數電實驗箱無法區分高電平與高阻態的改進方法

胡　志

[摘要]針對數字電路實驗箱存在的問題，提出改進方法，闡述改進方案及相關電原理圖。改進后數字電路實驗箱既能指示高低電平輸入，也能區分高電平和高阻抗輸入，提高教學效果。

[關鍵詞]實驗箱 改進 電平指示 高阻抗

中圖分類號：TM1 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2009）0720022－01

一、引言

電子技術實驗教學過程中發現數字電路實驗箱上電平指示燈不能區分高電平和高阻抗輸入，比如學生在做觸發器（二）三態輸出觸發器實驗時，發現實驗現象存在隨機性，不同的實驗組、同一實驗組不同時間做出的結果不一樣，學生對實驗結果不甚理解，也給指導老師帶來麻煩。下面就該實驗進行分析，分析產生隨機現象的原因，并提出相應的解決方法，以期消除了實驗過程中的隨機性．使學生在實驗時更容易理解實驗現象，提高實驗教學效果。

二、實驗過程和實驗現象原因分析

在觸發器（二）三態輸出觸發器實驗中共使用四種集成塊：4043三態R-S觸發器、4081與非門、74Ls75四D鎖存器和4069反向器。

實驗中用三態觸發器4043構成總線數據鎖存器，圖一是由用一個4043R-S觸發器和一個四2輸入端與非門4081（數據選通器）及一片4069（做緩沖器）構成的總線數據鎖存器的線路圖。分析圖一數據鎖存器，不難看出ST為選通端，R為復位端，EN為三態功能控制端。當然實驗過程中要注意R和EN端不能懸空（可按到邏輯電平開關上）。實驗結果應為表1所示。當ST、R、EN為011時，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EN為1時，4043R-S觸發器的邏輯關系不難理解。問題是當EN=0時．當輸出腳不接電平指示燈，用萬用表直流電壓檔測量Q1Q2Q3Q4對地電位均為：O.40V，用電阻檔測量測量Q1Q2Q3Q4對地電阻均為無窮大。此狀態實際為4043R-S觸發器高阻態，但學生大多第一次實際接觸高阻態，不容易理解，況且當輸出腳接電平指示燈時．電平指示燈均亮，用萬用表直流電壓檔測量Q1Q2Q3Q4對地電位得到電壓是一個不確定的范圍值，而且Q1Q2Q3Q4輸出電壓每次測量結果是變化的、不穩定的，是1.88-3.54范圍內的值。此時如果從電平指示燈亮進行判斷，必得到高電平輸出的錯誤結論。

三、數字電路實箱的改進方案

學生在做實驗時，對此實驗現象不易理解，分析產生這種隨機現象的原因，是數字電路實驗箱上電平指示燈把高電平與高阻態均指示為高電平紅燈亮，而當4069反向器輸入端高阻或懸空時，輸出為隨機。這里事實上涉及學生兩個新問題，一是本實驗中三態R-S觸發器中當傳輸門截止時的電路輸出呈第三態即高阻態問題，二是當4069反向器輸入端懸空．輸出端狀態不穩定現象。應該講這兩個問題均不復雜．但兩問題同時出現．而且數字電路實驗箱上電平指示燈無法區分高電平與高阻態，三個事件攪在一起讓學生不容易理解實驗現象。

解剖數字電路實驗箱上電平指示燈線路，線路圖見圖2。16個電平指示燈用2個74LS240做緩沖，當輸入為O-1.OV時電平指示燈熄滅，指示為低電平，當輸入為1.5-5V時電平指示燈亮，指示為高電平。但當74LS244輸入端懸空時，電平指示燈也亮。所以僅根據數字電路實驗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。而且即使本實驗中三態R-S觸發器中輸出呈高阻態時不接電平指示燈，如何判別高阻態也不是很方便（即要測電壓又要測電阻）。為解決此問題，在數字電路實驗箱內部空間和線路板允許的前提下，本人從數字電路實驗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。改進后的電原理圖見圖3。當IN輸入高電平時，Φ5GLED指示燈亮；當IN輸入低電平時，Φ5GLED指示燈亮；當IN輸入端懸空時，兩指示燈均不亮。這樣很容易通過電平指示燈狀態判別高低電平和高阻態，學生在實驗過程中所遇到的問題均迎刃而解，提高了教學效果。

參考文獻：

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