数字电路设计实例

数 字 电 路 实 验 要 求 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+1113、 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 74LS20Y=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+ABCY=(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 格序 号 开 关 C 开 关 B 开 关 A 指 示 灯0 断 断 断1 断 断 通2 断 通 通3 通 通 通4 通 通 断5 通 断 断6 通 断 通7 断 通 断 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 ： 00 01 232、 减 计 数 ： 23 22 003、 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 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 1617 18 19 20 21 22 23 00 减 计 数 状 态 流 程 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 09 08 0706 05 04 03 02 01 00 23 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 0 9 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1. 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 1000H z（ 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 1000H z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 5V2、 频 率 50 500H z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运 行状 态 开 关S1 S0 左 灯 尾D0 D1 D2 右 尾 灯D3 D4 D5前 进 0 0 灭 灭左 传 0 1 001 011 111110 100 000 灭右 转 1 0 灭 100 110 111011 001 000减 速 1 1 CP CP CP CP CP CP 指 示 灯 驱 动 表 2运 行状 态 开 关S1 S0 左 灯 尾D0 D1 D2 右 尾 灯D3 D4 D5前 进 0 0 灭 灭左 传 0 1 001 010 100 灭右 转 1 0 灭 100 010 001 减 速 1 1 CP CP CP CP CP CP*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 11 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 24 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 。