数电实验修改1011修改

实验三 集成门电路逻辑功能及参数测试(2学时、实物操作)一、实验目的1. 熟悉数字电路实验箱及常用实验仪器；2. 熟悉集成门电路的工作原理和主要参数，掌握其测试方法；3. 掌握门电路的逻辑功能及使用方法；二、实验预习要求1 阅读本实验附录，了解数字实验箱的功能和使用方法；2 复习TTL与非门各参数的意义及测试方法；3 熟悉实验所用集成门电路的功能及外引管脚排列。三、 实验原理1.集成门电路外引线的识别使用集成电路前，必须认真查对识别集成电路的引脚，确认电源、地、输入、输出、控制等端的引脚号，以免因接错而损坏器件。引脚排列的一般规律为：圆形集成电路：识别是，面向引脚正视，从定位销顺时针方向依次为1.2.3如图1-1（a）。圆形多用于集成运放等电路。扁平和双列直插型集成电路：识别时，将文字，符号标记正放（一般集成电路上有一圆点或有一缺口，将圆点或缺口置于左方），由顶部俯视，从左下脚起，按逆时针方向数，依次1.2.3如图1-1。在标准形TTL集成电路中，电源端Vcc般排列在左上端，接地端GND一般排在右下端，如74LS00为14脚芯片，14脚为Vcc，7脚为GND。若集成电路芯片引脚上的功能标号为NC，则表示该引脚为空脚，与内部电路不连接。扁平型多用于数字集成电路，双列直插型广泛用于模拟和数字集成电路。图1-1 集成门电路外引线的识别2.门电路逻辑功能在数字电路中，所谓“门”就是一种开关， 在一定条件下，它能允许信号通过，条件不满足，信号就不能通过。门电路输入信号与输出信号之间存在一定的逻辑关系，所以门电路又称为逻辑门电路。将若干个门电路组合起来可以构成组合逻辑电路，实现设定的逻辑功能。集成门电路主要分为TTL和CMOS两大系列，典型代表有：TTL与非门、集电极开路（OC）门、三态（TS）门；CMOS与非门、或非门、三态门等。这些逻辑门电路是组成数字电路最基本的单元。表1-1列出了常用门电路的图形符号和输入输出之间的逻辑关系。表1-1 常用逻辑门的符号及真值表名称与门或门非门与非门或非门异或门图形符号11&1=1真值表ABF000010100111ABF000011101111AF0110ABF001011101110ABF001010100110ABF000011101110表达式F=ABF=A+BF=AF=ABF=A+BF=AB3.门电路逻辑功能的测试方法测试门电路的逻辑功能有两种方法：（1）静态测试法：就是给门电路输入端加固定高、低电平，用万用表、发光二极管等测输出电平。（2）动态测试法：就是给门电路输入端加一串脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的关系。4门电路的逻辑变换门电路的逻辑变换主要就是用与非门等组成其它门电路。方法：先对其它门电路的函数式用摩根定理等公式变换成与非式，再画出相应逻辑图，然后用与非门实现之。四、 实验设备及器件名 称数 量备 注 数字电子技术实验箱1 万用表1 TTL与非门74LS001电阻若干五、实验任务1 TTL与非门74LS00的逻辑功能测试。按图1-2接线，将A、B端分别接到两个开关上，并将不同输入状态下的输出结果记入表1-2中，分析测试结果是否符合与非门的逻辑功能。HLHLAB图1-2 与非门逻辑功能测试接线图 表1-2 与非门逻辑功能真值表输 入 端输 出 端AB指示灯显示状态F000110112 TTL与非门（74LS00）参数测试1） 输出高电平VOH与非门输出高电平VOL是指输出不接负载，当有一输入端或全部输入端为低电平时电路的输出电压值，测试电路如图1-3所示。2） 输出低电平VOL与非门输出低电平是指所有输入端均接高电平时的输出电压值，测试电路如图1-4所示。&VOL&VOH VCC VCCV OH带载 =（ ）VVOL = ( )V V OH空载 =（ ）V 图1-3 输出高电平VOH测试电路 图1-4输出低电平VOL测试电路3观察与非门的控整理用将图1-1中与非门的输入端B接至脉冲源“CP”输出端。1) 当控制端A输入为“0”，将输出端的状态，记录在表14中。2) 当控制端A输入为“1”，将输出端的状态，记录在表14中。表1-4输 入 端输 出 端AB指示灯显示状态F0CP1CP4. 与非门组成其它门电路并测试验证用与非门实现与门、非门、或门、或非门、异或门的逻辑关系。要求：写出转化表达式 画出电路图并测试六、实验报告要求1 按要求记录实验结果；2 分析实验现象和结果；七、回答问题1.怎样判断门电路逻辑功能是否正常?2.与非门的一个输入接连续脉冲，其余端是什么状态时允许脉冲通过？什么状态时禁止脉冲通过？3.通过实验分析，总结TTL门电路多余端的处理方法。实验四 组合逻辑电路设计(2学时、实物操作)一、实验目的1 掌握组合逻辑电路的设计方法；2 熟悉集成组合电路芯片的逻辑功能及使用方法。二、实验预习要求1 复习组合逻辑电路的设计方法；2 根据实验任务与要求，独立设计电路；3 清楚本次实验所用集成门电路的管脚。三、实验原理在数字系统中，按逻辑功能的不同，可将数字电路分为两类，即组合逻辑电路和时序逻辑电路。组合逻辑电路在任何时刻的稳定输出仅取决于该时刻电路的输入，而与电路原来的状态无关。用SSI进行组合逻辑电路设计的一般步骤是：1）根据设计要求，定义输入逻辑变量和输出逻辑变量，然后列出真值表；2）利用卡诺图或公式法得出最简逻辑表达式，并根据设计要求所指定的门电路或选定的门电路，将最简逻辑表达式变换为与所指定门电路相应的形式；3）画出逻辑图； 4）用逻辑门或组件构成实际电路，最后测试验证其逻辑功能。掌握组合逻辑电路的设计方法，能让我们具有五彩缤纷的逻辑思维，通过逻辑设计将许多实际问题变为现实。四、实验设备及器件名 称数 量备 注 数字电子技术实验箱1 74LS00，74LS20，75LS86各1五、设计举例1 用与非门设计一个A、B、C三人表决电路。设：A、B、C为输入变量，F为输出结果。变量取值为1表示赞成，取值为0，表示反对。F为1表示通过，为0表示反对。1) 列真值表ABC&F00001111001100110101010100010 图3-1 三人表决电路111 BCA0001111000010101112) 输出逻辑函数化简与变换根据真值表，用卡诺图进行化简： F=AB+BC+CA经两次求反，即得两级“与非”表达式 F=AB+BC+CA =AB BC CA3) 画逻辑图根据表达式，用与非门组成的逻辑电路如图3-1所示。4) 验证电路逻辑功能按图接线，A、B、C分别接相应开关，F接指示灯，观察输入、输出状态。 六、实验任务（下列实验内容任取其二）1）用TTL四2输入与非门（74LS00）、二4输入与非门（74LS20）设计数字密码锁控制电路。密码信号控制信号开锁信号报警信号 要求：数字锁Z1 Z2A B C D 图2-2 数字锁电路E ABCD ： E ： Z1 ： Z2 ：当控制信号：E=1时，如密码正确，则开锁；密码错误，报警E=0时，不开锁，不报警2） 用四2输入异或门（74LS86）和四2输入与非门（74LS00）设计一个一位全减器。要求：Ai、Bi、Ci分别为一个被减数、另一个减数、低位向本位的借位；Si、Ci+1分别为本位差、本位向高位的借位。3） 用与非门设计血型配对电路（判断输血者与受血者的血型符合规定的电路）。要求：人类由四种基本血型：A、B、AB、O型。输血都与受血者的血型必须符合下述原则：O型血可以输给任意血型的人，但O型血的人只能接受O型血；AB型血只能输给AB型血的人，但AB血型的人能接受所有血型的血；A型血能给A型与AB型血的人，而A型血的人能接受A型与O型血；B型血能给B型与AB型血的人，而B型血的人能接受B型与O型血。试设计一个检验输血者与受血者血型是否符合上述规定的逻辑电路，如果符合规定，输出高电平（提示：电路只需要四个输入端，它们组成一组二进制数码，每组数码代表一对输血与受血的血型对。）约定：“00”代表“O”型；“01”代表“A”型 “10”代表“B”型；“11”代表“AB”型七、实验报告要求1 写出设计步骤与电路工作原理；2 分析实验结果；3 总结实验过程中出现的故障和排除故障的方法。八、电路功能验证（结论记录在实验原记录纸上） 数字密码锁控制信号密码开锁信号报警信号EA B C DZ1Z211 1 1 1010 1 1 111 0 1 111 1 0 111 1 1 0 全减器电路Ai Bi CiSi Ci+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1（3）血型配对电路供血者受血者配对结果供血者受血者配对结果MNPQFMNPQF0 00 01 00 00 10 11 01 01 11 10 10 01 10 00 10 11 01 01 11 1九、回答问题在进行组合逻辑电路设计时，什么是最佳设计方案？实验五 常用集成组合电路应用（II）(4学时、仿真)一、实验目的1 掌握常用集成组合电路的应用；2 掌握数据选择器、译码器的工作原理和特点；3 熟悉集成数据选择器、译码器的逻辑功能和管脚排列。二、实验原理1 数据选择器数据选择器又叫多路开关，集成数据选择器可以根据位置码的要求，从多路信号中选择其中一路为输出，它有“4选1”、“8选1”、“16选1”等多种类型。数据选择器的应用很广，可实现任何形式的逻辑函数，也可组成数码比较器等。在计算机数字控制装置和通信系统中，应用数据选择器可以方便地将并行数据转换成串行数据。74LS153为双4选1数据选择器， 逻辑符号如图3-1，功能表如表3-1所示： A0、A1 为位置信号输入端 D10-1D13，D20-D23 为数据输入端 1S、2S 为选通端，低有效 F1、F2 为数据输出端 图3-1 74LS153逻辑符号表3-1 74LS153 4选1数据选择器功能表输 入输 出选通端选择端数据端FSA1A0D3D2D1D01000000000000111100110011010101010010101012 变量译码器所谓译码，就是把代码的特定含义“翻译”出来的过程，而实现译码操作的电路称为译码器。译码器可分为三类：变量译码器、码制变换译码器和显示译码器。变量译码器又称二进制译码器，用以表示输入变量的状态。对应于输入的每一组二进制代码，译码器都有确定的一条输出线有信号输出。若有n个输入变量，则有2n个不同的组合状态，就有2n个输出端。而每一个输出所代表的函数对应于n个输入变量的最小项。表3-2 74LS138 3/8译码器功能表输 入输 出STASTB+STCA2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70111111111000000000000111100110011010101011101111111111011111111110111111111101111111111011111111110111111111101111111111074LS138为3/8译码器，逻辑符号如图3-2所示：其中：A2、A1、A0 为位置输入端Y0Y7 为输出端，低电平有效STA、STB、STC 为选通端 图3-2 74LS138逻辑符号74LS138功能表如表3-2所示，当STA=1，STB+STC=0时，执行正常的译码操作，位置码所指定的输出端有信号输出（低电平0），其它所有输出端均无信号输出（全为1）。当STA=0，STB+STC=1，或STA=，STB+STC=1时，译码器被禁止，所以输出同时为1。三、设计举例1 用三种方法设计一位全加器电路 全加器真值表A iB iCi-1SiCi0000111100110011010101010110100100010111其中：A i、B I 为加数，Ci-1为低位向本位的进位，Si 为两数之和，Ci 为本位向高位的进位。图3-3全加器1） 用异或门实现全加器。图3-4异或门实现全加器逻辑图2） 用3线/8线译码器74LS138实现全加器。由真值表得，Si = m (1,2,4,7 )，Ci= m (3,5,6,7 ) ，画出逻辑图：A0 Y0A1 Y1A2 Y2 74LS138 Y3 Y4 Y5Y6Y7&STASTBSTC“1” Ci-1 B i A i Si Ci 图3-574LS138实现全加器逻辑图3） 用双4选1数据选择器（74LS153）实现全加器。图3-674LS153实现的全加器逻辑图四、实验任务用三种方法设计一位全减器要求： 1) 用异或门、与非门实现（不得用集成芯片设计），输入用开关，输出用指示灯；2) 用74LS138译码器，输入用逻辑字发生器，输出用指示灯；3) 用74LS153双4选1数据选择器，输入用逻辑字发生器，输出用逻辑分析仪。五、实验器件1EWB软件2集成电路： 74LS00、74LS86、74LS138、74LS153六、预习要求1复习数据选择器、译码器的工作原理；2画好实验用逻辑电路图；3熟悉集成数据选择器、译码器的管脚排列和逻辑功能。七、回答问题：1 在EWB中74LS138位置端高低位如何排列的？2 用74LS153实现全减器时，若位置端的高位和低位用错，将出现什么现象？写出错误的输出。3 使用逻辑字发生器和逻辑分析仪时的设置步骤是什么？4 逻辑字发生器的输出频率和逻辑分析仪的采样时钟的设置如何配合？八、实验报告要求1写出设计步骤与电路工作原理；2分析实验结果，总结实验过程中出现的故障和排除故障的方法。九、电路功能验证（结论记录在实验原始记录纸上）输出输入异或门译码器数据选择器ABCSiCiSiCiSiCi0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1实验六 集成移位寄存器及其应用（4学时，仿真）一、实验目的1 了解移位寄存器的电路结构和工作原理；2 掌握中规模集成电路双向移位寄存器74LS194的逻辑功能和使用方法。二、实验预习要求1复习移位寄存器的工作原理；2熟悉实验中所用移位寄存器集成电路的管脚排列和逻辑功能；3画好实验用逻辑电路图，写出实验原理。三、实验原理寄存器是用来暂存数码的逻辑器件。具有移位逻辑功能的寄存器称为移位寄存器，移位功能是每位触发器的输出与下一级触发器的输入相连而形成的，它可以存贮或延迟输入-输出信息，也可以用来把串行的二进制数转换为并行的二进制数（串并转换）或相反（并串转换）；在计算机电路中还应用移位寄存器来实现二进制的乘2和除2功能。CPCr74LS194Q0Q2Q1Q3D0D2D1D3DRDLS1S0中规模集成移位寄存器74LS194具有左、右移位，清零，数据并入/并出、串出等多种功能的四位移位寄存器。74LS194集成移位寄存器的逻辑符号如图6-1所示，功能表如表6-1所示。在表中：CP为移位脉冲输入端，上升沿有效；D3-D0为并行数码输入端；Q3-Q0为并行数码输出端；DL、DR为左移、右移串行数码输入端；S1、S0为工作方式控制端；图6-174LS194符号Cr为异步清零端，低电平有效。表6-1 74LS194功能表序号输 入输出说明清零Cr时钟CP控制串行输入并行输入Q3Q2Q1Q0功 能S1S0DLDRD3D2D1D0100000清 除211Q3Q2Q1Q0保 持3111D3D2D1D0D3D2D1D0并行置数41101Q2Q1Q01串入左移51100Q2Q1Q00串入左移610111Q3Q2Q1串入右移710100Q3Q2Q1串入右移8100Q3Q2Q1Q0保 持由表6-1可知如下主要功能：1） 清除功能：当Cr=0时，不管其它输入为何状态，输出Q0Q3全为0状态。2） 保持功能：当CP=0，Cr=1时，其它输入为任意状态，输出状态保持；或Cr=1，S1S0=00时，其它输入为任意状态，输出状态保持原状态不变。3） 置数功能：Cr=1，S1S0=11，在CP脉冲上升沿作用下，将数据输入端数据D0、D1、D2、D3并行置入寄存器，为同步置数。4） 右移功能：Cr=1，S1S0=01，在CP脉冲上升沿作用下，实现右移操作，此时DR端输入的数据依次向Q0移位。5） 左移功能：Cr=1，S 1S0=10，在CP脉冲上升沿作用下，实现左移操作， DL端输入的数据依次向Q3移位。四、实验设备及器件名 称数 量备 注 数字电子技术实验箱1 74LS194，74LS74，75LS08各1五、设计举例用一片74LS194双向移位寄存器，实现四位彩灯双向移动控制电路。图6-2四位彩灯双向移动控制电路图六、实验任务：（下列任务任取其二）1） 用双向移位寄存器74LS194设计八位彩灯双向移动控制电路。要求：（1）多位彩灯能从左右及从右左依次燃亮； （2）多位彩灯亮后能自动熄灭； （3）能自动转换移动方向。 2）用移位寄存器74LS194设计四位二进制数据串行加法电路（JA+JBJC）。3）应用74LS194设计一个四位环形计数器，其要求如下：a写明设计方案。b画出状态转换图。c写出功能表, 表格自拟。d. 画出接线图。e实验验证其逻辑功能（输出接发光二极管）。七、实验报告要求1画出标准的逻辑电路图；2写出设计步骤与电路工作原理；八、回答问题1 在八位彩灯控制电路中1) 一个完整周期需要几个CP；2) 在你设计的电路中CP8,CP9,CP10,CP11的作用。3) CP脉冲和逻辑分析仪如何配合使用，应注意什么？2 四位二进制数串行加法控制电路1) 得到两数之和需几个cp，而后又在几个cp作用下使结果为0，为什么？2) 如何将你设计的电路，改变成相反的移动方向，两数之和的低位从Q0Q3那个端输出？32 / 32实验七 计数、译码、显示电路（异步）(这个不做)一、实验目的1. 熟悉数字电路计数、译码及显示过程；2. 熟悉中规模集成计数器的结构与工作原理；3. 掌握利用异步集成计数器电路构成任意进制计数器的方法。二、实验原理在数字系统中，常常需要把以某种代码形式出现的数字量用人们熟悉的十进制数字显示出来，这个过程是由译码器和显示器来完成的。其中译码器将二进制代码在编码时的原意“翻译”出来，并输出一个或一组相应的信号；显示器接受这些信号将“翻译”结果显示出来。计数、译码、显示电路的原理框图如图5-1所示。计数器选用的是中规模集成计数器74LS290。译码器选用中规模集成七段译码/驱动器74LS48。显示器选用目前广泛使用的共阴极七段发光二极管数码显示BSR202（LED），利用不同发光段的组合，显示09十个数字。数码管显示的字形结构如图5-2所示。显示器译码驱动器计数器图5-2 数码管字形结构图5-1 计数、译码、显示电路原理框图 S01CP1Q0 Q1 Q2 Q3CP2S02R01R0274LS290集成计数器74LS290是二五十异步计数器。内部有两个独立的计数器，即模2计数器和模5计数器；分别由两个时钟脉冲输入端CP1和CP2控制。异步清0端RO1、RO2和置9端SO1、SO2为两个计数器公用，高电平有效。功能表如表5-1所示，主要功能：图5374LS290符号1）异步清零功能：当清零端RO1=RO2=1，SO1=0，或SO2=0时，计数器清零，Q3Q2Q1Q0=0000；2）异步置9功能：当置9端SO1=SO2=1时，Q3Q2Q1Q0=1001；3）当RO1=RO2=0，SO1= SO2=1时，在CP下降沿作用下实现加计数；4）计数脉冲从CP1输入，Q0输出，则构成一位二进制计数器；5）计数脉冲从CP2输入，Q3Q2Q1输出，则构成异步五进制计数器；6）如果将Q0和CP2相连接，脉冲从CP1输入，输出为Q3Q2Q1Q0时，则构成8421BCD码异步十进制计数器。表5-1 74LS290功能表输 入输 出RO1RO2SO1SO2CPQ3Q2Q1Q01100000110000011100100计 数00计 数00计 数00计 数74LS48是七段字形显示译码/驱动器，其功能如表52所示。表5-2 74LS48功能表十进制输 入BI /RBO输 出LTRBIA3A2A1A0YaYbYcYdYeYfYg011000011111110110001101100002100101110110131001111111011410100101100115101011101101161011010011111710111111100008110001111111191100111110011101101010001101111101110011001121110010100011131110111001011141111010001111151111110000000消隐00000000脉冲消隐10000000000000灯测试011111111由表5-2 可知功能如下：（1）灯测试功能：LT可检查七段显示器各字段是否能正常发光。当LT=0时，不论A0-A3状态如何，七段全部显示，以检查各字段的好坏。（2）消隐功能：当BI=0时，输出YaYg都为低电平，各字段熄灭，其功能与LT相反。（3）灭零输入RBI按照需要将显示的零予以熄灭。（4）当输入A3=A2=A1=A0=0，且有RBI=0，LT=1时，灭零输出RBO将输出为0，表示本位应显示的0已熄灭。（5）数码显示：当BI=1，译码器工作，当A3A2A1A0端输入8421BCD码时，译码器对应的输出端输出高电平1，数码显示相应的数字。三、实验内容1 用74LS290计数器组成十进制计数。2组成六十进制计数器 CP1 Q0Q1Q2Q3CP2 S01S02R01R0274LS290 CP1 CP2 &74LS290Q0Q1Q2Q3S01S02R01R02图55六十进制计数电路四、实验任务 60进制、24进制计数器设计。 12归1计数器设计 完成含有分钟及小时（12小时制）计时的简易数字钟设计（含计数、译码、显示电路）五、实验器件1. 数字电路实验箱2. 集成电路：74LS08、74LS48、74LS290六、预习要求1. 复习计数器、显示译码器的工作原理；2. 设计六十及二十四进制级联的计数电路； 3. 熟悉实验中所用集成电路的管脚排列和逻辑功能。七、实验报告要求1. 写出设计步骤与电路工作原理；2. 分析实验结果，总结实验过程中出现的故障和排除故障的方法。八、回答问题1. 利用74LS290实现60进制计数电路，进行异步清0时, 有时回到00，而有时会出现40，为什么？采用什么方法可有效的消除该现象？2. 某一同学设计简易数字钟电路，将显示器的8端悬空，3端通过限流电阻接地，对吗？检查你设计的电路，显示器未加限流电阻者，请补充。实验八 计数、译码、显示电路（同步）（4学时、仿真）一、实验目的1 进一步熟悉数字电路计数、译码及显示过程；2 熟悉中规模集成计数器的结构与工作原理；3 掌握利用同步集成计数器电路构成任意进制计数器的方法。二、实验原理同步集成计数器74LS16074LS160的逻辑符号如图5.1所示，图中ET、EP是工作状态控制端，为清零控制端，是预置数控制端，D3、D2、D1、D0是输入端，Q3、Q2、Q1、Q0是状态输出端，Co是进位输出端，CP是计数脉冲输入端。功能表见表5.1。表5.1 功能表 (74LS160)CPET EP工作状态0 清零10 预置数111 0保持（包括C的状态）110 保持（C0）111 1计数74LS160Cr LD D3 D2 D1 D0CoQ3 Q2 Q1 Q0CPETEP图5174LS160符号图（1）异步清零：当0时，立即清零，即Q3=Q2=Q1=Q0=0，与CP无关。（2）同步预置：当0，而1时，在预置输入端预置某个数据，在CP由0变1时，将预置数D3、D2、D1、D0送入计数器。（3）保持：当1时，只要ET、EP有0，就会使输出保持不变。即，且当EP=0、ET =1时，输出信号Co的状态也保持不变；当ET =0时，无论EP为何种状态，Co一定为0。（4）计数：当1、ET =EP=1时，工作在计数状态。由Q3Q2Q1Q0=000000011001。三、实验内容1计数器74LS160计数器组成组成六十进制计数器74LS160Cr LD D3 D2 D1 D0CoQ3 Q2 Q1 Q0CPETEP74LS160Cr LD D3 D2 D1 D0CoQ3 Q2 Q1 Q0CPETEP&CP“1”图5274LS160组成的六十进制计数器逻辑图2实验任务用同步计数器74LS160自行设计二十四进制计数器。四、实验器件1数字电路实验箱2集成电路：74LS00、74LS48、74LS160五、预习要求1复习计数器、显示译码器的工作原理；2设计六十及二十四进制级联的计数电路； 3熟悉实验中所用集成电路的管脚排列和逻辑功能。六、实验报告要求1写出设计步骤与电路工作原理；2分析实验结果，总结实验过程中出现的故障和排除故障的方法；3分析在使用74LS160异步复位实现任意进制计数器与74LS290的异同点。实验九 自拟题目综合设计性实验一、设计目的培养综合运用数字电子技术知识进行简易数字电子系统设计，及利用EWB软件进行仿真的能力。二、设计要求设计一个功能完整、实用的简易数字电子系统，并在计算机上完成电路仿真。三、设计任务参考题目:1.多功能计时电路2.计时、计价控制电路3.数字频率计4.简易数字电压表5.模拟乒乓球比赛6.电梯自动控制电路7.交通灯控制电路8.霓虹灯控制电路9. 多路智力竞赛抢答器电路综合设计任务及要求一、交通灯控制电路基本功能要求：1) 设计一个十字路口交通灯的控制电路，每个路口的东西方向及南北方向，设有2组信号灯,每组信号灯有红、绿、黄三种颜色。2) 信号灯的变换符合现行交通规则，可设红灯时间为25秒，黄灯时间为5秒，绿灯时间为20秒。3) 各路口需有时间显示器，分别显示三种颜色灯的点亮时间, (可加计时也可减计时)。扩展要求：1) 可予设亮灯时间。2) 可强制使某个方向为绿灯，另一方向则为红灯。二、电梯自动控制电路基本功能要求1) 设计一个七层楼简易电梯控制电路。上电时电梯指示停在一层。2) 每个楼层设置一个呼唤按钮，当按下呼唤按钮，电梯自动运行到该层，并停在该层，直到有新的呼唤则再次运行，假设电梯运行时没有新的呼唤请求。3) 要求设置呼唤指示灯和电梯运行指示灯，均以LED表示。扩展要求：1) 每个楼层设置上行、下行两个呼唤按钮，电梯在运行过程中，如遇到同方向的请求，则自动停车，在延时（设为3秒）后，继续自动运行，直到最终的请求楼层为止。2) 其它实用的功能。三、综合实验报告要求目的：培养综合运用数字电子技术知识进行简易数字电子系统设计，及利用EWB软件进行仿真的能力。要求：设计一个功能完整、实用的简易数字电子系统，并在计算机上完成电路仿真。任务：（按选题要求填写）设计过程:1根据任务要求进行功能划分，给出完成任务要求的功能模块框图,要说明每个模块的作用，受控于哪些信号，产生（输出）哪些信号，如信号输出是有条件的，则需说明在什么条件下输出什么信号。2具体给出各功能模块的实现电路，说明工作原理。简单系统可以直接画出完整的原理图，在图中标示出各功能模块；复杂系统按功能模块给出原理图，完整电路在附件中给出。原理图中各元器件要有代号名称，电阻用R？、电容用C？、集成电路用U？等表示。3原理叙述应给出必要的真值表、状态图、状态方程、波形图，对一些有推导的设计过程，应给出简要的推导步骤。4主要器件的选型说明实验结论:1明确仿真结果具体实现了任务中的哪些要求，还有哪些要求没实现。2叙述设计电路的特点。3提出对现有设计电路的改进及完善的设想。实验小结:对完成综合设计实验的收获、体会，以及对如何进行综合设计实验（包括实验方法、要求、验收等方面）提出你的建议和要求。附件：1 完整的电路原理图。2 元器件清单，示例格式如下：序号名称代号型号或标称值1计数器U174LS1632译码器U274LS1383电阻R1510附录 EWB电子电路仿真软件介绍及应用一、电子工作平台（EWB）概述随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。电子工作平台（EWB）是加拿大Interaction Image Technologies 公司于八十年代末、九十年代初推出的电路分析和设计软件，它具有这样一些特点：1 采用图形方式创建电路：绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；2 提供了较为详细的电路分析功能。因此，电子设计自动化技术非常适合电子类课程的教学和实验。二、EWB的基本界面1 EWB的主窗口主要包括：菜单栏、工具栏、元器件库、电路工作区、状态栏、启动/停止开关及暂停/恢复开关等几部分。2 EWB的工具栏工具栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：新建、打开、保存、打印、剪切、复制、粘贴、旋转、水平翻转、垂直翻转、子电路、分析图、元器件特性、缩小、放大、缩放比例及帮助。3 EWB的元器件库栏EWB提供了非常丰富的元器件库和各种常用的测试仪器。元器件库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：自定义器件库、信号源库、基本器件库、二极管库、晶体管库、模拟集成电路库、混合集成电路库、数字集成电路库、逻辑门器件库、数字器件库、控制器件库、其它器件库及仪器库。（1） 信号源库（Sources）信号源库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：第一行：接地、直流电压源、直流电流源、交流电压源、电压控制电压源、电流控制电流源、电流控制电流源、Vcc电压源、Vdd电压源及时钟脉冲；第二行：调幅源、调频源、压控正弦波、压控三角波、压控方波、压控单脉冲、分段线性源、压控分段线性源、频移键控源FSK、多项式源及非线性相关源。（2） 基本器件库（Basic）基本器件库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：第一行：连接点、电阻、电容、电感、变压器、继电器、开关、延时开关、压控开关、流控开关及上拉电阻；第二行：电位器、排电阻、压控模拟开关、极性电容、可调电阻、可调电感、无芯线圈、磁芯及非线性变压器。（3） 二极管库（Diodes）二极管库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：二极管、稳压二极管、发光二极管、全波桥式整流器、肖特基二极管、单向晶闸管、双向晶闸管。（4） 晶体管库（Transistors）其中： 分别为N（P）沟道砷化镓。（5） 模拟集成电路库（Analog ICs）模拟集成电路库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：三端运放、五端运放、七端运放、九端运放、比较器及锁相环。（6） 混合集成电路库（Mixed ICs）混合集成电路库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：A/D转换器、电流输出D/A、电压输出D/A、单稳态触发器及555电路。（7） 数字集成电路库（Digital ICs）（8） 逻辑门电路库（Logic Gates）逻辑门电路库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：第一行：与门、或门、非门、或非门、与非门、异或门、同或门、三态缓冲器、缓冲器及施密特触发器；第二行：与门（或门、与非门、或非门、非门、异或门、同或门）芯片及缓冲芯片。（9） 数字器件库（Digital）数字器件库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：第一行：半加器、全加器、RS触发器、JK触发器一（二）型及D触发器一（二）型；第二行：多路选择器（多路分配器、编码器、算术运算、计数器、移位寄存器）芯片及触发器芯片。（10） 指示器件库（Indicators）指示器件库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：电压表、电流表、灯泡、彩色指示灯、七段数码管、译码数码管、蜂鸣器、条形光柱及译码条形光柱。（11）控制器件库（Contorls）控制器件库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：电压微分器、电压积分器、电压比例模块、乘法器、除法器、三端电压加法器、电压限幅器、电流限幅模块、电压滞回模块及电压变化率模块。（12）其它器件库（Miscellaneous）其它器件库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：熔断器、数据写入器、子电路网表、有耗传输线、无耗传输线、晶体、直流电机、真空三极管、开关式升压变压器、开关式降压变压器、开关式升降压变压器、文本框及标题栏。（13）仪器库（Instruments）仪器库栏中各个按钮的名称如下（从左到右）：数字多用表、函数发生器、示波器、波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪。三、EWB的基本操作方法1 电路的创建（1） 元器件的操作主要包括：元器件的选用；元器件的移动、旋转、复制和删除；元器件标识（Label）、编号（Reference ID）、数值（Value）、模型参数（Model）、故障（Fault）等特性的设置。说明：j元器件各种特性参数的设置可通过双击元器件弹出的对话框进行；k编号（Reference ID）通常由系统自动分配，必要时可以修改，但必须保证编号的唯一性；l故障（Fault）选项可供人为设置元器件的隐含故障，包括开路（Open）、短路（Short）、漏电（Leakage）、无故障（None）等设置。（2） 导线的操作主要包括：导线的连接、弯曲导线的调整、导线颜色的改变及连接点的使用。说明：j连接点是一个小圆点，存放在无源元件库中，一个连接点最多可以连接来自四个方向的导线，而且连接点可以赋予标识；k向电路插入元件，可直接将元件拖拽放置在导线上，然后释放即可插入电路中。（3） 电路图选项的设置Circuit/Schematic Option对话框可设置标识、编号、数值、模型参数、接点号等的显示方式及有关栅格（Grid）、显示字体（Fonts）的设置，该设置对整个电路图的显示方式有效。其中接点号是在连接电路时，EWB自动为每个连接点分配的。2 模拟仪表的使用（1） 数字多用表（2） 函数信号发生器（3） 示波器示波器的图标和面板以及各部分所代表的含义如下所示。其中：Expand面板扩展按钮；Time base时基控制；Trigger触发控制；包括： jEdge上（下）跳变触发 k Level触发电平 l触发信号选择按钮：Auto（自动触发按钮）； A、B（A、B通道触发按钮）；Ext（外触发按钮）X（Y）positionX（Y）轴偏置；Y/T、B/A、A/B显示方式选择按钮（幅度/时间、B通道/A通道、A通道/B通道）；AC、0、DCY轴输入方式按钮（AC、0、DC）。（4） 波特图仪3 数字仪表的使用（1） 字信号发生器字信号发生器实际上是一个多路逻辑信号源，它能够产生16位（路）同步逻辑信号，用于对数字逻辑电路进行测试。下图是其图标和面板。外触发输入数据准备好输出端16路逻辑信号输出端