硬件实验2 数字钟

单击此处编辑母版标题样式,*,浙江大学 蔡忠法 电子技术基础实验,实验,4,数字钟实验,1,实验目的,了解数字电路的基本组成，认识数字信号、逻辑电平和逻辑关系。,接触数字电路的调试过程，对数字电路达到一个大体的感性认识。,掌握示波器在数电实验中的应用。,2,实验器材,与非,门,74LS00,两片。,数字实验箱，示波器。,集成计数器,74LS161,两片。,3,实验预习,阅读实验教材，理解数字钟的组成原理。,自学,MultiSim,（即,EWB,，见第七章）软件，用,MultiSim,对数字钟电路进行仿真。,4,实验原理,74LS161,计数器功能,D,C,B,A,1,CP,GND,V,CC,Q,B,Q,A,Q,C,Q,D,R,D,2,3,4,5,6,8,7,9,10,11,12,13,14,15,16,LD,CO,CT,P,CT,T,74LS161,是一片中规模集成的四位二进制加法计数器，其功能包括计数、保持、清零和置数。,5,74LS161,计数器功能表,保持功能,0,1,1,保持功能,0,1,1,4,位二进制加计数,1,1,1,1,0,1,0,0,0,0,0,触发器状态,输 入,D,C,B,A,Q,D,Q,C,Q,B,Q,A,D,C,B,A,D,C,B,A,6,四位二进制加法计数,输入计数脉冲顺序,计数器输出,对应十进制数,输入计数脉冲顺序,计数器输出,对应十进制数,Q,D,Q,C,Q,B,Q,A,Q,D,Q,C,Q,B,Q,A,0,0,0,0,0,0,8,1,0,0,0,8,1,0,0,0,1,1,9,1,0,0,1,9,2,0,0,1,0,2,10,1,0,1,0,10,3,0,0,1,1,3,11,1,0,1,1,11,4,0,1,0,0,4,12,1,1,0,0,12,5,0,1,0,1,5,13,1,1,0,1,13,6,0,1,1,0,6,14,1,1,1,0,14,7,0,1,1,1,7,15,1,1,1,1,15,7,D,C,B,A,1,CP,GND,V,CC,Q,B,Q,A,Q,C,Q,D,R,D,2,3,4,5,6,8,7,9,10,11,12,13,14,15,16,LD,CO,CT,P,CT,T,Q,B,Q,A,Q,C,Q,D,74LS00,计数脉冲,74LS161,应用,连成,10,进制计数器：,8,连成,6,进制计数器：,D,C,B,A,1,CP,GND,V,CC,Q,B,Q,A,Q,C,Q,D,R,D,2,3,4,5,6,8,7,9,10,11,12,13,14,15,16,LD,CO,CT,P,CT,T,Q,B,Q,A,Q,C,Q,D,74LS00,计数脉冲,9,秒脉冲,译码器,译码器,译码器,译码器,译码器,译码器,时,24,进制计数器,（或,12,进制）,分,60,进制计数器,秒,60,进制计数器,分脉冲,时脉冲,实验箱上,数字钟的基本组成,10,六十进制计数器电路：,11,用,74LS00,24,进制计数器电路：,12,实验内容,1. 74LS161,计数器功能测试。,3.,连接,60,进制计数器。,2.,分别连接,10,进制和,6,进制计数器。,4.,连接,24,进制计数器。,13,在,CP(,时钟,),端加入手控的逻辑开关，输出端,(Q,D,Q,C,Q,B,Q,A,),接发光二极管，观察并记录发光二极管亮、暗情况与,CP,端手动脉冲个数的关系。,1.,测试,74LS161,计数器的功能。,D,C,B,A,1,CP,GND,V,CC,Q,B,Q,A,Q,C,Q,D,R,D,2,3,4,5,6,8,7,9,10,11,12,13,14,15,16,LD,CO,CT,P,CT,T,实验中,A,、,B,、,C,、,D,可悬空，,CT,T,、,CT,P,、,LD,应接高电平。,14,(1),计数器输出接发光二极管，,CP,端连逻辑开关，依次送入计数脉冲，检查功能是否正确。,(2),输出接数码管，,CP,端连实验箱上的,1Hz,时钟作为输入脉冲。,2.,分别连接一个,10,进制和一个,6,进制计数器。,(3)CP,端连,1kHz,时钟上，用示波器对计数器进行动态测试，观察并记录计数器的,CP,端和,Q,D,、,Q,C,、,Q,B,、,Q,A,端的波形（包括幅值，注意相位对齐）。,15,3.,连接,60,进制计数器。,在,10,进制和,6,进制计数器都正确的基础上，连接成,60,进制计数器，检查功能是否正常。,16,4.,连接,24,进制计数器。,按,同样方法,连接一个,24,进制计数数，检查功能是否正常。,Tips,：,在调试时，应,分阶段连接调试，一步一步地进行。,例如，先连接好个位的十进制计数器，电路工作正确后，再接十位的计数器。两者都正常后，再将,60,进制计数器连接起来。采用这种步步为营的接线和调试方法（称为自下而上），能,较容易地发现问题并排除故障,。,17,实验注意事项,1. 74LS161,的清零端和置数端未用时，必须接电源或置为高电平！,2.,时钟输入端接的是逻辑开关或方波信号，不能接数据开关。,3.,连线时注意布局（不要相隔太远），层叠在,3,层以下，导线尽可能短。,18,4.,用示波器观察波形时可能导致计数器出错，必须注意分析所观察到的波形是否正确。解决方法：,实验箱上,1kHz,CP,&,10,进制计数器（或,6,进制）,74LS00,“1”,或,+5V,示波器,原因是：实验箱上,1kHz,信号的驱动能力有限，可在,1kHz,信号后接非门以增强驱动能力。此时，该非门称为,驱动门,或,缓冲门,。,19,5.,有些同学在,10,进制和,6,进制都正确时，仍然出现,60,进制计数错误的情况。请尝试以下解决方法：,0.1F,20,其原因是多方面的，包括：,由于异步电路存在“毛刺”，容易产生误动作。因此，解决这一问题的根本方法是采用同步时序电路来设计,60,进制计数器。,接线布局等因素引入干扰（接线太长、层叠太多、引脚悬空等）,实验箱的因素（,5V,电源稳压性能、时钟边沿特性不佳等）,21,实验结果记录,实验数据必须记录原始数据（末经任何处理、从仪器直接读取的数据），通过原始数据得到实测值。,注意有效位数。通常应列表。,实验数据记录：,22,实验现象记录：,真值表：,输入计数脉冲顺序,LED,灯亮灭,Q,D,Q,C,Q,B,Q,A,0,0,0,0,0,1,2,状态转移图：,文字描述：,0000,0001,1111,74LS161,以,4,位二进制作加法计数。,许多数电实验没有数据，但也必须记录结果。,23,CP,Q,0,Q,2,Q,1,Q,0,Q,1,Q,2,Q,3,用示波器观察到的正确波形,分析示波器显示波形后所绘制的波形,实验波形记录：,有条件时记录原始波形（拍照），但必须整理成有意义的波形，通常初态为,0,。,对所绘制波形应加以分析核对，不符时应重新观测。,必须同时记录波形的幅值和频率。,24,思考与讨论,若计数器接数据开关，会出现什么现象？,用示波器观察逻辑电路的功能时，输入时钟应选择,1 Hz,还是,1 kHz,信号？为什么？,实际应用中干扰是否总是存在？实验中为了抑制干扰应注意哪些方面？,74LS161,的清零端和置数端未用时，能否悬空？为什么？,异步计数器为什么容易产生误动作？同步计数器能否避免误动作？,25,实验报告,实验目的、实验器材、实验内容。,记录实验数据和示波器波形。,示波器自校正信号测试,（上一次实验）,；,74LS161,的功能测试结果；,10,进制和,6,进制计数器的测试结果；,60,进制、,24,进制计数器的测试结果。,数码管显示的测试结果,（上一次实验）,；,示波器波形。,实验调试过程,(,遇到问题,),、实验体会和收获。,26,下次实验：,实验,23,组合逻辑电路,p.300,写出,与非,门,74LS00,和,与或非,门,74LS55,的逻辑功能检查方法。,用,与非,门,74LS00,和,与或非,门,74LS55,设计一个全加器电路，画出电路图。,用,与非,门,74LS00,和,与或非,门,74LS55,设计四位数奇偶位判断电路，画出电路图。,用,MultiSim,对实验电路进行仿真。,准备实验预习报告！仿真结果打印备查！,27,附录：引脚排列图,74LS00,D,C,B,A,1,CP,GND,V,CC,Q,B,Q,A,Q,C,Q,D,R,D,2,3,4,5,6,8,7,9,10,11,12,13,14,15,16,LD,CO,CT,P,CT,T,74LS161,28,附录：,MultiSim,下载地址,ftp:,10.71.21.98:8021,user:,匿名登陆,目录：数电实验,29,蔡忠法,浙江大学电工电子教学中心,Ver2.1,版权所有,2009,年,Thank you for your attention,30,