數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗.ppt

1、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗,一、實驗?zāi)康暮鸵?通過實驗可鞏固和擴充學過的理論知識。更重要的是通過實驗訓練，使同學掌握必要的實驗技能和培養(yǎng)科學的實驗作風。 本課程要求學生了解所用儀器，熟練使用儀器，具備對基本電路的分析和設(shè)計。擬定實驗步驟，對電路進行必要的檢測，查出故障與排除故障的能力，綜合實驗結(jié)果與寫實驗報告的能力,一、實驗?zāi)康暮鸵?要求獨立完成設(shè)計、安裝、調(diào)整、測試的全過程。提高能力。實驗中遇到問題自行解決,二、預習,為了按質(zhì)、按量、按時完成每一個實驗，做實驗之前要求先預習。做好預習報告。預習報告要求按照教材要求的實驗內(nèi)容，掌握解實驗原理，先做好設(shè)計，擬定實驗步驟。如果預習報告作的好，可在實

2、驗過程中將實驗數(shù)據(jù)直接填入預習報告。作為正式的實驗報告。不必再花時間寫實驗報告,三、上課,時間:二小時 上課時：固定座位，不要隨意走動，不要大聲喧嘩。每做完一個內(nèi)容，先不要拆電路，待老師檢查合格后簽字才能做下一個內(nèi)容。下課時間到，即停止做實驗。離開實驗室，要老師檢查簽字。 未做完的實驗可抽時間補做,三、上課,實驗器件：一次發(fā)給你們，請妥善保管。到課程考試結(jié)束，交回實驗室，發(fā)多少，交回多少。損壞照價賠償,四、寫實驗報告,要求： （1）實驗?zāi)康?（2）原理 （3）實驗內(nèi)容 （4）所用儀器及器件 （5）分析,五、實驗考試,第15周補作實驗。 第16周考試： 考試時間：三小時。 內(nèi) 容： 方 式：題目

3、當場抽簽，當場設(shè)計，當場作實 驗，當場寫報告。實驗完畢要記錄實驗所用時間。 第17周補考,六、所用主要儀器,1、數(shù)電實驗箱 2、函數(shù)發(fā)生器 3、示波器 4、萬用表,實驗一 TTL與非門的靜態(tài)參數(shù)測試,一、器件使用 1、集成芯片的使用,1 2 3 4 5 6 7地,14 13 12 11 10 9 8,Vcc,74LS00,注意：TTL門電路對電源電壓VCC要求較嚴，VCC只允許在+5V10%的范圍內(nèi)工作，超過5.5V將損壞器件，低于4.5V器件的邏輯功能不正常,2、實驗箱（電位器） 3、萬用表 4、示波器 二、實驗內(nèi)容 每塊74LS00包含4個與非門，前面的內(nèi)容選其中的一個進行測試。 高電平輸

4、入電流IIH較小，難以測量，測不出則以0A記錄,集成電路的功耗和集成密度密切相關(guān)。功耗大的的元器件則集成度不能很高。 當輸出端空載,門電路輸出低電平時電路的功耗稱為空載導通功耗Pon。當輸出端為高電平時，電路的功耗稱為空載截止功耗Poff。平均功耗P=(Pon+Poff)/2。例如74H系列TTL門電路，平均功耗為22毫瓦。而CMOS門電路平均功耗在微瓦數(shù)量級,電壓傳輸特性,平均傳輸延遲時間tpd 用七個與非門構(gòu)成環(huán)形振蕩器,波形,t,V,實驗二 組合邏輯電路分析與設(shè)計,其中內(nèi)容5 選做,一、電路故障排除： （1）電源、接地是否正確。 （2）斷線或接觸不穩(wěn)的判斷：除非是懸空，否則，如果測得電壓

5、1.4伏左右。 （3）線路連接錯誤。 （4）設(shè)計錯誤,實驗二組合邏輯電路分析與設(shè)計,內(nèi)容1：將四位二進制碼B3B2B1B0碼轉(zhuǎn)換為四位循環(huán)碼G3G2G1G0。 邏輯函數(shù)式： G3=B3,用與非門實現(xiàn),用異或門實現(xiàn),G2=B3B2,G1=B2B1,G0=B1B0,二、實驗內(nèi)容 1、設(shè)計,轉(zhuǎn)換電路,自行設(shè)計,B3,B2,B1,B0,G3,G2,G1,G0,輸入二進制碼,輸出循環(huán)碼,轉(zhuǎn)換電路,B3,B2,B1,B0,接模擬開關(guān),接0-1顯示器,2.電路測試,G3,G2,G1,G0,接0-1顯示器,3、74LS197構(gòu)成16進制計數(shù)器作為代碼轉(zhuǎn)換電路的輸入信號,74LS197,QD,QC,QB,QA,

6、CPA,手動單步脈沖,Cr,LD,1,1,CPB,轉(zhuǎn)換電路,B3,B2,B1,B0,接0-1顯示器,74LS197,QD,QC,QB,QA,CPA,手動單步脈沖,Cr,LD,1,1,CPB,G3,G2,G1,G0,轉(zhuǎn)換電路,B3,B2,B1,B0,接示波器,74LS197,QD,QC,QB,QA,CPA,接函數(shù)發(fā)生器）連續(xù)脈沖（10KHz,Cr,LD,1,1,4. 動態(tài)測試,1,S1,CPB,G3,G2,G1,G0,電壓波形圖之間相位測試 兩路輸入， Vertical Mode 置Alt Triggering Mode 置AUTO，或NORM Triggering Mode 置CH1或CH2

7、如果波形圖不穩(wěn)或不出現(xiàn)則可調(diào)LEVEL,CP,G1,G2,G3,G0,0 0 0 0,1 0 0 0,1 1 0 0,0 1 0 0,下周實驗,實驗三 利用MSI設(shè)計組合邏輯電路,實驗三 利用MSI設(shè)計組合邏輯電路,要求：內(nèi)容1，內(nèi)容2 作完要分別檢查。 內(nèi)容1： 1、自己設(shè)計 2、靜態(tài)測試。注意接電源，接地，附加控制端應(yīng)接低電平,CP,B(QA,A(QB,S0(QC,S1(QD,Y,3、動態(tài)測試。74LS197接成16進制計數(shù)器，觀測輸出波形,內(nèi)容二： 1、原理,3、線路連接，按教材提示連接。注意：地址輸入端A、B、C與A2、A1、A0的連接順序。 4、靜態(tài)測試 地址輸入端接模擬開關(guān)，輸出端

8、接0-1顯示器。對照真值表檢測。 5、動態(tài)測試 用74LS197連接成8進制。其輸出作為地址輸入端。觀測記錄輸入輸出波形,A0 A1 A2,實驗三利用MSI設(shè)計組合邏輯電路,內(nèi)容1：由功能表寫出邏輯式,內(nèi)容2：按教材提示連接,實驗四 譯碼顯示電路,1、七段發(fā)光二極管數(shù)碼管 實驗箱上數(shù)碼管是共陰極，注意兩個公共端已經(jīng)相連，實驗時連接一個即可。 2、BCD碼七段譯碼驅(qū)動器 74LS48，本身已有上拉電阻。實驗時不必另接。 3、四位雙向移位寄存器74LS194 功能見本實驗附表（2） 其功能有,1）S1=S0=0，保持原來的狀態(tài)不變 （2）S1=0，S0=1，右移 DSR為右移送數(shù)端，當脈沖到來時，

9、其狀態(tài)變化情況。 DSRQ0Q1Q2Q3,Q0n+1=DSR Q1n+1=Q0 Q2n+1=Q1 Q3n+1=Q2,2）S1=1，S0=0，左移 DSL為左移送數(shù)端，當脈沖到來時，其狀態(tài)變化情況。 DSLQ0Q1Q2Q3,Q0n+1=Q1 Q1n+1=Q2 Q2n+1=Q3 Q3n+1=DSL,3）S1=1，S0=1，并行送數(shù) D0、D1、D2、D3為并行送數(shù)端，當脈沖到來，其狀態(tài)變化情況,Q0n+1=D0 Q1n+1=D1 Q2n+1=D2 Q3n+1=D3,設(shè)計滅燈電路。當輸入為偽碼即輸入為10101111時，時滅燈輸入IB有效即IB=0，顯示電路滅燈,0,0,1,1,0,0,0,0,1,

10、1,1,1,1,1,1,1,00,01,10,11,00,01,10,11,A3A2,A1A0,實驗四 譯碼顯示電路,4 設(shè)計偽碼滅燈電路 自己設(shè)計,Ya Yb Yc Yd Ye Yf Yg 74LS48 A3 A2 A1 A0 LT IBR,IB,5V,接模擬開關(guān),Q0 Q1 Q2 Q3 S1 DSR 74LS194 S0 D0 D1 D2 D3 Cr,5V,Q,Q,R1,c1,J,K,5V,接模擬開關(guān),CP接連續(xù)脈沖 1-2Hz,5V,接0-1顯示器,注意：啟動節(jié)拍發(fā)生器時，應(yīng)先清零，即將清零模擬開關(guān)放置在低電平，待清零置數(shù)后，清零模擬開關(guān)放置在高電平,cc,cc,cc,cc,1,5V,偽

11、碼滅燈電路,實驗五 組合電路中的競爭與冒險,1、F=AB+BCD+ACD 要求只有原變量輸入即實現(xiàn)時不能用模擬開關(guān)的反變量，要實現(xiàn)反變量，用非門。沒有非門，可用與非門。要能觀察到競爭冒險現(xiàn)象，實現(xiàn)時應(yīng)盡可能使同一變量的經(jīng)過兩條路徑到達同一點時，兩條路徑相差的門數(shù)盡可能多,按上式畫邏輯圖（自己畫,2、寫出真值表,3、靜態(tài)測試驗證真值表。 4、觀測A的險象,中值寬度,毛刺幅度,5、6、判斷險象是否影響下一級電路的正常工作，應(yīng)看毛刺的幅度大小,7、同內(nèi)容4 8、使用公式 AB+AC+BC=AB+AC,本實驗中,F=AB+BCD+ACD=AB+BCD+ACD+BCD,冗余項,實驗六 同步計數(shù)器的設(shè)計,

12、實驗內(nèi)容2 一 設(shè)計按要求自己設(shè)計,實驗內(nèi)容二 一、設(shè)計 （1）根據(jù)實驗要求可以的該特殊十二進制計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 000100100011010001010110 110010111010100110000111,2）確定電路所需觸發(fā)器數(shù)目 有效狀態(tài)為m=12，求所需觸發(fā)器數(shù)目n。 2nm=12 可得n=4 （3）畫出次態(tài)卡諾圖,4）求出每個觸發(fā)器的狀態(tài)方程,5)求各觸發(fā)器的驅(qū)動方程,J0=K0=1,J1=K1=Q0,J2=Q1Q0， K2=Q3Q1+Q3Q0=Q3Q1Q0,J3=Q2Q1Q0， K3=Q2,6）檢查自啟動,1111 0000 1101 1111 00010010001101

13、0001010110 110010111010100110000111,Q3Q2Q1Q0,7）畫出邏輯圖,Q0 Q1 Q2 Q3,二、實驗 1、電源：一般為5 0.25V （1）如果將電源接入電路后穩(wěn)壓源為零及指示燈暗，而將電源連線拔出，則穩(wěn)壓源正常及指示燈變亮，則可斷定，你連接的電路中有短路現(xiàn)象。 （2）如果低電平時“0-1”顯示器微亮，高電平時更亮，則可斷定接地有問題。 2、時序邏輯器件，不能以懸空代替高電平。 3、時序邏輯器件的清零端和置1端。如果是低電平有效，則正常工作時這兩端都接1。反之如果是高電平有效，則正常工作時這兩端都接。0。 4、用示波器觀察和記錄波形：一般是比較兩個波形的相

14、位關(guān)系。 待觀察信號分別接入CH1、CH2 Vertical Mode 置“ALT,Triggering Mode 置“NORM”或“AUTO” Triggering Source，置CH1或“CH2” 若波形不顯示或不穩(wěn)定則可調(diào)“LEVEL” 5、電路故障： （1）電源、接地是否正確。 （2）斷線或接觸不穩(wěn)的判斷：除非是懸空，否則，如果測得電壓1.4伏左右。 （3）線路連接錯誤。 （4）設(shè)計錯誤。 （5）元器件使用不當或功能不正常 （6）儀器（主要指數(shù)字電路實驗箱）和集成器件本身出現(xiàn)故障,6、故障檢查 （1）查線法： 由于在實驗中大部分故障都是由于布線錯誤引起的，因此，在故障發(fā)生時，復查電路

15、連線為排除故障的有效方法。應(yīng)著重注意：有無漏線、錯線，導線與插孔接觸是否可靠，集成電路是否插牢、集成電路是否插反等。 （2）觀察法： 用萬用表直接測量各集成塊的Vcc端是否加上電源電壓；輸入信號、時鐘脈沖等是否加到實驗電路上，觀察輸出端有無反應(yīng)。重復測試觀察故障現(xiàn)象，然后對某一故障狀態(tài)，用萬用表測試各輸入/輸出端的直流電平，從而判斷出是否是插座板、集成塊引腳連接線等原因造成的故障,3）動態(tài)跟蹤檢查法 對于時序電路，將觸發(fā)器的輸出接0-1顯示器，輸入時鐘信號，觀察狀態(tài)變化。如發(fā)現(xiàn)某個觸發(fā)器該觸發(fā)而沒有觸發(fā)，則可判斷該觸發(fā)器有問題。（a）檢查該觸發(fā)器輸入端連接是否正確。（b）這時將狀態(tài)停留在錯誤的

16、狀態(tài)的前一個狀態(tài)，用萬用表測量該觸發(fā)器的輸入端狀態(tài)。根據(jù)輸入端狀態(tài)，如果觸發(fā)器該翻轉(zhuǎn)而沒有翻轉(zhuǎn)，則判斷觸發(fā)器本身故障，應(yīng)更換器件。 以上檢查故障的方法，是指在儀器工作正常的前提下進行的，如果實驗時電路功能測不出來，則應(yīng)首先檢查供電情況，若電源電壓已加上，便可把有關(guān)輸出端直接接到01顯示器上檢查，若邏輯開關(guān)無輸出，或單步CP無輸出，則是開關(guān)接觸不好或是內(nèi)部電路壞了，否則，一般就是集成器件壞了,實驗七 計數(shù)譯碼顯示綜合實驗,QA QB QC QD 74LS160（2） CP A B C D,QA QB QC QD 74LS160（1） CP A B C D,a b c d e f g 74LS48

17、（2） A0 A1 A2 A3,a b c d e f g 74LS48（1） A0 A1 A2 A3,QCC,S1 S2,0,CP,S1 S2,1,1,1,1,1,1,實驗八 8421碼檢測電路的設(shè)計,一、設(shè)計 1、求原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 設(shè)電路輸入為x，電路輸出為F，當輸入為非法碼時輸出為1，否則輸出為0。假設(shè)起始狀態(tài)S0，從該狀態(tài)開始根據(jù)輸入是0還是1，將分別轉(zhuǎn)換到兩個不同的狀態(tài)S1和S2，從S1和S2 接收第二個碼元，又根據(jù)是0還是1又各自轉(zhuǎn)換到兩個不同的新狀態(tài)。然后再接收第三、第四碼元。在接收第四個碼元后，根據(jù)所接收的代碼是否是非法碼而確定其輸出是否是1，并回到初始狀態(tài)S0，準備接受新的一

18、組碼組,S0,S1,S2,S3,S4,S6,S5,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S0,S0,S0,S0,S0,S0,S0,S0,S,x/F,0/0,1/0,0/0,0/0,0/0,1/0,S0,S0,S0,S0,S0,S0,S0,S0,1/0,1/0,0/0,1/0,0/0,1/0,0/0,1/0,0/0,1/0,0/0,1/1,0/0,1/1,0/0,1/1,0/0,1/0,0/0,1/1,0/0,1/1,0/0,1/1,8421碼檢測器原始狀態(tài)圖,原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,Sn+1,S,等效狀態(tài)是輸入相同輸出相同并且次態(tài)也相同。等效狀態(tài)可以合并,Sn+1,S,2、狀態(tài)化簡

19、（找出等效狀態(tài)合并,S8、S9、S10、S12、S13、S14為等效狀態(tài)，合并為S8，在出現(xiàn)這些狀態(tài)的地方用S8代替。 S7和S11等效合并后用S7表示,Sn+1,S,Sn+1,S,S3和S5等效，合并為S3 S4和S6等效，合并為S4,Sn+1,S,Sn+1,S,S1和S2等效合并為S1,Sn+1,S,Sn+1,S,令 S0=A，S1=B，S3=C，S4=D，S7=E，S8=F,Sn+1,S,3、狀態(tài)分配,即 A=000、B=010、C=011 D=001、E=101、F=100 代入簡化狀態(tài)表,Q3nQ2nQ1n,Sn+1,S,A=000、B=010、C=011 D=001、E=101、F=100,4、由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表可