数字电路设计实例.ppt

数字电路实验要求,1、组合电路实验 2、时序电路实验 3、555应用实验 4、D/A转换器实验 5、综合设计实验,实验一、组合电路实验,实验设计要求： 1、某设备有三个开关ABC要求必须按ABC的顺序接通。否则发出报警信号。 2、写出设计步骤并画出所设计的电路图。 3、安装并调试电路的逻辑功能。 4、观察电路中的竞争冒险现象并采取措施消除。 提示：设开关闭合为1，断开为0。则顺序导通过程为：000 100 110 111 否则报警,组合电路设计,设计步骤： 1、将实际问题简化成数字逻辑问题。设开关接通为“1”，断开为“0”，则顺序导通过程为：000 100 110 111 否则报警。 2、写出逻辑表达式，Y=000+100+110+111 3、逻辑化简变成与非关系。 4、画出逻辑表达式的电路图。 5、安装并调试电路的逻辑功能。表格自己设计,实现方法1,由74LS138和或非门实现Y=ABC+ABC+ABC+ABC Y=ABC+ABC+ABC+ABC 由74LS138实现三变量的逻辑与运算，得到ABC ABC ABC 和ABC 由或非门实现逻辑或运算，由于74LS138输出负逻辑信号，可以用74LS20与非门实现。,74LS138,74LS20,Y=A*B*C*D,实现电路1,实现方法2,组合电路的逻辑化简 Y=ABC+ABC+ABC+ABC Y=(A+A)BC+AB(C+C)=BC+AB 此公式形式最简但，电路不是最简 进一步化简： Y=BC*AB=(B+C)*AB=ABB*ABC 此表达式全部有与非门实现，达到电路最简,实现电路2,实验测试,仿真测试 使用PROTEUS系统画出电路图，按要求顺序接通开关，观察并记录显示结果。 利用实际器件组装电路，按要求顺序接通开关，观察并记录显示结果。,记录表格,实验报告,1 实验目的。 2 写出化简过程。 3 画出设计电路。 4 列出实验结果并与设计要求比较。 5 实验总结。,实验设计要求：参考P225设计课题， 设计 M=24的加计数器和减计数器。 1、加计数：000123 2、减计数：232200 3、画出设计电路原理图。 4、安装并调试电路的逻辑功能。,实验二、时序电路,设计步骤,逻辑抽象 a 确定输入输出变量数和状态数，b 确定逻辑状态的含义并编号，c 按题意列出状态转换图。 状态简化 将等价状态合并得到最简状态图 选择器件 选择出器件类型和控制信号 画出逻辑电路 测试电路功能,状态流程,加计数状态流程 00 01 0203040506070809101112131415161718192021222300 减计数状态流程 23222120191817161514131211100908070605040302010023,器件选择与电路设计,选择两片74LS192分为高位和地位。 高位计数0 2 三个状态 低位有09 采用置数法实现，选择192的PL控制端 加计数到“23”经7400译码产生置数信号PL，置数“00” 减计数到“00”由借位信号经7432译码产生置数信号PL，置数“23”,74LS192引脚,74LS192状态转换图,电路仿真,采用PROTEUS软件 加载器件 连接电路 设置时钟 运行仿真 记录显示状态,0-23加计数电路,个位,十位,0-23减计数电路,个位,十位,电路连接实验,按电路接线，检查无误接通电源（5V） 接入1Hz的时钟脉冲，观察并记录显示器的结果。 与设计要求比较。,实验报告,1 实验目的 2 写出器件的主要性能和电路设计中使用的特性 3 画出设计电路 4 列出实验结果并与设计要求比较 5 实验总结,实验三、555应用实验,1、设计多谐振荡器电路，要求输出信号频率1000Hz（参考P228 ） 2、设计一个单稳态电路，输出脉宽0.5S。 3、两电路组合实现一个触发报警电路，每触发一次输出1000Hz的脉冲持续0.5秒. 4、画出电路原理图，标出引脚名和引脚号。 5、安装电路，测量输出信号的频率和占空比（高电平占周期的比例）。,555的封装,555内部结构,多谐振荡电路1,多谐电路计算方法,多谐振荡电路2,单稳态电路,单稳态时序,1、整理实验数据；画出设计电路，标出选择的器件参数。 2、画的波形多谐振荡电路电容电压和输出电压的波形，注意相位关系，标出幅度、脉冲宽度和周期。 3、讨论如何才能使振荡器的输出信号占空比接近50。,实验报告,实验四、DA转换器实验,采用DAC0832设计一个锯齿波电路，要求： 1、输出信号幅度5V到5V 2、频率50500Hz可调。 3、参考P271 设计电路画出原理图。 4、安装调试要求上升台阶不低于16个。,DAC0832结构,DAC0832的传输特性,数控放大器,电路原理电路,实验报告,画出设计的原理电路图。 定量画出输出的电压波形，写出输出电压与输入数值的表达式。 说明台阶的幅度与参考电压的关系 说明台阶数量与计数器的关系。 说明如果想输出三角波电路如何改进。,实验五、综合设计实验,题目设计要求（设计参考P225） 设计一个汽车尾灯控制电路，实现在正常行驶和停车时指示灯全灭，在左转弯和右转弯时以动态流水灯形式指示转弯和转弯的方向，在汽车刹车时使所以尾灯闪烁，提醒后边的车辆防止追尾事故发生。,汽车尾灯控制电路,信号分析要求,输入控制信号：左转向信号 右转向信号 电路指示灯分两组：左灯3个 右灯3个 电路工作分四种状态： 1 前进（包括停车）： 左右灯全灭 2 左转向：左灯左移 3 右转向：右灯右移 4 刹 车：左右灯均闪烁,指示灯驱动表1,指示灯驱动表2,*与表1对比转弯移位方式不同,实现方案1,用计数器和译码电路实现,时钟,左转向,右转向,移码 电路,三态 计数 电路,译 码 电 路,译 码 电 路,指 示 灯,指 示 灯,实现方案2,用双向移位寄存器实现,时钟,左转向,右转向,移码 电路,向左 移位 电路,向右 移位 电路,驱 动 电 路,驱 动 电 路,指 示 灯,指 示 灯,方案和器件选择,方案1的实现参考教材217页 方案2用双向移位寄存器77LS194和与非门实现。 指示灯驱动选择驱动表1 指示灯采用LED发光二极管实现，工作电流较小，可以用数字电路的输出直接驱动,74LS194引脚,74LS194真值表,电路原理1,1 采用两片74LS194分别组成左灯控制电路和右灯控制电路。 2 指示灯用发光二极管组成，需要的驱动电流较小，省略驱动电路，由194直接驱动发光二极管。 3 前进和停止状态的实现： 利用74LS194的MR控制端，当MR有效时移位寄存器输出为“0”,电路原理2,4 左转弯右转弯的实现： 利用194的S1 S2控制左移和右移的特性分别实现左转弯和右转弯控制。 a 左转弯信号控制左移电路实现左转弯。 b 右转弯信号控制右移电路实现右转弯。 5 三状态流水效果的实现： 194是四位移位寄存器，左移电路采用Q1 Q2 Q3三个信号输出，将Q1反相输入到左移信号输入端SL。在时钟的作用下实现状态转换。,电路原理3,右移电路采用Q0 Q1 Q2三个信号输出，将Q2反相输入到右移信号输入端SR。 指示灯的实际移位方向取决于灯的实际排列顺序。 6 刹车闪烁的实现 当刹车是左右六个灯全部闪烁，利用194的置数功能实现，当S0 S1都为高电平时，在时钟的上升沿将ABCD 置入Q0 Q1 Q2 Q3,电路原理4,转向控制信号在刹车时正好都为高电平，由于置数是在时钟的上升沿完成，所以必须相邻的两个上升沿对应的ABCD有不同的逻辑状态。 实现方法1：将时钟2分频作为ABCD信号。用触发器实现。 实现方法2：将时钟信号倍频作为194的实际时钟，原时钟信号作为ABCD输入信号，用异或门实现。,电路图1,电路图2,电路图3,电路3说明,利用一个移位寄存器和两个与非门实现 1 左右电路由转弯信号通过与非门选择完成。 2 移位方向由转弯信号控制，SL=/Q1 SR=/Q2 3 LED驱动输出信号低电平有效。 4 刹车闪烁由移位寄存器置数实现，左右电路同时被选中。,电路图4,电路4说明,1 原理与图3相同，省略了左右选择电路，使电路大大简化。 2 由转弯信号作为LED的驱动电源控制完成左右转弯选择。 3 电路的LED驱动输出低电平有效。 4 当转弯信号都为低时指示灯全灭。,采用驱动表2的电路,实验报告,写出设计要求和选择的方案 画出设计电路，标出器件名称、引脚名称和编号。 描述电路原理。 自行设计表格记录测试结果。 思考题：如果要使用12伏较大功率的指示灯，驱动电路应如何考虑。,