数字电路逻辑设计试验讲义教材

1、数字电路逻辑设计实验讲义喻嵘 王艳庆 丁杰 张莉 叶小丽 陈燕彬 编内容提要本实验讲义根据最新制定的实验教学大纲， 由南昌大学信息工程学院电子信息工程系几 位多年从事数字电路逻辑设计课程教学的老师合编而成。 可用于电子信息工程专业、 通信工 程专业数字电路逻辑设计实验课程的实验指导教材。实验教学内容包括三大部分： 基础性实验、 比较复杂并要求学生独立思考的设计性实验、 自选设计课题的综合设计性实验。 内容涵盖了数字电路的大部分基础知识， 包括常用的组合 逻辑电路、 时序逻辑电路和脉冲电路的验证和设计， 以及这些基础数字电路的在实际系统中 的综合应用。实验一 用 SSI 设计组合电路和冒险现象观

2、察 实验二 MSI 组合功能件的应用 4. 911实验三 集成触发器的应用第一信号鉴别电路的设计 实验四 用集成移位寄存器实现序列检测器 实验五 MSI 时序功能件的应用 13实验六 序列信号发生器 18实验七 555 定时器及分频电路 22实验八 D/A 转换器 25附录：实验芯片引脚排列图 30ii实验一 用 SSI 设计组合电路和冒险现象观察一、实验目的1掌握用 SSI 设计组合电路及其检测方法 ;2观察组合电路的冒险现象。二、实验原理使用小规模集成电路 （SSI）进行组合电路设计的一般过程 : 1根据任务要求列出真值表 ;2通过化简得出最简逻辑函数表达式 ;3选择标准器件实现此逻辑函数

3、。逻辑化简是为了使电路结构简单和使用器件较少， 要求逻辑表达式尽可能简化。 但由于 实际使用时要考虑电路的工作速度和稳定可靠等因素， 在较复杂的电路中， 还要求逻辑清晰 易懂， 所以是在保证速度、稳定可靠与逻辑清楚的前提下，尽量使用最少的器件，以降低成本。组合逻辑设计过程通常是在理想情况下进行的， 即假定一切器件均没有延迟效应。 但是 实际上并非如此，信号通过任何导线或器件都需要一个响应时间。例如，一般中速 TTL 与 非门的延迟时间为 10 一 20ns。而且由于制造工艺上的原因， 各器件的延迟时间离散性很大， 往往按照理想情况设计的逻辑电路， 在实际工作中有可能产生错误输出。 一个组合电路

4、， 在 它的输入信号变化时。输出出现瞬时错误的现象称为组合电路的冒险现象。组合电路的冒险现象有两种，一种称为函数冒险（即功能冒险 ），另一种称为逻辑冒险。函数冒险： 当电路有两个或两个以上变量同时发生变化时， 变化过程中必然要经过一个 或数个中间状态， 如果这些中间状态的函数值与起始状态和终了状态的函数值不同， 就会出 现瞬时的错误信号。是函数本身固有的。逻辑冒险： 在一个输人变量发生变化时， 由于各传输通路的延迟时间不同导致输出出现 瞬时错误。本实验通对逻辑冒险中的静态 0 型冒险现象的观察和修正， 说明组合电路的逻辑冒险的 出现的原理及对策。静态 0型冒险：在输出恒等于 1时，出现瞬时 0

5、 输出的错误现象。分析和判断：1对于函数的与或表达式，可以通过对除变量A 以外的其他变量逐个进行赋值，若能使表达式出现F A A时，则表示电路在变量 A 发生变化时可能存在 0 型冒险。增加校正项，该校正项就是被赋 值各变量的乘积项。使其改变成 F A A 1 1 来消除。2对于函数的卡诺图，分析发现若有两个被圈项的圈相切，相切部分之间相应的变量 发生变化时， 函数可能存在冒险现象。 消除该险象的方法是增加把其两个相切部分圈在一起 的一个圈项。3由与非门组成的逻辑图中，若变量A 通过两条传输路径 （分别经过的门数量差为奇数)后，驱动同一个门电路，若在给其他各变量赋一定的值后，使这两条路径是畅通

6、的。则A 变量发生变化时，可能会出现冒险现象。假定每个门的平均传输延迟时间均为ltpd 那么两条路径经过门的数量差就是险象脉冲的可能宽度。根据不同情况还可以采取下述方法消除各种冒险现象。 1由于组合电路的冒险现象是在输入信号变化过程中发生的，因此可以设法避开这一 段时间，待电路稳定后再让电路正常输出。具体办法有 :(1) 在存在冒险现象的与非门的输入端引进封锁负脉冲。当输入信号变化时，将该门封 锁( 使门的输出为 1)。(2) 在存在冒险现象的与非门的输入端引进选通正脉冲选通脉冲不作用时，门的输出为 1,选通脉冲到来时，电路才有证常输出，显然，选通脉冲必须在电路稳定时才能出现。( 3)由于冒险

7、现象中出现的干扰脉冲宽度一般很窄，所以可在门的输出端并接一个几百皮法的滤波电容加以消除， 但这样做将导致输出波形的边沿变坏， 这在有些情况下是不允许 的，仅用于低速电路。实际设计中应当注意组合电路的冒险现象，当设计出一个组合逻辑电路后,首先应进行分析是否存在冒险可能。 如果应用于较高要求场合， 则应先行在静态测试 (按真值表依次改 变输人变量 ,测得相应的输出逻辑值，验证其逻辑功能)后进行动态测试，观察是否存在冒险。然后根据不同情况分别采取消除险象的措施。4 位代码 A1,A2,A3,A4 的输入端和一 (例如 1011)。当用钥匙开箱时三、实验任务1设计一个保险箱的数字代码锁，该锁有规定的个

8、开箱钥匙孔信号 E 的输人端，锁的代码由实验者自编(E 1)，如果输入代码符合该锁规定代码，保险箱被打开(Z1 1)。如果不符、电路将发出报警信号 (Z2=1) 要求使用最少数量的与非门实现电路。检测并记录实验结果。提示 :实验时锁被打开或报警可以分别使用两个发光二极管指示电路显示示意。代码需要使用的反相器外，最简设计仅需使用 5 个与非门。2按表 1-1 设计一个逻辑电路(1)输入信号仅提供原变量，要求用最少数量的2 输入端与非门，画出逻辑图 ;(2)搭试电路，进行静态测试，验证逻辑功能，记录测试结果;(3) 分析输入端 B 、C、D 各处于什么状态时能观察到输入端A 信号变化时产生的冒险现

9、象;(4) 估算此时出现的干扰脉冲宽度是门平均传输延迟时间1tpd 的几倍。(5) 在 A 端输人 f=100kHz 一 lMHz 的方波信号 ; 观察电路的冒险现象，记录 A 和 Y 点的 工作波形图。(6) 观察用增加校正项的办法消除由于输入端A 信号变化所引起的逻辑冒险现象。画出此时的电路图，观察并记录实验结果。表 1-1ABCDYABCDY000001000000010100100010110100001111011101000110010101011011011011110101110111113使用与非门设计一个十字交叉路口的红绿灯控制电路，检测所设计电路的功能，记 录测试结果。图

10、 1-1 是交叉路口的示意图，图中 A、B 方向是主通道， C、D 方向是次通道，在 A 、 B、 C、D 四通道附近各装有车辆传感器，当有车辆出现时，相应的传感器将输出信号1，红绿灯点亮的规则如下：（1）A、B 方向绿灯亮的条件：a） A 、B、C、 D 均无传感信号 b）A、B 均有传感信号（c）A 或 B 有传感信号，而C和D 不是全有传感信号（ 2）C、D 方向绿灯亮的条件：（ a） C、D 均有传感信号，而A和B 不是全有传感信号D（ b）C 或 D 有传感信号，而A 和B 均无传感信号四、实验设备与器材1二踪示波器AB2脉冲信号发生器A3晶体管直流稳压电源4通用实验台5主要集成电路

11、 :7400四 2与非门 2片;7420双 4与非门 1片。C五、实验报告要求图 1-11写出任务的设计过程 （包括叙述有关设计技巧 ），画出设计电路图 ; 2记录检测结果，并进行分析 ;3观察冒险现象的工作波形。六、思考题设每个门的平均传输延迟时间是1tpd ，试画出图中电路在输入 A 信号发生变化时，各点的工作波形。A实验二 MSI 组合功能件的应用、实验目的掌握数据选择器、译码器和全加器等 MSI 的使用方法； 熟悉 MSI 组合功能件的应用。、实验原理中规模集成电路（ MSI ）是一种具有专门功能的集成功能件。常用的 MSI 组合功能件 有译码器、编码器、数据选择器、数据比较器和全加器

12、等。借助于器件手册提供的功能表， 弄清器件各引出端（特别是各控制输入端）的功能与作用，就能正确地使用这些器件。 在此 基础上应该尽可能地开发这些器件的功能， 扩大其应用范围。 对于一个逻辑设计者来说， 关 键在于合理选用器件， 灵活地使用器件的控制输入端， 运用各种设计技巧， 实现任务要求的 电路功能。在使用 MSI 组合功能件时，器件的各控制输入端必须按逻辑要求接入电路，不允许悬 空。数据选择器T4153 是一个双 4 选 1 数据选择器，其逻辑符号如图 2-1 所示，功能表见表 2-1。其中 D0、D1、D2、D3为 4个数据输入端； Y 为输出端； S是使能端，在 S 0时使能，在 S

13、1时Y 0； A1、A 0是器件中两个选择器公用的地址输入端。该器件的逻辑表达式为Y S（A1A0D0 A1 A0 D1 A1A0D2 A1A0D3）控制输入输出A1A0SY10000D0010D1100D2110D3表 2-1 T4153 功能表X图 2-1 T4153 逻辑符号XXXXXXXC图 2-2 实现 8 选 1 选择器功能图 2-3 实现全加器功能数据选择器是一种通用性很强的功能件， 它的功能很容易得到扩展。 4选 1数据选择器经如图 2-2 所示的组合，很容易实现 8 选 1 选择器功能。 使用数据选择器进行电路设计的方法是合理地选用地址变量，通过对函数的运算，确 定各数据输入

14、端的输入方程。例如，使用 4 选 1 数据选择器实现全加器逻辑的连线图如图 2-3所示。再如，利用 4选 1数据选择器实现有较多变量的函数Y ABD ABE ABC ABDE ABF ABC ABF从函数表达式可以看出，各乘积项均包含有 A 和 B 两个变量，可将表达式整理得Y AB(D E) AB(C DE) ABF AB(C F)ABDE ABCDE ABF ABCF 此表达式可用图 2-4 所示的电路实现。 从上述例子中可见，数据选择器的地址变量一般的选择方式： 选用逻辑表达式各乘积项中出现次数最多的变量(包括原变量与反变量) ，以简化数 据输入端的附加电路；选择一组具有一定物理意义的量

15、。2译码器 译码器可分为两大类，一类是通用译码器，另一类是显示译码器(此类译码器参见附录三，本实验将不做讨论)BIN/OCT010 T4138121232344&EN55667图 2-4 实现函数 图 2-5 T4138 逻辑符号Y ABD ABE ABC ABDE ABF ABC ABFT4138 是一个 3 线 -8 线译码器，它是一种通用译码器，其逻辑符号如图 2-5 所示，表 2-2 是其功能表。其中， A2、A1、A0 是地址输入端， Y0、Y1、 Y7 是译码输出端， S1、 S2、S3 是使能端，当 S1 1,S2 S3 0时，器件使能。3 线 -8 线译码器实际上也是一个负脉冲

16、输出的脉冲分配器。若利用使能端中的一个输入端输入数据信息，器件就是成为一个数据分配器。例如，若从S1 输入端输入数据信息，S2 S3 0 ，地址码所对应的输出是 S1 数据信息的反码；若从 S2 输入端输入数据信息，S1 1，S3 0，地址码所对应的输出就是数据信息 S2 。译码器的每一路输出，实际上是地址码的一个最小项的反变量，利用其中一部分输出 端输出的与非关系，也就蛇们相应最小项或逻辑表达式，能方便地实现逻辑函数。与数据选择器一样，利用使能端能够方便地将两个3 线-8 线译码器组合成一个 4 线-16线的译码器。表 2-2 T4138 功能表输入输出S1S2 S3A2A1A0Y0Y1Y2

17、Y3Y4Y5Y6Y7100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111100111111111111111113全加器T4183 是一个双进位保留全加器，其逻辑符号如图 2-6 所示。其中， A n和 Bn分别为被 加数和加数的数据输入端， Cn是低位向本位进位的进位输入端， Fn是和数输出端， FCn+1 是 本位向高位进位的进位输出端。逻辑方程是FnAn Bn CnAn Bn CnAn BnCnAnBnCnFCn 1 AnBn AnCn

18、BnCnT4283 是一个数位二进制超前位全加器，其逻辑符号如图 2-7 所示，其中 A 3、A2、A1、 A0和 B3、B2、B1、B0分别是被加数和加数（两组 4位二进制数）的数据输入端， Cn是低位 器件向本器件最低位进位的进位输入端，F3、F2、F1、 F0 是和数输出端， FCn+1 是本器件最向位向高位器件进位的进位输出端。二进制全加器可以进行多位连接使用，也可组成全减器、补码器或实现其它逻辑功能 等电路。日常习惯于进行十进制的运算，利用 4 位二进制全加器可以设计组成进行 NBCD 码的 加法结果相同， 但若两个相加数的和大于或等于 1010 时，由于 4 位二进码是逢十六进一的

19、， 而 NBCD 码是逢十进一的， 它们的进位数相差六， 因此 NBCD 加法运算电路必须进行校正， 应在电路中插入一个校正网络，使电路在和数小于或等于 1001 时，校正网络不起作用（或 加一个 0000 数），在和数大于或等于 1010时，校正网络使此和数再加上一个 0110 数，从而 达到实现 NBCD 码的加法运算的目的。15111412CIT4283CO1310图 2-8 输血者血型与受血者血型关系示意图图 2-6 T4183 逻辑符号图 2-7 T4283 逻辑符号利用两个 4位二进制全加器可以组成一个 1位NBCD 码全加器，该全加器应有进位输入端和进位输出端，电路由读者自行设计

20、。三、预习思考题什么是异或门、 半加器和全加器？用两个 异或门和少量 与非门组成 1位全加器， 画出 其电路图；利用 T4153 设计一个 1 位二进制全减器，画出电路边线图； 利 用 一 个 3-8 线 译 码 器 和 与 非 门 ， 实 现 一 个 三 变 量 函 数 式Y ABC ABC ABC ABC 。四、实验任务（一）利用 4 选 1 数据选择器设计一个表示血型遗传规律的电路， 画出设计电路图， 检测并 记录电路功能。父母和子女之间的血型规律如表 2-3 所示， 其中父母血型栏中若仅有一项是非功过， 则 表示父母是同一种血型。使用一个 3 线-8 线译码器和与非门设计一个 1 位二

21、进制全减器，画出设计逻辑图， 检测并记录电路功能。利用两个 4 位二进制全加器和与非门，设计一个 1 位 NBCD 码的全加器，画出设计 电路图，检测电路功能。记录下列运算式的实验结果：0000+0100 ，0111+0010，0100+0110，0101+0111， 1000+0111，1001+1001。（二）利用一个 4 选 1 数据选择器和最少数量的与非门， 设计一个符合输血一受血规则的 4 输入 1 输出电路。检测所设计电路的逻辑功能。人类有四种基本血型 A、B、AB 和 O 型。输血者与受血者的血型必须符合下述规 划：O 型血可以输给任意血型的人，但 O 血型的人只能接受 O 型血

22、； AB 型血只能输给 AB 血型的人，但 AB 血型的人能接受所有血型的血； A 型的人，而 A 血型的人能接受 A 型血 和 O 型血； B 型血型血和 O 型血（其示意图见图 2-8 ）。表 2-3 父母和子女之间的血型规律父母血型子女血型OABABOABAB10001000010011000010101000010111110011001010101010010110011011110101011100110111设计一个 4 位二进制加法 /减法器电路（仅要求适用于两数差大于或等于0 的情况），检测电路功能。提示：两数相减相当于被减数与减数的补码（即取反后加1）相加。电路应有一个运算

23、控制端 M ，用来控制电路实现加法或减法运算。 五、实验设备与器材晶体管直流稳压电源通用实验底板万用电表及工具主要器材： T4153 2只， T4138 2只，T4183 2只， T40000 1 只，T4020 1只， T4086 1 只。六、实验报告要求 每个实验任务必须写出设计过程，画出设计逻辑图，附有实验记录，并对结果进行分 析。七、思考题利用一只双 4 选 1 数据选择器和一只四 2 输入端与非门，实现一个 8 选 1 数据选择 器功能。利用两个 3 线-8 线译码器，构成一个 4线-16线译码器。利用 4 位二进制全加器，实现 NBCD 码与余 3 码之间的变换。设计一个 4 位二

24、进制加法 /减法电路，输出用原码表示，运算结果应有符号位指示数 字的正、负值。实验三 集成触发器的应用第一信号鉴别电路的设计一、实验目的1掌握集成触发器的使用方法和逻辑功能的测试方法 2学习并掌握第一信号鉴别电路，又称作抢答器的设计方法二、第一信号鉴别电路的工作原理图 3-1 所示，为由 4 个 JK 触发器组成的第一信号鉴别电路，用以判别S0S3 送入的 4个信号中，哪一个信号最先到达，其工作过程如下：开始工作前，先按复位开关 SR， FF0 FF3都被置 0，Q0 Q3都输出高电平 1，发光二极管 LED 0LED 3不发光。这时， G1输入都为高电平 1，G2输出 1，FF0FF3的J=

25、K=1 ，这 4 个触发器处于接收输入信号的状态。在S0S3的 4 个开关中，如 S3 第一个按下时，则 FF3首先由 0 状态翻到 1 状态， Q3 =0，这一方面使发光二极管 LED 3发光，同时使 G2输出 0，这时 FF0FF 3 的 J 和 K 都为低电子 0，都执行保持功能。 因此，在 S3 按下后， 其它三个开关S0S2，任一个再按下时， FF0FF 2的状态不会改变，仍为 0 状态，发光二极管 LED 0LED 2 也不会亮，所以，根据发光二极管的发光可判断开关S3 第一个按下。如要重复进行第一信号判别时，则在每次进行判别前应先按复位开关SR，使 FF0FF3处于接收状态。图

26、1 所示电路又称作抢答器。图 3-2 是由 D 触发器实现的 4 人抢答器，请同学自行分析其工作过程。三、预习要求1复习 RS、D 、JK 触发器的逻辑功能和触发方式2分析图 1和图 2所示第一信号鉴别电路，又称作抢答器的工作原理 3熟悉本试验所用器件，如 74LS000、 74LS020、74LS074 的功能管脚排列 4设计 4 人抢答电路，画出电路原理图及由实验室提供的器件所组成的接线图，在实 验前必须按以上要求写出预习报告。S1D1S2D2R11R2R3R4S3D3S4D4RDCP请0VD1VD2VD3VD4Q1Q2Q2Q1Q4Q474LS175Q 3Q3CP 1KHZ 脉冲四、实验任

27、务图 3-24 人抢答电路用D触发器和与非门设计智力竞赛 4人抢答电路， 设有4个开关（S0S3），另有 4个指 示灯，第一抢答者 （第一个按下开关时） 所对应的指示灯亮， 其它三个开关任一个再按下时， 其它三个指示灯也不会亮。五、实验设备与器材1试验组合箱一台2 74LS000 四 2 输入与非门 一片3 74LS020 双四输入与非门 一片4 74LS074 双上升沿 D 触发器 两片六、实验报告要求按任务要求设计电路并画出试验电路图，简述工作过程，记录测试结果并对结果进行分析。10实验四 用集成移位寄存器实现序列检测器一、实验目的 1掌握移位寄存器的使用方法和逻辑功能的测试方法。 2掌握

28、序列检测器的设计方法。二、实验原理 在数字系统中能寄存二进制信息，并进行移位的逻辑部件称为移位寄存器。根 据移位寄存信息的方式有：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四种形式， 按移位方向有左移、右移两种。本实验采用四位双向通用移位寄存器，型号为74LS194，它是一种用途广泛的集成移位寄存器，是由四个触发器和一些门电路组成的四位双向移位寄存器其逻辑符号如图 4 1所示， A、B、C、D 为 并行输入端； QA、QB 、 QC、 QD 为并行输出端： DSR 为右移串行输入端； DSL 为左移串行输入端； S1、S2 为操作模式控制端； CR 为异步清零端； CP 为时钟输入端。寄存器有四种

29、不同操作模式： 并行寄存； 右移（方向由 QAQD）；左移（方向 QDQA ）；图 4-1 74LS194 的逻辑符号保持。 S1、S2和 CR 的作用如表 41所示。移位寄存器应用很广，可构成移位寄存型计数器；顺序脉冲发生器；串行累加 器；可用作数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把半行数据转换为串行数 据等。本实验研究移位寄存器用作序列检测器的情况。三、预习要求 1复习移位寄存器的逻辑功能。熟悉本实验所用器材，如 74LS000， 74LS194 的功能及管脚排列。 2设计 1011 序列检测器，画出由提供的器件所组成的电路接线图。 在实验前，必须按以上要求写预习报告。四、实验任务 用

30、移位寄存器和与非门设计一个 1011 序列检测器。 电路连续不停地工作， 对串 行输入的序列进行检测， 当连续检测 4 个码元符合检测码 1011 时，检测器输出为 1， 指示灯亮，其他情况下输出为 0，指示灯灭。对串行输入的序列 1011011001001011 进行检测，并记录检测结果。五、实验设备与器材1实验组合箱一台 2主要器材 74LS000（四 2 输入与非门）一片、 74LS020（双 4 输入与非门） 一片 、 74LS194 （4 位双向移位寄存器）一片六、实验报告要求 根据设计要求，画出实验电路图，简述工作过程，记录测试结果并对结果进行分析。11表 4-1 74LS194

31、的功能表输入输出说明CRS1S0CPDSLDSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q300000置零10保持111d0d1d2d3d0d1d2d3并行置数10111Q0Q1Q2右移输入 110100Q0Q1Q2右移输入 01101Q1Q2Q31左移输入 11100Q1Q2Q30左移输入 0100保持12实验五 MSI 时序功能件的应用一、实验目的1掌握集成计数器和双向移位寄存器的使用方法； 2熟悉中规模集成电路（ MSI ）时序功能件的应用 3熟悉显示译码器和数码管的使用方法二、实验原理 中规模集成电路（ MSI ）时序功能件常用的有计数器和移位寄存器等，借助于器材手册 提供的功能表和工作波形图，

32、就能正确的使用这些器材。 对于一个使用者， 关键在于合理地 选用器材， 灵活地使用器材的各控制输入端， 运用各种设计技巧， 完成任务要求的功能并要 求在使用 MSI 器件时，各控制输入端必须按照逻辑要求接入电路，不允许悬空。集成计数器的种类很多，异步计数器的主要产品有 2-5-10 进制计数器； 2-8-16 进制计 数器，双十进制计数器和双 4 位二进制计数器等。同步计数器的主要产品有十进制计数器， 二进制可逆计数器， 4 位二进制可逆计数器等， 异步计数器具有电路简单和使用方便等优点， 但是工作速度较低； 同步计数器的工作速度高， 所以应用领域广阔， 其电路结构分为同步预 置和异步预置两种

33、。常用的计数器如表 5-1 所列。表 5-1器件名称型号相近型号计数脉冲边沿清除置数二-五-十进制异步计数 器T4290T210直接同步十进制可预置同步计数器T4160T216直接同步四位二进制可预置同步 计数器T4161T214直接直接十进制可预置同步加 / 减 计数器T4190/直接4 位二进制可预置同步 加/减计数器T4191/直接十进制可预置同步加 / 减 计数器（双时钟）T4192T217双时钟，不使用时钟端 置1直接直接4 位二进制可预置同步 加/减计数器（双时钟）T4193T215直接直接注： T210 与 T4290 引出端排列不同74LS161 型 4 位二进制同步计数器是一

34、种可预置同步加法计数器，其外型封装、 引脚功能强大，功能表与 74LS160 相同；本实验内容采用 74LS161 型 4位二进制同步计数器设计。下面仅以 74LS161 为例，通过对几个较典型的集成计数器功能和应用的介绍，帮助读者认识提高借助产品手册上给出的功能表，正确而灵活运用集成计数器的能力。174161 的功能介绍为十进制可预置同步计数器，其逻辑符号如图 5-1 所示，功能表如表 5-2 所示。13图 5-1 74LS161 的逻辑符号表 5-2 74LS161 的功能表输入输出说明CRLDCTP CTTCPD3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q0CO00 0 0 00异步置 0C

35、O=CT T Q3Q2Q1Q0 CO= Q3Q2Q1Q0CO=CT T Q3Q2Q1Q010d3 d2 d1 d0d3 d2 d1 d0111 1计数110 保持110保持0计数器有下列输入端：异步清零端 CR（低电平有效） ，时钟脉冲输入端 CP，同步并行置入控制端 LD （低电平有效），计数控制端 CTT 和 CTP，并行数据输入端 D0D3，它有下 列输出端；四个触发器的输出 Q0-Q3 ，进位输出 CO。根据功能表，可看出 74161 具有下列功能：（1）异步清零功能 若CR=0（输入低电平） ，则不管其他输入端（包括 CP端）如何， 实现四个触发器全部清零。由于这一清零操作不需要时钟

36、脉冲CP 配合（即不管 CP 是什么状态都行），所以称为“异步清零” 。（2）同步并行置数功能在CR=1且LD =0的前提下，在 CP上升沿的作用下，触发器 QO Q3分别接收并行数据输入信号 d0d3，由于这个置数操作必须有 CP 上升沿配合并 与 CP 上升沿同步，所以称为“同步”的。由于四个触发器同时置入，所以称为“并行”的。（3）同步十六进制加计数功能在CR=LD =1的前提下，若计数控制器 CTT=CTP=1，则对计数脉冲 CP 实现同步十六进制加计数。这里， “同步”二字既表明计数器是“同步” 而不是“异步”结构，又暗示各触发器动作都与CP（上升沿）同步。（4）保持功能 在CR=

37、LD =1 的前提下，若 CTT.CTP=0,即两个计数控制端中至少有 一个输入 0，则不管 CP 如何（包括上升沿） ，计数器中个触发器保持原状态不变。此外，功能表指出，进位输出 CO=CT T Q0 Q1Q2Q3 这表明：进位输出端通常为 0，仅 当计数控制端 CT T=1且计数器状态为 15 时它才为 1。综上所述， 74161 是具有异步清零功能的可置数十六进制同步计数器。14CRLDD0D1D2D3CPCT PCTTQ0Q1Q2Q3CO12同步0异步 清零 置数13 14 15 0 1加法计数2保持图 5-2 工作波形图2 74161 的应用利用输出信号对输入端的不同反馈（有时需附加

38、少量的门电路） ，可以实现任意进制的计 数器。（1）清零法 例 1 试用 CT74LS161 构成十二进制计数器。解：写出 S12 的二进制代码， S12=1100 写出反馈归零函数。由于 CT74LS161 的异步置 0 信号为低电平有效，因此，CR Q3Q2 画连线图。由上式可知，对CT74LS161而言，要实现十二进制计数器， 应在 CT74LS161 输出端和异步置 0 输入端之间加一片与非门。连线图如图5-3 所示。图 5-3 用 CT74LS161构成十二进制计数器 （2）置数法（反馈置数法）置数法与清零法不同，它是利用中规模集成器件置数功能，以置入某一固定的二进制 数值的方法实现

39、模值为 M 的计数器。置数操作可以在电路的任何状态下进行。15利用反馈置数法获得 M 进制计数器的方法如下： 写出计数状态的二进制代码。利用同步置数端获得 M 进制计数器时，写出 SM-1 对应 的二进制代码。 写出反馈置数函数。这实际上是根据SM-1 写出置数端的逻辑表达式。 画连线图。主要根据反馈置数函数画连线图。 画出状态转换图。 例 2 试用 CT74LS161 构成十进制计数器解： CT74LS161 设有同步置数控制端，可利用它来实现十进制计数。设计数从 Q3Q2Q1Q0=0000 状态开始计数，由于采用反馈置数法获得十进制计数器，因此应取 D3D2D1D0=0000。采用置数控制

40、端获得 M 进制计数器一般都从 0 开始计数。 写出 SM-1 的二进制代码为SM-1 = S10-1S9=1001 写出反馈置数函数。由于计数器从 0 开始计数，因此，反馈置数函数为 LD Q3Q0 画连线图。根据上式和置数的要求画十进制计数器的连线图，如图5-4（ a）所示。 画状态转换图如 5-5 （a）所示。图 5-4 用 CT74LS161 构成十进制计数器的两种方法（a）用前 10个有效状态； （b）用后 10 个有效状态(a)（b）图 5-5 CT74LS161 计数状态转换图（a） 利用前 10 个有效状态的状态转换图 （b） 利用后 10 个有效状态转换图图 5-4（a）是利

41、用 4位自然二进制数的前 10个状态 00001001 来实现十进制计数的， 如利用 4 位自然二进制数的后 10 个状态 01101111 实现十进制计数时，则数据输入端输入 的数据应为 D3D2D1D0=0110，这时从 CT74LS161 的进位输出端 CO 取得反馈置数信号，电 路如图 5-4（b）所示。状态转换图如 5-5 （b）所示。这种置数方法，其电路结构是固定结 构，在改变模值 M 时，只需要改变置入输入端 D3D0 的输入数据即可，若是同步置数，其 置入输入数据数为（ 2n-M ）的二进制代码，这种由满值输出作为置数控制信号，一般计数16顺序不是从 0000 开始。三、实验任

42、务1用一块 74LS161 和一块 74LS00 实现（1）0-9 循环计数（用 CR端实现）；（2）0-9循环计数（用 LD 端实现）； 画出连线图，用数码管显示电路输出，观察在 CP 脉冲作用下输出的变化情况。 2用两块 74LS161 和一块 74LS00 实现数字钟的“分”电路： 0059 循环计数。 画出连线图，使用仪器上的数码显示电路输出，观察在脉冲作用下输出的变化情况。四、注意事项在做实验内容 2时，由于两块 74161的级连， 线很多，稍有不慎就会出错， 如果没有经 验就很难查出错误，因此插线时，应首先完成“分”个位 74161 的“ 0-9 循环计数”，并输 入 CP 脉冲验

43、证是否正确；然后再将“分”个位 74161 和 74161 级连起来，实现“ 00 59 循环计数”。在观察分钟的波形时，由于 60 进制的波形在示波器上很难观察清楚，因此，可以分成 个位上的十进制和十位上的六进制来观察。 因为个位上的每个周期中都包含有个位上的十进 制，所以分钟电路观察两组波形：第一组：周期 1 分钟的时钟脉冲；Q0 （个位计数器）Q1 （个位计数器） Q2 （个位计数器） Q3 （个位计数器）第二组：个位计数器的进位作为六进制的时钟； Q0 （个位计数器） Q1 （个位计数器） Q2 （个位计数器）四、实验仪器与器材数字实验箱 1 台 74LS161 两片 74LS000

44、一片五、实验报告要求1画出实验电路图，对实验记录进行分析2设计性任务要写出设计过程（包括设计技巧） ，并画出逻辑图。17实验六 序列信号发生器一、实验目的 1了解中规模器件的逻辑功能和使用方法。 2学习并掌握序列信号发生器的设计方法。二、实验原理 在数字系统中经常需要一些串行周期性信号，这种信号在每个循环周期中， 1 和 0 数码 按一定的规则顺序排列， 这就是序列信号。 将序列信号的每个循环周期中所含有的码元位数 称为循环长度 （或序列长度） M，也称为序列周期 M 。序列信号在雷达、 通信、 遥控与遥测、 测量以及无线电仪表等领域都有着广泛应用。例如， 在通信设备中， 经常需要产生一组规则

45、码，用来调机或检修设备； 在通信系统中的同步需要产生一组特定的二进制序列信号来表示 一组信息的开始或终止等等。产生序列信号的电路称为序列信号发生器。 序列信号发生器通常可以在移存器或计数器 的基础上构成， 前者只产生一组序列信号， 后者可以产生一组或多组序列信号， 下面分别讨 论它们的设计方法。1 移存型序列信号发生器移存器型序列信号发生器的实现框图如图 6-1 所示。 图中，移位寄存器作为主要存储部 件，将所要产生的长度为 M 的序列信号， 按移存规律， 组成 M 个状态组合， 完成状态转移， 而反馈电路的作用是检测移存器的现态， 产生 0 或 1的输出， 输至移存器以便得到相应的次 态,使

46、电路输出给定的序列信号。移位寄存器反馈电路。 。 。 QnCP图 6-1 移存器型序列信号发生器框图例如，设计产生序列信号 00011101 的移存器型序列信号发生器。首先根据序列信号的 长度 M=8 ，因此确定移位寄存器的位数 n3。若选择 n=3，则将序列信号依次取 3 位码元， 构成 8 个状态的循环，如表 6-1 所示。由于状态转移符合移存规律， 因此只需设计输入第 1 级的激励信号。 通常采用 D 触发器 构成移位寄存器，由表 6-1 可得 D1 Q3Q2 Q3Q1 Q3Q2 Q1则序列信号可以从任一触发器的 Q 端输出，其设计电路如图 6-2 所示。186-1 状态转换真值表和激励

47、表Q3 Q2Q1Q3n+1Q2n+1Q1n+1D100000110010111011111111111001101011101010001010001000000图 6-2 产生序列信号 00011101 的移存器型序列信号发生器2计数器型序列信号发生器由计数器构成的序列信号发生器框图如图 6-3 所示，它是在同步计数器的基础上加上输 出组合电路构成的。举例说明。要求产生 11 位巴克码序列 00100011101 的计数器型序列信号发生器，由于序列长度M=11 ，则利用同步计数器 74LS161 ，采用反馈置数法， 构成模 11的计数器。 其状态转换为：0000 0001 0010 0011

48、 010001011010100110000111 011019表 6-2这样输出 F 将在时钟 CP 的作用下产生相应的序列信号。 这里必须指出，由于输出是组合电路，因此在输出的序列中有可能有“冒险”的毛刺。这种冒险无法采用设计措施消除，可以采用时钟脉冲作为“取样”脉冲来消除冒险。 另外也可以利用数据选择器与计数器配合 ，灵活地构成任意循环长度和任意的脉冲序 列。实现框图如图 6-5 所示。四位计数器提供 16选 1数据选择器的地址输入， 而输入数据通道依据所要求产生的脉 冲序列接固定电平，这样便可产生循环长度为 16 的脉冲序列，每个码元宽度等于计数脉冲 CP 的周期。20假如序列长度为

49、N，则将计数器构成模为 N 的计数，同样相应MUX改变输入数据通道的逻辑电平值便可实现N 位的任意序列脉冲。三、预习要求1复习数据选择器和计数器的逻辑功能，以及数据选 择器的功能扩展。序D15列?输?入?D0序列输出2分析序列检测器的工作原理。A3 A2 A1 A03熟悉本实验所用器件，如74LS000、 74LS153、74LS161 的功能管脚排列。Q3 Q2 Q1 Q0四位计数器4设计产生序列信号 110100 的计数型序列信号发生 器。图 6-5 脉冲序列发生器逻辑框图四、实验內容用计数器和数据选择器配合产生序列信号110100。五、实验设备与器材1实验组合箱一台2 74LS000 四

50、二输入与非门一片， 74LS153 一片， 74LS161 一片六、实验报告要求按任务要求设计电路并画出实验电路图， 简述工作过程， 记录测试结果并对结果进行分析。21实验七 555 定时器及分频电路、实验目的1熟悉 555 定时器的应用2能够利用 555 定时器和计数器来构成分频电路。 、实验原理555 定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，利用它可以极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和自激多谐振荡器。由于使用方便、灵活， 555 定时器在自动控制、 定时、仿声、电子乐器、防盗报警等方面都得以广泛应用。1 555 定时器的电路结构和功能555 定时器电路如图 7-1 所示。它由比较器 C1和 C2、基本 RS触发器、 集电极开路的放 电三极管 T 和缓冲器 G3四部分组成。虚框外面是集成 555 定时器电路的八个引脚标号及所 对应的名称，它们分别为：脚 1接地端 GND ；脚 2触发输入端 uI1；脚 3 输出端 uO；脚 4复位端 RD ；脚 5 控制端 UCO；脚 6 触发输入端 uI2；脚 7 放电端 uO；脚 8电源端 V CC；图 7-1 555 定时器內部电路 555 定时器的功能如表 7-1