CN210129338U - 一种教学用触发器电路实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种教学用触发器电路实验装置，包括底座、面板、芯片引脚标识板和香蕉头连接线；所述面板集成了与非门逻辑单元、发光二极管单元、时钟信号单元、芯片测试单元、逻辑电平单元和UPS单元；所述芯片引脚标识板包括CD4044芯片、74LS175芯片和74LS112芯片引脚标识板。该实验装置使用灵活、易于实现，使用者可通过香蕉头连接线将各功能单元连接成触发器芯片测试电路，结合芯片引脚标识板进行触发器芯片的功能验证与演示；独特的大尺寸设计使本实用新型具有良好的课堂演示功能，是师生互动的良好实验载体，便于在高校课堂上推广使用，具有广阔的应用前景。

Description

一种教学用触发器电路实验装置

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，具体涉及一种教学用触发器电路实验装置。

背景技术

《数字电子技术基础》这门课是高校电子科学与技术、电子信息工程和通信工程等电子类专业，以及计算机科学与技术、物联网工程和物理学等非电子类专业的专业基础必修课，在整个人才培养体系中起到重要的作用，为后续数字系统设计、单片机、计算机组成原理、集成电路设计等课程的学习打下良好的基础。触发器电路是衔接组合逻辑电路和时序逻辑电路的重要桥梁，作为重要的存储记忆单元电路，触发器在《数字电子技术基础》这门课中起到承前启后的作用。在课堂上讲解触发器电路这部分内容过程中，除了讲解基于逻辑门的触发器电路外，还要重点讲解一些触发器芯片，具体包括：RS触发器、D触发器、JK触发器等，这些芯片是构成其他类型数字电路的基础部件。同时，触发器电路这部分知识掌握的牢固与否直接影响到后续时序逻辑电路这部分内容的学习。

目前，各高校电类专业的实验条件较好，都配有数字电路专业实验室。但是，现有的高校课程体系中，本门课均采用“理论课+实验课”的授课模式，即先在多媒体教室中进行理论教学，然后在专业实验室进行实验教学。《数字电子技术基础》是一门实践性很强的课程，如果在理论教学中一味地进行知识灌输，学生的学习效果会很差。如果在教学过程中穿插实验演示，又存在诸多问题。例如，专业实验室中的实验设备要么是占地面积很大的大型实验平台，要么是比较笨重的实验箱。对于大型的实验平台是无法移动到普通的多媒体教室中进行上课演示的。对于实验箱，由于体积较小，而包含的功能单元却很多，这导致元件密度很大，LED、数码管、开关等均使用小尺寸元器件。实验演示时也仅仅是前两排学生能看清楚，后面的学生很难看清楚实验过程及结果。同时，实验箱的供电均采用220V交流电，可移动性较差。另外，如果要把实验箱正面朝向学生进行课堂演示，实验箱上的翻盖会挡住学生的视线，演示起来很不方便。

对于计算机科学与技术、物联网工程和物理学等非电子类专业，情况同样不容乐观。对于一些实验条件较差的高校，由于非电类专业不具备专业的实验室，本门课的实验往往采用基于计算机的EDA仿真来完成相关实验教学。这种情况对于计算机类的专业最为普遍。最终导致学生的学习体验较差，教师在知识点的讲解上缺乏直观性，授课氛围较沉闷。

根据麦克斯等权威机构对高校学生课程学习的问卷调查显示，学生往往对互动性强的上课方式以及实验演示类的课程最感兴趣，听课时精力最为集中。而对于那些PPT灌输式教学往往提不起精神。根据《数字电子技术基础》这门课授课过程中遇到的问题，即无法使用硬件设备在理论课上方便地进行触发器电路功能演示，本实用新型提供了一种便于课堂教学演示的触发器电路实验装置，用于对触发器芯片进行功能测试。该装置既是触发器电路实验演示的教学仪器，同时也是进行师生互动的良好载体，对课堂教学起到积极的示范性作用，能够提高学生的课堂注意力与学习主动性，具有良好的推广及使用前景。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提高课堂授课质量，本实用新型提出了一种教学用触发器电路实验装置，本实用新型所采取的技术方案如下：

一种教学用触发器电路实验装置，包括底座、面板、芯片引脚标识板和香蕉头连接线；所述面板集成了与非门逻辑单元、发光二极管单元、时钟信号单元、芯片测试单元、逻辑电平单元和UPS单元；所述芯片引脚标识板包括CD4044芯片引脚标识板、74LS175芯片引脚标识板和74LS112芯片引脚标识板；

所述与非门逻辑单元由CD4011芯片、芯片转接板和香蕉头插座构成，CD4011芯片通过芯片转接板固定在面板上，CD4011芯片的电源和地端口分别与UPS单元的电源输出端口和地端口相连，CD4011芯片的“与非逻辑”输入和输出端与香蕉头插座相连；

所述发光二极管单元由发光二极管、电阻和香蕉头插座构成，发光二极管的阴极通过电阻与UPS单元的地端口相连，发光二极管阳极与香蕉头插座相连；

所述时钟信号单元由时钟信号电路板和香蕉头插座构成，时钟信号电路板上有3个焊盘，其中标号为“Vcc”和“GND”的焊盘通过飞线分别焊接到UPS单元的电源端口和接地端口，另外一个焊盘“CP”通过飞线接香蕉头插座“CP1”和“CP2”；

所述芯片测试单元由锁紧座和香蕉头插座构成，锁紧座的引脚与香蕉头插座相连；

所述逻辑电平单元由单刀双掷开关、香蕉头插座和排阻构成，单刀双掷开关一侧的输入端与UPS单元的地端口相连，另外一侧的输入端通过排阻与UPS单元的电源输出端口相连，单刀双掷开关的中间输出端与香蕉头插座相连；

所述UPS单元由5V电源插座、UPS电源模块、锂电池、电源开关和香蕉头插座构成，5V电源插座的正极和负极与UPS电源模块的电源输入端口相连，锂电池的正极和负极与UPS电源模块的电池端口相连，UPS电源模块的输出端正极通过电源开关与香蕉头插座相连，为整个实验装置供电，UPS电源模块的输出端负极与香蕉头插座相连，作为整个实验装置的接地端。

优选地，所述底座是由单层亚克力板构成的长方体结构，所述面板为单层亚克力板并通过长杆螺丝固定于所述底座上；所述底座和面板长60厘米，宽45厘米。

优选地，所述时钟信号输出频率为0.5Hz～20Hz，通过电位器实现输出频率连续可调。

优选地，所述发光二极管的直径为1厘米，发光颜色为红色。

优选地，在所述芯片测试单元进行芯片测试时需要使用相应芯片的引脚标识板。

优选地，所述锂电池为14500锂电池。

优选地，所述香蕉头连接线两端各有一个插头，所述插头由塑料手柄和金属莲花头构成，所述金属莲花头的直径和所述香蕉头插座的内孔直径均为2毫米，所述塑料手柄的顶部带有内径为2毫米的插孔。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型中对不同型号触发器芯片的测试是在芯片测试单元与相应型号的芯片引脚标识板配合使用，能够清晰地确定芯片引脚功能，一套装置便可实现不同型号芯片的测试，通用性强。

2.本实用新型的功能单元丰富，易于实现，使用者可通过香蕉头连接线将各功能单元连接来完成不同型号的触发器芯片的测试，使用灵活。

3.本实用新型的底座、面板和芯片引脚标识板均采用亚克力板制作，具有耐候性及耐酸碱性良好，抗冲击力强、易清洁和绝缘性良好等优势，并且造价低，性价比高。

4.本实用新型中底座和面板长为60厘米，宽为45厘米，面板上每一个单元都印刷有相应芯片或者元件的大尺寸标识图，面板上的发光二极管的直径为1厘米，这种独特的大尺寸设计使本实用新型具有良好的课堂演示功能，是师生互动的良好实验载体，方便在高校课堂上进行推广使用，具有广阔的使用价值和应用前景。

附图说明

图1为本实用新型中底座的示意图；

图2为本实用新型中面板的结构图；

图3为本实用新型中面板上各个单元的电路图；

图4为本实用新型中芯片转接板示意图；

图5为本实用新型中时钟信号电路板示意图；

图6为本实用新型中CD4044芯片引脚标识板；

图7为本实用新型中74LS175芯片引脚标识板；

图8为本实用新型中74LS112芯片引脚标识板；

图9为本实用新型中分立元件RS触发器电路原理图；

图10为本实用新型中测试CD4044芯片的电路图；

图11为本实用新型中测试74LS175芯片的电路图；

图12为本实用新型中测试74LS112芯片的电路图。

附图标记：101-与非门逻辑单元，102-发光二极管单元，103-时钟信号单元，104-芯片测试单元，105-逻辑电平单元，106-UPS单元，201-芯片转接板，202-螺丝孔位，203-芯片插座，204-印刷导线，205-焊盘，301-时钟信号电路板，302-元器件焊接区域，303-印刷导线。

具体实施方式

为了便于技术人员理解本实用新型的技术方案，现结合说明书附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

一种教学用触发器电路实验装置，包括底座、面板、芯片引脚标识板和香蕉头连接线。所述底座的结构示意图如图1所示，底座是由厚度为3毫米的亚克力板制作的“盒状”长方体，其长度为60厘米，宽度为45厘米，高度为5厘米。所述面板的结构图如图2所示，也是用厚度为3毫米的亚克力板制作，在面板和底座的4个角上各有一个螺丝孔位，且上下对齐，便于把面板通过长杆螺丝固定在底座上。底座的一个重要作用是保护面板背面的电子线路走线，另外一个作用是便于将该实验装置的面板正面朝向学生并立在讲台上，方便学生观察电路的连接及其状态。

如图2所示，所述面板集成了与非门逻辑单元101、发光二极管单元102、时钟信号单元103、芯片测试单元104、逻辑电平单元105和UPS单元106。

所述与非门逻辑单元101由CD4011芯片、芯片转接板201和香蕉头插座构成，CD4011芯片通过芯片转接板201固定在面板上，CD4011芯片的电源端口和地端口分别与UPS单元106的电源输出端口和地端口相连并为芯片供电，CD4011芯片的“与非逻辑”输入和输出端与香蕉头插座相连。CD4011芯片内部有四组独立的二输入端与非门，如图2的与非门逻辑单元101所示，香蕉头插座A1和B1连接第一组与非门的输入端，香蕉头插座Y1连接第一组与非门的输出端。以此类推，其余三组与非门的两个输入端和一个输出端分别与香蕉头插座“A2、B2、Y2”、“A3、B3、Y3”和“A4、B4、Y4”连接。图2中与非门逻辑单元101所对应的电路图如图3中标号为101的子电路图所示，该电路图是用Proteus软件绘制，该软件默认芯片自动接电源和地，故该芯片的7引脚和14引脚均被忽略(即电路图中没有这两个引脚)。如图3标号为101的子电路图所示，4个独立的与非门分别用“U1：A”～“U1：D”标记，4个与非门输入、输出引脚上的数字表示CD4011芯片的引脚标号。与非门逻辑单元101中使用芯片转接板201固定CD4011芯片的实施步骤如下。

如图4所示，所述芯片转接板201上有螺丝孔位202(分布在芯片转接板201的4个角上)、芯片插座203、印刷导线204和焊盘205。芯片转接板201的作用是固定CD4011芯片，每一个焊盘与芯片引脚间构成良好的电气连通，方便与相应的香蕉头插座相连。在具体施过程中，在面板正面的与非门逻辑单元101开两排共计14个直径为1毫米的圆孔，水平方向相邻两个圆孔的中心距离为2.5毫米，垂直方向相邻两个圆孔的中心距离30毫米，这14个圆孔作为飞线焊接的过孔；将CD4011芯片插入图4所示芯片转接板上的芯片插座203(注意芯片的“缺口”朝左，此时下面一排焊盘按照从左向右的方向，第1个焊盘与芯片的1引脚相连，第2个焊盘与芯片的2引脚相连，以此类推到第7个焊盘；第7个焊盘正上方的那个焊盘是第8个焊盘，此时方向按照从右向左，依次是第9个焊盘，直到左上角的第14个焊盘)；选择左下角第一个孔位，将导线从面板背面穿过亚克力面板和芯片转接板201左下角的第1个焊盘，将导线焊接在该焊盘上，按照图3中标号为101的子电路图，导线的另一端焊接在香蕉头插座“A1”上，以此类推，除了第7个和第14个焊盘外，其余焊盘均焊接到相应的香蕉头插座上。CD4011芯片的7引脚是接地端，因此第7个焊盘的导线在面板背面焊接在UPS单元106的接地端口。同样地，该芯片的14引脚为电源端，因此第14个焊盘的导线在面板背面焊接在UPS单元106的电源输出端口。注意上述电源和接地端口的飞线焊接都是将导线焊接到对应香蕉头插座的金属焊片上的，该金属焊片是套在香蕉头插座上并用螺丝固定的。所有导线焊接完毕后，将芯片转接板201用4个螺丝固定在图2所示面板正面的与非门逻辑单元101所示区域。

与非门逻辑单元101的主要作用是搭建基于与非门的RS触发器，在后面的具体实施例中详细介绍。

所述发光二极管单元102由4个直径为1厘米的红色发光二极管和香蕉头插座构成，如图2所示。选择大直径发光二极管的目的是便于实验演示，方便学生观察。发光二极管是通过内孔直径为1厘米的LED灯座固定在面板的相应区域，LED灯座在市场上可以购买到。在安装LED灯座时，需要根据灯座外直径的实际尺寸，在面板相应区域进行开孔，然后把LED灯座插入面板并在面板背面通过螺母进行固定。在本实施例中，所使用的灯座外直径为1.35厘米。4个灯座的相邻中心间距要适当，方便开孔，在本实施例中，相邻灯座中心间距为3.5厘米。在每一个灯座正下方5厘米处开一个直径为4毫米的圆孔，用于安装香蕉头插座。接下来将红色发光二极管放入灯座内，在面板的背面将发光二极管的阴极通过阻值为4.7KΩ的电阻与UPS单元106的地端口相连(发光二极管单元102中所有电阻阻值均为4.7KΩ，连接采用导线飞线焊接形式)，发光二极管的阳极与香蕉头插座相连。如图2中的发光二极管单元102所示，“LED1”～“LED4”代表4个直径为1厘米的红色发光二极管，这4个发光二极管的阳极分别与香蕉头插座“L1”～“L4”相连，具体电路如图3中标号为102的子电路图所示，在该电路图中，元件标号“D1”～“D4”分别代表前面所述的4个发光二极管。

发光二极管单元102的主要功能是用于显示触发器芯片输出端电平的高低。为了验证所安装的发光二极管是否成功，可以将香蕉头连接线的一个插头插入到图2中UPS单元106中的电源端口，即插入标记为“V1”的香蕉头插座中，香蕉头连接线的另一个插头依次插入到发光二极管单元102中标号为“L1”、“L2”、…、“L4”的香蕉头插座，按下电源开关，观察相应的发光二极管是否被点亮，以此来验证发光二极管的安装过程是否有问题。

所述时钟信号单元103由时钟信号电路板301和香蕉头插座构成，该功能单元用于产生输出频率可调的时钟信号，其输出信号频率范围是：0.5Hz～20Hz。具体电路如图3中标号为103的子电路图所示。在该电路图中，时钟信号电路主要采用NE555芯片实现，通过改变电位器RV1的阻值来实现输出频率连续可调。在面板正面的时钟信号单元103所示区域，距离该区域顶端8厘米处开一排共计3个直径为1毫米的圆孔，水平方向相邻两个圆孔的中心距离为2.5毫米，这3个圆孔是飞线过孔。在上述1毫米圆孔下方2厘米处开2个直径为4毫米的圆孔，用于安装香蕉头插座“CP1”和“CP2”。如图5所示，时钟信号电路板301上有3个焊盘205，标号分别为“Vcc”、“GND”和“CP”。选择前面所开的直径为1毫米的圆孔(最左侧的圆孔)，用一根导线穿过该圆孔，导线一端焊接在标号为“Vcc”的焊盘上，另外一端在面板背面焊接到UPS单元106中标号为“V1”的香蕉头插座的金属焊片上。类似地，时钟信号电路板301上标号为“GND”的焊盘是通过飞线焊接的形式与UPS单元106中标号为“G1”的香蕉头插座相连。焊盘“CP”通过飞线焊接在香蕉头插座“CP1”和“CP2”上。所有飞线焊接完毕后，将时钟信号电路板301用4个螺丝固定在图2所示面板正面的时钟信号单元103所示区域。

时钟信号单元103主要为部分触发器提供时钟信号。需要注意的是，该单元中香蕉头插座“CP1”和“CP2”所输出的时钟信号是相同的，源自于同一个信号源(即这两个香蕉头插座均与NE555芯片的3引脚相连，具体见图3中标号为103的子电路图)。

所述芯片测试单元104由锁紧座和香蕉头插座构成。需要注意的是，在该单元进行触发器芯片测试过程中需要使用与芯片型号所匹配的芯片引脚标识板(如图6～图8所示)，故该单元上香蕉头插座和锁紧座的位置要与图6～图8所示芯片引脚标识板的位置相匹配。即芯片测试单元104中香蕉头插座水平方向相邻两个圆孔的中心距离与图6～图8所示芯片引脚标识板上的水平方向相邻两个圆孔中心距离一致，均为6厘米；芯片测试单元104中香蕉头插座垂直方向的中心距离与图6～图8所示芯片引脚标识板上的垂直方向相邻两个圆孔中心距离一致，均为15厘米。同时，还要保证芯片测试单元104中锁紧座与图6～图8所示芯片引脚标识板上标号为“17”的矩形孔位相匹配，即芯片引脚标识板嵌入到芯片测试单元104中香蕉头插座上时，芯片测试单元104中的锁紧座能够从图6～图8所示芯片引脚标识板上标号为“17”的矩形孔位穿过，便于进行芯片的固定，香蕉头插座能够从对应的圆孔穿过并起到固定芯片引脚标识板的作用。

在本实施例中，采用双列直插16个引脚的锁紧座，其引脚直径为0.8毫米，长度为1厘米，该锁紧座可在市场上购买到。在面板正面的芯片测试单元104左侧位置开两排共计16个直径为1毫米的圆孔用于固定锁紧座。水平方向相邻两个圆孔的中心距离为2.5毫米，垂直方向相邻两个圆孔的中心距离为10毫米。在锁紧座的底部涂上101胶水，并将锁紧座插入前面所述的两排圆孔中，通过101胶水将锁紧座和面板固定在一起。注意，固定锁紧座的位置应该与芯片引脚标识板(如图6～图8所示)标号为“17”矩形孔位相匹配。在面板的背面采用飞线的形式将锁紧座的16个引脚与对应的香蕉头插座相连，具体电路如图3中标号为104的子电路图所示。

芯片测试单元104主要用于测试型号为CD4044、74LS175和74LS112这三款触发器芯片，在后面的具体实施例中详细介绍测试过程。

所述芯片引脚标识板包括CD4044芯片引脚标识板(如图6所示)、74LS175芯片引脚标识板(如图7所示)和74LS112芯片引脚标识板(如图8所示)。这三种型号的芯片引脚标识板均采用长度为50厘米，宽度为20厘米，厚度为2毫米的亚克力板制作，其长度和宽度尺寸与图2所示面板上的芯片测试单元104的尺寸相吻合，便于进行芯片测试。

如图6所示，CD4044芯片引脚标识板上有标记为“1”～“8”和“9”～“16”的两排圆孔，圆孔内直径为7.8毫米，略大于面板上芯片测试单元104所使用的香蕉头插座顶端塑料圆头的外直径(7.6毫米)，便于把芯片引脚标识板通过香蕉头插座嵌入到芯片测试单元104上。圆孔“1”～“8”以及圆孔“9”～“16”中，水平方向相邻两个圆孔的中心距离为6厘米，上下两排圆孔垂直方向的中心距离为15厘米。CD4044芯片引脚标识板上有标记为“17”矩形孔位，其长度为6.5厘米，宽为2.5厘米。该矩形孔位的外形尺寸大于面板上芯片测试单元104的锁紧座外形尺寸(5.8厘米×1.8厘米)，使得锁紧座从芯片引脚标识板上的矩形孔位穿过，便于进行芯片的固定。

在CD4044芯片引脚标识板的中间区域印刷了放大版的CD4044芯片示意图及引脚标识文字，如图6所示，芯片的

和

引脚构成第一组RS触发器(该芯片内部有4组独立的RS触发器，区别于后续的D触发器和JK触发器，CD4044的输出端只有一个，并没有互补输出端口)，其中

引脚为置位端口，

引脚为复位端口，

引脚为输出端口，这3个引脚分别用字母“S0”、“R0”和“Q0”来标识。类似地，芯片的

和

引脚为第二组RS触发器的输入输出端口；芯片的

和

引脚为第三组RS触发器的输入输出端口；芯片的

和

引脚为第四组RS触发器的输入输出端口；芯片的

引脚为接地端口，用字母“GND”来标识；芯片的

引脚为电源端口，用字母“Vcc”来标识；芯片的

引脚为使能端口，用符号“EI”来标识，该端口接高电平时，触发器才能够响应输入端的信号；芯片的

引脚为空引脚，没有任何电气功能，只是限于封装形式，该引脚必须存在，用符号“NC”来标识。上述芯片示意图、引脚标识和芯片引脚与上下两排圆孔的连接虚线均可采用UV打印的方式印刷在亚克力板上(委托相关UV打印商家定制)。通过上述设计，使CD4044芯片各个引脚的功能清晰可见，方便教学演示。

类似地，如图7所示的74LS175芯片引脚标识板和图8所示的74LS112芯片引脚标识板，与上述CD4044芯片引脚标识板在结构上是相同的，唯一的区别是芯片引脚的标识文字不同，这里不再一一赘述。

所述逻辑电平单元105由单刀双掷开关、香蕉头插座和2个5Pin排阻构成。在本实施例中，单刀双掷开关采用型号为MTS102的钮子开关，该型号开关可在市场上购买到。采用钮子开关的主要原因是其上面有螺母，便于固定在面板上。如图2中的逻辑电平单元105所示，“SW1”～“SW8”代表8个单刀双掷开关。在面板正面的逻辑电平单元105区域开一排共计8个直径为7毫米的圆孔，水平方向相邻两个圆孔的中心距离为4厘米。选择最左侧的一个孔位，将单刀双掷开关(钮子开关)的手柄从面板的背面插入孔中，在面板正面用螺母将开关固定在面板上。具体电路如图3中标号为105的子电路图所示，其中排阻RP1和RP2的阻值均为5.1KΩ。在面板的背面，将单刀双掷开关一侧的输入端与UPS单元106的地端口相连，将单刀双掷开关另外一侧的输入端与排阻的2引脚相连，排阻的公共端(1引脚)与UPS单元106的电源输出端口相连，单刀双掷开关的中间输出端与香蕉头插座“O1”相连。采用同样的方法，将其余的7个单刀双掷开关SW2～SW8依次与排阻、UPS单元106和对应的香蕉头插座相连。

逻辑电平单元105输出端为电路提供高电平或者低电平，如图3中标号为105的子电路图所示，当单刀双掷开关SW1拨向上端，输出端经过排阻与电源相连，即此时香蕉头插座O1输出高电平；当单刀双掷开关SW1拨向下端，输出端直接与地相连，即此时香蕉头插座O1输出低电平。香蕉头插座O1输出的电平高低也可以通过发光二极管单元102来验证，具体地，使用香蕉头连接线，一端插入逻辑电平单元105的香蕉头插座O1，另外一端插入发光二极管单元102的香蕉头插座L1，通过拨动单刀双掷开关来观察发光二极管LED1是否点亮，如果点亮，则说明逻辑电平单元105的香蕉头插座O1输出高电平，否则输出低电平。在验证触发器芯片的逻辑功能时，需要使用逻辑电平单元105，具体可参见前面所叙述的具体实施例。

所述UPS单元106由5V电源插座、UPS电源模块、14500锂电池、电源开关和香蕉头插座构成，具体布局如图2中的UPS单元106所示。在本实施例中，5V电源插座是采用带有螺母、型号为QZ7034-M9-2.1的纯铜插座，其开孔直径为9毫米。UPS电源模块是尺寸为3.5厘米×1.5厘米的微型电路板，该电路板上有6个端口，具体如图3中标号为105的子电路图所示，对应器件名称为“UPS”，其中标号为“1”和“2”两个端口为电源输入端，与5V电源插座的正极和负极相连接；5V电源插座的正极和“1”端口相连，负极与“2”端口相连；标号为“3”和“4”两个端口为电池输入端，分别与14500锂电池的正极和负极相连；标号为“5”和“6”两个端口为电源输出端口，“5”端口为整个电路系统的接地端，“6”端口输出标准的5V电压，最大输出电流1A，同时“6”端口通过电源开关与香蕉头插座相连，为整个装置供电。UPS单元106的所有器件均可在市场上购买到，其中14500锂电池是通过底部带有螺丝孔位的电池盒固定在面板的正面。

UPS单元106的主要功能有两个，其一是在有外接电源输入的情况下(可通过USB转接线将电脑或移动电源的电接入到5V电源插座中)，该外接电源一方面可以为UPS单元106中的14500锂电池充电，同时还为整个实验装置供电。其二是当没有外接电源时，UPS模块自动将14500锂电池的电压转换为标准5V电压输出并为整个实验装置供电。这样UPS单元106为整个实验装置提供不间断电源供给，具有灵活方便的优点，便于在没有供电的情形下进行实验操作。

接下来介绍基于本实用新型的两个实施例，即基于与非门的RS触发器实验和74LS112芯片功能测试。这两个实施例分别对应图9和图12所示电路。

如图9所示电路，同时结合图3中标号为101、102、105和106的子电路图，在图2所示面板上搭建基于与非门的RS触发器实验电路的具体步骤如下：

①在图2所示的面板上，使用香蕉头连接线将逻辑电平单元105中的香蕉头插座“O1”和与门逻辑单元101的香蕉头插座“A1”相连，即“O1”端口的逻辑电平接入到与非门“U1：A”的1引脚；类似地，根据图9，使用香蕉头连接线将逻辑电平单元105中的香蕉头插座“O2”和与门逻辑单元101的香蕉头插座“B2”相连，即“O2”端口的逻辑电平接入到与非门“U1：B”的6引脚。

②使用香蕉头连接线将与非门逻辑单元101的香蕉头插座“Y1”和“A2”相连，即与非门“U1：A”的3引脚输出电平接入到“U1：B”的5引脚；类似地，使用香蕉头连接线将与非门逻辑单元101的香蕉头插座“Y2”和“B1”相连。本步骤实现了输出信号与输入信号反馈线的连接。

③使用香蕉头连接线将与非门逻辑单元101的香蕉头插座“Y1”和发光二极管单元102的香蕉头插座“L1”相连，即与非门“U1：A”的3引脚输出电平接入到发光二极管D1的阳极，以此来判断基于与非门的RS触发器的输出电平的高低。(在上一个步骤中，与非门逻辑单元101的香蕉头插座“Y1”已经被一条香蕉头连接线占用，在本步骤中香蕉头插座“Y1”还要与发光二极管单元102的香蕉头插座“L1”相连，需要注意的是我们所使用的香蕉头连接线中，香蕉头的塑料手柄顶部有一个直径为2毫米的插孔，通过该插孔实现线路的级联，即使用一条香蕉头连接线，一端插入到前一个香蕉头顶部的插孔中，另外一端插入到发光二极管单元102的香蕉头插座“L1”中来实现与非门“U1：A”的3引脚输出电平接入到发光二极管D1的阳极)。

通过以上步骤完成了图9所示电路在本实用新型面板上的电路搭建。按下UPS单元106的开关接通电源，拨动逻辑电平单元105中的单刀双掷开关SW1和SW2来接入不同的电平，观察面板上发光二极管单元102中LED1的状态，以此来实现基于与非门的RS触发器逻辑功能的测试与验证。在课堂演示过程中，重点关注当RS触发器的输入端都为低电平时的输出状态，重点分析仿真实验与实际硬件实验的区别，这在课堂教学有着积极的示范效应。

接下以74LS112芯片为例来介绍基于本实用新型的另外一个实施例。在芯片测试单元104上对74LS112芯片进行测试的电路图如图12所示，该电路图采用Proteus软件绘制，74LS112芯片内部有两组独立的JK触发器，在图12中分别用“U1：A”和“U1：B”来表示这两个JK触发器。图8为该芯片的引脚标识板，其中：cp1为“U1：A”的时钟端口，对应于芯片的1引脚；J1和K1为“U1：A”的同步数据输入端口，分别对应于芯片的3引脚和2引脚；

为“U1：A”的异步置位端口(低电平有效)，对应于芯片的4引脚；

为“U1：A”的异步复位端口(低电平有效)，对应于芯片的15引脚；Q1和

为“U1：A”的互补输出端口，分别对应于芯片的5引脚和6引脚。类似地，J2、K2、cp2、

Q2和

为另外一个JK触发器“U1：B”的输入输出端口。接下来，结合图3中标号为102、103、104、105和106的子电路图，介绍应用本实用新型(在图2所示面板上)对74LS112芯片中的JK触发器“U1：A”进行测试的方法(由于另外一个JK触发器“U1：B”的测试步骤类似，在本实施例中暂且忽略)，具体实施步骤如下：

①在图2所示面板上，将74LS112芯片放入芯片测试单元104中的锁紧座中(注意芯片的缺口方向朝左)，按下锁紧杆固定该芯片；

②将如图8所示的74LS112芯片引脚标识板嵌入到芯片测试单元104上，即芯片引脚标识板上的16个圆形孔嵌入到芯片测试单元104中的香蕉头插座上并保持稳固，芯片测试单元104中的锁紧座从芯片引脚标识板上的矩形孔露出；

③根据图8中74LS112芯片引脚标识板上的引脚标识，芯片的5引脚和6引脚为JK触发器“U1：A”互补输出端口，使用香蕉头连接线将芯片测试单元104上标号为“5”和“6”的香蕉头插座分别与发光二极管单元102上标号为“L1”和“L2”的香蕉头插座相连，即JK触发器互补输出端电平接入发光二极管单元102中的2盏LED，根据LED是否被点亮来测试触发器存储的是高电平还是低电平；

④根据图8中74LS112芯片引脚标识板上的引脚标识，芯片的8引脚和16引脚为接地端口和电源端口，在图2所示的面板上，使用香蕉头连接线将UPS单元106的香蕉头插座“G1”与芯片测试单元104中标号为“8”的香蕉头插座相连，使用香蕉头连接线将UPS单元106的香蕉头插座“V1”与芯片测试单元104中标号为“16”的香蕉头插座相连，这样便完成了对74LS112芯片的供电；

⑤下面测试74LS112芯片的异步置位端口和异步复位端口的功能，结合图12，使用香蕉头连接线将逻辑电平单元105上标号为“O1”和“O4”的香蕉头插座分别与芯片测试单元104上标号为“4”和“15”的香蕉头插座相连，即将“O1”和“O4”端口的逻辑电平分别接入到74LS112芯片的4引脚(置位端口)和15引脚(复位端口)，按下UPS单元106的开关接通电源，拨动逻辑电平单元105中的单刀双掷开关SW1和SW4来接入不同的电平，观察面板上发光二极管单元102中LED1和LED2的状态，以此来验证该芯片的异步置位和异步复位功能(注意此时，验证异步端口功能无需时钟信号)；

⑥在74LS112芯片的异步置位端口和异步复位端口均为无效电平条件下(即芯片的4引脚和15引脚均接入高电平)来验证同步输入端口(J端口和K端口)的功能，此时需要接入时钟信号：结合图8和图12，在图2所示的面板上，使用香蕉头连接线将时钟信号单元103中标号为“CP1”的香蕉头插座与芯片测试单元104中号为“1”的香蕉头插座相连，即将时钟信号接入到74LS112芯片的1引脚；接下来使用香蕉头连接线将逻辑电平单元105上标号为“O2”和“O3”的香蕉头插座分别与芯片测试单元104上标号为“3”和“2”的香蕉头插座相连，即将“O2”和“O3”端口的逻辑电平分别接入到74LS112芯片的3引脚(J端口)和2引脚(K端口)，拨动逻辑电平单元105中的单刀双掷开关SW2和SW3来接入不同的电平，观察面板上发光二极管单元102中LED1和LED2的状态，以此来验证该芯片的J端口和K端口功能；

通过以上步骤完成了图12所示74LS112芯片测试电路在本实用新型面板上的电路搭建。注意：上述步骤仅对该芯片中其中一组JK触发器“U1：A”进行了测试电路的搭建，对于该芯片中另外一个JK触发器“U1：B”，可以采用同样的步骤进行测试。此外，采用上述步骤，也可以对CD4044芯片和74LS175芯片进行功能测试，这里不再一一赘述。最后，需要说明的是，本实用新型中所有的电路图均是使用Proteus软件绘制，该软件忽略所有数字芯片的电源引脚和接地引脚(以图12为例，在电路图中没有8引脚和16引脚)，默认该电路自动上电，但这并不影响本电路的功能介绍与演示。

本实用新型可以对CD4044、74LS175和74LS112这3款触发器芯片进行功能测试，在其他功能单元不变的情况下，只需在芯片测试单元104的锁紧座中换上不同的芯片，同时参照相应的芯片引脚标识板便可进行芯片逻辑功能测试，使用灵活方便。类似地，根据实际课程需要，还可以增加其他型号的触发器芯片，例如：D触发器74LS75芯片的功能验证、JK触发器器74LS76芯片的功能验证，以及RS触发器74LS279芯片的功能验证等。只需制作相应芯片的引脚标识板即可。由于步骤类似，这里不再一一赘述。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种教学用触发器电路实验装置，包括底座、面板、芯片引脚标识板和香蕉头连接线，其特征在于：所述面板集成了与非门逻辑单元、发光二极管单元、时钟信号单元、芯片测试单元、逻辑电平单元和UPS单元；

所述与非门逻辑单元由CD4011芯片、芯片转接板和香蕉头插座构成，所述CD4011芯片通过芯片转接板固定在面板上，CD4011芯片的电源和地端口分别与UPS单元的电源输出端口和地端口相连，CD4011芯片的“与非逻辑”输入和输出端与香蕉头插座相连；

所述发光二极管单元由发光二极管、电阻和香蕉头插座构成，所述发光二极管的阴极通过电阻与所述UPS单元的地端口相连，发光二极管的阳极与香蕉头插座相连；

所述时钟信号单元由时钟信号电路板和香蕉头插座构成，所述时钟信号电路板上有3个焊盘，其中标号为“Vcc”和“GND”的焊盘通过飞线分别焊接到UPS单元的电源端口和接地端口，另外一个焊盘“CP”通过飞线连接香蕉头插座“CP1”和“CP2”；

所述芯片测试单元由锁紧座和香蕉头插座构成，锁紧座的引脚与香蕉头插座相连；

所述逻辑电平单元由单刀双掷开关、香蕉头插座和排阻构成，单刀双掷开关一侧的输入端与UPS单元的地端口相连，另外一侧的输入端通过排阻与UPS单元的电源输出端口相连，单刀双掷开关的中间输出端与香蕉头插座相连；

所述UPS单元由5V电源插座、UPS电源模块、锂电池、电源开关和香蕉头插座构成，5V电源插座的正极和负极与UPS电源模块的电源输入端口相连，锂电池的正极和负极与UPS电源模块的电池端口相连，UPS电源模块的输出端正极通过电源开关与香蕉头插座相连，为整个实验装置供电，UPS电源模块的输出端负极与香蕉头插座相连，作为整个实验装置的接地端。

2.根据权利要求1所述的一种教学用触发器电路实验装置，其特征在于：所述底座是由单层亚克力板构成的长方体结构，所述面板为单层亚克力板并通过长杆螺丝固定于所述底座上；所述底座和面板长60厘米，宽45厘米。

3.根据权利要求1所述的一种教学用触发器电路实验装置，其特征在于：所述时钟信号输出频率为0.5Hz～20Hz，通过电位器实现输出频率连续可调。

4.根据权利要求1所述的一种教学用触发器电路实验装置，其特征在于：所述发光二极管的直径为1厘米，发光颜色为红色。

5.根据权利要求1所述的一种教学用触发器电路实验装置，其特征在于：所述芯片测试单元进行芯片测试时需要使用相应的芯片引脚标识板，所述芯片引脚标识板包括CD4044芯片引脚标识板、74LS175芯片引脚标识板和74LS112芯片引脚标识板。

6.根据权利要求1所述的一种教学用触发器电路实验装置，其特征在于：所述锂电池为14500锂电池。

7.根据权利要求1所述的一种教学用触发器电路实验装置，其特征在于：所述香蕉头连接线两端各有一个插头，所述插头由塑料手柄和金属莲花头构成，所述金属莲花头的直径和所述香蕉头插座的内孔直径均为2毫米，所述塑料手柄的顶部带有内径为2毫米的插孔。

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