数字电路创意实验

数字电路创意实验 

作　者：        卢明智 等编著，刘晋峰 审校 

出版时间：        2012 

内容简介 

　　《数字电路创意实验》自成体系，作者以轻松的口吻详尽地介绍了数字电路实验，从原理的认识至学会数字IC的设计，循序渐进、浅显易懂，自学与初学者皆能简单上手。《数字电路创意实验》分为9章：数字电路实验板的功能与制作、数字电路实验接线参考、数字电路实验板的线路分析与故障排除、数字电路实验板应用范例、自己做一支实用型逻辑笔、许多好玩又实用的小实验、为交通警察做一个米轮尺、为体育老师做一台百米赛跑多人计时器、频率计与转速计变成超速报警器。这些内容与数字电路实验板相结合，边做边学，即使在家也能做数字电路实验。 

目录 

1.1 

　我们所知道的太阳 …………………………………………………11.2 

　太阳辐射 ……………………………………………………………21.3 

　利用太阳能源的重要性 ……………………………………………41.4 

　太阳能发电的优缺点 ………………………………………………61.5 

　什么是太阳能电池 …………………………………………………61.6 

　太阳能电池的发展史 ………………………………………………71.7 

　台湾地区太阳能电池产业的发展 …………………………………151.8 

　太阳能电池的经济效益 ……………………………………………172.1 

　光电物理基础知识 …………………………………………………192.2 

　硅的原子结构 ………………………………………………………232.3 

　半导体的能带理论 …………………………………………………252.4 

　P-N接合 ……………………………………………………………272.5 

　太阳能电池的发电原理 ……………………………………………292.6 

　太阳光的光谱照度 …………………………………………………302.7 

　太阳能电池的电路模型 ……………………………………………312.8 

　判别太阳能电池效率的参数 ………………………………………322.8.1 

　最大的功率点 ……………………………………………………322.8.2 

　能量转换效率 ……………………………………………………332.8.3 

　填充系数 ………………………………………………………342.8.4 

　量子效率 ………………………………………………………35 2.9 

　影响太阳能电池效率的因素 ………………………………………352.9.1 

　造成转换效率损失的原因 ………………………………………352.9.2 

　提高转换效率的方法 ……………………………………………36 3.1 

　太阳能电池材料的选定标准 ………………………………………393.2 

　硅原料的特性 ………………………………………………………403.3 

　多晶硅原料的制造流程（Siemens方法） ………………………413.3.1 

　冶金级多晶硅原料的制造技术 …………………………………423.3.2 

　三氯硅烷的制造与纯化 …………………………………………453.3.3 

　块状多晶硅原料的制造技术（Siemens方法） …………………46 3.4 

　块状多晶硅原料的制造技术（ASiMi方法） ……………………493.4.1 

　SiH4原料的制造技术 ……………………………………………493.4.2 

　多晶硅原料的制造技术 …………………………………………51 3.5 

　粒状多晶硅原料的制造技术 ………………………………………513.6 

　太阳能级多晶硅的制造技术 ………………………………………543.7 

　多晶硅原料的市场概况 ……………………………………………564.1 

　概　述 ………………………………………………………………594.2 

　CZ硅单晶棒的制造技术 …………………………………………614.2.1 

　CZ拉晶炉设备 …………………………………………………614.2.2 

　CZ拉晶流程 ……………………………………………………62 4.3 

　太阳能电池等级CZ单晶硅片的常用规格 ………………………644.4 

　CZ单晶棒的质量与良率控制 ……………………………………654.4.1  

单晶良率的提升 …………………………………………………654.4.2  

电阻率的控制 ……………………………………………………664.4.3  

氧在硅晶棒内的形成机构与控制 …………………………………674.4.4  

CZ硅晶棒中碳的形成与控制 ……………………………………684.4.5  

CZ硅晶棒中金属不纯物的来源与控制 ……………………………69 4.5 

　晶圆的加工成型 ……………………………………………………694.5.1 

　修　边 …………………………………………………………694.5.2 

　切　片 …………………………………………………………704.5.3 

　蚀刻清洗 ………………………………………………………72 4.6 

　单晶硅片的市场概况 ………………………………………………735.1 

　概　述 ………………………………………………………………755.2 

　铸造多晶硅锭的技术 ………………………………………………765.2.1 

　浇铸法 …………………………………………………………765.2.2 

　布里基曼法 ……………………………………………………775.2.3 

　电磁铸造法 ……………………………………………………80 5.3 

　多晶硅片的加工成型 ………………………………………………815.4 

　多晶硅片的质量控制 ………………………………………………825.4.1 

　结晶缺陷 ………………………………………………………825.4.2 

　不纯物的控制 ……………………………………………………83 5.5 

　薄板多晶硅片的制造技术 …………………………………………855.5.1 

　EFG法 …………………………………………………………855.5.2 

　WEB法 …………………………………………………………885.5.3 

　STR法 …………………………………………………………895.5.4 

　RGS法 …………………………………………………………89 5.6 

　硅薄板的质量特性 …………………………………………………906.1 

　概　述 ………………………………………………………………916.2 

　太阳能电池的基本结构 ……………………………………………926.2.1 

　基　板 …………………………………………………………93　第1章数字电路实验板的功能与制作1 

1?1为什么要制作数字电路实验板1 

1?2数字电路实验板的功能1 

1?3数字电路实验板的介绍2 

1?4数字电路实验板的使用方法4 

1.4.1LA?01逻辑状态指示器的使用方法4 

1.4.2LA?02单脉冲发生器的使用方法5 

1.4.3LA?03十进制计数器的使用方法9 

1.4.4LA?04时钟脉冲发生器的使用方法11 

1.4.5LA?05 七段数码显示器的使用方法12 

1.4.6LA?06　8位二进制计数器的使用方法13 

1?5数字电路实验板的制作17 

1?6LA?01~LA?06各实验板的制作19 

1.6.1LA?01 8位逻辑状态指示器的组装19 

1.6.2LA?02单脉冲发生器的组装21 

1.6.3LA?03十进制计数器的组装21 

1.6.4LA?04时钟脉冲发生器的组装22 

1.6.5LA?05七段数码显示器的组装23 

1.6.6LA?06二进制计数器的组装24第2章数字电路实验接线参考25 

2?1逻辑门真值表的实验25 

2.1.1实验说明25 

2.1.2实验记录27 

2.1.3讨论27 

2?2逻辑组合电路应用实验——抢答器27 

2.2.1实验说明27 

2.2.2讨论29 

2.2.3应用29 

2?3触发器实验30 

2?4D型触发器自锁现象的观察32 

2?5J?K触发器的应用实验——分频与计数34 

2?6除18的电路35 

2?7多种方波信号发生器36 

2?8计数器的使用——74LS9038 

2.8.19的设定与清039 

2.8.2BCD除1039 

2.8.3反相除1039 

2?974LS90的实验设计——BCD计数器40 

2.9.1实验步骤40 

2.9.2讨论41 

2.9.3除100的分析42 

2?1074LS90的实验设计——反相除1042 

2.10.1实验42 

2.10.2讨论43 

第3章数字电路实验板的线路分析与故障排除45 

3?1LA?01线路分析与故障排除45 

3.1.1LA?01原理45 

3.1.2LA?01故障排除48 

3?2LA?02线路分析与故障排除49 

3.2.1LA?02原理49 

3.2.2LA?02故障排除51 

3?3LA?03线路分析与故障排除52 

3.3.1LA?03原理52 

3.3.2LA?03故障排除55 

3?4LA?04线路分析与故障排除58 

3.4.1LA?04原理58 

3.4.2LA?04故障排除60 

3?5LA?05线路分析与故障排除61 

3.5.1LA?05原理62 

3.5.2LA?05故障排除65 

3?6LA?06线路分析与故障排除67第4章数字电路实验板应用范例69 

4?1输入设定与输出检验69 

4.1.1实验说明69 

4.1.2讨论71 

4.1.3接线比较71 

4?2多级方波发生器72 

4.2.1实验说明72 

4.2.2讨论73 

4?3简易电子秒表75 

4.3.1实验说明76 

4.3.2实验接线764.3.3动作说明76 

4.3.4接线比较78 

4?4任意除N的分频电路78 

4.4.1除32的电路78 

4.4.2除40的电路79 

4.4.3除N电路80 

4.4.4除M电路82 

4?5应用参考1：跑马灯74138的实验84 

4.5.1想一想84 

4.5.2实验接线85 

4.5.3动作说明85 

4.5.4接线比较85 

4?6应用参考2：脉冲计数器实验74LS16087 

4.6.1实验说明89 

4.6.2实验步骤90 

4.6.3讨论91 

4?7应用参考3：加减计数实验74LS19291 

4?8应用参考4：大家一起来抢答(74LS75)94 

4.8.1动作分析94 

4.8.2接线讨论95 

4.8.3讨论97 

4?9应用参考5：触发器实验(前沿、后沿)97 

4.9.1实验步骤98 

4.9.2实验结果99 

4.9.3实验讨论100 

4?10应用参考6：电动机转速计(综合应用)100 

4.10.1怎样知道电动机转了1圈100 

4.10.2电动机转速的单位102 

4.10.3控制信号的安排102 

4.10.4所需硬件1034.10.5借助实验板完成电路设计103第5章自己做一支实用型逻辑笔107 

5?1问题思考与解答107 

5.1.1问题思考107 

5.1.2问题解答107 

5.2电路设计与制作110 

5.2.1电压比较器特性110 

5.2.2逻辑笔电路设计111 

5.2.3测量状况的分析112 

5?3制作与调试114 

5?4变化应用与创意构思117 

5.4.1自动温控的应用分析117 

5.4.2热敏电阻温控应用设计118 

5.4.3动作分析119 

5.4.4应用思考121第6章许多好玩又实用的小实验125 

6?1篮球计分板：计数方式125 

6?2键盘编码1：74LS148127 

6?3键盘编码2：74C922130 

6?4篮球计分板1：按键数据移位的方式133 

6?5篮球记分板2：按键数据锁存的方式135 

6?6冤家路窄，以和为贵136 

6.6.1三态门的应用136 

6.6.2三态门应用实验138 

6?7实验考试：应用设计——数据选择器138 

6?8五灯全亮加十分：SISO移位寄存器141 

6?9可编程信号发生器：SISO移位寄存器1436?10怎样把电压值送进单片机145 

6.10.1转换的原理146 

6.10.2实验记录与讨论146 

6?11玩一下遥控又何妨148 

6.11.1实验说明149 

6.11.2实验接线149第7章为交通警察做一个米轮尺153 

7?1问题思考与解答153 

7.1.1问题思考153 

7.1.2圆周长度与直线距离的关系153 

7.1.3哪些元件可以拿来做旋转检测154 

7．2正反转判断与加减计数器157 

7.2.1旋转检测器157 

7.2.2正反转判断电路158 

7.2.3脉冲计算电路158 

7.2.4脉冲分离型加减计数器(74LS192)的使用说明161 

7.2.5模式选择型加减计数器(74LS190)的使用方法163 

7?3时序图的波形分析练习164 

7.3.174LS192的时序图分析165 

7.3.274LS190的时序图分析166 

7.474LS192基本实验167 

7.4.1实验接线167 

7.4.2实验记录168 

7.4.3实验讨论168 

7.574LS190基本实验169 

7.5.1实验接线169 

7.5.2实验记录170 

7.5.3实验讨论1707.6左去右回的跑马灯实验170 

7.6.1实验接线170 

7.6.2实验线路分析171 

7.6.3向上加数分析172 

7.6.4向下减数分析173 

7.6.5实验讨论173 

7.7加减数自动切换的实验173 

7.7.1实验接线173 

7.7.2实验记录与讨论173 

7.7.3自动循环加减计数175 

7.8米轮尺的设计与制作176 

7.8.1米轮尺机构176 

7.8.2米轮尺电路177 

7.8.3米轮尺的产品改良178第8章为体育老师做一台百米赛跑多人计时器181 

8?1问题思考与解答181 

8.1.1问题思考181 

8.1.2数字电路中的时间单位181 

8.1.3时钟脉冲信号怎样产生182 

8.1.4产生精确的时钟脉冲182 

8.1.5计时器就是计数器183 

8.1.6怎样实现多组记录的功能184 

8.2数据锁存IC的认识与使用188 

8?3多组计时显示实验190 

8.3.1实验接线190 

8.3.2实验接线说明191 

8.3.3启动192 

8.3.4锁存193 

8.3.5实验记录与讨论1938?4可设定时间的定时器194 

8.4.1功能流程说明194 

8.4.2数值比较器的应用介绍195 

8.4.3可设定时间的定时器实验197 

第9章频率计与转速计变成超速报警器203 

9.1转速计与频率计原理说明203 

9.1.1计数使能(EN)控制信号的功能203 

9.1.2数据锁存(LE)控制信号的功能204 

9.1.3计数清除(CLR)控制信号的功能204 

9?2如何完成固定时间产生电路的设计205 

9.2.1使用74LS123产生控制信号205 

9.2.2使用逻辑门延迟特性产生控制信号205 

9.2.3延迟线的概念207 

9.374LS123的变化应用208 

9.3.1线路动作分析208 

9.3.2多段定时应用209 

9.4小便自动冲水210 

9.4.1人体近接感应210 

9.4.2近接判断210 

9.4.3冲水时间设定212 

9.4.4问题思考与产品改良212 

9.5频率计实验213 

9.5.1时钟脉冲产生电路213 

9.5.2控制信号接线的流程213 

9.5.3实验记录与讨论215 

9.6串行计数器的串联使用217 

9.6.1触发器做计数电路217 

9.6.2串行计数器IC的串联220 

9.6.3实验题1：做一个两位数(十进制)的计数器222 

9.6.4实验题2：做一个12生肖的跑马灯2229.7同步计数器IC的串联225 

9.7.174LS160系列的串联225 

9.7.274LS168、169的串联226 

9.7.374LS190、191的串联227 

9.7.474LS192、193的串联228 

9.8具有数据锁存功能的计数器IC229 

9.974LS690的原理和使用方法230 

9.9.1数据锁存功能：74LS175230 

9.9.2数据选择功能：74LS257231 

9.9.3线路动作分析232 

9.1074LS690实验233 

9.10.1基本实验233 

9.10.2实验记录与讨论233 

9.1174LS696系列的原理和使用方法235 

9.12设计工程师的创意训练237 

9.12.1想想看237 

9.12.2扩大产品功能239 

9.12.3计时电路的设计与应用239 

9.12.4积木游戏也能完成实验与设计241