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实验装置

数字逻辑实验模块是专门为数字逻辑实验课程设计开发的一套实验装置,该装置兼容传统的分立逻辑器件的连线实验与可编程逻辑器件实验。整个实验装置采用模块化的设计形式,面向基础实验,模块类似积木的形式,可以根据不同功能设计进行任意组合拼装;各个模块采用了成品连接端子和连接孔,线路连接更加方便;同时加入了可编程逻辑器件模块,可以进行更高层次的设计;采用模块化的设计,可以更方便的进行组合,扩充实验内容;配备了齐全的工具,具有整体的实验手段,可以更好地进行课前的实验准备。

总体介绍

整个实验装置包括若干个实验模块,一盒实验用分立器件芯片,各色连接线,以及配件若干,如下图所示:

实验装置全图

实验装置采用 +5V 电源直流供电,各模块输入电压均为 +5V。

在实际进行实验的过程中,连接好各个模块之后,就可以使用连接线连接不同模块上的接插孔,从而搭建起实验电路。

模块

实验模块采用了固定标准大小,侧面安装有磁铁和弹簧针,模块之间通过磁铁来连接,使用弹簧针(pogopin)来连接各个积木之间的电源与地,从而使得连接后的各个模块共地,并使用电源模块积木提供的电源。

每个模块的 4 边都带有 2 个弹簧针、2 个铜触点和 2 块磁铁(个别模块是 3 边),当两个模块距离足够近的时候,两个模块间的磁体就会自动将两个模块吸附在一起,这样模块间的弹簧针与触点就会互相接触到一起,起到两个模块的电源和地互连的作用。这样,当电源模块与任一模块进行连接时,就能保证电源模块可以直接或者间接为所有的功能模块进行供电和共地。同时,在每一个功能模块的右上角带有 LED 发光二极管,当有电源接入时,发光二极管会常亮。

由于所有的模块都使用同样标准的外壳,只是中间的电路功能不同,外壳设计成了有连接卡口和凹槽的形式,因此可以把各个模块层叠起来方便收纳。

提醒

模块连接之后,各个模块的地线已经连接到一块,无需再连线共地。

连接的时候由于磁铁的方向保证了电源不会被接反,弹簧针的电流可以承载1A的电路。

分立实验芯片

实验盒中提供了实验需要用到的各种分立芯片,主要是 74 系列的小规模逻辑芯片,包括一些经常用的到门电路,工作电压兼容 5V,主要包括以下芯片:

芯片型号 数量 说明
74LS00 3 4 路 2 输入与非门
74LS04 1 6 路反向器(非门)
74LS11 1 3 路 3 输入与门
74LS74 3 2 路 D 触发器
74LS86 3 4 路 2 输入异或门
74LS161 2 4 位二进制同步计数器
74LS20 2 2 路 4 输入与非门
74LS14 1 6 路施密特输入反向器(非门)
74LS27 1 3 路 3 输入或非门
74LS75 1 4 路双稳态锁存器
74LS85 1 4 位二进制比较器
74LS90 2 十进制计数器
74LS125 1 具有三态输出的 4 路缓冲器
74LS253 2 具有三态输出的 2 组 4 选 1 数据选择器
CD4011 1 4 路 2 输入与非门

一些可以知道的事

有些芯片信号中间的标识可能使用的不是LS(TTL类型),而是HC(COMS类型),HC的芯片兼容+5V工作电压,如没有特殊说明,这两种芯片使用起来在我们的实验中是没有区别的。

芯片型号中的前缀比如SN74LS00中的SN前缀一般表示芯片的厂家,如SN就是德州仪器(TI)的芯片,也有的芯片型号中带有后缀的,一般表示芯片的一些特性。

74LS04输入是TTL电平,74LS14输入是施密特输入(有滞回特性),74LS04多用于板内一般数据的“非”控制,而74LS14一般用于某些信号的整形或者异受干扰/关键信号的信号缓冲等,大部分情况下74LS14可以替代74LS04。

在使用芯片前,必须认真查对识别集成电路的管脚,确认电源、地、输入、输出、控制等端的引脚号,以免因接错而损坏器件。 对于芯片管脚顺序,我们实验用到的芯片按照封装一般可以按照以下规则判断:

实验中所用的分立器件封装选都是DIP(Dual In-line Package,双列直插),有14脚和16脚两种。

识别管脚时,从顶视图看,将文字,符号标记正放,器件一端一般有一个半圆的缺口,这是正方向的标志。同时一般在左下角有一圆点,该圆点处的管脚为1号管脚,然后管脚号按逆时针方向增加。

可编程模块EPM240的实验芯片的封装就是TQFP(Thin Quad Flat Package)封装,属于QFP(Quad Flat Package)扁平式封装的一种,管脚数可以很多。

识别管脚时,从顶视图看,将文字,符号标记正放,一般在左上角有一圆点,该圆点左侧的管脚为1号管脚,然后管脚号按逆时针方向增加。

可编程模块XC7A35的实验芯片的封装就输入一种BGA(Ball Grid Array,球状引脚栅格阵列)封装,管脚数可以非常多。

BGA的管脚非常多,使用字母表示行,数字表示列,如 B5 管脚。识别管脚时,从顶视图看,将文字,符号标记正放,一般在左上角有一圆点,该圆点背面的管脚为A1号管脚。具体可以参见相应的芯片手册。

连接线

实验装置配备了 5 种颜色(红、黑、蓝、绿、黄)各 20 条连接线,

建议

为了后期调试方便,电源(VCC)连接尽量使用红色连接线,地线(GND)连接尽量使用黑色连接线。

为了保证将连接线插入接插孔时的连接可靠性,可以将把插头插进插孔中,然后按顺时针方向轻轻一拧即连接紧密了,拔出插头时,按逆时针方向轻轻拧一下插头,使插头和插孔之间松开,然后将插头从插孔中拔出。不要用力直接拔插头,以免损坏插头和连线。

提醒

严禁带电插、拔器件,连接线。

配件

实验装置提供了一些常用的配套设备和工具,主要包括 5V 电源线,下载线以及螺丝刀。

5V 电源线包括一个电源头和一根 USB 线,电源头为 +5V 输出,一般可以直接使用手机自带的充电头。USB 线有两种,一种是标准的方头 USB 线,可以插入电源模块上,给电源模块供电;另一种是再带连接器的 USB 线,连接器可以直接通过磁铁吸到接到各种模块四边上,为模块供电。

下载线也有两种,对应不同的可编程模块,适配AlteraXilinx的可编程芯片。

待补。

Altera的下载线为USB Blaster,使用时需要安装驱动,请参阅文档中Quartus使用部分。

建议

螺丝刀主要用于将芯片从管座上取下时使用,可以从管座的两侧分别将芯片从管座上轻轻翘起,这样就能很方便的将芯片从管座上拿下来了。


最后更新: 2024年3月14日
作者:李山山 (85.71%), Jiajie Chen (12.7%), TRCYX (1.59%)