數(shù)電實(shí)驗(yàn)箱無法區(qū)分高電平與高阻態(tài)的改進(jìn)方法

胡　志

[摘要]針對(duì)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱存在的問題，提出改進(jìn)方法，闡述改進(jìn)方案及相關(guān)電原理圖。改進(jìn)后數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱既能指示高低電平輸入，也能區(qū)分高電平和高阻抗輸入，提高教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)箱 改進(jìn) 電平指示 高阻抗

中圖分類號(hào)：TM1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2009）0720022－01

一、引言

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上電平指示燈不能區(qū)分高電平和高阻抗輸入，比如學(xué)生在做觸發(fā)器（二）三態(tài)輸出觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象存在隨機(jī)性，不同的實(shí)驗(yàn)組、同一實(shí)驗(yàn)組不同時(shí)間做出的結(jié)果不一樣，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不甚理解，也給指導(dǎo)老師帶來麻煩。下面就該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，分析產(chǎn)生隨機(jī)現(xiàn)象的原因，并提出相應(yīng)的解決方法，以期消除了實(shí)驗(yàn)過程中的隨機(jī)性．使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)更容易理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

二、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象原因分析

在觸發(fā)器（二）三態(tài)輸出觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)中共使用四種集成塊：4043三態(tài)R-S觸發(fā)器、4081與非門、74Ls75四D鎖存器和4069反向器。

實(shí)驗(yàn)中用三態(tài)觸發(fā)器4043構(gòu)成總線數(shù)據(jù)鎖存器，圖一是由用一個(gè)4043R-S觸發(fā)器和一個(gè)四2輸入端與非門4081（數(shù)據(jù)選通器）及一片4069（做緩沖器）構(gòu)成的總線數(shù)據(jù)鎖存器的線路圖。分析圖一數(shù)據(jù)鎖存器，不難看出ST為選通端，R為復(fù)位端，EN為三態(tài)功能控制端。當(dāng)然實(shí)驗(yàn)過程中要注意R和EN端不能懸空（可按到邏輯電平開關(guān)上）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)為表1所示。當(dāng)ST、R、EN為011時(shí)，Q1Q2Q3Q4是1維持1，是0則在1A2A3A4A由0變到1是置1，后維持1不變。當(dāng)EN為1時(shí)，4043R-S觸發(fā)器的邏輯關(guān)系不難理解。問題是當(dāng)EN=0時(shí)．當(dāng)輸出腳不接電平指示燈，用萬用表直流電壓檔測(cè)量Q1Q2Q3Q4對(duì)地電位均為：O.40V，用電阻檔測(cè)量測(cè)量Q1Q2Q3Q4對(duì)地電阻均為無窮大。此狀態(tài)實(shí)際為4043R-S觸發(fā)器高阻態(tài)，但學(xué)生大多第一次實(shí)際接觸高阻態(tài)，不容易理解，況且當(dāng)輸出腳接電平指示燈時(shí)．電平指示燈均亮，用萬用表直流電壓檔測(cè)量Q1Q2Q3Q4對(duì)地電位得到電壓是一個(gè)不確定的范圍值，而且Q1Q2Q3Q4輸出電壓每次測(cè)量結(jié)果是變化的、不穩(wěn)定的，是1.88-3.54范圍內(nèi)的值。此時(shí)如果從電平指示燈亮進(jìn)行判斷，必得到高電平輸出的錯(cuò)誤結(jié)論。

三、數(shù)字電路實(shí)箱的改進(jìn)方案

學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易理解，分析產(chǎn)生這種隨機(jī)現(xiàn)象的原因，是數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上電平指示燈把高電平與高阻態(tài)均指示為高電平紅燈亮，而當(dāng)4069反向器輸入端高阻或懸空時(shí)，輸出為隨機(jī)。這里事實(shí)上涉及學(xué)生兩個(gè)新問題，一是本實(shí)驗(yàn)中三態(tài)R-S觸發(fā)器中當(dāng)傳輸門截止時(shí)的電路輸出呈第三態(tài)即高阻態(tài)問題，二是當(dāng)4069反向器輸入端懸空．輸出端狀態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象。應(yīng)該講這兩個(gè)問題均不復(fù)雜．但兩問題同時(shí)出現(xiàn)．而且數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上電平指示燈無法區(qū)分高電平與高阻態(tài)，三個(gè)事件攪在一起讓學(xué)生不容易理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

解剖數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上電平指示燈線路，線路圖見圖2。16個(gè)電平指示燈用2個(gè)74LS240做緩沖，當(dāng)輸入為O-1.OV時(shí)電平指示燈熄滅，指示為低電平，當(dāng)輸入為1.5-5V時(shí)電平指示燈亮，指示為高電平。但當(dāng)74LS244輸入端懸空時(shí)，電平指示燈也亮。所以僅根據(jù)數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上亮電平指示燈無法判別74LS244輸入端輸入為高電平還是懸空。而且即使本實(shí)驗(yàn)中三態(tài)R-S觸發(fā)器中輸出呈高阻態(tài)時(shí)不接電平指示燈，如何判別高阻態(tài)也不是很方便（即要測(cè)電壓又要測(cè)電阻）。為解決此問題，在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)部空間和線路板允許的前提下，本人從數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上電平指示燈線路人手．使其能顯示高、低電平和懸空或高阻態(tài)。改進(jìn)后的電原理圖見圖3。當(dāng)IN輸入高電平時(shí)，Φ5GLED指示燈亮；當(dāng)IN輸入低電平時(shí)，Φ5GLED指示燈亮；當(dāng)IN輸入端懸空時(shí)，兩指示燈均不亮。這樣很容易通過電平指示燈狀態(tài)判別高低電平和高阻態(tài)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中所遇到的問題均迎刃而解，提高了教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉和生，數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)常見故障的分析與排除[J]．新余高專學(xué)報(bào)，2005，4：103-104．

[2]邱紅，改革數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)更好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[J]．高校實(shí)驗(yàn)室研究，2006，3：12-15．