1、實驗一組合邏輯電路設計一、實驗目的1、 熟悉應用中小規模數字集成電路的工程技術；2、 掌握組合邏輯電路的設計方法。二、設計步驟對于某些對象的啟動停止或者打開閉合等一類二值控制問題（電氣工程稱之為乒乓控制） ，往往可以抽象歸納成為邏輯問題。使用數字邏輯電路實現解決這一邏輯問題的電路系統，即可實現邏輯控制。 使用小規模（ SSI）數字集成電路進行組合邏輯電路設計的步驟是：1、 分析實際問題進行邏輯抽象：定義輸入或輸出變量并進行邏輯賦值，即確定True (1) 或 False (0) 表示的含義。在此基礎上列出邏輯真值表。2、 由真值表寫出邏輯函數表達式并化簡為最簡式。3、 按照化簡后的表達式畫出邏

2、輯函數原理圖。為了降低電路成本、便于系統安裝和未來維修，有經驗的工程師常常設法用盡可能少的數字集成電路種類和芯片數目來實現設計。因此 2， 3 兩步驟應統籌考慮。4、 查閱集成電路手冊確定電路中所使用的芯片型號和具體的引腳連接關系。5、 正確地焊接（連接）電路，在確認無誤后上電試驗，測試電路的邏輯關系是否實現真值表（解決邏輯問題）。當然，這需要解決全部有關邏輯變量的狀態設定和輸出邏輯狀態的測試問題。值得說明， 一種專門測試邏輯電平的常用工具是“邏輯筆”。三、設計要求請設計組合邏輯電路解決如下邏輯問題：1、 某競技運動項目設主裁判一名，副裁判兩名。比賽規則是：主裁判和至少一名副裁判判定某運動員勝

3、利，則該運動員取勝。設計實現電子裁判機。2、 某儲液罐設有大小各一個補液泵和高、中、低液位傳感器。三個傳感器都在頁面低于其監測的位置時發出信號，否則沒有信號輸出。由于結構上的原因， 高位傳感器不會出故障；其余兩個傳感器在液面高于其監測位置時決不會產生錯誤的信號輸出，但卻可能在故障時發不出信號來。設計電路系統實現如下控制要求：液面達到或超過高位時補液泵全停；液面低于高位而高于中位時，小泵啟動工作，大泵停止；液面低于中位而高于低位時，大泵啟動工作，小泵停止；液面低于低位時，大小兩泵同時啟動工作。在實現上述控制要求的同時給出傳感器發生故障的報警信號。1四、實驗器材1、 數字電路實驗箱，一個2、 直流

4、穩壓電源，一臺3、 數字集成電路芯片五、預習內容1、 掌握門電路的邏輯功能，熟悉有關數字集成電路的種類、型號、封裝結構和引腳分配。2、 完成設計的14 步。提出實驗所需的芯片型號及數量。六、實驗報告在實驗成功結束后，學生應認真撰寫實驗報告，內容主要包括：1、 每步驟的設計結果（如真值表、邏輯圖等）及其必要的說明。2、 實驗中發生的問題及解決方案，處理結果。實驗二計數器集成電路的應用一、實驗目的1、掌握中規模集成電路計數器的應用2、掌握 BCD-7 段譯碼器的應用二、實驗原理計數器是數字系統的基本部件之一，它不僅用來計數輸入脈沖數目，而且還可以用來完成定時和數字運算等特定的邏輯功能。計數器按工作

5、方式可分為同步計數器和異步計數器；按計數制可分為二進制、十進制和任意進制計數器； 按計數過程中計數器數字增減來分類，可以分為加法計數器、減法計數器和加減兼有的可逆計數器。本實驗我們建議選用74LS160 集成計數器作為計數器件。中規模74LS160A 為十進制可予置同步計數器，它由四個D 型觸發器和若干個門電路組成，具有同步計數，同步予置初值、計數允許/ 禁止控制、異步清零等功能。應用兩個計數使能端P、 T和一個進位輸出端,可實現多位同步計數器的級聯。其管腳分配如圖21 所示。其中 CO為進位輸出端， CT P為計數控制端， CT T為計數控制端（兩者為邏輯與關系）， Q0Q3為計數輸出端，

6、D 0 D3為初值數據并行輸入端，CP為時鐘輸入端 （上升沿有效） ， CR 為異步清除輸入端（低電平有效） 。 LD 為同步并行置入控制端（低電平有2效）。當 LD 端出現有效電平時， D 0 D3輸入的初值數據（8421BCD 碼）置入計數器內，同時在Q0 Q3 計數輸出端輸出。在應用系統中，人們往往希望顯示當前計數值。這就需要對該輸出進行譯碼、顯示。在數字系統中，顯示器的產品很多，如熒光數碼管、半導體、顯示器液晶顯示和輝光數碼管等。數顯的顯示方式一般有三種，一是重疊式顯示，二是點陣式顯示，三是分段式顯示。工程上常用發光二極管（LED ）七段數碼顯示器。因為它有高亮度、低功耗、長壽命、多顏

7、色、多規格等特點。它用七只 LED 制成七段筆畫（分別稱之為a,b,c,d,e,f,g ）構成“ 8”的形狀。因此只要將 BCD 碼表示的數字按照字形， 對應地點燃相關的a 段至 g 段 LED ，就實現了計數顯示。這一點，應用組合邏輯設計的技術不難實現。當然，譯碼電路不算簡單， 并且要解決通用邏輯電路的扇出能力問題，就是說要加電流（或功率）驅動。實現上述功能的譯碼驅動器產品種類很多。而且要根據具體的數碼顯示器的型號種類及其工作原理來選用。本實驗中，我們選用常用了共陰極LED 數碼管及其譯碼驅動器 74LS248BCD 碼 4 7 段譯碼驅動器。譯碼驅動顯示的原理框圖如圖2 2 所示。74LS

8、248 譯碼驅動器管腳排列如圖 2 3。三、實驗要求與提示1、 分別設計與實現一個十進制計數器和一個六進制計數器并進而實現六十進制的計數器。 每個計數器通過各自的譯碼顯示電路分別顯示個位數和十位數（稱為“靜態譯碼” ）。原理框圖如圖 2 4。3這將涉及任意進制計數器的設計問題。實現任意進制計數器的方法之一是“反饋歸零法” ，即在某一集成計數器電路的基礎上加一個適當的電路，當計數器中的計數達到要求時，該電路向計數器的復位端送出一個復位脈沖，使計數器復位至 0 狀態。圖 2 5 是應用本法由 74LS160 組成的六進制計數器。當然，這將使計數系統中頻頻出現瞬間的誤碼。 由于人們的 “視覺暫留效應

9、”和大多數物理設備的大慣性， 該方案尚有用途。 另外的優選方案是 “反饋賦值法”，同學們可參考教科書相關內容，并在有條件的情況下實現之。圖 2-642、設計一個二十四進制計數器，實現譯碼顯示。利用 JK 觸發器與非門和74LS160 組成二十四進制計數器，再通過各自的譯碼顯示電路分別顯示個位數和十位數。其接線電路圖如圖26 所示。J K 觸發器可采用 74LS112 雙 JK 觸發器。其管腳排列如附錄。與非門可用四重二輸入與非門 74LS00 。四、實驗內容1、六十進制計數器功能測試（ 1）按照預先設計好的電路圖接線，檢查無誤后，接通5V 直流電源。（ 2）在輸入端輸入單次脈沖，觀察顯示器狀態

10、，并記錄結果。（ 3）在輸入端輸入連續脈沖，觀察顯示器狀態，并記錄結果。2、二十四進制計數器功能測試（ 1）按圖 2 6 接線，檢查無誤后，接通5V 直流電源。（ 2）、（ 3）同上。五、實驗器材1、數字實驗箱1 臺2、直流穩壓電源1 臺3、集成電路74LS16074LS11274LS248 和七段 LED74LS00六、預習要求1、復習譯碼、顯示、計數器工作原理和邏輯電圖。2、查閱有關手冊，熟悉各芯片管腳排列及邏輯功能。3、設計出各計數器電路接線圖。七、實驗報告實驗結果滿意后應請指導教師檢查， 在征得老師同意后方可拆除實驗線路或進行下一項目的實驗。實驗后尚應及時送交實驗報告，主要內容是：1、

11、 設計原理圖及必要的說明（工作原理及設計考慮）；2、 元器件清單（含參數） ；3、 實驗項目 2 若允許使用2 片 74160，你的優化設計方案。4、 實驗中遇到的問題及其解決途徑5實驗三555 定時器的應用一、實驗目的1、了解 555 定時器的工作原理。2、掌握用 555 集成定時器構成單穩態觸發器電路和矩形波發生器電路的技術；測試電路的工作性能。二、實驗原理555 定時器是一種中規模集成電路，只要在外部配上適當的阻容元件，就可以方便地構成史密特觸發器， 單穩態觸發器及多諧振蕩器等脈沖產生與變換電路。 該器件的電源電壓為 4.5 18V ，驅動電流比較大， 一般在 200mA左右，并能與TT

12、L 、CMOS 邏輯電平相兼容。555 定時器的內部電路框圖及管腳排列如圖3 1（ a）、（ b）所示。555 定時器內部含有兩個電壓比較器A 1、A 2，一個基本 RS 觸發器，一個放電三極管T ，以及由三個電阻組成的分壓器。在 VCC和地之間加上電壓，并讓V 懸空，則 A 1 比較器的參考電壓為62 3V CC， A2 比較器的參考電壓為1 3V CC。若 A2 比較器的 TR觸發端輸入電壓 V2 1V CC，則 A2 比較器輸出為0，可使基本 RS 觸發器置1，使輸3V6 2出端 Q 1。若 A1 比較器的 TH 閥值端輸入電壓VCC 時，則 A1比較3器輸出為0，可使基本 RS 觸發器

13、置0，使輸出端 Q 為 0。若復位端 RD 0，則基本 RS 觸發器置 0，Q 0。 V 為控制電壓端， V 的電壓加入，可改變兩比較器的參考電壓，使VTH V ,V TR =1V 。若不用該功能時，可通過2電容（通常為0.01 F）接地。放電三級管T1 的輸出端 Dis 為集電極開路輸出。定時器的功能說明見表3 1表 31555 定時器功能表輸入輸出RDvTHvTRvOT 的狀態0低導通12VCC 1VCC低道通331<2V CC 1V CC不變不變331<2V CC<1高截止3V CC312VCC<1 VCC高截止33從 555 功能表及其原理圖可見， 只要在其相關

14、的輸入端輸入相應的信號就可得到各種不同的電路。由 555 定時器組成的單穩態觸發器、矩形脈沖發生器的原理電路分別如圖 3 2（ a）、（ b）所示。請讀者參考教科書的有關內容設計多諧振蕩器和單穩態觸發器電路。其中關鍵的結論如下： 多諧振蕩器的周期和占空比：T=(R 1+R2) C ln2 ； q= R1R2 .R12R27單穩態電路的脈沖寬度為T W=1.1RC.在圖（ a）中，若VI 端加入一個負沿輸入的管脈沖，則在Q 端輸出延時的正脈沖信號，脈沖寬度由設計者選擇的RC 參數決定。在圖（b）中，調節 RW，可產生脈寬可變的方波輸出。三、實驗內容1、應用 555 定時器設計并實現多諧振蕩器電路

15、。1）對照自己設計的電路圖接線，檢查接線無誤后，接通電源。2）用示波器觀察輸出端波形，測量其脈沖寬度變化及周期，記錄結果。3）調節 RW，重復步驟2），觀察波形變化。2、應用 555 定時器實現單穩態觸發器電路1）參照自行設計的電路圖接線，檢查接線無誤后，接通電源。2）接入連續脈沖V 1，用示波器觀察輸出端波形，并測量脈沖波的脈沖寬度，記錄實驗結果。3）調節 RW，觀察輸出波形的變化。3、（附加選作）應用已經實現了的單穩態觸發器電路，兩組同學合作實現如下圖所示的設計要求。8四、預習要求1、復習 555 定時器的結構和工作原理。2、計算出實驗電路中555 定時器應用時的理論值tw。3、擬出記錄測

16、量結果的表格。五、實驗器材1、模擬與數字實驗箱1 臺2、雙蹤示波器1 臺3、函數發生器1 臺4、直流穩壓電源1 臺5、 555 集成電路1 片6、電阻、電容元件若干，導線若干實驗四時序邏輯電路設計一、 實驗目的1、熟悉綜合應用中、小規模數字集成電路的工程技術；2、掌握同步時序邏輯電路的設計方法。二、 設計步驟在可以抽象歸納成為邏輯函數的問題中，有相當多的實例屬于時序邏輯問題。就是說問題的結果不僅取決于當時的輸入（或原因）狀態，而且與此前系統的狀態相關。應用時序邏輯電路設計方法實現解決該問題的電路系統，即可實現時序邏輯控制。使用中、小規模（MSI & SSI ）數字集成電路進行同步時序邏

17、輯電路設計的步驟是：1、分析實際問題進行 邏輯抽象 ：定義輸入或輸出變量并進行邏輯賦值，即確定 True (1) 或 False (0)表示的含義。根據實際問題確定系統（電路）的狀態個數、 含義及其轉換順序和轉換條件。為清晰表述， 畫出狀態轉換圖。2、狀態化簡 ：若兩個狀態在相同的輸入下有相同的次態和相同的輸出，則這兩個狀態是等價狀態。 將等價狀態合并為一個狀態，即為本步驟的工作。3、狀態分配： 按照 n 位二值編碼總數2n 應不少于系統定義的有效狀態數的原則選擇合理的狀態編碼字長和碼字。例如第一個狀態編碼選 “ 001”，第二個狀態選“ 010” 4、 按照狀態分配的碼長， 選定觸發器的個數

18、； 根據狀態編碼和狀態轉換圖寫出狀態方程和輸出方程。 （簡單情況下可以用卡諾圖法。 ）設計者選定的觸發器的種類后， 根據狀態轉換圖和該種類觸發器的特性方程推知電路的驅動方程，最后畫出該時序邏輯電路的原理圖。有經驗的工程師常常在選定觸發器的種類、狀態編碼和列寫狀態方程等9設計工作上統籌兼顧，以簡化和優化設計。因此3， 4 兩步驟應統籌考慮。有可能的情況下可以選擇不同的方案實施比較。5、核查電路是否具有自啟動功能，如果沒有，一般應設法彌補。6、查閱集成電路手冊確定電路中所使用的芯片型號和具體的引腳連接關系。7、正確地焊接（連接）電路，在確認無誤后上電試驗，測試電路的狀態及其轉換關系是否實現正確的設

19、計時序。三、設計要求請設計時序邏輯電路實現自動售貨機的功能，具體要求如下：某商品銷售價格為1 元五角，自動售貨機只有五角和1 元的投幣口。顧客投幣達到1 元五角后， 售貨機給出該商品；顧客投幣達到2 元時，售貨機在給出該商品的同時找回五角硬幣一枚。必要的提示：由于實驗不易解決投幣傳感器，可用簡易的消抖動開關或不可重觸發的單穩態電路來模擬。具體電路附后。可以看出（a）、（ b）兩個方案的共同點是獲取單次脈沖。 在實驗中，模擬投幣事件的最簡單方法是開關閉合一下 （實際上可以用導線短接碰一下） 。而這個事件顯然應該保證產生唯一的脈沖。如果不采取措施，開關的抖動將使這個輸出變成一串脈沖。這一點， 讀者

20、不難理解。四、 實驗器材1、數字電路實驗箱，一個2、直流穩壓電源，一臺3、數字集成電路芯片五、 預習內容1、 掌握各類觸發器的邏輯功能， 熟悉有關數字集成電路的種類、 型號、封裝結構和引腳分配。2、 完成設計的 16 步。提出實驗所需的芯片型號及數量。畫出原理圖。六、實驗報告在實驗成功結束后，學生撰寫實驗報告的主要內容是：1、每步驟的設計結果（如真值表、邏輯圖等）及其必要的說明。2、實驗中發生的問題及解決方案，處理結果。3、你所設計的電路存在的問題是什么，是否必須解決，如何解決。10附圖：實驗五數控電位器的設計一、簡述數控電位器是一種用數模轉換芯片構成的、 具有很高精度的、 數字控制的電壓調節

21、器。使用 n 位 D/A 轉換器的該電路，其受控電壓輸出的分辨率等級可達 2n 級，并且外圍電路非常簡單。因此常被用于電子調諧裝置。二、實驗任務和要求D A 芯片的功能是將輸入的數字量轉換成與其成比例的模擬量，輸出模擬量的大小隨輸入數據（ D 0 D 7）的不同而線性變化，這恰好構成了一個電位器的功能。請根據基本工作原理設計數控電位器，具體要求如下：1、輸出電壓等級達2562、輸出電壓可增、可減，且vo=0 -6V三、可選用器材1、數字實驗箱112、直流穩壓電源3、集成電路DAC083274LS19374LS00 A7414、電阻、電容若干四、設計提示對于 8 位數據輸入的 D A 芯片，其輸出模擬量有 28 256 個不同等級，輸出與輸入的數字關系可用下式表示：V OUTV REFR0(D7D6D5D 4D3D 2D1D0)RR