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实验一组合逻辑电路设计.pdf
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实验一 组合逻辑电路设计
一、 实验目的
1、 熟悉应用中小规模数字集成电路的工程技术;
2、 掌握组合逻辑电路的设计方法。
二、 设计步骤
对于某些对象的启动/停止或者打开/闭合等一类二值控制问题(电气
工程称之为乒乓控制),往往可以抽象归纳成为逻辑问题。使用数字逻辑电
路实现解决这一逻辑问题的电路系统,即可实现逻辑控制。使用小规模(SSI)
数字集成电路进行组合逻辑电路设计的步骤是:
1、 分析实际问题进行逻辑抽象:定义输入或输出变量并进行逻辑赋
值,即确定 True (1)或 False (0)表示的含义。在此基础上列出逻辑真值表。
2、 由真值表写出逻辑函数表达式并化简为最简式。
3、 按照化简后的表达式画出逻辑函数原理图。
为了降低电路成本、便于系统安装和未来维修,有经验的工程师常常设
法用尽可能少的数字集成电路种类和芯片数目来实现设计。因此 2,3 两步
骤应统筹考虑。
4、 查阅集成电路手册确定电路中所使用的芯片型号和具体的引脚连
接关系。
5、 正确地焊接(连接)电路,在确认无误后上电试验,测试电路的逻
辑关系是否实现真值表(解决逻辑问题)。当然,这需要解决全部有关逻辑
变量的状态设定和输出逻辑状态的测试问题。值得说明,一种专门测试逻辑
电平的常用工具是“逻辑笔”。
三、 设计要求
请设计组合逻辑电路解决如下逻辑问题:
1、 某竞技运动项目设主裁判一名,副裁判两名。比赛规则是:主裁判
和至少一名副裁判判定某运动员胜利,则该运动员取胜。设计实现电子裁判
机。
2、 某储液罐设有大小各一个补液泵和高、中、低液位传感器。三个传
感器都在页面低于其监测的位置时发出信号,否则没有信号输出。由于结构
上的原因,高位传感器不会出故障;其余两个传感器在液面高于其监测位置
时决不会产生错误的信号输出,但却可能在故障时发不出信号来。设计电路
系统实现如下控制要求:液面达到或超过高位时补液泵全停;液面低于高位
而高于中位时,小泵启动工作,大泵停止;液面低于中位而高于低位时,大
泵启动工作,小泵停止;液面低于低位时,大小两泵同时启动工作。在实现
上述控制要求的同时给出传感器发生故障的报警信号。
四、 实验器材
1、 数字电路实验箱,一个
2、 直流稳压电源, 一台
3、 数字集成电路芯片
五、 预习内容
1、 掌握门电路的逻辑功能,熟悉有关数字集成电路的种类、型号、封
装结构和引脚分配。
2、 完成设计的 1~4 步。提出实验所需的芯片型号及数量。
六、 实验报告
在实验成功结束后,学生应认真撰写实验报告,内容主要包括:
1、 每步骤的设计结果(如真值表、逻辑图等)及其必要的说明。
2、 实验中发生的问题及解决方案,处理结果。
实验二 计数器集成电路的应用
一、实验目的
1、掌握中规模集成电路计数器的应用
2、掌握 BCD--7 段译码器的应用
二、实验原理
计数器是数字系统的基本部件之一,它不仅用来计数输入脉冲数目,而
且还可以用来完成定时和数字运算等特定的逻辑功能。计数器按工作方式可
分为同步计数器和异步计数器;按计数制可分为二进制、十进制和任意进制
计数器;按计数过程中计数器数字增减来分类,可以分为加法计数器、减法
计数器和加减兼有的可逆计数器。
本实验我们建议选用 74LS160 集成计数器作为计数器件。
中规模 74LS160A 为十进制可予置同步计数器,它由四个 D 型触发器
和若干个门电路组成,具有同步计数,同步予置初值、计数允许/禁止控制、
异步清零等功能。应用两个计数使能端 P、T
和一个进位输出端,可实现多位同步计数器的
级联。其管脚分配如图 2-1 所示。其中‘CO’
为进位输出端,‘CT
P
’为计数控制端,‘CT
T
’
为计数控制端(两者为逻辑与关系),‘Q
0
~
Q
3
’为计数输出端,‘D
0
~D
3
’为初值数据并
行输入端,‘CP’为时钟输入端(上升沿有效),
‘
CR
’为异步清除输入端(低电平有效)。
‘
LD
’为同步并行置入控制端(低电平有
效)。当
LD
端出现有效电平时,‘D
0
~D
3
’输入的初值数据(8421BCD 码)
置入计数器内,同时在 Q
0
~Q
3
计数输出端输出。在应用系统中,人们往往
希望显示当前计数值。这就需要对该输出进行译码、显示。
在数字系统中,显示器的产品很多,如荧光数码管、半导体、显示器
液晶显示和辉光数码管等。数显的显示方式一般有三种,一是重叠式显示,
二是点阵式显示,三是分段式显示。工程上常用发光二极管(LED)七段数
码显示器。因为它有高亮度、低功耗、长寿命、多颜色、多规格等特点。它
用七只 LED 制成七段笔画(分别称之为 a,b,c,d,e,f,g)构成“8”的形状。因
此只要将 BCD 码表示的数字按照字形,对应地点燃相关的 a 段至 g 段 LED,
就实现了计数显示。这一点,应用组合逻辑设计的技术不难实现。当然,译
码电路不算简单,并且要解决通用逻辑电路的扇出能力问题,就是说要加电
流(或功率)驱动。实现上述功能的译码驱动器产品种类很多。而且要根据
具体的数码显示器的型号种类及其工作原理来选用。
本实验中,我们选用常用了共阴极LED 数码管及其译码驱动器74LS248
BCD 码 4-7 段译码驱动器。译码驱动显示的原理框图如图 2-2 所示。
74LS248 译码驱动器管脚排列如图 2-3。
三、实验要求与提示
1、 分别设计与实现一个十进制计数器和一个六进制计数器并进而实
现六十进制的计数器。每个计数器通过各自的译码显示电路分别显
示个位数和十位数(称为“静态译码”)。原理框图如图 2-4。
这将涉及任意进制计数器的设计问题。实现任意进制计数器的方法之
一是“反馈归零法”,即在某一集成计数器电路的基础上加一个适当的电路,
当计数器中的计数达到要求时,该电路向计数器的复位端送出一个复位脉
冲,使计数器复位至 0 状态。图 2-5 是应用本法由 74LS160 组成的六进制
计数器。
当然,这将使计数系统中频频出现瞬间的误码。由于人们的“视觉暂留
效应”和大多数物理设备的大惯性,该方案尚有用途。另外的优选方案是“反
馈赋值法”,同学们可参考教科书相关内容,并在有条件的情况下实现之。
图 2-6
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春哥111
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