入电压：+5 V、±15V

（2）电路面板材料：玻纤。尺寸：长= 430mm ，宽= 310mm ，厚= 2 mm

3 数字电路实验系统板结构

电路面板结构如图2 所示。

4 数字电路实验系统板各部分功能

4.1 直流电源接线区：3 组独立直流稳压电源： +5V、GND、+15V、GND、－ 15V、GND。均采用了集成三端稳压器进行稳压。电源除了给实验电路供电外，还要作为本实验系统内各个部分的工作电源，因此选用金属封装，较易散热的LM7805，7812、7912 则采用了廉价的塑封型三端稳压器，这三种集成稳压器内部均设有可靠的短路、超温、限流等完善的保护措施。用于将外部直流电压引入到实验箱，外部直流电压通过电源保护二极管到达各个单元电路及面板中多个红色+5V 电压输出插孔，因此红色+5V 电压输出插孔中的电压通常比外部直流电压低0.3V 左右。

此外，实验板带有短路报警和过压报警功能。当电源开关处于“关”状态时，红色+5V 电压输出插孔仍有低电压输出（短路报警电路的需要），如果接线过程中导致+5V 和GND 出现短路，则开始声、光报警，当电源开关处于“开”状态时，短路报警失效；当电源开关处于“开”状态时，如果外部直流电压超过6.5V，则开始声、光报警。

4.2 数码管数字显示：2 个七段数码管，引脚全部引出，可采用共阴极或共阳极数码管；另有2 个BCD 码输入七段数码管（安装了显示译码器CD4511）。为了更换方便，均采用了IC 插座。

4.3 TTL 逻辑电平显示：对输出电平的高、低进行显示。输出电平为高时，红色发光二极管亮；输出电平为低时，绿色发光二极管亮。

4.4 TTL 逻辑电平输出：提供12 组TTL 逻辑电平输出，采用拨码开关控制，拨上输出为高电平，拨下输出为低电平。

逻辑电平开关部分 选用优质的单刀双掷开关，向实验电路提供“0、1”电平信号，若八位开关不够用，可由DIP 封装的双列直插式微型多路开关在多孔实验插座扳上进行扩充。

4.5 单次脉冲、简单连续脉冲输出：脉冲输出均为TTL 逻辑电平。单次脉冲分为正、负两种单脉冲输出，采用白色按钮控制，发光二极管指示；简单连续脉冲分别为2Hz、8Hz、128Hz 和1024Hz ，发光二极管指示。

单次脉冲电路如图3 所示：

4.6 集成电路插座：采用标准紧锁插座，28 脚1 个、20 脚1 个、16 脚6 个、14 脚2 个，可插8 到28 脚的各种IC。各IC 插座的所有引脚（包括电源和地引脚）全部引出，各IC 插座旁均有+5V、GND 插座为集成电路供电。

4.7 精密多圈可调电位器4 个：分别为1K、10K、47K、100K，采取三个插孔输出。

4.8 直流供电的四相步进电机、蜂鸣器、扬声器及驱动电路、直流继电器及驱动电路。

4.9 元件库：提供了很多不同值的电阻和电容、1 个32768 Hz 晶振、2 个二极管和1 个555 定时器。

4.10 逻辑笔功能：红色：高电平、绿色： 低电平、橙色：高阻。

4.11 扩展区：采用165×55 进口面包板1 块，可拆卸和更换，主要用于安装其它电路。

4.12 接插件：普通弹性插孔，配有高性能的插孔连接线；此外，在面包板旁配有与面包板接线兼容的黑色插座，同时黑色插座和部分弹性插孔已直接连接好，解决了电路面板上弹性插孔至面包板的连接问题。

【参考文献】

[1] 贾林科. 数字逻辑电路实验仪的研究与制作. [J] 价值工程.

[2] 张清等、朱雷平、崔厚梅. 多功能电路实验箱的研制. [J] 徐州工程学院学报,2006，12

图1　多功能电路实验板的技术路线

图2 电路面板结构分布图048

实验研究

Experimental Research