实验二 计数器集成电路的应用.doc
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1、1实验一实验一 组合逻辑电路设计组合逻辑电路设计一、一、实验目的实验目的 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、二、设计步骤设计步骤 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
2、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、三、设计要求设计要求 请设计组合逻辑电路解决如下逻辑
3、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
4、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。2四、四、实验器材实验器材 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、五、预习内容预习内容 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 14 步。提出实验所需的芯片型号及数量。 六、六、实验报告实验报告 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。实验二实验二 计数器集成电路的应用计数器集成电路的应用一、实
5、验目的一、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
6、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 21 所示。其 中CO为进位输出端, CTP为计数控制 端, CTT为计数控制端(两者为逻辑与关3系) , Q0Q3为计数输出端, D0D3为初值数据并行输入端, CP为时钟输入端(上升沿有效) , 为异步清除输入端(低电平有效) 。CR为同步并行置入控制端(低电平有效) 。当端出现有效电平时,LDLDD0D3输入的初值数据(8421BCD 码)置入计数器内,同时在 Q0Q3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。
7、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
8、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 47 段译码驱动器。译码驱动显示的原理框图如图 22 所示。74LS248 译码驱动器管脚排列如图 23。三、实验要求与提示三、实验要求与提示41、 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 24。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” ,
9、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 25 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 2、设计一个二十四进制计数器,实现译码显示。 利用 JK 触发器与非门和 74LS160 组成二十四进制计数器,再通过 各自的译码显示电路分别显示个位数和十位数。其接线电路图如
10、图 26 所 示。JK 触发器可采用 74LS112 双 JK 触发器。其管脚排列如附录。与非 门可用四重二输入与非门 74LS00。5四、实验内容四、实验内容1、六十进制计数器功能测试(1)按照预先设计好的电路图接线,检查无误后,接通 5V 直流电源。(2)在输入端输入单次脉冲,观察显示器状态,并记录结果。(3)在输入端输入连续脉冲,观察显示器状态,并记录结果。2、二十四进制计数器功能测试(1)按图 26 接线,检查无误后,接通 5V 直流电源。(2) 、 (3)同上。 五、实验器材五、实验器材1、数字实验箱 1 台2、直流稳压电源 1 台3、集成电路74LS16074LS11274LS24
11、8 和七段 LED74LS00 六、预习要求六、预习要求1、复习译码、显示、计数器工作原理和逻辑电图。2、查阅有关手册,熟悉各芯片管脚排列及逻辑功能。3、设计出各计数器电路接线图。 七、实验报告七、实验报告 实验结果满意后应请指导教师检查,在征得老师同意后方可拆除实验 线路或进行下一项目的实验。实验后尚应及时送交实验报告,主要内容是:1、 设计原理图及必要的说明(工作原理及设计考虑) ; 2、 元器件清单(含参数) ; 3、 实验项目 2 若允许使用 2 片 74160,你的优化设计方案。 4、 实验中遇到的问题及其解决途径实验三实验三 555 定时器的应用定时器的应用一、实验目的一、实验目的
12、1、了解 555 定时器的工作原理。62、掌握用 555 集成定时器构成单稳态触发器电路和矩形波发生器电路 的技术;测试电路的工作性能。 二、实验原理二、实验原理555 定时器是一种中规模集成电路,只要在外部配上适当的阻容元件, 就可以方便地构成史密特触发器,单稳态触发器及多谐振荡器等脉冲产生 与变换电路。该器件的电源电压为 4.518V,驱动电流比较大,一般在 200mA 左右,并能与 TTL、CMOS 逻辑电平相兼容。555 定时器的内部电路框图及管脚排列如图 31(a) 、 (b)所示。555 定时器内部含有两个电压比较器 A1、A2,一个基本 RS 触发器, 一个放电三极管 T,以及由
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