项目二一位十进制加法计算器的逻辑电路设计与制作.ppt

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项目二一位十进制加法计算器的逻辑电路设计与制作任务一BCD编码器的逻辑电路设计与制作任务二译码器的逻辑电路设计与制作任务三一位十进制加法器的逻辑电路的设计和制作仿真演练一七段数码管显示电路仿真演练二全加器任务一BCD编码器的逻辑电路设计与制作技能目标能设计并制作BCD码编码器知识目标掌握编码技术实践活动 1 实践活动内容BCD编码器实验下一页任务一BCD编码器的逻辑电路设计与制作实践活动 2 实践活动任务描述在电路输入端按下代表0 9的任何一个按钮开关在输出端 LED就会显示与该十进制数对应的二进制数值任何时刻只允许输入一个有效信号 3 实践活动要求要求每人用逻辑门设计BCD编码器的控制电路并在焊接板或面包板上将设计的电路搭建起来然后调试并实现所要求的功能 4 实践仪器与元件万用表电烙铁按钮开关10只红色LED4只集成逻辑门若干电阻电容若干导线焊接板或面包板焊锡丝下一页上一页任务一BCD编码器的逻辑电路设计与制作实践活动 5 活动提示 1 LED正负板间加正向电压时导通一般电压大于2V时发光不加电压或加反向电压时不导通 LED不亮应与LED串联一100 1000 的电阻保护LED不致因过流而损坏 2 10个按钮开关代表0 9这10个十进制数输出4个信号控制4个LED的显示 3 此设计为组合逻辑用集成逻辑门实现设计方法可见后面的知识链接下一页上一页任务一BCD编码器的逻辑电路设计与制作知识链接编码器的基本知识按照被编码信号的不同特点和要求有二进制编码器二十进制编码器优先编码器之分一下着重介绍二进制编码器和BCD编码器 1 二进制编码器用n位二进制代码对N 2n个一般信号进行编码的电路叫做二进制编码器这种编码器有一个特点任何时刻只允许输入一个有效信号不允许同时出现两个或两个以上的有效信号因而其输入是一组互相排斥的变量观以3位二进制编码器为例分析编码器的工作原理图2 1所示是3位二进制编码的框图它的输入是I0 I7这8个高电平信号输出是3位二进制代码Y2 Y1 Y0 为此又把它叫做8 3线编码器输出与输入的对应关系如表2 1所示下一页上一页任务一BCD编码器的逻辑电路设计与制作实践活动根据以上真值表无需绘制卡诺图可以直接推导8 3线编码器的逻辑表达式根据以上逻辑表达式可以绘制出8 3线编码器的逻辑电路如图2 2 下一页上一页任务一BCD编码器的逻辑电路设计与制作实践活动 2 BCD编码器将十进制数0 9这10个信号编成二进制代码的电路叫二十进制BCD编码器它和二进制编码器特点一样任何时刻只允许输入一个有效信号本项目的任务是要实现一个十进制8421BCD编码器因输入变量相互排斥可直接列出编码表如表2 2所示将表中各位输出码为1的相应输入变量相加便可得到编码器的各输出表达式根据以上逻辑表达式可以绘制出8421BCD码编码器的逻辑电路如图2 3所示上一页返回任务二译码器逻辑电路设计与制作技能目标能设计并使用译码器知识目标 1 掌握编码技术 2 掌握集成LED译码器的使用方法下一页任务二译码器逻辑电路设计与制作实践活动 1 实践活动任务描述设计制作二十进制译码显示电路以七段显示译码器74LS48为核心制作十进制数译码显示电路电路的输入端是4个74LS48连接的按钮开关通过这4个按钮开关输入一个4位二进制数这个二进制数经74LS48译码后驱动后端的LED数码管显示对应的十进制数字 2 实践活动要求要求每人用74LS48译码器设计二十进制译码显示电路并在焊接板或面包板上将设计的电路搭建起来然后调试并实现所要求的功能下一页上一页任务二译码器逻辑电路设计与制作实践活动 3 实践仪器与元件万用表电烙铁七段显示译码器74LS48一片按钮开关4只 LED4数码管1个电阻电容若干导线焊接板或面包板焊锡丝4 活动提示 1 务必详细阅读74LS48芯片说明书正确连接按钮开关和数码管 2 此设计为组合逻辑用集成逻辑电路实现设计方法可见后面的知识链接下一页上一页任务二译码器逻辑电路设计与制作知识链接1 译码器的基本知识译码是编码的逆过程它的功能是将具有特定含义的二进制码进行辨别并转换成控制信号具有译码功能的逻辑电路称为译码器 1 二十进制译码器二十进制译码器见图2 4 是最基本的二进制译码器它有4个输入端需要译码的4位二进制代码从这里并行输入有10个译码输出端功能是将4位并行输入的二进制代码根据译码要求选择10输出中的一个输出译码信息表2 3所示为二十进制译码器的真值表下一页上一页任务二译码器逻辑电路设计与制作知识链接1 译码器的基本知识由真值表可以推导出二十进制译码器的逻辑表达式根据以上逻辑表达式可以绘制出二十进制译码器的逻辑电路如图2 5所示下一页上一页任务二译码器逻辑电路设计与制作知识链接1 译码器的基本知识 2 三线八线译码器功能是将3位并行输入的二进制代码根据译码要求选择8个输出中的一个输出译码信息典型的三线八线译码器是74LS138 74LS138有3个地址输入端A B C 它们共有8种状态的组合即可译出8个输出信号Y0 Y7 74LS138的引脚排列见图2 6 功能表见表2 4 可用两片3 8线译码器74LS138构成4 16线译码器其具体连接如图2 7所示下一页上一页任务二译码器逻辑电路设计与制作知识链接2 LED数码管及其驱动电路 LED数码管也称发光二极管数码管是用显示数字文字和符号的常用器件如图2 8所示 LED数码管根据管内PN结的连接方式不同可分为共阴数码管和共阳数码管两种共阴数码管就是管内所有PN结的阴极都连在一起如图2 9 a 所示使用时应将共阴端接低电平阳极接显示译码器的哥哥输出端共阳数码管就是管内所有PN结的阳极都连在一起如图2 9 b 所示使用时应将共阳端接高电平阴极接显示译码器的各个输出端下一页上一页任务二译码器逻辑电路设计与制作知识链接3 集成LED译码器集成LED译码器的功能是将输入的BCD码经过译码后驱动LED数码管显示相应的十进制数 1 74LS4874LS48是一种与共阴极数码管配合使用的字符显示译码器逻辑符号如图2 10所示 74LS48功能表如表2 5所示图2 11所示是LED七段显示器和译码驱动电路连接实例下一页上一页任务二译码器逻辑电路设计与制作知识链接3 集成LED译码器 2 CD4511CD4511是一个用于驱动共阴极LED 数码管显示器的BCD码七段码译码器它具有BCD转换消隐和锁存控制七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流可直接驱动LED显示器图2 12描述了CD5411的引脚设置及其与LED连接的方法其真值表见表2 6 上一页返回任务三一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作技能目标能设计并制作一个一位十进制加法器知识目标 1 掌握加法器的相关知识 2 掌握组合逻辑的设计方法下一页任务三一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作实践活动 1 实践活动任务描述任务的核心是设计制作一个十进制加法器实现个位十进制加法功能输入为两组十进制数输出为输入数据相加的值不含进位位任务原理见图2 13 2 实践活动要求要求每人用逻辑门设计一位十进制加法器电路并在焊接板或面包板上将设计的电路搭建起来调试并实现所要求的功能下一页上一页任务三一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作实践活动 3 实践仪器与元件万用表电烙铁按钮开关若干七段显示译码器74LS48一片 LED数码管一个集成逻辑门若干电阻电容若干导线焊接板或面包板焊锡丝4 活动提示 1 为保证课堂效率建议学生将前两次任务中制作的电路保留并在此次任务中直接使用 2 此设计为组合逻辑用集成逻辑门实现设计方法可见后面的知识链接下一页上一页任务三一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作知识链接1 半加器与全加器的基本知识 1 一位加法器 1 半加器半加器的真值表如表2 7所示表中的A和B分别表示两个相加的一位二进制数 S是本位和 COUT是本位向高位的进位由真值表可以直接写出以下函数表达式半加器的逻辑符号和逻辑图如图2 14所示下一页上一页任务三一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作知识链接1 半加器与全加器的基本知识 2 全加器全加器的真值表如表2 8所示表中的A和B分别表示两个相加的一位二进制数 Cin是来自低一位向本位的进位 S是本位和 Cout是本位向高一位的进位由真值表可以推导出全加器的逻辑表达式全加器的逻辑图和逻辑符号如图2 15所示下一页上一页任务三一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作知识链接1 半加器与全加器的基本知识 2 多位加法器根据电路结构的不同常见的多位加法器分为串行进位加法器和超前进位加法器 N位串行进位加法器由n个一位加法器串联构成图2 16所示是一个4位串行进位加法器用它可实现一位十进制数的加法下一页上一页任务三一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作知识链接2 数据选择器数据分配器及数值比较器 1 数据选择器数据选择器又称多路选择器 Multiplexer 简称MUX 其原理框图如图2 17所示常用的数据选择器有2选1 4选1 8选1 16选1等图2 18所示是4选1数据选择器的逻辑图及逻辑符号其功能表见表2 9 下一页上一页任务三一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作知识链接2 数据选择器数据分配器及数值比较器 2 数据分配器数据分配器又称多路分配器 DEMUX 其功能与数据选择器相反它可以将一路输入数据按n位地址分送到2n个数据输出端上图2 19所示为2 4DEMUX的逻辑符号其功能表如表2 10所示前面学习的74LS138就可以实现数据分配器功能如图2 20所示下一页上一页任务三一位十进制加法器的逻辑电路设计与制作知识链接2 数据选择器数据分配器及数值比较器 3 数值比较器数据比较器是用来判断输入数据大小的逻辑器件数值比较器可以按位数分为一位数值比较器和多位数值比较器首先简要介绍一位数值比较器的功能和特点其真值表如表2 11所示由真值表可以得到下列逻辑表达式根据上面的表达式可画出如图2 21所示的逻辑电路图上一页返回仿真演练一七段数码管显示电路技能目标 1 学会用字信号发生器 2 学会编码七段数码管 3 进一步会用逻辑分析仪知识目标 1 掌握数码管的编码方法 2 掌握字信号发生器的使用方法下一页仿真演练一七段数码管显示电路实践活动七段数码管显示仿真 1 搭接如图2 22所示的数码管显示电路 2 在字信号发生器中选择模式设置 Pattern 下的左移编码 ShiftLeft 运行电路观察数码管的变化记录各字段对应的信号端口 3 根据字段信息对七段数码管进行编码使之输出字符0 9 并将编码填入表2 12中将编码在字信号模型编辑区Edit处输入送到字信号发生器的县显示区显示出来如图2 23所示字信号发生器设置运行的起始地址为0000 结束地址为0009 再以单调期 Burst 或循环 Cycle 方式运行电路观察电路运行结果并用逻辑分析仪验证电路波形如图2 24所示下一页上一页仿真演练一七段数码管显示电路知识链接字信号发生器字信号发生器 WordGenerator 是一个最多能够产生32位同步逻辑信号的仪器可以用来对数字逻辑电路进行测试实际上是一个数字激励源编辑器其图标和面板如图2 25所示 1 连接电路在字信号发生器图标的左边有0 15共16个端子输出低16位逻辑信号右边16 31个端子输出高16位逻辑信号下边的R端为数据准备就绪端 T端为外触发信号端 2 设置字信号地址面板图中的Address区用于设置字信号地址如图2 26所示下一页上一页仿真演练一七段数码管显示电路知识链接字信号发生器 3 字信号输出方式设置字信号的输出方式如图2 27所示 4 模式设置单击图2 27中的Pattern按钮屏幕弹出如图2 28所示的对话框 5 触发方式及输出频率设置图2 25中的Trigger区用于设置触发方式 6 编辑字信号图2 25所示面板中的Edit区用于字信号模型编辑如图2 29所示 7 应用举例具体操作步骤如下操作过程如图2 30所示下一页上一页仿真演练一七段数码管显示电路实训及思考题实训译码器构成一位全加器实训目的 1 学会使用字信号发生器 2 学会分析简单的数字电路用74LS138D译码器组成一位全加器实现两个二进制数的相加全加器真值表如表2 13所示创建该全加器电路如图2 31所示上一页返回仿真演练二全加器技能目标 1 学会用逻辑转换仪设计数字电路 2 学会选择常见的元器件型号 3 学会将较复杂的逻辑电路生成子电路 4 学会用生成的子电路构成更复杂的数字电路知识目标 1 掌握逻辑转换仪的使用方法 2 掌握子电路的生成步骤下一页仿真演练二全加器实践活动仿真一位加法器 1 工作原理 1 半加器其真值表如表2 14所示 2 全加器其真值表如表2 15所示 2 仿真分析 1 利用逻辑转换仪分别获得半加器的Sn和Cn表达式如图2 34所示为在逻辑转换仪中设置的真值表Sn 得到半加器逻辑表达式为同理得到Cn表达式为 Cn AB 如图2 35所示为在逻辑转换仪设置的真值表Cn 2 用同样方法获得全加器逻辑表达式如图2 36所示 Cn AB BC AC 如图2 37所示下一页上一页仿真演练二全加器实践活动 3 根据逻辑表达式产生电路电路如图2 38 图2 39 图2 40 图2 41所示 4 验证逻辑关系以图2 41所示的全加器Cn的电路为例将其输入端A B C改接为单刀双掷的开关分别接 5V和地输出端Cn改接为电压探测器如图2 42所示 5 用子电路形式表示全加器图2 42中将与门用74LS08替换将或门用74LS32替换并在输入端和输出端将连接器替换为I O端所示替换后的电路如图2 43所示同样可以将图2 38 图2 39 图2 40 图2 41都替换成实际元件电路如图2 44 图2 45 图2 46所示 6 生成子电路用鼠标拉框选中图2 43中的所有内容复制电路得到子电路如图2 47所示下一页上一页仿真演练二全加器实训及思考题实训 3人表决器电路测试及仿真1 实训目的 1 掌握逻辑转换仪的使用方法 2 初步学会使用逻辑转换仪进行数字电路设计 2 实训内容 1 根据设计原理在逻辑转换仪中设置真值表根据设计原理输入真值表如图2 48所示 2 单击按钮生成简单的电路表达式为 Y AC AB BC 3 单击按钮根据表达式Y AC AB BC生成电路下一页上一页仿真演练二全加器实践活动 4 在生成的电路中添加图标按钮A B C和结果指示灯Y 从Basic器件库中选择开关SPDT作为图标按钮将其标号和控制键分别设置为A B C 从Indicators器件库中选择电压探测器Probe作为结果只是图2 49所示为设计好的测试电路 5 启动电路根据真值表输入按键组合观察输出结果是否符合设计要求 6 执行菜单Place PlaceTextDescriptionBox命令添加电路描述 7 生成子电路如图2 50所示上一页返回图2 13位二进制8 3线编码器框图返回表2 1二进制编码器的真值表返回图2 28 3线编码器的逻辑电路返回表2 28421BCD码编码表返回图2 38421BCD编码器的逻辑电路返回图2 4二十进制译码器返回表2 3二十进制译码器真值表返回图2 5二十进制译码器逻辑电路返回图2 674LS138的引脚排列返回表2 474LS138的功能表返回图2 7两片74LS138扩展成4 16线译码器返回图2 8LED数码管模型返回图2 9LED数码管内部接线返回图2 1074LS48的逻辑符号返回表2 574LS48的功能表返回图2 11LED七段显示器译码驱动电路逻辑图返回图2 12CD4511与LED的连接示意图返回表2 6CD4511的真值表返回图2 13一位十进制加法器原理返回表2 7半加器的真值表返回图2 14半加器的逻辑符号和逻辑图返回表2 8全加器真值表返回图2 15全加器的逻辑图和逻辑符号返回图2 164位串行进位加法器返回图2 17数据选择器框图返回图2 184选1数据选择器的逻辑图及符号返回表2 94选1数据选择器功能表返回图2 192 4数据分配器逻辑符号返回表2 102 4数据分配器功能表返回图2 20由74LS138实现的数据分配器返回表2 11一位比较器真值表返回图2 21一位比较器逻辑电路返回图2 22数码管显示电路返回表2 12编码表返回图2 23字信号发生器的设置返回图2 24逻辑分析仪波形返回图2 25字信号发生器图标和面板返回图2 26字信号地址编辑区返回图2 27字信号的输出方式返回图2 28模式设置对话框返回图2 29字信号模型编辑区返回图2 30操作过程返回表2 13一位全加器真值表返回图2 3174LS138D译码器构成的1位全加器电路返回表2 14半加器真值表返回表2 15全加器真值表返回图2 34半加器真值表 Sn 返回图2 35半加器真值表 Cn 返回图2 36全加器真值表 Sn 返回图2 37全加器真值表 Cn 返回图2 38半加器Sn的电路返回图2 39半加器Cn的电路返回图2 40全加器Sn的电路返回图2 41全加器Cn的电路返回图2 42电压探测器返回图2 43用实际元件替换后的全加器Cn电路返回图2 44用实际元件替换后的半加器Sn 返回图2 45用实际元件替换后的半加器Cn 返回图2 46用实际元件替换后的全加器Sn电路返回图2 47全加器Cn的子电路返回图2 48产生真值表返回图2 493人表决器测试电路返回图2 503人表决器测试电路生成的子电路返回

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