第章数字电路的与设计

第5章数字电路的分析与设计

第5章数字电路的分析与设计

5.1数字电路中的常用元件与仪器5.1.1CMOS4000系列5.1.2TTL74系列5.1.3数据转换器5.1.4可编程逻辑器件及现场可编程逻辑阵列5.1.5显示器件5.1.6调试工具5.2555定时器5.2.1555定时器的内部构成5.2.2555定时器组成的多谐振荡器5.2.3555定时器组成的单稳态电路5.3四路彩灯5.3.1核心器件74LS194简介5.3.2题目分析与设计5.3.3仿真5.3.4扩展电路5.4八路抢答器5.4.1核心器件74LS148简介5.4.2题目分析与设计5.5数字钟5.5.1核心器件74LS90简介5.5.2分步设计与仿真5.6音乐教室控制台5.6.1核心器件74LS190简介5.6.2题目分析与设计数字电路不同于模拟电路，它是以数字信为处理对象，研究各输入与输出之间的联系，实现一定的逻辑关系的电路。数字逻辑基础主要涵盖数制与编码、布尔代数及其逻辑实现、集成逻辑电路、触发器，为电路分析和设计准备基础知识；数字电路的分析和设计方法，包括组合逻辑电路、同步时序逻辑电路、异步时序逻辑电路以及脉冲产生与整形电路；可编程逻辑器件，包括ROM、PLA、PAL、GAL及在系统编程技术。本章我们以几个数字逻辑电路设计中的经典例子，来说明Proteus在数字电路的分析和设计中的强有力辅助作用。5.1

数字电路中的常用元件与仪器

由于Proteus为英文界面，这对于部分专业英文不太好的读者来说，调用各类元件是件头疼的事。我们除了在第二章把元件的分类给大家作了系统介绍外，还会在各章对各类常用元件和仪器做进一步的介绍。希望读者能够通过重复来加深记忆，熟能生巧。5.1.1CMOS4000系列

打开拾取元件对话框，在类别中位于第三的是CMOS4000series，即CMOS4000系列元件，如图5-1所示，它是一种早期生产的CMOS器件，在国外已限用，但由于这类器件比较便宜，目前我们国家使用的还比较多。图5-1CMOS4000系列元件

4000系列与74系列是对应的，比如4000系列的4511和74系列的7448对应，都是BCD到七段显示译码器，输出高电平有效，如图5-2所示。从图中可以看出，除了4、5管脚的标识和用法稍有不同外，其他管脚号及标识都一样。它们用来驱动共阴极七段数码显示。但提醒大家注意的是，它们的工作电压和逻辑电平标准并不完全一致。

图5-2BCD到七段显示译码器4511与74484000系列元件的子类划分，如图5-3所示，和74系列也是对应的，如表5-1所示。名称含义Adders加法器Buffers&Drivers缓冲器和驱动器Comperators比较器Counters计数器Decoders译码器Encoders编码器Flip-Flops&Latches触发器和锁存器FrequencyDividers&Timers分频器和定时器Gates&Inverters门电路和反相器Memory存储器Misc.Logic混杂逻辑器件Multiplexers选择器Multivibrators多谐振荡器Phase-Locked-Loops(PLL)锁相环Registers寄存器SignalSwitches信号开关另外，元件也可按生产厂家来查找，如图5-3中的Fairchild、Miccochip和TexasInstruments都是制造商的名称。图5-34000系列元件的子类5.1.2TTL74系列

TTL74系列根据制造工艺的不同又分为如图5-4所示的几大类，每一类的元件的子类都相似，比如7400和74LS00功能一样。图5-4TTL74系列

由于每一类元件众多，而对于学过数字电子技术的读者来说，对常用的元件功能代号已熟悉，可在元件拾取对话框中的“Keywords”中键入元件名称，采用直接查询的方式比较省时，如图5-5所示。图5-5直接拾取元件对话框5.1.3数据转换器

数据转换器在Proteus元件拾取对话框中的“DataConverters”类中，如图5-6所示。常用数据转换器有并行8位模数转换器(如ADC0809)、8位数模转换器(如DAC0808)、LF××采样保持器、MAX××串行数模转换器、位双斜坡AD转换器、具有I2C接口的小型串行数字湿度传感器TC74及具有SPI接口的温度传感器TC72和TC77等。可按子类来查找

图5-6数据转换器类元件拾取对话框5.1.4可编程逻辑器件及现场可编程逻辑阵列

可编程逻辑器件及现场可编程逻辑阵列位于Proteus元件拾取对话框中的PLDs&FPGAs类中，此类元件较少，没有再划分子类，一共有十二个元件，如图5-7所示。图5-7可编程逻辑器件及现场可编程逻辑阵列类元件5.斑1.违5显示忍器件数字姥电路怕分析谋与设叹计中壮常用疑的显罚示器刃件在Pr固ot醉eu蔽s元件烤拾取免对话伙框中往的Op辫to致el哄ec近tr志on驻ic裤s类中骆，如浆图5-裂8所示堤。图5-舅8显示布器件常用中的七垂段显阳示，贪元件运名的另前缀条为7S殊EG糠-，在此用到抵此类寻元件松时，败采取效部分苹查询幕方法答，直倚接在伶“Ke次yw答or劣ds汪”中输主入“7S裹EG笑-”即可堤，根药据元址件后可面的采英文网说明介来选陶取所茎需元码件。比如泪，图5-值8中右救面前么三行部列举歪的元圾件都薪是七荐段BC物D数码桂显示堤，输拼入为握四位BC额D码，收用时耗可省桶去显冶示译隆码器岸；第膊四、刻五、附六行博都是孕七段盟共阳惊极数钱码管周，输理入端夺应接列显示智译码断器74澡47。第金七、消八、嘴九行庆三个锋数码丑管都捞是七蚕段共走阴极遇接法催，使纪用时顷输入泊端应侵用接摆显示沈译码委器74巷48。我们属来仔租细看灿一下格显示湾器件骨的子源类划足分，娇如图5-唐9所示控。显锅示器阶件共秋分十业类，烂如表5-拉2所示押。图5-束9显示勤器件月的子内类名称含义7-SegmentDisplays七段显示AlphanumericLCDs数码液晶显示BargraphDisplays条状显示(十位)DotMatrixDisplays点阵显示GraphicalLCDs图形液晶显示Lamps灯泡名称含义LCDControllers液晶控制器LEDs发光二极管Optocouplers光电耦合器SerialLCDs串行液晶显示器表5-波2显示维器件捷的分追类常用项的发泪光二帆极管LE眨Ds子类确中的掠元件假如图5-君10所示称。选治用时漏要用AC份TI遥VE库中免的元唤件而帝不用DE绸VI武CE库中针的元才件，岩在本唉书中项，我宗们都熟使用污这一难规定蓄，AC岔TI疏VE库中斤的元含件是吴能动模画演涝示的音，而DE县VI雹CE是不捞能的餐，但由像一列般电祥阻就巧不需呼要动赶画演题示，蝇可用DE蔬VI赖CE库中飘的元尘件。图5-深10子类LE泳Ds中的箱器件“Ba占rg全ra盯phDi流sp荒la窄ys质”条状隶显示屠子类稀中只哲有两鸭个元榆件，柳如图5-扯11所示条。主宽要区柴别在就于颜肤色不社同，饺这个脂元件蕉相当创于十辛个LE挎D二极破管并遇排放下置在浅一起辈，管剑脚号闲小的际一端羊接高唤电平绪，管蛮脚号迟大的纺一端湖接低曲电平碧。在法多个惑发光汗二极托管共把同使赶用时繁，通紧常用李它比浆较方东便。图5-谷11条状只显示5.纲1.嫂6调试扁工具数字鄙电路特分析刘与设株计中旋常用涉的调病试工仔具在Pr滴ot继eu甩s元件愉拾取抚对话辫框中晌的“De亿bu栋gg越in罢g寄To露ol赛s”类中激，一锣共不泄到二掘十个宜，如申图5-读12所示负。其中帆最常恩用的越是逻虎辑电姜平探追测器LO荐GI逃CP表RO雨BE披[B续IG将](用在腥电路武的输妥出端)、逻影辑状鉴态LO伴GI棍CS阁TA公TE和逻贵辑电妇平翻论转LO太GI赌CT桐OG芝GL乎E(用在稳电路弓的输恼入端)。不狗妨调滋出来捉试试井看。图5-我12调试同工具上述硬讲到与的显条示元复件和哥调试六工具茅，我男们已偷经调歼出来班了一豆部分档，并披适当区地连纲了线打，如般图5-诊13所示伸。图5-霸13部分侍元件奖和调贞试工捕具的烈使用煮方法5.聚2谢5意55定坟时让器55逼5定时剥器是旷一个系非常惯有用闷的模除拟数禽字混史合器毛件，壁我们析在进辣行数岁字逻倦辑电末路设锻计时裤经常候要用垂它来顷组成溜无稳德态或违单稳取态电妹路，舌产生酿连续钩或单莫个脉舍冲。55朽5定时龄器能估在宽劝电源颠电压巩范围待内工戚作，趟可承毅受较梨大的绸负载炒电流兵。双犬极型55妖5定时吵器的径电源仰电压榜为5~增16寺V，最咬大负屿载电吧流为20云0m越A。CM近OS型75予55定时膨器的腹电源闭电压跑为3~昆18多V，最兼大负笛载电屈流为4m宇A。下面繁我们排对55质5定时眯器内月部的冷工作型原理脱及几寒种应舍用电吗路进关行详堂细介辉绍。5.勺2.难1旦5付55定时代器的格内部尊构成55耳5定时留器因睁其内角部有亩三个5K串联悬电阻扛而得绩名。穷内部拆仿真胶原理蜘图见疑图5-旅14，其你中4端复贤位未询给出科。U1和U2为两帆个模昼拟器碗件，燥接成俊了电虾压比悦较器厉；U3和U4两个大与非所门接沙成了恶低电铁平输深入有堤效的阻锁存撇器，衡前面吩各加探上一诉个反忙相器寸，变收成了治输入同高电借平有饼效的蹈锁存忌器，U5为反增相缓虚冲器填，驱国动输璃出；Q1为三烛极管脸，发料射极1端应突接地道，通兔过控陵制其吴基极饭电位晃使其营工作锡在导土通或奖关断垒两个占状态僵。图5-伍14峰55午5定时容器的养内部脖仿真叼原理比图由于烫理想光运放抵输入州端电旧流可构考虑之为零纵，所蔑以三汽个5K电阻稳串联尸对8端的坟直流书电源Vc工c进行唇分压就，其散中U1的反闷相端捆和U2的同围相端陪分别师为2Vc敲c/尸3和Vc资c/葱3。55巾5定时鹊器的衰三个晶输入络端与托输出距端及歪内部姓三极镇管的这状态迟之间兰的关录系如未表5-婚3所示宴。输入输出复位(4)VI1(6)VI2(2)VO(3)Q1状态低低导通高>2VCC/3>VCC/3低导通高<2VCC/3>VCC/3不变不变高<2VCC/3<VCC/3高关断高>2VCC/3<VCC/3高关断表5-穴3逼5壮55定时调器输限入输迫出之仰间的降关系5.重2.鄙2榆5畅55定时饿器组慕成的挺多谐迁振荡扣器55络5定时拢器外统接一蜓个电金容充蜂放电老电路巷即可无构成拼一个勺无稳掏态多闪谐振菠荡器培，在3端产肺生方就波信拍号，只且频散率可夕调，蚕如图5-洒15所示图5-匙15酬55骆5定时透器构殃成的殖多谐拘振荡每器在55斑5定时平器的圾电源8端和吹接地1端之孟间从昆上到熟下串刮接电牢阻R4、R5和电伤容C2。把55旺5定时效器的6端和2端(即内载部两驳个电柳压比昨较器将的同迈相和捕反相僻输入呀端)连在挑一起远，再愤接到蹦电容C2上端枝，即馒两个听比较功器的坟外部注输入望电压盈都取宗为电胜容C2上的稻变化鄙量，扫再与火各自怕的固草定电才压2Vc索c/圣3和Vc味c/努3比较串，触治发锁蛛存器由，使Q1饱和偿导通醒。因7端接德在R5上方荒，此晶时相认当于好接地咸，C2通过R5放电俊。然亮后R4、R5和C2回路同再充将电，责反复键进行属的结箭果，响将导尸致3端输制出方久波。为了深观看极这种铺效果啄，C2应拾缩慧取“CA洞PA中CI陶TO劈燕R”己(A集CT仍IV味E库)元件颈，且参在U5前放漏置“LO聪GI绝CP主RO延BE项[B帜IG掏]”逻辑宏电平份探测搏器，贝观察拍输出克电平调的变求化及欧与Q1导通毒之间漫的关际系。下面广再放挠置一针个图蔑表分魔析。童这在供学完喇第一泄章已偿经有仙了初意步的播印象乳，图脑表分笨析不画同于铜示波治器，论可静贵态分熔析图秆形，抱并且馋自动私生成吗，还蚁可随钳图形赔一起蚁打印葵，用满于分烟析或处教学率很方窗便。图表科中可久添加垂轨迹系，所奖谓轨视迹，扎即电课路中截被测帝点的长电压询随时叙间变尖化的枝曲线狗，可嗓以是放模拟储量或档数字诉量。添加少轨迹抽的第梳一步攀是在针被测翠点加池上电申压探蜘针，茂一共醉加四茄个，动分别槐为C2上的拾模拟益电压掘变化橡量Vc、内所部5K电阻坚上的则两个纽奉固定良点电土压V2/西3和V1屋/3以及普输出Vo派ut。先运罢行仿浇真，活可以毛看到偿这几姑点电另压值伸的变狼化情庆况。停止获仿真卸。点击必左边昂工具休栏内穿的图炭表类蛾型按液钮，珍在对卫象选焰择区默“GR撞AP顷HS好”中选矿“MI够XE捕D”尊(混合)项，顶如图5-裤16所示笼。然后袋在图闪形编早辑区锐点击化鼠标网左键津拖出懂一个絮图表沿分析孤框，已再次怖点击乌左键狠确认非，如沟图5-许17所示必。图5-锣16图表虾类型慢选择图5-册17图表趴分析统框在图5-甚17中的凶非标咬题区宽，即罩中间咳的空芝白区春双击应，出容现如交图5-堤18所示慢的对颜话框祖，可找修改兔图表钥分析愚的标眼题为捉“55故5取AN尿AL挺YS铲IS读”。再艘把横冬轴的田时间符长度盘改为6秒。今因为价本题55督5构成紫的方恳波周猪期为1秒，淡这样班可出狼现6个周谋期，纲当然岛也可障以再罗少几珠个周咬期。图5-赞18修改龙标题壤及横栗坐标接下疼来可嗓在图傻表框培中加世入轨习迹，扯即我巧们上回边添林加的晴四个障电压贤探针委，但盼这里从我们环只添棚加两饱个轨乏迹，Vc和Vo稼ut。这偶两个销量一蹄个为角模拟织量，出一个旗为数挺字量蓬。加下入轨返迹时团，多归个模汇拟量顶的纵劣坐标绸起始唯点一凳般是腔一样涉的，担数字元量则捞位于单不同殊的位淡置。盼为了选使Vc和Vo棵ut位于硬同一明起始普高度句，必绒须把手二者婶都当焰作模象拟量粮来添款加。焦在图怀表框犁内点喷击右负键即您出现最右键狼菜单僚，选柏取“Ad括d繁Tr尸ac佣es昌”，出芽现一慕个对拳话框探。先南选择谢轨迹袜类型确为“An逐al除og”模拟璃量，伴在Pr例ob仙e无P1中出留现四凯个探惕针，排选择Vc，如恼图5-克19所示俭，点副击“OK粉”，关罢闭对球话框陡。再侮重复推添加苹轨迹顽，仍将选择形轨迹劳类型越“An忧al胖og”，在Pr夕ob蒜e辰P1中选效择“Vo陷ut”。按“Sp控ac肤e”空格庆键即破生成玩相应锯的波宋形，凤而不艺必点冠击仿追真运路行按材钮。图5-加19添加弃模拟蛋量轨在迹对洪话框移动伞鼠标驰指针逐到图长表分谈析框制的标摔题处吓，鼠猜标变成成画累笔状史，双厚击，难出现国图表撑分析坏的放玻大画鞋面，械可修脱改它乎的各腥项属轮性，膛尤其莲是背依景及乔轨迹挡的颜鱼色。55枣5定时日器接立成多标谐振眉荡器怜时的绝频率耕计算储公式扩为其中由此雁可计施算出预图5-等15中的烫输出责频率叫约为1H敢z。由集灾成器乘件连膨接而执成的纯频率蜜可调碍的方阻波发象生器朴电路不如图5-屠20所示自。示辅波器课的动段态波才形如筑图5-般21所示套。图5-证20由集评成55滚5定时普器构掉成的君多谐异振荡阵器图5-餐21多谐影振荡脊器示衰波器厘的波散形5.砍2.炼3绒5收55定时岗器组顿成的袍单稳登态电水路55废5定时僚器接按成单饼稳态促电路型时，皇通过佛外部促触发活可产嘴生单宜脉冲圣，且摇脉冲燃宽度Tw可通啄过下己面式子客计算依。图5-榴22为单柱稳态岂电路规的仿株真图剂。其振中R1和按森钮组井成一郊个负混脉冲诞发生声器，穿操作孕时动郊作尽滋量为梯快，霸这个艇时间妇要远严远小楚于Tw的宽渣度才持能观剑察到愁效果描。示均波器猾的图框形如寻图5-难23所示扯，其丧中上坝方的温正脉风冲为扮单稳趣态电联路的惊输出坛，下言方为块触发各脉冲插。图5-海22办55臭5构成警的单渡稳态枝电路图5-娘23香55除5构成凡的单侍稳态炒电路股示波久器波篮形5.飘3四哪路升彩野灯四路亿彩灯剖是数丘字电乳路设引计中梨一个恰非常愁有趣欲的课碗题，岁结合Pr因ot钱eu编s会使床整个排设计京和分赶析快唇捷而秘轻松吉。题太目设职计要病求如场下：共有酬四个霜彩灯农，分梢别实扰现三箭个过锻程，妹构成唉一个裂循环迷共12秒；第一素个过集程要股求四阿个灯敲依次股点亮秆，共4秒；第二忍个过至程要炭求四收个灯疼依次械熄灭未，共4秒，自先亮跑者后派灭；最后4秒要甘求四恰个灯石同时堡亮一咐下灭侍一下稀，共弟闪4下。5.激3.拍1核心插器件74亲LS萌19秀4简介其实遵这个碰题目念主要兼考察原的是羡四位禁双向执通用虚移位碧寄存娇器74锁LS盯19乔4的灵详活应得用，斩四个忠灯可抢用四参个发炕光二汽极管侧表示贱。74诱LS灾19狗4的引碧脚图镜如图5-肚24所示耳。图5-域24款74编LS脑19氧4的引非脚图5-科24中引漏脚MR为复刘位信靠号，浇正常晌工作驼时应滚接高撕电平杏；CL伞K为时激钟信皱号，耐上升呆沿到梨来时艳有效晌。74既LS份19昨4的时票序图插如图5-乡丰25所示蚁。图5-慕25价74净LS貌19威4的时匠序图74沃LS瞧19窗4有四森种工装作方议式，竟分别能由S1田S0组成雾的两其位二屑进制离数来肝控制捎，如医表5-狮4所示亲。S1S0输出Q0~Q3数据输入00保持不变×01右移SR10左移SL11并行输出D0~D3表5-偷4吼7驰4L拒S1筐94的四肌种工风作方辰式74远LS搜19词4的功斜能如喉表5-赵5所示遭。输

入输

出功

能时钟复位控制串入并入Q0Q1Q2Q3CPCrS1S0DSLDSRD0D1D2D3X0XXXXXXXX0000清零↑111XXD0D1D2D3D0D1D2D3置数↑110DXXXXXQ1Q2Q3D左移↑101XDXXXXDQ0Q1Q2右移↑100XXXXXXQ0Q1Q2D3保持表5-臂5豪7希4L午S1君94的功伐能表5.寨3.井2题目涌分析震与设精计此题财应把穗四路象彩灯具接在74嫩LS泊19氏4的Q0黑~Q更3上，SR稳定屯接一寺高电劲平，SL稳定及接地茄电位凑，而D0鬼~D祸3接周促期为1秒的礼方波亦信号布。下略面关揪键是脆时钟涛和方拥式控干制S1时S0的信歪号如磁何实脊现才吊能满夜足题耽目的度要求晃。三个必过程键每个4秒，设加起形来正战好12秒。命如果纲选择CL骄K为周并期1s的方改波信艇号，誓好像荡就可林以了轮，但蓬是前铲两个纺过程举可以驳，最修后一帝个过约程却勤不能蒙精确佣地实俭现。熟图5-旁26是正考确的CL惜K信号指与1H京z方波穿信号进的比库较。图5-如26正确领的CL进K信号昼与1H朱z方波棚信号斯的比晒较前面交我们烦已经厘确定D0亲~D坐3接1H倚z的方呜波信择号，南那么Q0溉~Q宅3在读D0跨~D要3的信免号时漂是在CL吼K上升军沿到昌来的回一瞬烂间，贩看图5-脂26的前旨半部级分，古如果川二者炊一样现，CL捏K的每显个上艰升沿祝到来遥时读滨到的仆都是笔高电兽平，岗灯就顺会一关直亮缩慧着，歪不会昌出现诊闪的按效果炉。所辣以，糊当74担LS皱19岂4的工坝作方罗式为11时，奥一定势要改绣变CL念K的信愉号频缝率为D0币~D概3信号文频率揭的2倍，叮才可醒以在D0策~D助3的一贴个周由期内亿出现CL今K的两岂个上手升沿阵，Q0现~Q余3分别待读到1和0各一斯次，剑如图5-晋26的后项半部铜分。即正月确的灯时钟固信号勺在整次个12秒时题间应炊该是穷前8秒为1H特z的频池率，毙后4秒变恨为2H礼z的频斤率，爽可以勇用55超5定时矩器产煌生2H叶z的方哨波信设号，漠再用D触发今器分窄频产薪生1H昼z的方脸波信纽奉号，迫如图5-崭27所示挎。二呆者分昌别与遮控制娘信号寸相与剑再通犁过或肝门即街可得龙到CL崇K信号雹。图5-谅27用55恰5产生宵的2H惨z及1H崭z方波央信号下面靠再来倍分析S1槐S0的信志号。性四种喘工作虚方式冻中剔广除第魔一种S1躲S0为00的情岁况，窄那么S1殊S0应按01、10、11的顺获序循叉环，贩可设摔计一巡寿个同傻步计闭数器桑，时况钟周条期为4秒，梦共三攻个状谱态。S1及S0的波爷形应含如图5-棍28所示衬。S1缎S0与非示及相点与的努结果牙如图肉中后联两个压信号止，正哀好用洲来分衰别锁骂定1H甚z及2H念z信号逐，分汇别与补它们撞相与葡后再篇进入眯或门赏，即说产生蚊了正占确的点时钟换信号形，如减图5-阶26所示图5-瓣28胖S1及S0的波顾形图S1欢S0信号侦的产掀生可纲用集唱成计隶数器殊实现台，但肿在这糊里，功为加酱强同羊步时野序逻芬辑电喉路的夕设计则知识悼，我渠们使费用D触发挎器来缺设计件一个炸同步渠三进件制计浇数器双，时晚钟周阿期为4秒。渔设计时步骤腐如下皱：(1却)列状圣态真谅值表注。设S1英S0对应音的触躺发器普输出番分别轿为Q1逃Q0，则种状态森真值加表如级表5-嫩6所示安。Q1nQ0nQ1n+1Q0n+100××011010111101表5-674状态手真值暗表(2显)求状族态方肿程。根据貌列出车的状魔态真御值表避，分禁别求四出Q1和Q0的状贵态方拴程为(3梢)求驱牧动方熟程。由D触发辜器的陡特性壮方程忆可直块接写磁出驱像动方盾程为(4农)电路月实现倚。根据喇驱动警方程废，连商接电各路如争图5-稿29所示好。因赴为我牧们设谦计出慈的是断一个辆同步床时序阴逻辑笛电路零，注阴意图别中两伶个D触发虚器的考时钟旱连接柿在一堡起接剃周期庭为4秒的汤时钟袍信号蛾。这或部分册电路再也可假以直席接用帽集成亩计数庙器来击完成珍，见籍后面欺。图5-锡29产生S1蜡S0的三浸进制菌同步百计数蒙器5.宁3.咱3仿真根据闯以上标分析挎，连笑接电废路如菜图5-债30所示捎，其延中省怖去了55链5及二视分频做电路驼，直座接用徒数字性脉冲路源进裁行仿凳真。虾另外铸，图途中所粗有D触发痒器的腐异步济输入霸端在六实际追电路洗连接缠时最印好接晌高电哑平。饺产生温时钟搭的电税路用昨与非秀与非鞠逻辑粉替代硬了与婚或逻料辑，嗓因为搞与非司门的稀应用练最普扣遍。平时躬我们市在设脆计电芦路时堂，通搜过卡默诺图取化简德得到菊的与唯或式暴，要盘想全统部用拍与非真门实填现，永可在吊草纸析上直亿接画圆成与犬或逻妈辑，荒然后计只需艺要在兔与门房诚的输氧出端排与此甜线的恰另一所头即谊或门职的输蚊入端软各加纱一个浪小圆狸圈，钥两个这逻辑营非抵补消，厌不影英响逻对辑关载系，悟直到抛把或阻门的宅输入傅处理越完毕飞为止平。这始样或欺门前兼面的深与门校都变嘉成了国与非久门，躁或门衫变成奇了非腾或门狸，而辨根据剑摩根蛙定理矩，非常或门音恒等幸于与茅非门群。图5-相30中的U4阅:B、U4致:C和U4课:D就是轮用与陪非与译非逻闭辑实貌现的躲与或堂逻辑葱。图5-眉30四路晌彩灯悦的仿夏真图5.裕3.竖4扩展仔电路在四舍路彩巷灯电萌路的道设计酬过程已中，最你可节以充铺分发扁挥自勺己的地想象促空间梢，扩思展出旷花样昆不同袖的电下路。缝我们蛋会想闭到用总两片74腐LS奴19恰4来完篮成八脸路彩毕灯电忘路的半设计隆，要顿求可资以和罪前面慢的例恨子一织样，秩也可泄以不掩一样宰。如轮果彩戏灯的罗动作散是两巩个、至两个滚一组尝，八笋个彩咬灯共随分成滥四组暮，依丝式次点展亮和劳熄灭旱，共杆同闪的烁，揪应该悉怎样答实现惠？或屡者说纺两个摩、两厉个一束组，夜流水捧似的蜘向左捡或向度右滚但动，塑又该室怎样洲实现姨？其嫩实，滋关键腔问题谁有两扇个：俱一是干四路营彩灯盒的工维作方肝式(右移丈、左屑移或虑并行俭输出)，二畜是信赵号的避模式(三个匠输入撕信号嫁各是党什么偶样的负状态宗？高稼电平尘、低站电平室抑或望是方颤波)。解灭决了谣这两枪个问盼题，厅其它夫就很族容易跃明白票和实夺现了义。下面遭我们米重点小来分狐析一脱下八旷路彩宽灯的雷实现絮方法胀。要秩求和悔上例怎一样婆，八颈个灯厦从左拐到右翅依次邮点亮供，各铅一秒估，共堆八秒意；接差下来龄八个往灯从高右到映左依阶次熄涌灭，境各一膀秒，慨共8秒；筹最后脑八个胁灯同兆时闪绘烁八患次，菜也是会八秒图。共24秒。因为副前例耐中我教们已镇经做绝了详析细的尽分析便，这坑里的昨灯的婶动作英流程稻没有育什么摧变化右，只潮不过会要把挽两片74极LS灶19闲4连接誓成一丘个整敌体，刃接收罪统一仁的指脆令来驾工作肤。另华外我无们把木它们口的移穿位方钳式控悦制信池号S1灾S0的产冻生电师路变涉成易阵于实棵现的赏集成项电路分来完免成。图5-泥31是已蓝设计粗完成币的仿沙真电锋路图微。图5-追31八路向彩灯克的仿广真图计数负器74焦19习0是一弊个中挖规模爽集成斧、十鄙进制泛可逆恨计数患器，碌通过辟或门厕把它余接成露一个草模三兵的计旅数器访，即编当输愧出为01排00时，览装入元数据00达01，构恰成循看环00明01撒→0刘01错0→随00遭11裤→塔00翅01。74沿19盾0的Q1舞Q0输出堵作为峡两片74面LS蚂19富4的移摸位方夕式控博制信印号S1困S0，把嫂两片74剖LS伴19展4的S1和S0分别钉并起江来后超再接歪这两侵个信贸号。鄙图中74此19雀0接成艳了加谣计数堆的形著式。再来倘看一事看两执片74滩LS寸19便4是如阵何连坡接的纯。首衬先把筑两个央芯片劝的时萌钟并忘在起肆，接航成同匆步时顷序电库路。必接着则把两辜个芯拆片的势并行星数据犁输入纪端D3居D2械D1茄D0全部板连接厕在一筑起外构接一你个周俘期为女一秒案的方匠波信驴号，纳实现宝八个租灯一分起闪顶烁。籍最后档是左济移和辞右移沈信号泊的处劣理。穿上面药的芯吧片所但驱动酷的灯僵先依砖次点朱亮，驱所以桶右移吓时的荒输入寨信号鹅应从溜它的SR输入淹，接昆高电型平；技把上晕面的婆芯片及的输穿出Q3接下闻面芯托片的SR，这俗样右姥移时饥的信胡号就嫁可以统从第病一个妄芯片奥的Q0一直帐传递抚到第拨二个撞芯片于的Q3了。缎左移啊时也密一样腥，输肢入信签号接压下面氧芯片车的SL，下栗面芯欧片的Q0接上客面芯蹦片的SL。在辩图5-授31中，伟左移旧和右带移的楼输入玻信号裳直接壤来自74价LS谁19辱4的输赴出。5.斥4八路倚抢答教器抢答正器的属应用拐非常钞普遍风，可突用在疫各类诵竞赛瓦中。魂本题晌目的匠设计玩要求帅如下挡：主持犬人按痕下抢顽答“廊开始汪”按芝钮，沉同时振喇叭捎发出富“嘀储”的变一声蹲，八赠路抢姨答开誉始；八路甲抢答动按钮颜的编秩号分垂别为1~扎8，一分次只来能有套一人追抢答顷成功罩；当某腔一路驼抢答留成功借时，哨发光酿二极胳管立冠即点卫亮，宣并在维数码赠管上伪显示石该路脱的号夫数，榆直到恐主持叔人按锋复位隔开关坡为止变，其忽他人蓄再抢盒答无政效；主持威人按好“复阳位”偶按钮光后，骗必须颗下次书重新雕抢按焰“开胁始”恰按钮哪才能懂继续伍抢答蕉。5.衬4.示1核心范器件74挤LS傅14杂8简介仔细寻分析辞知道限，抢喊答器架的输棋入为渴八路浴抢答增按钮淹及主践持人漠控制裤的抢掩答开旗始和石清零抄两个恋按钮音。抢阳答器鼓的输栋出有绩一个校发光舱二极隐管、猫一个截数码书管和俩一个擦蜂鸣老器。因为废要把怪八路践的开直关量贫转变验成对集应的凤数字拾来显绢示，且而显伯示译纺码器押接收愤的是BC虹D码，铃所以围这里饼要用寻到8-幸3线编居码器滚。而74紫LS泡14模8是一附个中绸规模蹦且具方有优谋先编厨码权割限的申集成蜻器件房诚，它淋的优薄先权铜按输旨入端势编号悬从高夹到低希。74曾LS型14介8的引削脚图真如图5-立32所示补。图5-威32眯74铲LS也14朱8的引卸脚图EI是使借能端嫌，低召电平姜有效拉。EO和GS都为层输出当，且愉互反告。当EI有效侍，且筐正常梨编码浮时，纺即八宾个输屠入中佛有任柴一个懂输入柿有效炼，则EO为高脂电平逆，GS为低挺电平劲；如某果没蓝有一快路输泥入为当低电竟平，拢则EO为低抛电平躺，GS为高坏电平星。这部两个册引脚衫通常恼用于犹芯片透的扩碑展。输入骂编号茫为7的优唤先权册最高冈。当EI有效而时，评输入进与输演入的暂对应伙关系料如表5-私7所示过。输

入输出(6、7、9)7有效

0006有效

0015有效

0104有效

0113有效

1002有效

1011有效

1100有效

111表5-辽7碌7匠4L铅S1姻48的输需入输版出对唱应关中系5.链4.攀2题目坊分析潜与设每计为了毒能使赔数码杨管正鸭确显品示每旨一路祸输入择的对壤应编壁号，暑还必煮须把74汪LS世14亭8输出耍的反凉码再佣正过开来。烛加反虏相器蚀行吗举？因疼为编献码器冈是组屈合逻窃辑电艳路，跑信号佣不能虽保持际，一提旦某锐一路哗的抢票答按贺钮抢唯答结聚束，应输出督编码恶也就克不复弦存在据了，估数字性无法胆持续未显示巨，所蔽以必妙须使冶用锁蚂存器休电路年，对74译LS凳14钓8的输衰出进歉行取湾反的身同时温并锁萄存，炊直到碍复位永信号练到来钞。八路归抢答撇器的霞原理桨如图5-剩33所示莲，下客面我鲁们分喇块来状介绍烛设计皱原理封。1.编码称部分由八隔路电忠阻与因按钮载串接悄在电蓬源和货地之炊间，辩中间旨点引任出接吸到优销先编淹码器74妄LS吹14著8的八药个输丝式入端驶，S1象~S戒7分别估接到现输入1~叙7，而S8接到响输入0上，顷当S8动作定时显胖示“8”。这环样使童抢答紫者的避编号1~架7正好乏与编堆码器盐的输乡丰入和服输出外对应煮上。六个D触发以器用书来锁胳存信何号，裁只使顿用异困步输鹿入端来，相绞当于染低电撞平输找入有眨效的RS锁存丈器。和中间壤三个D触发潮器的细异步苗置位S端接历编码糟器的与三个旱输出浩，经企过反寻相保磨持后叉接到净显示乔译码弃器的币输入途端。仙异步株清零关端R都接脊到另赤一个D触发物器U5疲:B的端欲，由压复位酸按钮沸来控货制。输入S8按钮陡接到童了74悼LS眠14扮8的输轨入0上，壶而它逼的优览先权净是最天低的度，也斧就是底只要傻没有炎其他酷输入细有效驾就会柱编0的编便码，腾造成乞此开铅关按称下或痒不按继下都距显示0。这跌样的玩话，爪我们握可以堡直接垦把这S8经锁五存器U5殖:A接到74炒LS社47显示航译码喜器的揪测灯虾输入规端LT营(低电扮平有辞效)，只岁要S8按下探就显细示8，这睬样S8的优童先权勿就变泪成最玩高的夺了。座而8位抢庙答者逝之间露是没路有优样先权盾之分脆的，目所以愁，无垄论谁预先抢展答，逃此时呼都会晓使74道LS环14兵8的GS信号凑为高序电平集，把本此信淘号经冈过D触发拒器U8仁:A锁存项再与糕置位坛、复近位信必号U5紧:B相或翁产生74透LS今14被8的使良能信则号。默当“烈开始烂”按吵下后插，U5步:B异步老置位尚，此踪蝶信号嚷作为U8悼:A的时被钟使缝其输膜出高迹电平灰与U5话:B的输崭出相分或，称来封拣锁74批LS屈14挠8的使旷能信矩号EI，达珠到S1钩~S及8中任双一开伞关按躲下后杰其他龙开关枪不起腾作用耐。图5-勉33八路蚕抢答渠器的芦完整停电路2.复位拔部分复位祖电路额分别尾由两越个电知阻串勒两个规按钮该以及办一个D触发取器U5搏:B组成浓。按阴下“辩复位奸”按季钮，险使U5然:B的异昆步置滤位端S有效创，端名为低务电平雹，使加图5-辱33上排束的五形个锁趟存器以及U8殖:A全清乌零。这时抹显示苦译码雪器接漫收到腹输入嗽为0的信彻号，诞而从U3企:B的Q端送呜来的底低电其平信扣号接疗在74告LS鞭47的灭执零输东入端RB膀I，即宾当输龄入AB袜CD皆为临低而5端又县为低妻时，雀输出束什么融也不钢显示站。“复然位”蛋按后掠，由腾于处躺于灭敞零显顶示状雁态，颗使EI为高站电平辉，故止抢答宇不起就作用田。只照有“胃开始沟”按较钮按绣后才床起作李用。3.显示失部分显示凑部分链电路计一是抽数码桃管显先示，喷二是近发光鸽二极止管显隆示。数码俘管显宰示主奏要注近意两株点：显8时使则用测雷灯输屯入端LT为低票来实岗现，孕而该租显示0时采鲁用灭鸽零输斜入端RB连I为低促来转呢换(R幕BO为输价出端驱不要只接任车何线)。复位伴时采暗用灭醒零显锦示。即开贸始抢嗓答前著，如还没有赢抢答脖，数鸟码管报不显范示，滨复位俯后也姜不显扁示。发光倒二极撕管的房诚显示岛比较屿简单暖，只悔要有干抢答型就开按始亮壁，直区到复钱位。沫它应进是两劝部分旁信号计的或涂逻辑诸产生熔的高鼻电平逝来点捕亮发黄光二衬极管刻。一范是S8抢答愚有效息，二选是S1群~S锦7抢答惹有效始。当S8抢答拼时，U5抹:A的输逢出低尾电平丈与74自LS麦14运8的使洋能信狐号EI相或预后给74者LS蜻47的测烂灯输抚入，左使数仓码管绿各段秩全部判点亮屯显示8，而U5典:A的Q端输坚出为勿高，慌我们肝引入秋到或喷门；奏当S1株~S偶7抢答肚时，U3纸:B的Q送给74具LS仗47的灭弦零输裙入端RB迁I的是益高电蓬平，盛不允送许灭醋零，倦把它塘也引物入到秀或门暴。故刮当八谊路有斗任一株路抢呢答时努，或迫门U6喂:A输出留高电惠平驱赏动发模光二赏极管雀亮。丘“复纹位”若按钮缎一作疫用，照各D触发晴器改轮变状贷态，翠或门白的两关个输耻入都俗变成键低电存平，腊发光乌管熄厨灭，搂同时表把74划LS可14耕8的使祥能信萝号EI高电撕平解元除。4.蜂鸣格部分这部领分要镜求，虏开始伏按钮炼一按滴下，立发出禾一声蔑短促适的“悄滴”卵声。焰考虑兼用55蛇5组成飞单稳滩态电蔑路，花产生舞一个旗一定愤宽度煌的正尿脉冲呀，输汇出驱基动蜂北鸣器溉发音忧。关于作声音里的输信出，Pr冤ot葱eu株s提供梨了三捞个仿要真元算件，压即SP少EA嫁KE刘R、SO眼UD狡ER和BU揭ZZ锡ER，分畜别由凡模拟嚼量信完号、鱼数字兽量信干号和臣直流经电源飘来驱竖动，钳使用俗时要喉注意娘适当讯修改永它们刮的电臂压才病能使棕其正设确工资作。把电茫路分和解成锯若干贵部分臭，先医分析众核心脏部分鸟，再企不断嗓分析辉解决智出现诵的问休题，各进行星分步均仿真神验证流，逐猴步完半善电洒路，共最终未设计贷出整姓个电求路图薯。5.乔5数割字贷钟数字蜂钟电剥路是揭一款努经典蚕的数盘字逻努辑电棉路，驼它可极以是袍一个厕简单和的秒屠钟，崇也可连以只听计分粒和时附，还们可以嘉计秒劣、分仍、时披，分列别为12小时故制或24小时宏制，酿外加咏校时蛛和整棋点报涌时电务路。本题有目的借设计徒要求燃为：能计态秒、讲分、山时，周且为24小时米制；能进钻行数元字显绳示；分和隙时能游够校延对；实现保整点浸报时绘功能让，且咐四高巴一低坟。5.补5.告1核心晒器件74稿LS脆90简介本题靠目的童核心烂器件迎是计规数器永。计准数器跃的选挠择很恳多，古常用壤的有塑同步雨十进灶制计肠数器74破HC干16趟0以及胶异步低二、胶五、没十进浮制计君数器74朵LS昨90。这浑里选躁用74坟LS辆90芯片榜。74六LS优90的引王脚图海如图5-别34所示切。图5-傻34秒74东LS佛90引脚辨图74撑LS转90内部链是由温两部什分电晒路组零成的扬。一肾部分胖是由刊时钟CK打A与一羽位触旁发器Q0组成铅的二袋进制午计数蓄器，宫可计躬一位伯二进劈燕制数拣；另遇外一幻玉部分这是由杰时钟CK色B与三撑个触顿发器Q1、Q2、Q3组成蔽的五营进制尽异步该计数非器，御可计恰五个求数00瞧0~讨10着0。如苏果把Q0和CK财B连接栗起来药，CK阴B从Q0取信回号，黑外部堵时钟裕信号抢接到CK区A上，绑那么伪由时丑钟CK攻A和Q0、Q1、Q2、Q3组成观十进胳制计革数器窑。R0个(1酷)和R0味(2瞒)是异表步清辣零端否，两径个同否时为讲高电爸平有粘效；R9垫(1体)和R9岭(2劣)是置9端，抗两个雹同时桑为高胁电平驱时，Q3默Q2理Q1分Q0利=1修00耳1；正押常计才数时限，必违须保掏证R0订(1梳)和R0盏(2跪)中至宋少一锻个接惊低电渠平，R9怨(1恐)和R9帮(2讲)中至刘少一吩个接援低电盗平。74拐LS梅90的功伟能如痒表5-灿8所示遵。R0(1)R1(2)R0(1)R1(2)Q3Q2Q1Q0110

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