数字集成电路实验板的制作

　　数字集成电路实验板是一种学生用来进行数字集成电路基本实验的学具。它借鉴面包板插接电路的特点，并带有基本数字部件，能简化实验步骤，突出实验主体，提高插接电路的可靠性、速效性。是学生学习数字电路的一款很好的工具。
　　
　　一、数字集成电路实验板电路
　　
　　下图为数字集成电路实验板电路，它由操作平台和工具包两大部分组成。图中虚线框内为数字集成电路实验板主体，是学生进行实验的操作平台它模拟面包板的构造，为4行13列，在第2、3行中焊接有16脚插座，插入所需的数字集成电路块，操作方法同面包板实验。工具包提供实验所需的、已经焊接好的基本数字部件，包括4位逻辑电平显示器、4位逻辑电平控制器、日CD同步累加计数器、BCD口七段译码器和一位数码管显示器。此外还包括电源部分。

　　
　　二、电路工作原理
　　
　　4位逻辑电平显示器由三极管VTI~VT4、红色、绿色、黄色和蓝色发光二极管等组成，X1~X4为电平显示器输入插座。当被测电平测试点通过插接导线与插口X1相通时，电平信号通过基极偏置电阻器R5输入到VTI的基极，当输入信号为高电平时，VTI导通，电平显示红色发光二极管点亮，输入信号为低电平(≤0.6V)时，红色发光二极管熄灭，R1为限流电阻器。X2~X4为电平显示器余下3个独立的输入插口。
　　
　　4位逻辑电平控制器由单刀双掷开关S1~S4、上拉电阻器R9~Rl2和逻辑电平输出信号插座X5~X8组成。当X5输出端与被测数字集成电路输入端连通，单刀双掷开关S1端掷向1a时，S1通过上拉电阻器R9接通VDD，插口座X5输出高电平逻辑信号。反之，S1端接通lb时，S1接地，X5输出低电平逻辑信号，完成逻辑电平的控制作用。同理，X6~X8为其余3个独立的逻辑电平信号输出插口BCD同步累加计数器由计数器4518、自动复位电路、时钟信号输入端插口和BCD码输出插座Q1~Q4组成。接通电源瞬间，电源向由电阻器Rl4、电容器C所组成的RC定时电路充电，在Rl4上产生上升沿脉冲信号压降，4518第7脚复位端CR被施加高电平复位有效，计数器输出端第3~6脚Q1~Q4处于0000状态。当电容器C充电结束后，Rl4上压降为零，CR通过下拉电阻器Rl4接地，4518自动转到加计数器工作状态。时钟信号由插座CP输入时，上升沿脉冲信号加到4518第1脚时钟端，触发计数器进行加计数。为避免4518第1脚时钟端悬空，通过下拉电阻器Rl3接地o4518笫2脚EN按逻辑要求接Vdd，其余空闲的输入端接Vdd或Vss。
　　
　　BCD七段译码器由译码器4511和BCD码输入插座A~D组成。当BCD码信号接入A~D时，译码器4511将BCD码转换成数码管所需的驱动信号，由输出端a～g经过限流电阻器接到数码营对应笔划段。灯测试反相输入端-LT、灯消隐反相输入端-BT接Vdd，锁存输入端LE接Vss时，这时灯测试、消隐和锁存功能失效，4511驱动数码管显示数字。当4511数据输入端A~D空闲时，通过下拉电阻器R23~R26接地。
　　
　　数码管显示器由共阴极七段数码管IG5011AH、限流电阻器R15~R21和小数点段电源指示灯电路组成。数码管的共阴极第3脚或笫8脚接地，各笔划端通过限流电阻器与4511输出端相连，数码管显示出O~9阿拉伯数字，小数点段发光二极管通过限流电阻器R22直接电源正极，作为电源指示灯使用电源部分由低压直流电源插座XSI、电池插座XS2、电源开关S5和开关二极管VD组成。电池电源用4节五号电池卡供电，正极引线插入XS2“+”，负极插入XS2“-”插口。
　　
　　用交流电供电的低压直流电源接入XSI，当插头芯片与J1相通时，接通机内电源正端，与此同时J2与地端断开，这时电池负极与地端断开，切断电池供电，改由低压直流电源供电。电源开关S5接通5b时，电源通过开关二极管VD向数字集成电路实验板供电，VD具有电源接反时阻断供电及降压(约0.7V)的作用，后者满足操作平台使用74LS系列集成电路时对电压(5.0±0.5V)的要求。

　　三、印刷电路板

　　下图为数字集成电路实验板印刷电路板，将元件面和焊接面绘制在同一板面上，元器件连接关系一目了然，元件面为俯视图。元件面上元器件序号、参数与电路一一对应。
　　
　　印刷电路板尺寸为109.2×76.2mm，可以在31行44列通用矩阵实验电路板(焊盘孔间距为2.54mm)上完成电路的焊接。
　　
　　图中实心圆点为焊接元器件的焊盘，在条形框中空心圆圈为连接导线插孔。插孔座采用上面为插孔、下面为插针的单列插件排，插孔(插针)间距为2.54mm，这个距离即为数宇集成电路插座管脚标准间距。用桃形钳剪出所需插孔数目的单列插件，按照电路要求插针穿过元件面上小圆孔后与焊接面上的焊盘焊牢，插孔座中能够插入带有插针的软导线，不仅松紧合适，还能保证触点接触良好。在焊完实验电路板操作平台插件后，就会发现插孔之间距离和排列方式与面包板一致。印刷电路板上单刀双掷开关、低压直流电源插座选用小型元件，数字集成电路4518、4511采用管座与电路连接，便于实验操作和维修。

　　四、实验板使用方法
　　
　　接通电源开关S5，数码管小数点段点亮，说明电源已接通。用4条带插针的软导线，将逻辑电平控制器输出端X5~X8与逻辑电平显示器输入插口X1~X4对位相连，再将逻辑电平控制单刀双掷开关S1~S4先后掷向la~4a，红色、绿色、黄色和蓝色电平显示发光二极管先后点亮，说明逻辑电平控制器和显示器工作正常。
　　
　　在实验操作平台上测试与非门逻辑功能实验时，集成电路插座靠右的第8脚和第9脚空闲不用，改作14脚插座使用，插入四2输入端与非门74LSOO，接好Vdd和GND连线，连线方法同常规的面包板实验。与非门输入端1、2脚分别与逻辑电平控制器输出端X5、X6相连，X5、X6又与逻辑电平显示器输入插口X1、X2相连，来控制和显示输入端逻辑电平高低情况，与非门输出端第3脚与逻辑电平显示器X3相连，以显示输出端电平。然后，向上拨动S1、S2，X5、X6输出高电平逻辑信号，电平显示器红色、绿色发光二极管点亮，与非门的两个输入端都为高电平，输出端为低电平，电平显示器黄色发光二极管熄灭，反映出与非逻辑关系。在实验操作中只需插接几条导线和拨动逻辑电平控制开关，就可以完成与非门逻辑关系测试，体验到数字集成电路实验板的操作简单、实验快捷的特点。
　　
　　在实验与非门自激多谐振荡器时，与非门1、3脚之间插接1kΩ电阻器，连通第3、4脚，在第1、6脚之间插接220UF电容器，其正极接第6脚，完成与非门自激多谐振荡器电路的连接。与非门1、3脚分别与电平显示器X1、X2相连，输出端第6脚与X3相连，接通电源，就可同时观看到自激多谐振荡器各测试点电平的变化。
　　
　　将BCD同步加计数器4518输出端Q1~Q4分别与逻辑电平显示器输入插口X1~X4相连，接通电源，4个显示发光二极管熄灭，说明计数器4518处于复位状态。再将操作平台上已经连接好的与非门自激多谐振荡器输出端第6脚与4518时钟信号输入端CP插孔相连，用振荡器脉冲信号触发4518自动进行加计数，4位逻辑电平显示器显示出二进制码，完成BCD同步加计数器功能实验。最后，再将同步加计数器4518输出端插口Q1~Q4与译码器4511数据输入端插口A~D对位相连，完成一位数码管显示器电路的连接，观看到O~9阿拉伯数字的变换。
　　
　　在操作平台上实验BCD加计数器时，可以不用实验板上加计数器部件，将4518插在操作平台数字集成电路插座上，按照通常面包板实验步骤搭接电路，4511输出端Q1~Q4与电平显示器插口X1~X4以及译码器数据输入插口A~D相连，测试其功能。同样，在实验译码器时，将4511从原来的插座上取下来，插在操作平台数字集成电路插座上搭接电路，并用带有插针的软导线把4511输出端a～g与原集成电路插座上相应的第9~15管脚插孔连通，把数码管(带限流电阻器）接入测试电路，用来实验4511功能。
　　
　　下图为数字集成电路实验板一位数码显示器示范连接。

　　
　　时钟电路采用TTL数字集成电路74LSOO(1/2)，定时电阻器选用2.2kΩ，定时电容器选用220μF，时钟电平显示器选用白色发光二极管，限流电阻器为390Ω。时钟信号由74LSOO笫6脚输出端通过两端带有插针的软导线与CD4518时钟端CP相连，CD4518输出端Q1~Q4通过导线分别与电平显示器X1~X4相连，Q1~Q4还通过导线分别与CD4511数据输入端ABCD相连。接通电源开关S5，时钟端白色发光二极管闪亮，与此同步的4位电平显示器红色、绿色、黄色和蓝色发光二极管显示出BCD码，数码管显示出O~9阿拉伯数字。
　　
　　数字集成电路实验板需要配备实验所用的元器件插件，其数量和规格可以参照数字集成电路基本实验元器件明细表。实验板采用面包板连接电路的模式与基本数字部件相结合的方法进行数字集成电路基本实验，既能保证搭接电路的直观性、灵活性，又能保证搭接电路的可靠性、便捷性；实验电路不需要焊接，无污染，可以不用交流电源，操作安全，采用一体化电路实验板，管理方便，特别适用于数字集成电路课堂教学。

　　五、数字集成电路实验板坐标图

　　下图为数字集成电路实验板坐标图，每一个格的间距为2.54mm，供绘制印刷电路板图时参考。