嵌入式技术基础(下)实训指导书

实训实训 1 电路分析中常用虚拟仿真仪器的应用电路分析中常用虚拟仿真仪器的应用 一 实训目的一 实训目的 1 进一步熟悉 Multisim10 0 中常用仪器和虚拟仪器 函数信号发生器和双踪示波器 的使用方法 2 掌握仿真电路的连接 修改和仿真 二 素材准备二 素材准备 Multisim10 0 仿真软件 三 实训内容三 实训内容 1 构造微分电路和积分电路 2 单管共射级放大电路分析 四 实训步骤四 实训步骤 1 构造微分电路和积分电路 微分电路满足 T 为方波脉冲的重复周期 其电路如图 1 所示 双击信 2 T RC 号发生器图标 弹出函数信号发生器面板 面板参数选择如图 2 所示 运行仿真开关 在 示波器屏幕上会出现如图 3 所示的波形方波 红色 是输入波形 冲击脉冲波 蓝色 是 输出波形 图 1 微分电路图 图 2 信号发生器面板 图 3 微分波形图 积分电路满足 T 为方波脉冲的重复周期 其电路如图 4 所示 双击信 2 T RC 号发生器图标 弹出函数信号发生器面板 面板参数选择如图 2 所示 运行仿真开关 在 示波器屏幕上会出现如图 5 所示的波形 图 4 积分电路图 图 5 积分波形图 2 单管共射级放大电路 创建如图 6 所示的电路后 运行仿真开关 可看到如图 7 所示的输出波形 借助示波 器 用调整电位器 RP 确定静态工作点 电位器 RP 旁 标注的文字 Key A 表明按 A 键 阻值按 5 递减 若要增加 按动 Shift A 键 阻值按 5 增加 通过改变 RP 的阻值 观察示波器的波形变化 在输出波形不失真的情况下 执行 Simulate 菜单下的 DC Operating 命令 选中所有节点 节点号随机产生 然后单击 Simulate 按钮 系统自动的显示出运算结果 如图 8 所示 Rs 600 Cb 100uF Rb2 24k Rb1 30k RP 100k Key A 50 Rc 1 5k Re 1 5k Ce 100uF Cc 10uF RL 3k V2 12 V 5 8 XSC1 A B Ext Trig 2 Q1 BJT NPN VIRTUAL 9 3 7 10 V1 10mVrms 1kHz 0 1 0 图 6 单管共射级放大电路图 图 7 示波器显示的输入输出波形图 图 8 DC Operating 运算结果显示对话框 五 实训过程注意事项五 实训过程注意事项 1 函数信号发生器和示波器各参数的设置 熟悉各选项的功能 2 熟悉每个电路图的功能和参数 3 熟练电路图的连接和修改 实训实训 2 三种基本组态晶体管放大电路三种基本组态晶体管放大电路 一 实训目的一 实训目的 1 分析工作点稳定的共发射极放大电路性能 2 分析共集电极放大电路性能 3 分析共基极放大电路性能 二 素材准备二 素材准备 Windows 操作系统 Multisim10 0 仿真软件 三 实训内容三 实训内容 根据输入回路和输出回路公共端的不同 晶体管放大电路可分成三种基本组态 共发 射极放大电路 共集电极电极放大电路和共基极放大电路 共发射极放大电路从基极输入 信号 从集电极输出信号 共集电极放大电路从基极输入信号 从发射极输出信号 共基 极放大电路从发射极输入信号 从集电极输出信号 共发射极放大电路性能特点是 电压放大倍数高 输入电阻居中 输出电阻高 适用 于多级放大电路的中间级 共集电极放大电路性能特点是 电压放大倍数低 输入电阻高 输出电阻低 适用于 多级放大电路的输入级和输出级 共基极放大电路性能特点是 电压放大倍数高 输入电阻低 输出电阻高 由于电路 频率特性好 适用于宽频带放大电路 四 实训步骤四 实训步骤 1 建立工作点稳定的共发射极放大电路实验电路 NPN 型晶体管取理想模式 电流放 大系数设置为 50 用信号发生器产生频率为 l KHz 幅值为 10mV 的正弦信号 输入端电 流表设置为交流模式 电路中用 I 键控制的开关选择电路输出端是否加负载 用空格键控 制的开关选择发射极支路是否加旁路电容 2 打开仿真开关 用示波器观察电路的输入波形和输出波形 3 利用 L 键拨动负载电阻处并关 将负载电阻开路 适当调整示波器 A 通道参数 再 测量输出波形幅值 然后可用下列公式计算输出电阻 Ro L O LOC O R V RV R 其中 Vo 是负载电阻开路时的输出电压 4 连接上负载电阻 再利用空格键拨动开关 使发射极旁路电容断开 适当调整示 波器 A 通道参数 再测量 计算电压放大倍数 并说明旁路电容的作用 5 建立共集电极放大电路图 NPN 型晶体管取理想模式 电流放大系数设置为 50 用信号发生器产生频率为 l KHz 幅值为 10mV 的正弦信号 输入端电流表设置为交流模 式 6 打开仿真开关 用示波器观察电路的输入波形和输出波形 单击示波器上 Expand 按钮放大屏幕 测量输出波形幅值 计算电压放大倍数 根据输入端电流表的读数计算输 入电阻 7 仿照步骤 3 求电路输出电阻 8 建立共基极放大电路图 NPN 型晶体管取理想模式 电流放大系数设置为 50 用 信号发生器产生频率为 l kHz 幅值为 10mV 的正弦信号 输入端电流表 9 打开仿真开关 用示波器观察电路的输入波形和输出波形 单击示波器上 Expand 按钮放大屏幕 测量输出波形幅值 计算电压放大倍数 根据输入端电流表的读数计算输 入电阻 10 仿照步骤 3 求电路输出电阻 共发射极电路图如下 C1 20uF R2 10k R1 40k R3 5k R4 100 R5 1k Q1 BJT NPN VIRTUAL C2 20uF C3 50uF J1 Key Space J2 Key L R6 10k U1 AC 1e 009 1 008u A 6 8 V1 12 V 11 12 7 5 XFG1 1 XSC1 A B Ext Trig 2 3 10 0 设置电流放大倍数 50 输出结果 加负载并且加旁路电容的情况 负载情况改变只需要改变开关状态即可 用不同的颜 色便于区分输入和输出波形 A 通道为输入 B 通道为输出 负载开路并且加旁路电容的情况 加负载但不加旁路电容的情况 将所有负载去掉 两者都不加的情况 的情况如下 共集电极电路图如下 C1 10uF Rb 400k Re 5 1k RL 5 1k Q1 BJT NPN VIRTUAL C2 20uFJ1 Key Space U1 AC 1e 009 0 072u A V1 12 V XFG1 XSC1 A B Ext Trig 1 4 5 6 2 8 3 0 加负载的结果如下 不加负载时的结果如下 由图可知负载对电压放大的影响不大 共集电路一般用于电流信号的放大 共基极放大电路图如下 C1 20uF Rb1 100k Rb2 50k Rc 2k Cb 20uF J1 Key Space U1 AC 1e 009 0 210m A V1 12 V XFG1 XSC1 A B Ext Trig 6 R1 4k Q1 2N2222A 1 3 Cb1 20uF 2 RL 10k 7 9 8 4 0 五 实训过程注意事项五 实训过程注意事项 1 函数信号发生器和示波器各参数的设置 熟悉各选项的功能 2 熟悉每个电路图的功能和参数 3 熟练电路图的连接和修改 实训实训 3 TTL 门电路的逻辑功能和特性测试门电路的逻辑功能和特性测试 一 实训目的一 实训目的 1 熟悉电子实验箱的结构及使用方法 包括电源 逻辑电平开关 电平指示灯 脉冲 发生器等 熟悉集成电路的引脚排列 如何在实验箱上接线 接线时应注意什么 2 熟悉 TTL 与非门逻辑功能的测试方法 熟悉 TTL 与非门特性参数的意义以及传输 特性的测试方法 3 掌握 TTL 门电路的使用方法 二 素材准备二 素材准备 电子实验实验箱 万用表 74LS00 四二输入 与非门 74LS32 四二输入或门 引脚排列图 三 实训内容三 实训内容 1 测试 TTL 与非门逻辑功能 2 测试 TTL 与非门的特性参数 在系统电路设计时 往往要用到一些门电路 而门电路的一些特性参数的好坏 在很 大程度上影响整机工作的可靠性 门电路的参数通常分两种 静态参数和动态参数 1 TTL 逻辑门的主要参数有 1 扇入系数 Ni和扇出系数 NO 能使电路正常工作的输入端数目和电路正常工作能带 动的同型号门的数目 2 输出高电平 VOH 一般为 VOH 2 4V 3 输出低电平 VOL 一般为 VOL 0 4V 4 电压传输特性曲线 开门电平 VOn和关门电平 Voff 5 输入短路电流 IIS 一个输入端接地 其它输入端悬空时 流过该接地输入端的电 流为输入短路电流 6 空载导通功耗 Pon 指输入全部为高电平 输出为低电平且不带负载时的功率损耗 7 空载截止功耗 Poff 指输入有低电平 输出为高电平且不带负载时的功率损耗 8 抗干扰噪声容限 电路能够保持正确的逻辑关系所允许的最大干扰电压值 9 平均传输延迟时间 t pd t pdl t pdh 2 10 输入漏电流 IIH 指一个输入端接高电平 另一个输入端接地时 流过高电平输入 端的电流 四 实训步骤四 实训步骤 1 74LS00 四二输入 与非 门 电路功能的测试 如图 1 所示 任选 74LS00 其中一个 二输入与非门 将其两个输入端分别与逻辑开 关连接 可实现输入高电平 1 或低电平 0 再将对应的输出端与输出状态显示电路 LED 管 联接 按表 1 给定的 1 2 输入端不同状态组合 给 与非 门输入逻辑电平 观察 LED 管的 状态 灯亮输入出为高电平 1 灯灭输出为低电平 0 将观察结果填入表 1 中 表 1 TTL 与非门真值表 输输 入入输输 出出 1 端端2 端端Y 00 01 10 11 逻辑函数表达式 器件功能结论 LED 亮 Y 1 LED 灭 Y 0 图 1 TTL 与非门逻辑功能测试电路图 2 2 观察 与非 门对信号的控制作用 根据 与非 逻辑关系 有 0 出 1 全 1 出 0 的特点 可将其中一个输入端作为另一输入 端信号的控制端 1 按图 2 接好线路 输入端 1 接频率为 1Hz 幅度为 4V 的脉冲信号 另一输入端 2 接逻辑开关 作为控制端 输出端 Y 接输出状态显示 LED 管 2 按表 2 中要求 使控制端 2 分别处于 1 或 0 两种状态 观察输出状态显示 LDE 管 的发光情况 确定输出端的状态 将结果填入表 2 中 表 2 与非门对信号的控制作用 输入端输入端 1 波形波形 逻辑开关逻辑开关 控制端的 控制端的 状态状态 Y 的的 状态状态 LED 管管 状态状态 1 0 图 2 TTL 与非门控制作用电路图 3 TTL 逻辑门特性参数物测量 选做两个 1 空载导通功耗 PccL 是指输入全为高电平 输出为低电平且不接负载时的功率损耗 PCCL VCC ICCL 式中 VCC 电源电压 ICCL 导通电源电流 测试电路如图 1 3 所示 给输入端全高平 测量电源电流值 将计算结果填入表 3 中 2 空载截止功耗 PCCH 是指输出端空载 所有输入端全接地时的功率损耗 PCCH ICCHUCC 测试电路如图 3 所示 给输入端全低平 测量电源电流值 将计算结果填入表 3 中 图 3 功耗测试电路 图 4 输入低电平电流测试电路 3 输入低电平电流 IIL IIL也称短路电流 是被测输入端接地 其它输入端悬空 从被测输入端流出的电流 在多级门电路中它相当于前级门输出低电平时 本级向前级灌入的电流 它决定前级门的 扇出系数 测试电路如图 4 所示 将测试结果填入表 3 中 4 输入高电平电流 IIH IIH是指被测输入端接高电平 其它输入端接地时 流入被测输入端的电流 在多级门 电路中它相当于前级门的拉电流负载 测试电路如图 5 所示 将测试结果填入表 3 中 图 5 输入高电平电流测试电路 图 6 输出高电平测试电路 5 输出高电平 是指输出不接负载 当有一输入为低电平时电路的输出电压值 测试电路如图 6 所示 给任意一输入端低电平 测量输出电压 填入表 3 中 6 输出低电平 是指输出不接负载 当输入端全为高电平时电路的输出电压值 测试电路如图 6 所示 给输入端全高电平 测量输出电压 填入表 3 中 7 扇出系数 NO 扇出系数是指门电路能驱动同类门的最大个数 是衡量门电路带负载能力的一个参数 输出低电平时的扇出系数测试 注 此时输出端接灌电流负载 按图 7 接好线路 调节 RP 使 IOL增大 当 UOL 0 3V 时 IOL达到最大值 IOL IOL max 最大允许灌电流 低电平扇出系数 通常 IIH IIL 所以 NOH NOL 故一般以 NOL作为 IL OL OL I I N max 门电路的扇出系数 将计算结果填入表 3 中 图 7 扇出系数测试电路 以 74LS00 为测试器件 按实验原理中介绍的方法 对各参数进行测量 将测量结果 填入表 3 中 表 3 TL 与非门主要性能参数 参参 数数 名名 称称符符 号号规规 范范 值值单单 位位测测 试试 值值 空载导通功耗PccLmW 空载截止功耗PCCHmW 低电平输入电流IIL 1 8mA 高电平输入电流IIH 50 A 扇出系数NO 8 输出低电平UOL 0 4 通常 0 3V 输出高电平NOH 2 4 通常 3 3V 开门电平UON 2V 关门电平UOFF 0 8V 五 实训过程注意事项五 实训过程注意事项 1 实验开始前 清理实验箱上引线后 打开主电源 然后打开分电源 如电源指示有 问题 向教师报告 2 特别注意 TTL 门电路电源电压为 5V 输入电压必须调到 5V 以内 关闭电源后才 可接线 接线时仔细检查是否有电源短路 正确接地 如集成块的接地接到 5V 会烧坏 检查接线正确后才可开启电源 如发现电源指示灯灭掉 或有警告声 立即关掉电源 检 查是否短路 3 禁止带电接线 对线路进行重新接线时 应关掉实验箱的分电源或总电源 以防损 坏元件和实验箱 插 拔连线时 抓住插头 不可以拉线 以免损坏导线 开始接线前 需要先测量导线内部是否导通 4 TTL 门电路的输出端的处理 由于 TTL 门电路输出阻抗很小 负载很小时会烧坏 输出端不能直接并联 短接 使用 需经过门电路并联 但可以悬空 不能直接接地或接电源 须加 250 以上的电阻作为负载 5 闲置输入端的处理 对于与门 与非门 可以悬空 相当于高电平 但悬空时对地呈现阻抗很高 容 易受外界干扰 对于或门 或非门 不能悬空 只能接 地 对于其他电路 以不影响逻辑特性为原则接不同输入 建议少用并联法 以防止 前级电路驱动能力不够 6 做完实验 需经老师检查实验结果 最后关闭电源 将实验箱整理好 才可离开 实训实训 4 组合逻辑电路组合逻辑电路设计与测试设计与测试 一 实训目的一 实训目的 掌握组合逻辑电路的设计与测试方法 二 素材准备二 素材准备 1 5V直流电源 2 逻辑电平开关 3 逻辑电平显示器 4 CD4011 或74LS00 CD4011CD4011引脚图 其中引脚图 其中VCC接电源正级 VSS 接地 三 实训内容三 实训内容 1 使用中 小规模集成电路来设计组合电路是最常见的逻辑电路 设计组合电路的一 般步骤是 1 根据设计任务的要求 列出真值表 2 用卡诺图或代数化简法求出最简的逻辑表达式 3 根据逻辑表达式 画出逻辑图 用标准器件构成电路 在设计电路时 有时已对所用器件提出了要求 但有时没有具体要求 器件的选择通 常要以电路最简单 所用器件最少为原则 4 最后 用实训来验证设计的正确性 了解器件的引脚排列 正确插入数字实验台上 将输入端接逻辑电平开关 输出端接 逻辑电平显示器 按真值表的状态验证电路的正确性 2 组合逻辑电路设计举例 用 与非 门设计一个表决电路 当三个输入端中有两个或三个为 l 时 输出端才 为 l 设计步骤 1 逻辑变量和逻辑函数及状态的设置 根据题目的要求 表决人对应输入逻辑变量 分别用A B C表示 表决结果对应输出逻辑变量 用F表示 设输入 1 表示同意 输入 0 表示否决 输出 1 时为通过 为 0 为否决 2 列出相应的真值表 如表1所示 表1 真值表 3 写出逻辑函数表达式并化简 由于真值表中的每一行对应一个最小项 所以将输出为 1 的最小项用 与 项表示 后进行逻辑加 即可得到逻辑函数的最小项表达式 在真值表中输出逻辑函数共有四个 1 即 ABCCABCBABCAF 用卡诺图化简如表 2 所示 表 2 卡诺图 化简结果为ABACBCF 4 根据逻辑函数式即可画出逻辑电路图 由于实际制作过程中 一块芯片上往往有多个同类门电路 所以构成具体的逻辑电路 输入输出 ABCF 0000 0010 0100 0111 1000 1011 1101 1111 00 0 1 A BC 0001 0 1 10 1 1 11 10 时 通常只选用一种门电路 而且一般选用与非门较多 故上式变为 ABACBCABACBCF 可以得到如图1所示的由4个与非门构成的多数表决器逻辑电路 图1 电路图 四 实训步骤四 实训步骤 1 按照表决器电路的设计步骤 利用CD4011 或74LS00 完成电路逻辑功能测试 2 某汽车驾驶员培训班进行结业考试 有三名裁判 其中A为主评判员 B和C为副评判 员 在评判时 按照少数服从多数的原则 但若住评判员认为合格 也可通过 试用与非 门构成的逻辑电路实现此评判规则 1 设计电路 根据设计要求 设定三个变量A B C A表示主评判员意见 A 1 表示主评判员认为合格 A 0 表示主评判员认为不合格 B表示副评判员意见 B 1 表示副评判员认为合格 B 0 表示副评判员认为不合格 C表示副评判员意见 C 1 表示副评判员认为合格 C 0 表示副评判员认为不合格 设定输出变量为Y Y 1表示驾驶员考试通过 Y 0示驾驶员考试未通过 2 根据给出的逻辑条件 写出表3所示的真值表 A B C F 表3 真值表 3 根据真值表写出相应的逻辑表达式 用卡诺图化简为最简与或式 并变为与非表 达式 4 画出逻辑函数的逻辑图 并用电路图来实现它 五 实训过程注意事项五 实训过程注意事项 1 根据实训任务要求设计组合电路 并根据所给的标准器件画出逻辑图 2 列写实训任务的设计过程 画出设计的电路图 3 对所设计的电路进行实训测试 记录测试结果 4 组合逻辑电路设计体会 输入输出 ABCY 000 001 010 011 100 101 110 111 实训实训 5 编码器设计与仿真实训编码器设计与仿真实训 一 实训目的一 实训目的 让学生掌握简单二 十进制编码器的设计过程 熟练编码器的工作原理 并利用仿真软 件验证编码器的逻辑功能 二 素材准备二 素材准备 Multisim 10 0 74LS00 CD4011 74LS20 74LS30 仿真实验平台 三 实训内容三 实训内容 1 二 十进制编码器电路设计 用与非门设计一个二 十进制编码器电路 数字电路使用的是二进制数 而日常生活中 经常使用的是十进制数 要想将十进制数输入到数字电路中 只有使用二进制形式的二 十 进制数码 即 BCD 码 能完成这种功能的编码电路称为二 十进制编码电路 2 集成 8 线 3 线编码器仿真 利用 Multisim 10 0 绘制电路图 根据电路图验证编码器的功能 四 实训步骤四 实训步骤 1 二 十进制编码器电路设计 1 工作原理 二 十进制编码器电路是利用与非门的 全 1 出 0 有 0 出 1 的逻辑功能来完成编码 任务 其电路下图 1 所示 在图 1 所示电路中 当 10 个数字键都不按下时 4 个与非门的所有输入端都是高电 平 输出低电平 当按下 0 X0 键时 从电路上看并没有改变后级电路的状态 故输出 仍为 0000 即十进制数 0 的 BCD 码 当按下 1 键时 则与 1 键对应的线被接地 输入低电平 即与非门 1 有一个输入端为 低电平 其输出端 D 为高电平 与此同时 与非门的 2 3 4 的输入端没有变化 A B C 仍为低电平 所以输出是 BCD 码 0001 当按下 7 键时 与非门 1 2 3 各有 1 个输入端成为低电平 输出是 BCD 码 0111 以此类推 无论按下哪个数字键 就会在输出端得到和其对应的 BCD 码 由于这种 编码有 10 个输入端和 4 个输出端 它的输出是典型的 8421 码 所以也称为 10 线 4 线 8421 码编码器 图 1 与非门组成的二 十进制编码器 2 相关芯片 本电路涉及二输入 四输入和五输入的与非门 有如下芯片 74LS00 CD4011 74LS20 双 4 输入与非门 74LS30 8 输入与非门 相关芯片引脚图如下所示 注意 对于 CMOS 集成电路多余的输入端不允许悬空 与非门的多余输入端必须接 Vcc CD4011CD4011 引脚图引脚图 74LS00 引脚图引脚图 74LS20 引脚图引脚图 74LS30 引脚图引脚图 2 集成 8 线 3 线编码器仿真 1 打开 Multisim 10 0 仿真软件 选择相关器件 包括编码器芯片 74LS148N 芯 片引脚如图 2 所示 9 个单向双掷开关 三个发光灯泡 并根据电路图 3 进行连接 74LS148 优先编码器属于变量编码器 其输出位数为 n 时 输入端的数量为 2n 管脚 排列如图 1 所示 为输入信号端 为输出端 为使能输入端 为 70 II 02 YY S E O 使能输出端 s G为片优先编码输出端 当使能输入端 1 时 电路处于禁止编码状态 S 所有的输出端全部输出高电平 当使能输入端 0 时 电路处于正常编码状态 输S 出端的电平由的输入信号而定 的优先级别最高 级别最低 70 II 7 I 0 I 2 绘制完毕 打开仿真开关 根据编码器真值表 通过单刀双掷开关的设置 改变 输入状态 观察指示灯 X0 X3 的发光情况 根据电路图验证编码器的功能 将结果填入 表 1 00123SE CC YIIIIGOU GND 127654YYSIIII 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 7 4 L S 1 4 87 4 L S 1 4 8 00123SE CC YIIIIGOU GND 127654YYSIIII 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 7 4 L S 1 4 87 4 L S 1 4 8 图 2 74LS148 引脚图 表 1 74LS148 真值表 输入输出 S 0 I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 2 Y 1 Y 0 Y s G E O 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U1 74LS148N A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 D3 13 D4 1 D5 2 D2 12 D1 11 D0 10 D7 4 D6 3 EI 5 EO 15 VCC 5V GND X3 2 5 V X1 2 5 V X2 2 5 V J1 Key A J2 Key B J3 Key C J4 Key D J5 Key E J6 Key F J7 Key G J8 Key H J9 Key I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 VCC GND 10 11 12 图 3 编码器电路图 五 实训过程注意事项五 实训过程注意事项 1 预习 查集成电路手册 初步了解 74LS147 74LS48 的功能 确定 74LS147 和 74LS48 的管脚 排列 了解各管脚的功能 2 连接电路 1 每块芯片的完成的功能不同 首先注意引脚的位置 确定输入端和输出端的编号 确认完好后 按实验电路图在实验箱上安装好实验电路 检查电路连接 确认无误后再接 电源 2 注意 TTL 和 CMOS 芯片对多余输入端的处理方式 3 思考 什么是编码 二进制编码和二 十进制编码有何不同 如何扩展 74LS148 的功能 实训实训 6 译码器及其应用译码器及其应用 一 实训目的一 实训目的 让学生掌握中规模集成译码器的逻辑功能和使用方法 熟悉数码管的使用 二 素材准备二 素材准备 数字电子实验平台 74LS138 2 HEF4511 三 实训内容三 实训内容 1 74LS138 译码器逻辑功能测试 将译码器 74LS138 的使能端 BA GGG 221 及地址端 012 AAA 分别接至逻辑电平开 关输出口 八个输出端 07 YY 依次连接在发光二极管的输入口 拨动逻辑电平开关 按 表 1 逐项测试 74LS138 的逻辑功能 2 用两片 74LS138 组合成一个四线一十六线译码器实训 3 HEF4511 七段显示译码器和数码管显示实训 四 实训步骤四 实训步骤 1 74LS138 译码器逻辑功能测试 图1 3 8译码器74LS138逻辑图及管脚排列 其中为地址输入端 是译码输出端 是使能端 012 AAA 07 YY BA GGG 221 表1为74LS138功能表 当时 器件使能 地址码所指定的输出端有0 1 221 BA GGG 信号 为0 输出 其它所有输出端均无信号 全为1 输出 当时或 BA GGG 221 0 时 译码器被禁止 所有输出同时为1 1 221 BA GGG 将译码器74LS138的使能端及地址端分别接至逻辑电平开关 BA GGG 221 012 AAA 输出口 八个输出端依次连接在发光二极管的输入口 拨动逻辑电平开关 按表 07 YY 1逐项测试74LS138的逻辑功能 表1 74LS138译码器真值表 2 用两片 74LS138 组合成一个四线一十六线译码器实训 图 2 两片 74LS138 译码器扩展成 4 线 16 线译码器连线图 为扩展后电路的信号输入端 为输出端 当输入信号最高位 0123 AAAA 015 Y Y 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 输出输入 G2A A2 G2B Y3Y5Y4A0A1G1Y2Y0Y7Y6Y1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 输出输入 G2AG2A A2 G2BG2B Y3Y3Y5Y5Y4Y4A0A1G1Y2Y2Y0Y0Y7Y7Y6Y6Y1Y1 时 高位芯片被禁止 输出全部为 1 低位芯片被选中 低电平 0 输 0 3 A 815 Y Y 出端由决定 时 低位芯片被禁止 输出全部为 1 高位芯 012 AAA1 3 A 07 YY 片被选中 低电平 0 输出端由决定 按照图 2 所示连接好电路图 并按表 2 012 AAA 逐项测试 4 线 16 线译码器的功能 表 2 4 线 16 线译码器真值表 3 HEF4511 七段显示译码器和数码管显示实训 LED数码管是目前最常用的数字显示器 图3 a b 为共阴管和共阳管的电路 c 和d 是共阴极和共阳极数码管引脚图 输入输出 3 A 012 AAA 89101112131415 YYYYYYYY 01234567 YYYYYYYY 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 或 1 1 1 1 图3 LED数码管 HEF4511为BCD码七段显示译码器 此类译码器型号有74LS47 共阳 74LS48 共 阴 CD4511 共阴 等 本实训系采用CD4511 HEF4511 BCD码锁存 七段译码 驱动 器 其引脚功能图见图4所示 图4 CD4511引脚排列 其中 A B C D BCD码输入端 a b c d e f g 译码输出端 输出 1 有效 用来驱动共阴极LED数码管 调试输入端 0 时 译码输出全为 1 LTLT 消隐输入端 0 时 译码输出全为 0 BIBI LE 锁定端 LE 1 时译码器处于锁定 保持 状态 译码输出保持在LE 0时的数 值 LE 0为正常译码 CD4511 与 LED 数码管的连接如图 5 所示 按照图 5 连接好电路 接通 5V 电源 数 码管公共端接地 十进制数的 BCD 码接至译码器的相应输入端 A B C D 按照表 3 所示的 CD4511 真值表 接通电源 依次通过输入端经译码和显示电路 则可显示 0 9 对 应数码 图5 CD4511驱动一位LED数码管 表3 CD4511真值表 LEBILTDCBAaBcdefg显示字型 XX0XXXX1111111 8 X01XXXX0000000 消隐 01100001111111 0 01100010110000 1 01100101101101 2 01100111111001 3 0 1101000110011 4 01101011011011 5 01101100011111 6 01101111110000 7 01110001111111 8 01110011110011 9 01110100000000 消隐 01110110000000 消隐 01111000000000 消隐 01111010000000 消隐 01111100000000 消隐 01111110000000 消隐 111XXXX 锁 存 锁存 五 实训过程注意事项五 实训过程注意事项 1 用集成电路测试仪测试所用集成块 确认完好后 按实验电路图在实验箱上安装好 实验电路 检查电路连接 确认无误后再接电源 2 数码管必须先去分是共阳极还是共阴极 然后按照引脚图来连接线路 否则容易出 错 3 思考 如何用 74LS138 来实现逻辑函数的功能 怎样测试数码管是共阴极还是共阳极 74LS138 如何作为数据分配器使用 实训实训 7 RS 触发器及其应用触发器及其应用 一 实训目的一 实训目的 1 通过实训熟悉 RS 触发器的逻辑功能 特点以及测试方法 2 通过实训熟悉异步输入信号的作用 DDDD SRSR 3 通过实训掌握 RS 触发器的典型应用 二 素材准备二 素材准备 数字电子实验平台 74LS100 CC4011 Multisim仿真平台 三 实训内容三 实训内容 1 基本 RS 触发器功能测试 基本 RS 触发器是由两个与非们交叉耦合组成 它是最基本的触发器 也是构成其它复 杂触发器电路的一个组成部分 当 1 DD SR 时 两个与非门的工作都尤如非门 Q 接至 与非门 G2 的输入 使 G2 输出为 Q Q 接至与非门 G1 的输入 使 G1 的输出为 Q 从而使触 发器维持输出状态不变 2 同步 RS 触发器的仿真实训 四 实训步骤四 实训步骤 1 基本 RS 触发器功能测试 1 用两个 TTL 与非门交叉连接构成基本 R S 触发器如图 1 所示 为便于接线检查 在图中要注明芯片编号及各引脚对应的编号 图 1 基本 R S 触发器 2 按表 1 所示的顺序在两端输入不同的信号 观察并记录 R S 触发器 Q 端 DD SR 的状态 并将结果填入表 1 中 表 1 RS 触发器真值表 D S D R n Q 1 n Q逻 辑 功 能 000 001 010 011 100 101 110 3 端接低电平 端加脉冲 D S D R 4 端接高电平 端加脉冲 D S D R 5 记录并观察 2 3 4 三种情况下 端的状态 从中总结基本 n Q 1 n Q R S 触发器的 Q 端的状态改变和输入端的关系 2 同步 RS 触发器的仿真实训 1 打开 MULTISIM 10 0 仿真软件 按照图 2 所示绘制同步 RS 触发器电路仿真图 2 对于同步 RS 触发器 具有如下的逻辑功能 CP 0 时 不论 R 和 S 端输入如何 触发器维持原来的状态不变 在 CP 1 期间 当 R 0 S 1 时 同步 RS 触发器被置 1 CC4011 引脚图 当 R 1 S 0 时 同步 RS 触发器被置 0 当 R S 0 时 触发器保持原状态 当 R S 1 时 触发器的状态是不确定的 综上所述 同步 RS 触发器的逻辑功能如表 2 所示 按照表 2 检验同步触发器的功能 U3A 74LS00D U4A 74LS00D U5A 74LS10D U1A 74LS10D 3 4 VCC 5V GND J1 Key A J2 Key C J3 Key B VCC 5 6 7 GND X2 2 5 V X1 2 5 V 1 2 图 2 同步 RS 触发器仿真电路图 表 2 同步 RS 触发器真值表 五 实训过程注意事项五 实训过程注意事项 1 接线时要注意电路图中各引脚的编号 连接时不要接错 2 手动施加 0 1 输入电平时要注意开关动作的稳定性和可靠性 要避免开关的抖动 3 思考 1 试根据基本 R S 触发器给定的输入信号波形画出与之对应的输出端的波形 2 试写出基本 R S 触发器的约束方程 并说明哪个是复位端 哪个是置位端 实训实训 8 JK 触发器及其应用触发器及其应用 一 实训目的一 实训目的 1 通过实训熟悉 JK 触发器的逻辑功能 特点 2 掌握集成触发器的使用方法和逻辑功能的测试方法 3 熟悉触发器之间相互转换的方法 二 素材准备二 素材准备 数字电子实验平台 74LS112 CC4027 74LS00 CC4011 Multisim仿真平台 三 实训内容三 实训内容 1 测试双 JK 触发器 74LS112 逻辑功能 在输入信号为双端的情况下 JK触发器是功能完善 使用灵活和通用性较强的一种触 发器 JK触发器常被用作缓冲存储器 移位寄存器和计数器 本实训采用74LS112双JK触发 器 是下降沿触发的边沿触发器 引脚功能及逻辑符号如图1所示 JK触发器的状态方程为 nnn QKQJQ 1 J和K是数据输入端 是触发器状态更新的依据 若J K有两个或两个以上输入端时 组成 与 的关系 为两个互补输出端 通常把的状态定为QQ与10 QQ 触发器 0 状态 把定为 1 状态 01 QQ S S R R C1C1 1K1K1J1J RDSDCP CP KJ QQ S S R R C1C1 1K1K1J1J S S R R C1C1 1K1K1J1J RDSDCP CP KJ QQ 图1 74LS112双JK触发器引脚功能及逻辑符号 下降沿触发的JK触发器功能表如表1所示 CD4027是CMOS双JK触发器 其功能与 74LS112相同 但采用上升沿触发 R S端为高电平有效 2 触发器之间的相互转换 在集成触发器的产品中 每一种触发器都有自己固定的逻辑功能 但可以利用转换的 方法获得具有其它功能的触发器 例如将JK触发器的J K两端连在一起 并认它为T端 就 得到所需的T触发器 如图2 a 所示 其状态方程为 nnn QTQTQ 1 a 触发器 b 触发器T T 图2 JK触发器转换为触发器TT T触发器的功能表如表2所示 由功能表可见 当T 0时 时钟脉冲作用后 其状态保 持不变 当T 1时 时钟脉冲作用后 触发器状态翻转 所以 若将T触发器的T端置1 如 图2 b 所示 即得触发器 在触发器的CP端每来一个CP脉冲信号 触发器的状态就 T T 翻转一次 故称之为反转触发器 广泛用于计数电路中 表1 JK触发器的逻辑真值表 输入输出 D S D RCPJK 1 n Q 1 n Q 01XXX10 10XXX01 00XXX 11 00 n Q n Q 11 1010 11 0101 11 11 n Q n Q 11 XX n Q n Q 表2 T触发器的逻辑真值表 输入输出 D R D SCPT 1 n Q 01XX0 10XX1 11 0 n Q 11 1 n Q 3 利用 Multisim 仿真软件观察 JK 触发器的时序波形图 四 实训步骤四 实训步骤 1 测试双 JK 触发器 74LS112 逻辑功能 1 测试 的复位 置位功能 D R D S 任取一片 JK 触发器 使 J K 端接逻辑开关输出插口 CP 端接单次脉冲 D R D S 源 端接至逻辑电平显示器的输入插口 要求改变 J K CP 处于 QQ和 D R D S 任意状态 并在 0 1 或 0 1 作用期间任意改变 J K 及 CP 的 D R D S D S D R 状态 观察状态 按表 3 要求记录之 QQ和 表 3 JK 触发器的复位置位功能表 输入输出 D S D RCPJK 1 n Q 1 n Q 01XXX 10XXX 00XXX 2 测试 JK 触发器的逻辑功能 按表 4 的要求改变 J K CP 端状态 观察状态变化 观察触发器状态更新 QQ和 是否发生在 CP 脉冲的下降沿 即 CP 由 1 0 记录之 表 4 JK 触发器的逻辑真值表 1 n Q JKCP 0 n Q1 n Q 0 100 1 0 0 1 01 1 0 0 1 10 1 0 0 1 11 1 0 2 触发器之间的相互转换 将 JK 触发器的 J K 端连在一起 构成 T 触发器 验证表 2 的 T 触发器逻辑功能 在 CP 端输入 1Hz 连续脉冲 用实训箱上的逻辑电平指示器观察 Q 端的变化 在 CP 端输入 l kHz 的连续脉冲 用双踪示波器观察端波形 注意相位与时间的关系 描绘之 QCP 3 利用 Multisim 仿真软件观察 JK 触发器的时序波形图 U1A 74LS112D 1Q 5 1Q 6 1PR 4 1K 2 1CLR 15 1J 3 1CLK 1 VCC 5V XWG1 RT X O X X O O 016 1531 VCC VCC 5V VCC XLA1 CQT 1 F 4 5 1 2 3 图 3 JK 触发器的仿真图 按照图 3 完成电路的创建 左边的虚拟仪器为字发生器 参见教材 57 页 右边的虚 拟仪器为逻辑分析仪 参见教材 85 页 在字发生器中设置 CP J K 的波形 参照图 4 然后在逻辑分析中查看输入输出波形变化情况 CP J K Q 图 4 JK 触发器的时序波形图 五 实训过程注意事项五 实训过程注意事项 1 接线时要注意电路图中各引脚的编号 连接时不要接错 2 手动施加 0 1 输入电平时要注意开关动作的稳定性和可靠性 要避免开关的抖动 3 思考 1 试根据 JK 触发器给定的输入信号波形画出与之对应的输出端的波形 2 试写出 JK 触发器的约束方程 并说明哪个是复位端 哪个是置位端 实训实训 9 D 触发器及其应用触发器及其应用 一 实训目的一 实训目的 1 通过实训熟悉 D 触发器的逻辑功能 特点 2 掌握集成触发器的使用方法和逻辑功能的测试方法 3 熟悉触发器之间相互转换的方法 二 素材准备二 素材准备 数字电子实验平台 74LS74 CC4013 74LS00 三 实训内容三 实训内容 1 测试双 D 触发器 74LS74 逻辑功能 在输入信号为单端的情况下 D触发器用起来最为方便 其状态方程为 其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿 故又称为上升沿触发的边沿触发 nn DQ 1 器 触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态 D触发器的应用很广 可用作数字信号 的寄存 移位寄存 分频和波形发生等 有很多种型号可供各种用途的需要而选用 如双 D 74LS74 CD4013 四D 74LS175 CD4042 六D 74LS174 CDl4174 八D 74LS374 等 图1为双D74LS74的引脚排列和逻辑符号 其功能表如表1所示 S S R R C1C1 D D RDSD CPCPD QQ S S R R C1C1 D D RDSD CPCPD QQ 图1 74LS74双D触发器引脚功能及逻辑符号 2 触发器之间的相互转换 在集成触发器的产品中 每一种触发器都有自己固定的逻辑功能 但可以利用转换的 方法获得具有其它功能的触发器 若将D触发器的与D端相连 便转换成触发器 如Q T 图2所示 图2 D触发器转换为触发器 T 表1 JK触发器的逻辑真值表 输入输出 D R D SCPD 1 n Q 1 n Q 10XX10 01XX01 00XX 11 110 11 001 11 X n Q n Q 表2 触发器的逻辑真值表 T 输入输出 D R D SCP T 1 n Q 01XX0 10XX1 11 0或1翻转 3 乒乓球练习电路 电路功能要求 模拟二名运动员在练球时 乒乓球能往返运转 提示 采用双 D 触发器 74LS74 设甲运动员是触发器 Q1 输出 乙运动员是触发器 Q2 输出 甲击球时 Q2 有输出 乙击球时 Q1 有输出 模拟乒乓球练习的电路设计是在 Q1 和 Q2 两个输出状态互为相反的条件下进行的 即由 Q1 和 Q2 代表的乒乓球不能同时为 1 和同时为 0 因此先应预置触发器的输出状态 使 Q1 0 Q2 1 四 实训步骤四 实训步骤 1 测试双 D 触发器 74LS74 逻辑功能 1 测试 的复位 置位功能 D R D S 任取一片 D 触发器 使 D 端接逻辑开关输出插口 CP 端接单次脉冲源 D R D S 端接至逻辑电平显示器的输入插口 要求改变 D CP 处于任意状态 QQ和 D R D S 并在 0 1 或 0 1 作用期间任意改变 D 及 CP 的状态 观察 D R D S D S D R 状态 按表 3 要求记录之 QQ和 表 3 D 触发器的复位置位功能表 输入输出 D S D RCPD 1 n Q 1 n Q 01XX 10XX 00XX 2 测试 D 触发器的逻辑功能 按表 4 要求进行测试 并观察触发器状态更新是否发生在 CP 脉冲的上升沿 即由 0 1 记录之 表 4 D 触发器的逻辑真值表 1 n Q DCP 0 n Q1 n Q 0 10 1 0 0 11 1 0 2 触发器之间的相互转换 将 D 触发器的与 D 端相连 便转换成触发器 验证表 2 的结果 Q T 3 乒乓球练习电路 设计电路图如下 RS 触发器 甲运动员 乙运动员 双D 触发器 CP时钟脉冲 Q1输出 Q2输出 其工作波形如下 按照上述电路图进行连接 观