數(shù)字電子技術實驗.ppt

數(shù)字電子技術實驗,中國礦業(yè)大學電工電子教學實驗中心,一、課程的性質(zhì)、目的及任務,通過實驗:1.鞏固和加深對數(shù)字電子技術理論知識的理解；2.能綜合運用所學知識進行數(shù)字電路的綜合設計和實踐；3.進一步培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)新研究能力和嚴謹?shù)目茖W作風；4.為畢業(yè)設計及工程實踐打下良好的基礎。,數(shù)字電子技術實驗是繼數(shù)字電子技術課程之后而開設的獨立實驗課程，是理論教學的深化和補充，是一門重要的專業(yè)基礎課，具有較強的實踐性。,二、本課程的基本要求,通過本課程的學習，學生應達到下列基本要求：1.正確使用電子儀器及設備。2.能獨立設計電路、操作及完成實驗。3.能準確的讀取實驗數(shù)據(jù)，測繪波形曲線，分析實驗結果，編寫完整的實驗報告。4.能獨立分析問題和解決問題，具有嚴謹?shù)目茖W作風。,三、實驗方式,本課程是以實驗為主的獨立課程，實驗采用三種方式：第一種方式：在實驗室利用實驗箱進行硬件電路實驗，重點培養(yǎng)學生掌握實驗儀器設備的使用，設計電路并付諸實踐的方法、步驟；第二種方式：在機房利用EWB軟件進行仿真實驗，使學生了解、熟悉數(shù)字電子技術先進的設計手段和方法；第三種方式：開放式實驗，學生領用簡易實驗箱及實驗元器件，課內(nèi)外相接合，完成課程指定實驗內(nèi)容，在指定時間演示實驗結果，鼓勵學生完成自主設計的創(chuàng)新研究型實驗。,說明：1本課程以設計性實驗為主，實驗前學生必須進行預習，預習報告經(jīng)批閱后，方可進行實驗。2實驗1人1組，在規(guī)定的時間內(nèi)，由學生獨立完成。3.本次實驗交上次實驗報告。,四、實驗報告要求,1每個實驗完畢后，學生應認真寫出一份簡潔、規(guī)范、有見解的實驗報告.2.實驗報告內(nèi)容包括：實驗名稱、實驗目的、設計電路、簡要原理、實驗結果與分析，總結和討論。3課程結束時，學生需寫出一份課程小結，內(nèi)容包括對課程的評價、建議和要求，自己的收獲和體會。,五、實驗安排：,注：實際電路操作，在實驗室完成。：計算機仿真，在機房完成。,六、評價方式,本課程采用平時考核、期末考試來綜合評定學生成績。1.基礎實驗占3040%；2.自擬題目設計性實驗占20%；3.期末考試占4050%。,七、主要參考書,數(shù)字電路與邏輯設計曹國清中國礦業(yè)大學出版社數(shù)字電子技術實驗指導書電工電子教學實驗中心電子線路設計實驗測試謝自美主編華中科技大學出版社電子電路實驗與仿真路勇主編清華大學出版社TTL、COMS集成電路手冊,八、實驗注意事項,遵守學生實驗守則。服從指導老師的管理和安排。注意用電安全，確保人身、設備不出意外。愛護實驗設施及實驗器件，人為損壞按價賠償。保持實驗環(huán)境的整潔，每次實驗完成后整理現(xiàn)場。,第一次實驗,數(shù)字實驗邏輯箱的使用TTL集成門電路參數(shù)測試及功能檢測數(shù)字密碼鎖的設計,S3S0：有原、反兩種信號輸出,S7S4：僅有原變量輸出,數(shù)字實驗邏輯箱的使用,220V,電源區(qū),信號源區(qū),導,線,放,置,區(qū),實驗區(qū),輔助區(qū),AC220V,顯示區(qū),由面包板組成,CH1,CH2,+5V,GND,+5V,9V,9V,+9,V,數(shù)據(jù)開關上：1下：0,連續(xù)脈沖源,10K,470,數(shù)據(jù)燈：高電平點亮,總電源開關,5V電源開關,輸入代碼：41-41-41-4455周期調(diào)節(jié)：1T增加0T減少,Vp,內(nèi)容：測試+5V電源；測試數(shù)據(jù)開關；測試數(shù)據(jù)燈；測試脈沖源。,面包板簡介,列內(nèi)已相連,段內(nèi)內(nèi)部相連,引電源(5V),引地線(GND),段內(nèi)內(nèi)部相連,2.TTL集成門電路參數(shù)測試及功能檢測,標志,GND,VCC(5V),74系列集成電路,使用注意：了解各引腳的邏輯功能。正確施加電源（5V、GND）。,！,參數(shù)測試及功能檢測,具體電路參考實驗講義,內(nèi)容：測輸出高電平；測輸出低電平；與非邏輯功能測試；用與非門實現(xiàn)異或門。,3.數(shù)字密碼鎖的設計,設輸入密碼ABCD1101時：,解：,使能E1時：密碼正確，開鎖K1。密碼錯誤，報警Z1。,簡化真值表,使能E0時：不開鎖，不報警。,化簡與變換,電路,全部原變量輸入（6個門）,允許反變量輸入（5個門）,第二次實驗預習要求,任務：用三種方法實現(xiàn)全減器異或門（74LS86）譯碼器（74LS138）數(shù)據(jù)選擇器（74LS153）可用輔助門：74LS00、74LS20,預習要求：有完整的電路設計步驟：變量設定、真值表、降維卡諾圖、表達式、電路圖（表達式和電路一致）。簡述工作原理。,第二次實驗,EWB軟件（ElectronicWorkbench）在數(shù)字電路中的應用簡介。ElectronicWorkbench使用練習：用三種方法設計全減器。,1.EWB軟件（ElectronicWorkbench）在數(shù)字電路中的應用簡介。,參考電路1,用異或門,用集成芯片,用門電路,輸入用開關,輸出用探針,參考電路2,用譯碼器,輸入用邏輯字發(fā)生器,輸出用探針。,參考電路3,用數(shù)據(jù)選擇器,輸出用邏輯分析儀。,輸入用邏輯字發(fā)生器,A,B,C,Sn,Cn,第三次實驗預習要求,任務：1.三人搶答器電路設計,器件選用74LS74（D觸發(fā)器）和少量門,2.“111100010011010”序列信號發(fā)生器電路設計,1.三人搶答器電路設計,要求：設置1個主持人開關，3個搶答人開關。主持人開關能清除以前的搶答結果。一人搶答成功后，其他人再搶無效。,預習要求：設計3種搶答器電路，分別敘述搶答的工作原理，繪制電路圖，比較各種電路的特性。,三人搶答器參考電路1,三人搶答器參考電路2,2.“111100010011010”序列信號發(fā)生器電路設計,預習要求：有完整的設計過程（列移位狀態(tài)表、求D0、畫電路）；具有自啟動能力。,參考電路,1111000100110101,第三次實驗要求,任務：1.三人搶答器電路設計,器件選用74LS74（D觸發(fā)器）和少量門,2.“111100010011010”序列信號發(fā)生器電路設計,1.三人搶答器電路設計,實驗任務：設置1個主持人按鍵，3個搶答人按鍵。主持人按鍵能清除以前的搶答結果。一人搶答成功后，其他人再搶無效。,設計要求：設計3種搶答器電路，分別敘述搶答的工作原理，繪制電路圖，比較各種電路的特性。,注：原理敘述時要注明主持人按鍵和搶答人按鍵的邏輯值，即主持人按鍵在清0和不清0時，分別處在什么電平位置；搶答人按鍵平時處在什么電平位置，搶答時處在什么電平位置。,三人搶答器參考電路1,三人搶答器參考電路2,三人搶答器參考電路3,三人搶答器參考電路4,原理:搶答者合上搶答開關（1），同時產(chǎn)生數(shù)據(jù)D和CP脈沖。同時封鎖其他搶答人的CP脈沖。設計缺點：第一個搶答人合上開關后，不能拉下來，否則其他人能再次搶答。,主持人開關,三人搶答器參考電路5,原理:搶答者合上搶答開關（1），產(chǎn)生CP脈沖。搶答成功后Q0封鎖其他搶答人的CP脈沖。,2.“111100010011010”序列信號發(fā)生器電路設計,要求：有完整的設計過程（列移位狀態(tài)表、求D0、畫電路）；具有自啟動能力。,列移位狀態(tài)表,確定D0的取值,序列信號：111100010011010,011110,1111100,2111000,3110001,在0000狀態(tài)能自啟動時，Do表達式為：,列移位狀態(tài)表,確定D0的取值,序列信號：111100010011010,011110,1111100,2111000,3110001,在0000狀態(tài)能自啟動時，Do表達式為：,1,化簡：,參考電路,1111000100110101,第四次實驗預習要求,任務：移位寄存器及應用設計雙向八位彩燈控制電路4位串行加法電路設計,選用器件:74LS194（雙向移位寄存器）74LS74（D觸發(fā)器）和少量門,（1）74LS194：,左移,右移,并入,保持4種功能，雙變量控制S1、S0。(功能表P146),功能：,雙向八位彩燈控制電路設計,1,1,當8個燈全亮時(D2=1),下個CP來時Q2=0燈全滅。同時：Q2=1產(chǎn)生CP1使FF1觸發(fā)翻轉(zhuǎn)控制換向。,Q2,Q2,參考電路,(1),(2),FF1,FF2,CP1,CP,D2,5.當8個燈被熄滅后(D2=0)，下個CP來時Q2=0，使CP1回到0態(tài)。Q2=1，釋放74LS194的清0端，使之可以移位。以后，每來一個CP，等按新的方向逐個點亮。,Q2,Q2,波形,實驗報告回答問題：1.畫輸出波形（需包含19個CP）。2.如cp1到來使第一個燈亮，并說明CP8、CP9、CP10、CP11時電路的工作狀態(tài)。,預習報告要求：1.設計電路。2.簡述工作原理。,1,11,8,9,10,19,18,第四次實驗,任務：移位寄存器及應用設計雙向八位彩燈控制電路4位串行加法電路設計,選用器件:74LS194（雙向移位寄存器）74LS74（D觸發(fā)器）和少量門,2片74LS194級聯(lián)成8位左移或右移電路,SR2=QD1,SL1=QA2。,2.為使燈點亮，總的移入數(shù)據(jù)：SR1=SL2=1。,(1),(2),FF1,FF2,CP1,CP,D2,參考電路,雙向八位彩燈控制電路設計,參考電路,3.FF1的輸出控制74LS194的移位方向，F(xiàn)F1構成了T觸發(fā)器，當有CP1時FF1翻轉(zhuǎn)使74LS194換向移位。,(1),(2),FF1,FF2,CP1,CP,D2,參考電路,(1),(2),FF1,FF2,CP1,CP,D2,4.當8個燈未全亮時(D2=0)，每個CP的到來使Q2=0;當8個燈全亮時(D2=1),下個CP來時Q2=0燈全滅。同時：Q2=1產(chǎn)生CP1使FF1觸發(fā)翻轉(zhuǎn)控制換向。,Q2,Q2,參考電路,(1),(2),FF1,FF2,CP1,CP,D2,5.當8個燈被熄滅后(D2=0)，下個CP來時Q2=0，使CP1回到0態(tài)。Q2=1，釋放74LS194的清0端，使之可以移位。以后，每來一個CP，等按新的方向逐個點亮。,Q2,Q2,波形,實驗報告回答問題：1.畫輸出波形（需包含19個CP）。2.如cp1到來使第一個燈亮，并說明CP8、CP9、CP10、CP11時電路的工作狀態(tài)。,預習報告要求：1.設計電路。2.簡述工作原理。,1,11,8,9,10,19,18,4位串行加法電路設計,194(1):被加數(shù)，低位串出。,194(2):加數(shù)，低位串出。,194(3):最終和，高位串入。,:1位全加器，進行1位加法。,D:寄存本位進位，使之參與高位相加。,被加數(shù)和加數(shù)設置,如執(zhí)行：67,第1拍:置數(shù),置數(shù),=0110=0111+001=0000,=0011=0011+010=1000,第2拍:右移,右移,=0110=0111+001=0000,第1拍:置數(shù),=0011=0011+010=1000,第3拍:右移,右移,=0110=0111+001=0000,第1拍:置數(shù),第2拍:右移,=0001=0001+111=0100,低位進位經(jīng)D鎖存參與相加。,低位進位經(jīng)D鎖存參與相加。,=0011=0011+010=1000,第4拍:右移,右移,=0110=0111+001=0000,第1拍:置數(shù),第2拍:右移,=0001=0001+111=0100,第3拍:右移,=0000=0000+101=1010,=0011=0011+010=1000,第5拍:右移,右移,=0110=0111+001=0000,第1拍:置數(shù),第2拍:右移,=0001=0001+111=0100,第3拍:右移,=0000=0000+101=1010,第4拍:右移,=0000=0000+000=1101,5拍后完成運算,有關向高位的進位：,如進行136運算：1101011010011第5拍之后：最終和：0011在194(3)中；向高位的進位可從D的Q端（或194(3)的SR端）取得。,向高位的進位,可以用開關進行被加數(shù)和加數(shù)的設置。,第五次實驗預習要求,任務：集成計數(shù)器及其應用設計24進制、60進制計數(shù)電路設計12歸1計數(shù)設計,選用器件:74LS290（2-5-10計數(shù)器）74LS161（16進制計數(shù)器）門電路,24進制參考電路,QD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1=00100100,60進制參考電路,QD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1=01011001,1001,0101,討論,60進制,1001,0101,12歸1計數(shù)器設計,要求：用2位十進制數(shù)BCD碼表示計數(shù)狀態(tài)。,計數(shù)狀態(tài)：,十位個位000000010000001000000011000001000000010100000110000001110000100000001001000100000001000100010010,十位個位000010001000011001000010100110001110100001001100001000110010,或者,十進制計數(shù)便于譯碼顯示輸出。,290：2510異步計數(shù)器異步清0，異步置數(shù)。,1、用74LS290實現(xiàn)12歸1,也可組成十進制,10,CP入,當Q21Q18Q14Q12Q11=10011時,(2)片清0、(1)片保持不變，仍為1,結果使Q21Q18Q14Q12Q11=00001，實現(xiàn)12歸1的計數(shù)。,當Q18Q14Q12Q11組由10010000時,產(chǎn)生十位的計數(shù)脈沖,Q21由01。,由Q21和Q18Q14Q12Q11組成十位和個位。上電后全為0。,12歸1電路分析:,組成個位,組成十位,74LS290實現(xiàn)12歸1電路,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,74LS163:16進制計數(shù)器，同步清零，同步置數(shù)；ETEP1時計數(shù)。,74LS161功能表,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,由兩片74LS163分別組成個位和十位的同步計數(shù)電路。,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,1001,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,當?shù)?0個CP到來后，個位清0，十位計1。,0000,0001,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,0010,0001,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,當?shù)?3個CP到來后完成置數(shù)，計數(shù)器歸1，完成12歸1計數(shù)。,0001,0000,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,不用的輸入端子CR2接1。,0001,0000,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,歸納：,個位74LS163有計數(shù)、清0和置數(shù)三種工作方式；十位74LS163有可控計數(shù)、置數(shù)兩種工作方式。,十位74LS163的歸0也可用清0實現(xiàn)。,3、用74LS161實現(xiàn)12歸1,選自電子線路設計實驗測試（謝自美）,分析：,兩片161構成同步計數(shù)電路（片高位、片低位），由使能端控制級聯(lián)計數(shù)。161異步清零（片有清零，片無清零），同步置數(shù)（片置1，片置0）。計數(shù)到01001后，片可以計數(shù)，再來CP，十位加1，個位變?yōu)?010后立即清0。總計數(shù)值為10000。計數(shù)到10010(12個脈沖)后，LD1LD20，第13個脈沖來后，片置0，片置1?？傆嫈?shù)值為00001。,Q20,Q13,Q12,Q11,Q10,預習要求：,1、設計電路，敘述工作原理。2、根據(jù)發(fā)放的計數(shù)集成芯片，課下進行電路插接和調(diào)試。,第五次實驗集成計數(shù)器及其應用,任務：設計24進制、60進制計數(shù)電路設計12歸1計數(shù)設計設計含有小時及分鐘顯示的數(shù)字鐘,選用器件:74LS290（2-5-10計數(shù)器）74LS163（16進制計數(shù)器）門電路,24進制參考電路,QD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1=00100100,60進制參考電路,QD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1=01011001,1001,0101,討論,60進制,1001,0101,12歸1計數(shù)器設計,要求：用2位十進制數(shù)BCD碼表示計數(shù)狀態(tài)。,計數(shù)狀態(tài)：,十位個位000000010000001000000011000001000000010100000110000001110000100000001001000100000001000100010010,十位個位000010001000011001000010100110001110100001001100001000110010,或者,十進制計數(shù)便于譯碼顯示輸出。,290：2510異步計數(shù)器異步清0，異步置數(shù)。,1、用74LS290實現(xiàn)12歸1,也可組成十進制,10,CP入,當Q21Q18Q14Q12Q11=10011時,(2)片清0、(1)片保持不變，仍為1,結果使Q21Q18Q14Q12Q11=00001，實現(xiàn)12歸1的計數(shù)。,當Q18Q14Q12Q11組由10010000時,產(chǎn)生十位的計數(shù)脈沖,Q21由01。,由Q21和Q18Q14Q12Q11組成十位和個位。上電后全為0。,12歸1電路分析:,組成個位,組成十位,74LS290實現(xiàn)12歸1電路,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,74LS163:16進制計數(shù)器，同步清零，同步置數(shù)；ETEP1時計數(shù)。,74LS163功能表,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,由兩片74LS163分別組成個位和十位的同步計數(shù)電路。,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,1001,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,當?shù)?0個CP到來后，個位清0，十位計1。,0000,0001,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,0010,0001,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,當?shù)?3個CP到來后完成置數(shù)，計數(shù)器歸1，完成12歸1計數(shù)。,0001,0000,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,原理：,不用的輸入端子CR2接1。,0001,0000,2、用74LS163實現(xiàn)12歸1,歸納：,個位74LS163有計數(shù)、清0和置數(shù)三種工作方式；十位74LS163有可控計數(shù)、置數(shù)兩種工作方式。,十位74LS163的歸0也可用清0實現(xiàn)。,3、用74LS161實現(xiàn)12歸1,選自電子線路設計實驗測試（謝自美）,分析：,兩片161構成同步計數(shù)電路（片高位、片低位），由使能端控制級聯(lián)計數(shù)。161異步清零（片有清零，片無清零），同步置數(shù)（片置1，片置0）。計數(shù)到01001后，片可以計數(shù)，再來CP，十位加1，個位變?yōu)?010后立即清0。總計數(shù)值為10000。計數(shù)到10010(12個脈沖)后，LD1LD20，第13個脈沖來后，片置0，片置1?？傆嫈?shù)值為00001。,Q20,Q13,Q12,Q11,Q10,第六次綜合設計實驗預習,設計注意事項：,設計題目自選。選用Workbench含有的芯片。原理設計時不要用芯片管腳圖連線。仿真時SSI選用理想器件，不要用芯片連線。仿真時電路中用到的CP脈沖，選用軟件提供的脈沖源。,選題范圍：,交通燈控制電路電梯自動控制電路,培養(yǎng)綜合運用數(shù)字電子技術知識進行簡易數(shù)字電子系統(tǒng)設計，及利用EWB軟件進行仿真的能力。,目的：,設計一個功能完整、實用的簡易數(shù)字電子系統(tǒng)，并在計算機上完成電路仿真。用555設計CP脈沖源。,要求：,1交通燈控制電路,設計一個十字路口交通燈的控制電路，每個路口的東西方向及南北方向，設有2組信號燈,每組信號燈有紅、綠、黃三種顏色。信號燈的變換符合現(xiàn)行交通規(guī)則，可設紅燈時間為25秒，黃燈時間為5秒，綠燈時間為20秒。各路口需有