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数字电路与逻辑设计 (一)基础实验 (二)课程设计 国防科学技术大学 电子科学与技术实验中心
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(一)实验项目 实验一 集成门电路功能测试 实验二 组合逻辑电路设计 实验三 触发器及其应用 实验四 中规模计数器及应用
国防科技大学电子科学与技术实验中心 (一)实验项目 实验一 集成门电路功能测试 1 实验二 组合逻辑电路设计 2 实验三 触发器及其应用 3 实验四 中规模计数器及应用 4 实验五 中规模集成电路综合应用 5
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 (二)课程设计 简易数字频率计
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数字电路与逻辑设计 实验一 集成门电路功能测试 电子科学与技术实验中心
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1、了解门电路的逻辑功能,熟悉芯片的外形和引脚。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 一、实验目的 1、了解门电路的逻辑功能,熟悉芯片的外形和引脚。 2、掌握门电路逻辑功能的测试方法。 3、学习查阅集成电路器件手册,掌握常用仪器的使用方法。
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(一)、仪器:双踪示波器、三用表、直流稳压电源、函数信号发生器、数字电子技术实验箱
国防科技大学电子科学与技术实验中心 二、实验条件 (一)、仪器:双踪示波器、三用表、直流稳压电源、函数信号发生器、数字电子技术实验箱 (二)、芯片:74LS20、74LS32、74LS04、74LS00
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 芯片引脚介绍 74LS20引脚 74LS00引脚 其他芯片引脚请参看P
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七段数码管显示区 发光二极管管显示区 电源连线区 电 源 电 位 器 地线 连线区 电源 连 续 脉 冲 源 电源、地 逻辑开关 单脉冲源
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TTL与非门的逻辑功能:当输入端有一个或一个以上是低电平时,输出为高电平;只有输入端全部为高电平时,输出才是低电平。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 三、实验原理 A B Y 1 TTL与非门的逻辑功能:当输入端有一个或一个以上是低电平时,输出为高电平;只有输入端全部为高电平时,输出才是低电平。
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四、实验内容 测试电压传输特性 测试平均传输延迟时间tpd 测试74LS00、 74LS20、74LS32、74LS04的逻辑功能。 1 2
国防科技大学电子科学与技术实验中心 四、实验内容 1 测试74LS00、 74LS20、74LS32、74LS04的逻辑功能。 2 测试电压传输特性 3 测试平均传输延迟时间tpd
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74LS00四-2输入与非门 74LS20二-4输入与非门 74LS32四-2输入或门 74LS04六反相器 1、 测试门电路的逻辑功能。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 1、 测试门电路的逻辑功能。 74LS00四-2输入与非门 74LS20二-4输入与非门 74LS32四-2输入或门 74LS04六反相器 注意: (1).门的输入端接逻辑开关区 (2).门的输出端接发光二极管电平显示区 (3).按真值表测试门电路的逻辑功能
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利用电位器调节输入电压,按表的要求逐点测出输出电压,将结果记录表格中。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 2、 测试电压传输特性。(P257) 按书中电路图接线。 利用电位器调节输入电压,按表的要求逐点测出输出电压,将结果记录表格中。 另一种方法(选做): 输入端接三角波,用示波器看输出波形。
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用奇数个非门电路环形连在一起,电路会产生一定频率的自激振荡。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 3、 测试平均传输延迟时间tpd。 用奇数个非门电路环形连在一起,电路会产生一定频率的自激振荡。 如图所示,是由3个门组成的环形振荡器。测出输出波形的周期T,就可以计算出门的平均传输延迟时间: tpd=T/2n (n是连接成环形的门的个数) 1 2 3
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1.用示波器观察任意点波形,测出环形振荡器的周期,计算门电路的平均传输延迟时间。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 测试方法: 1.用示波器观察任意点波形,测出环形振荡器的周期,计算门电路的平均传输延迟时间。 2.用频率计(函数信号发生器IN PUT端)测量环形振荡器的频率,计算其周期及门电路的平均传输延迟时间。
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频率显示 频率范围选择开关 信号输入接口 电源开关
国防科技大学电子科学与技术实验中心 频率显示 频率范围选择开关 信号输入接口 电源开关
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五、注意事项 1、连线时,应断电,安全操作。 2、插入芯片,看定位标记(凹槽在左边)及管脚(整理平直)。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 五、注意事项 1、连线时,应断电,安全操作。 2、插入芯片,看定位标记(凹槽在左边)及管脚(整理平直)。 3、管脚连接时,先接好电源(14脚)及地线(7脚)。 4、插线时,线要插牢,插入线时右旋拧紧,拔线时左旋拔出。
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六、实验报告要求 实验报告按以下格式要求写: 一、实验目的 二、实验仪器 三、实验预习(含实验原理及设计过程等)
国防科技大学电子科学与技术实验中心 六、实验报告要求 实验报告按以下格式要求写: 一、实验目的 二、实验仪器 三、实验预习(含实验原理及设计过程等) 四、实验内容(含实验电路、实验步骤、测试数据等) 五、数据分析及实验结论 六、思考题 七、心得体会
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数字电路与逻辑设计 实验二 组合逻辑电路设计 电子科学与技术实验中心
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 一、实验目的 1、掌握组合逻辑电路的设计方法; 2、用实验验证所设计电路的逻辑功能。
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二、实验条件 1、仪器:数字电子技术实验箱、三用表、直流稳压电 源、双踪示波器; 2、器材: 74LS00(四—2输入与非门)
国防科技大学电子科学与技术实验中心 二、实验条件 1、仪器:数字电子技术实验箱、三用表、直流稳压电 源、双踪示波器; 2、器材: 74LS00(四—2输入与非门) 74LS20(二—4输入与非门) 74LS04 (六非门) 74LS32 (四—2输入或门)
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三、实验原理 组合电路设计的一般步骤如下图所示: 逻辑问 题抽象 逻 辑 真值表 函数式 选定 器件 类型 将函 数式 化简 电路图 变换
国防科技大学电子科学与技术实验中心 三、实验原理 组合电路设计的一般步骤如下图所示: 逻辑问 题抽象 逻 辑 真值表 函数式 选定 器件 类型 将函 数式 化简 电路图 变换
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 组合电路设计举例: 设计一个裁判电路,如举重比赛有三个裁判,一个主裁判,两个副裁判。试举是否成功的判决,由每个裁判按下一个自己面前的按钮来决定,只要两个以上的裁判(其中必需包含主裁判)判明成功,表示成功的灯才亮,请设计这个电路。(P269 )
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1、首先进行逻辑抽象 根据题目要求取A为主裁判、2个副裁判分别用B、C表示。取F为输出变量。F为1表示“成功”,对应的指示灯亮。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 1、首先进行逻辑抽象 根据题目要求取A为主裁判、2个副裁判分别用B、C表示。取F为输出变量。F为1表示“成功”,对应的指示灯亮。
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 2、根据题意可列出下表所示的真值表。 A(主) B(副) C(副) F(灯) 1
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 A(主) B(副) C(副) F(灯) 1 ×
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F=AB+AC 1 00 01 11 10 1 AB C 4、写出逻辑函数式并化简 : (1) (2) 或变形为 3、卡诺图化简
国防科技大学电子科学与技术实验中心 3、卡诺图化简 AB C 1 1 4、写出逻辑函数式并化简 : (1) F=AB+AC (2) 或变形为
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F=AB+AC (1) (2) 5、选定器件类型 ◆表达式 (1) 则选下列芯片
国防科技大学电子科学与技术实验中心 5、选定器件类型 F=AB+AC (1) (2) ◆表达式 (1) 则选下列芯片 74LS00(与非)一片, 74LS04(非门)一片,74LS32(或门)一片 ◆表达式 (2) 则选 芯片:74LS00一片
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& B A C F 1 3 9 2 8 4 6 10 5 6、根据化简结果,即得到下图所示逻辑电路。 u1: 74LS00
国防科技大学电子科学与技术实验中心 6、根据化简结果,即得到下图所示逻辑电路。 & B A C F 1 3 9 2 8 u1B 4 6 10 u1C 5 u1A u1: 74LS00 注意:在逻辑电路图上标注芯片型号、门及管脚号
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在实验箱连线区连接电路,对照真值表进行验证。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 7、实验验证 在实验箱连线区连接电路,对照真值表进行验证。 方法: A、B、C输入端分别连3个逻辑开关;F输出端连到LED发光二极管指示灯。
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四、实验内容 设计一个裁判电路 (P269) 设计一个优先电路 (P268) 设计一个2线至4线译码电路 (P269 ) 1 2 3
国防科技大学电子科学与技术实验中心 四、实验内容 1 设计一个裁判电路 (P269) 2 设计一个优先电路 (P268) 3 设计一个2线至4线译码电路 (P269 )
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 2、设计一个优先电路,它有A、B和C三个输入信号,且分别由PA、PB和PC输出,同一时间内只能有一信号通过,其优先顺序:A最先,B其次,C最后。(P268) 3、设计一个2线至4线译码电 路。当A0=0,A1=0时,则B0端输出为1,其余B1、B2、B3各端输出为0;当A0=1,A1=0,则B1端输出为1,其余各端为0;其它状态依此类推,其输出控制三态门,以构成一个频率选择电路。 (P269)
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实验报告要求 思考题 (1)根据各题的题意,列出相应的真值表,画出卡诺图,写出逻辑表达式和给出逻辑电路图。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 实验报告要求 (1)根据各题的题意,列出相应的真值表,画出卡诺图,写出逻辑表达式和给出逻辑电路图。 (2)将各测试结果填入自画的表格中。 (3)分析、讨论得出相应的结论。 思考题 (1)当的影响电路正常工作的冒险现象出现时,应怎样加以消除? (2)通过具体的设计体验后,你认为组合逻辑电路设计的关键点或关键步骤是什么?
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数字电路与逻辑设计 实验三 触发器及其应用 电子科学与技术实验中心
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一、实验目的 1、了解触发器基本构成和工作原理; 2、熟悉D、JK触发器的功能和特性; 3、掌握集成触发器应用。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 一、实验目的 1、了解触发器基本构成和工作原理; 2、熟悉D、JK触发器的功能和特性; 3、掌握集成触发器应用。
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(一) 仪器:双踪示波器、数字电路实验箱、三用表、稳压电源。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 二、实验条件 (一) 仪器:双踪示波器、数字电路实验箱、三用表、稳压电源。 (二) 器材:74LS00、74LS20、 LS04、74LS32、74LS74、 74LS112。
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 74LS74双D触发器引脚排列及逻辑符号 5 6 1 4 3 2 Qn+1=D·CP↑
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 74LS112双JK触发器引脚排列及逻辑符号 1 2 3 4 5 6 15
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 三、实验原理 Qn+1=D·CP↑
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国防科技大学电子科学与技术实验中心
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 四、实验内容 1 测试D、JK触发器的逻辑功能 2 设计二分频器 3 设计一个四人抢答电路
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四、实验内容(1) 测试方法: 异步置0、异步置1端、输入端D、JK接逻辑开关 CP时钟接单脉冲源 Q输出端接发光二极管显示区
国防科技大学电子科学与技术实验中心 四、实验内容(1) 1、 测试D触发器74LS74和JK触发器74LS112的逻辑功能。 测试方法: 异步置0、异步置1端、输入端D、JK接逻辑开关 CP时钟接单脉冲源 Q输出端接发光二极管显示区
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测试步骤: 1)测试异步置0、异步置1端功能: 将异步置0端置低电平,观察Q输出指示灯后恢复异步置0端为高电平,同理观察异步置1端功能。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 测试步骤: 1)测试异步置0、异步置1端功能: 将异步置0端置低电平,观察Q输出指示灯后恢复异步置0端为高电平,同理观察异步置1端功能。 2)测试D、JK逻辑功能: 先将异步置0和异步置1端接高电平,再测试D、JK逻辑功能,用单脉冲源仔细观察边沿触发特性。
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 5 6 1 4 3 2 74LS74双D触发器引脚排列及逻辑符号
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用D触发器、JK触发器分别构成二分频器(T’触发器),用示波器观察二分频波形。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 四、实验内容(2) 2、 设计二分频器 用D触发器、JK触发器分别构成二分频器(T’触发器),用示波器观察二分频波形。 二分频器波形图
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测试方法: 异步置0、异步置1端接逻辑开关高电平 CP时钟接一连续脉冲,用函数信号发生器的TTL输出端,调出1KHz的信号。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 测试方法: 异步置0、异步置1端接逻辑开关高电平 CP时钟接一连续脉冲,用函数信号发生器的TTL输出端,调出1KHz的信号。 示波器CH1、CH2分别接CP输入和Q输出端。
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 四、实验内容(3) 3、设计一个四人抢答电路。 四人抢答电路 K1 K2 K3 K4 K5
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 整个装置有5个按钮开关,其中四个按钮开关K1~K4供竞赛者抢答用,另一个按钮开关K5由裁判掌握“复位”,当K1~K4中有一个按钮开关最先被按动,那么与按钮开关对应的指示灯亮,且锁住其余的三个抢答者的电路。 注意: (1).设计时,要利用触发器的边沿触发特性。 (2).用组合门电路也可以实现抢答电路。但 这里不提倡用。
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1、 异步置0和异步置1端,一般接高电平,不能悬空。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 五、注意事项 1、 异步置0和异步置1端,一般接高电平,不能悬空。 2、逻辑开关未加防抖处理,使用中当出现问题时,自己分析。
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六、实验结果及要求 1、要求: (1)通过实验熟悉JK、D触发器的逻辑功能,边沿触发特性,掌握触发器的应用。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 六、实验结果及要求 1、要求: (1)通过实验熟悉JK、D触发器的逻辑功能,边沿触发特性,掌握触发器的应用。 (2)整理实验结果,分析实验中出现的问题,撰写实验报告。
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2、实验报告格式: 一、实验目的 二、实验仪器 三、实验预习(含实验原理及设计过程等) 四、实验内容(含实验电路、实验步骤、测 试数据等)
国防科技大学电子科学与技术实验中心 2、实验报告格式: 一、实验目的 二、实验仪器 三、实验预习(含实验原理及设计过程等) 四、实验内容(含实验电路、实验步骤、测 试数据等) 五、数据分析及实验结论 六、思考题 七、心得体会
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数字电路与逻辑设计 实验四 中规模计数器及其应用 电子科学与技术实验中心
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1、熟悉中规模计数器的逻辑功能 及使用方法。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 一、实验目的 1、熟悉中规模计数器的逻辑功能 及使用方法。 2、了解中规模计数器的应用。
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(一)、仪器 数字逻辑实验箱、三用表、稳压电源。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 二、实验条件 (一)、仪器 数字逻辑实验箱、三用表、稳压电源。 (二)、器材 74LS20、 74LS04、 74LS00、74LS32、74LS161(两片)。
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74LS161除了具有二进制加法计数功能外,还具有预置数、保持和异步置零等功能。 LD预置数端 D0~D3置数数据输入端
国防科技大学电子科学与技术实验中心 C ET 74LS161管脚图 RD EP 74LS161除了具有二进制加法计数功能外,还具有预置数、保持和异步置零等功能。 LD预置数端 D0~D3置数数据输入端 C进位输出端 RD异步置零(复位)端 EP,ET工作状态控制端
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4位同步二进制计数器74LS161的功能表 CP RD LD EP ET 工作状态 × ↑ 1 × × 0 1 × 0 1 1 异步清零
1 × × × 异步清零 同步置数 保持 保持(但C=0) 记数
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 三、实验原理 8 4 2 1 8 4 2 1 六进制 十进制
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 8 4 2 1 8 4 2 1 六进制 十进制 CP
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 注意事项: 实验箱上已将译码器芯片和数码管连接好,实验时只要将十进制计数器的输出端Q3Q2Q1Q0直接连接到译码器的相应输入端DCBA,即可显示数字0—9 。 发光二极管也用作计数器状态,将计数器的输出端Q3Q2Q1Q0直接连接四个LED灯,通过LED灯的亮灭,即可反映计数器的状态,但读取状态时不如数码管直观。
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& 置数法设计十进制计数器 EP D0 D1 D2 D3 ET C LD RD CP Q0 Q1 Q2 Q3 1 74LS161 CP
国防科技大学电子科学与技术实验中心 置数法设计十进制计数器 EP D0 D1 D2 D3 ET C LD RD CP Q0 Q1 Q2 Q3 & 1 CP 74LS161
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& 清零法设计十进制计数器 EP D0 D1 D2 D3 ET C LD RD CP Q0 Q1 Q2 Q3 1 74LS161 CP
国防科技大学电子科学与技术实验中心 清零法设计十进制计数器 EP D0 D1 D2 D3 ET C LD RD CP Q0 Q1 Q2 Q3 & 1 CP 74LS161
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用两块74LS161,采用同步(或异步)级间接法构成六十进制计数器,并进行译码与显示
国防科技大学电子科学与技术实验中心 四、实验内容 1 用74LS161完成十进制计数器功能 2 用74LS161完成六进制计数器功能。 3 用两块74LS161,采用同步(或异步)级间接法构成六十进制计数器,并进行译码与显示
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 思考题 (1)试比较异步计数器与同步计数器的优缺点。 (2)计数器与分频器有何不同之处?
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数字电路与逻辑设计 实验五 中规模集成电路综合应用 电子科学与技术实验中心
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进一步掌握组合逻辑和时序逻辑电路的综合设计。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 一、实验目的 进一步掌握组合逻辑和时序逻辑电路的综合设计。 二、实验条件 (一)、示波器、三用表、数字逻辑箱、信号源、直流稳压电源 (二)、74LS20(两片)、74LS04、74LS00、74LS32、74LS161、74LS138
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 三、实验原理
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其中,A2、A1、A0 为地址输入端, 为译码输出端, , , 为使能端。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 其中,A2、A1、A0 为地址输入端, 为译码输出端, , , 为使能端。
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C ET RD EP CP RD LD EP ET 工作状态 × ↑ 1 × × 0 1 × 0 1 1 异步清零 同步置数 保持
国防科技大学电子科学与技术实验中心 C ET RD EP CP RD LD EP ET 工作状态 × ↑ 1 × × × 异步清零 同步置数 保持 保持(但C=0) 记数
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在已熟悉的集成电路的基础上,利用74LS161、74LS138及门电路设计一个顺序Pi值发生器电路:Pi=3.1415826,写出设计原理。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 四、实验内容 在已熟悉的集成电路的基础上,利用74LS161、74LS138及门电路设计一个顺序Pi值发生器电路:Pi= ,写出设计原理。 从CP输入单脉冲,在显示器上将依次显示3,1,4,1,5,8,2,6。画出实验电路图。
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 附录: 74LS138引脚图
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《数字电路与逻辑设计》课程设计 简易数字频率计 电子科学与技术实验中心
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1、掌握数字频率计的设计、组装与调试方法; 2、熟悉CD40110计数器及74LS123单稳态触发器的使用方法。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 一、实验目的 1、掌握数字频率计的设计、组装与调试方法; 2、熟悉CD40110计数器及74LS123单稳态触发器的使用方法。
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二、设计任务与要求 (一)设计任务 制作一个数字频率计,由中规模集成电路CD40110计数器及74LS123单稳态触发器实现。
国防科技大学电子科学与技术实验中心 二、设计任务与要求 (一)设计任务 制作一个数字频率计,由中规模集成电路CD40110计数器及74LS123单稳态触发器实现。 (二) 设计要求 1、测量频率范围:0~9999Hz, 2、测量信号:正弦波、方波、三角波 3、输入信号幅度≥50mV 4、测频误差:±1Hz
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设计制作纯数字部分实验的频率计,即不考虑整形放大电路。 2、发挥部分: 30分 设计并调试出整形放大电路。 3、报告部分: 30分
国防科技大学电子科学与技术实验中心 (三)评分标准 1、基本部分: 40分 设计制作纯数字部分实验的频率计,即不考虑整形放大电路。 2、发挥部分: 30分 设计并调试出整形放大电路。 3、报告部分: 30分 完成设计方案、原理分析、测试结果分析、调试过程中遇到问题、解决的方法及收获体会。
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三、设计原理(一) 闸门信号 时序波形产生74LS123 整形放大 1K 被测信号 计数锁存译码显示CD40110
国防科技大学电子科学与技术实验中心 三、设计原理(一) 闸门信号 时序波形产生74LS123 计数锁存译码显示CD40110 整形放大 被测信号 LE CR TE 1K
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 设计原理(二) 将整形放大后的被测信号送入计数器,计数器在闸门信号有效时间内,对输入信号周期进行计数。如果闸门信号有效时间为1秒,则LED所显示计数的值即被测频率。数据显示保留一段时间,直到新的被测信号数据刷新显示。这样就完成一个计数、锁存、显示过程。以后周而复始。
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设计原理(三) 放大整形后 的被测信号 闸门信号0.5Hz 触发使能端 TE 锁存LE 清零CR 闸门关闭 闸门打开1秒 计数 禁止计数
国防科技大学电子科学与技术实验中心 设计原理(三) 计数 禁止计数 闸门打开1秒 闸门关闭 显示计数内容 显示不变 清零 放大整形后 的被测信号 闸门信号0.5Hz 触发使能端 TE 锁存LE 清零CR
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五、元件清单 1、LED(共阴) 4 2、CD40110 4 3、74LS123 1 4、74LS04 1 5、电阻1k 28
国防科技大学电子科学与技术实验中心 五、元件清单 1、LED(共阴) 2、CD 3、74LS 4、74LS 5、电阻1k 6、电阻100k 7、电容0.01u 8、LM 9、LM 10、二极管IN 11、5.1k 12、10k 13、22k 14、510k
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直流电源接入 数码管显示区 面包板 连续脉冲源 电源开关
国防科技大学电子科学与技术实验中心 面包板 连续脉冲源 电源开关
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 六、主要元器件介绍 CD40110
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 74LS123
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 74LS123 内部包括两个独立的单稳。单稳输出脉冲的宽度,主要由外接的定时电阻( RT )和定时电容( CT )决定。单稳的翻转时刻决定于 A、B、CLR 三个输入信号。 100K 0.01uF +5V A B Q CLR RT/CT CT
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 74LS74、74LS04
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 LM358
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 LM311
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 a b c d e f g D.P 共 阴 极 1 2 4 5 6 7 9 10 8 3 LED(共阴)
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3、先做数字部分(+5V),再做模拟部分(±5V);
国防科技大学电子科学与技术实验中心 七、注意事项 1、禁止带电操作; 2、组装时,先接电源、地线,再接其他连线; 3、先做数字部分(+5V),再做模拟部分(±5V); 4、当场清点好元件,丢失自理.
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国防科技大学电子科学与技术实验中心 八、调试步骤 1、调试时,先调数字部分: 可用实验箱上的脉冲源(2Hz,4Hz)或用信号源TTL输出信号做计数器的时钟信号,显示结果正常后再调模拟部分。 2、模拟电路(整形放大电路): 调试模拟电路时,用信号源OUT输出信号做整形放大的被测信号,用示波器逐级观察调试。
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Thank You ! 电子科学与技术实验中心
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