實驗六組合邏輯電路設計

/27功能表f加1計數f減戈計數f予艮置數保持是同步加/減計數器，并行輸出。計數時，時鐘的上升沿有效。端、加減端（U/D）和置數端（LD）都先經過緩沖，從而降低了這些輸入端對驅動信號的要求。附表列出了的主要功能，下面作簡要說明。）預置數：當置數端（LD）為低電平時，數據輸入端信號、、、將對內部觸發(fā)器直接置位或復位，結果使、、，而與其他控制端的電平無關。）計數：在允許端S為低電平，置數端無效（LD）的條件下，若加/減輸入端U/D為低電平，則可進行加計數，反之可進行減計數。）禁止計數：當允許端S為高電平時，計數被禁止。值得注意的是，允許端的電平應在為高電平時發(fā)生變化。）級聯(lián)：當計數器溢出時，進位借位輸出端（）產生一個寬度為一個周期的正脈沖，串行時鐘端（）也形成一個寬度等于時鐘低電平部分的負脈沖，上述正脈沖或負脈沖的后沿比產生溢出的時鐘脈沖上升沿稍微滯后，它們可作為級聯(lián)信號來用。例如，把兩級連接為同步計數器，只要將低位計數器的端連至高位計數器的允許端S。而要把兩級計數器連接為異步計數器，則低位計數器的端應和高位計數器的端相連．端可用來完成高速計數的先行進位。．（二—五—十進制計數器）內部有一個二進制計數器，時鐘CPA，輸出；一個五進制計數器，時鐘CPB，輸出；可異步構成十進制計數器。它有兩高電平有效的清零端0A、和兩高電平有效的置端9A、，其功能表如附表所示。功能表0A9A數數數數數數數數當計數脈沖由CPA輸入，與CPB相連時，就構成計數器。當計數脈沖由CPB輸入，與CPA相連時，則可構成計數器。實驗九計數、譯碼和顯示電路設計一．實驗目的1．熟悉計數器、譯碼器和顯示器的使用方法。2．學習簡單數字電路的設計和仿真方法。二．實驗儀器．計算機一臺。．電子電路設計仿真軟件三．實驗內容：設計一個六十進制計數、譯碼和顯示電路。1．擬定設計方案，畫出原理總框圖2．設計各單元電路（計數、譯碼和顯示）。3．畫出六十進制計數、譯碼和顯示總體電路原理圖4．上機仿真調試四．電路系統(tǒng)框圖計數、譯碼和顯示電路系統(tǒng)組成：主要有計數單元、譯碼和顯示電路單元三部分構成。系統(tǒng)框圖如下：五．預習要求：．（或）觸發(fā)器構成計數器的原理。．計數器、譯碼器和七段顯示器的工作原理和應用六．設計總結報告：總結報告包括以下內容：1．實驗名稱、實驗目的及要求。2．設計思想及基本原理分析。3．畫出電路原理總框圖及總體電路原理圖。4．單元電路分析。5．仿真結果及調試過程中所遇到的故障分析。6．電路元件清單。七．參考元器件：、、、、、、、、七段顯示譯碼器附錄數字電路實驗基礎知識實驗的基本過程實驗的基本過程，應包括確定實驗內容，選定最佳的實驗方法和實驗線路，擬出較好的實驗步驟，合理選擇儀器設備和元器件，進行連接安裝和調試，最后寫出完整的實驗報告。在進行數字電路實驗時，充分掌握和正確利用集成元件及其構成的數字電路獨有的特點和規(guī)律，可以收到事半功倍的效果，對于完成每一個實驗，應做好實驗預習，實驗記錄和實驗報告等環(huán)節(jié)。（一）實驗預習仔細預習是做好實驗的關鍵，預習好壞，不僅關系到實驗能否順利進行，而且直接影響實驗效果，預習應按本教材的實驗預習要求進行，在每次實驗前首先要仔細復習有關實驗的基本原理，掌握有關器件使用方法，對如何著手實驗做到心中有數，通過預習還應做好實驗前的準備，寫出一份預習報告，其內容包括：．繪出設計好的實驗電路圖，該圖應該是邏輯圖和連線圖的混合，既便于連接線，又反映電路原理，并在圖上標出器件型號、使

用的引腳號及元件數值，必要時還須用文字說明。．擬定實驗方法和步驟。．擬好記錄實驗數據的表格和波形座標。．列出元器件單。（二）實驗記錄實驗記錄是實驗過程中獲得的第一手資料，測試過程中所測試的數據和波形必須和理論基本一致，所以記錄必須清楚、合理、正確，若不正確，則要現場及時重復測試，找出原因。實驗記錄應包括如下內容：.實驗任務、名稱及內容。.實驗數據和波形以及實驗中出現的現象，從記錄中應能初步判斷實驗的正確性。3.記錄波形時，應注意輸入、輸出波形的時間相位關系，在座標中上下對齊。.實驗中實際使用的儀器型號和編號以及元器件使用情況。.實驗報告實驗報告是培養(yǎng)學生科學實驗的總結能力和分析思維能力的有效手段，也是一項重要的基本功訓練，它能很好地鞏固實驗成果，加深對基本理論的認識和理解，從而進一步擴大知識面。實驗報告是一份技術總結，要求文字簡潔，內容清楚，圖表工整。報告內容應包括實驗目的、實驗內容和結果、實驗使用儀器和元器件以及分析討論等，其中實驗內容和結果是報告的主要部分，它應包括實際完成的全部實驗，并且要按實驗任務逐個書寫，每個實驗任務應有如下內容：）實驗課題的方框圖、邏輯圖（或測試電路）、狀態(tài)圖，真值表以及文字說明等，對于設計性課題，還應有整個設計過程和關鍵的設計技巧說明。）實驗記錄和經過整理的數據、表格、曲線和波形圖，其中表格曲線和波形圖應利用三角板、曲線板等工具描繪，力求畫得準確，不得隨手示意畫出。）實驗結果分析、討論及結論，對討論的范圍，沒有嚴格要求，一般應對重要的實驗現象，結論加以討論，以使進一步加深理解，此外，對實驗中的異?，F象，可作一些簡要說明，實驗中有何收獲，可談一些心得體會。實驗中操作規(guī)范和常見故障檢查方法實驗中操作的正確與否對實驗結果影響甚大。因些，實驗者需要注意按以下規(guī)程進行。.搭接實驗電路前，應對儀器設備進行必要的檢查校準，對所用集成電路進行功能測試。.搭接電路時，應遵循正確的布線原則和操作步驟（即要按照先接線后通電，做完后，先斷電再拆線的步驟）。.掌握科學的調試方法，有效地分析并檢查故障，以確保電路工作穩(wěn)定可靠。.仔細觀察實驗現象，完整準確地記錄實驗數據并與理論值進行比較分析。.實驗完畢，經指導教師同意后，可關斷電源拆除連線，整理好放在實驗箱內，并將實驗臺清理干凈、擺放整潔。布線原則和故障檢查時實驗操作的重要問題。（一）布線原則：應便于檢查，排除故障和更換器件。在數字電路實驗中，有錯誤布線引起的故障，常占很大比例。布線錯誤不僅會引起電路故障，嚴重時甚至會損壞器件，因此，注意布線的合理性和科學性是十分必要的，正確的布線原則大致有以下幾點：八、、?.接插集成電路時，先校準兩排引腳，使之與實驗底板上的插孔對應，輕輕用力將電路插上，然后在確定引腳與插孔完全吻合后，再稍用力將其插緊，以免集成電路的引腳彎曲，折斷或者接觸不良。.不允許將集成電路方向插反，一般的方向是缺口（或標記）朝左，引腳序號從左下方的第一個引腳開始，按逆時鐘方向依次遞增至左上方的第一個引腳。.導線應粗細適當，一般選取直徑為?0.8mm的單股導線，最好采用各種色線以區(qū)別不同用途，如電源線用紅色，地區(qū)用黑色筆。.布線應有秩序地進行，隨意亂接容易造成漏接錯接，較好的方法是接好固定電平點，如電源線、地線、門電路閑置輸入端、觸發(fā)器異步置位復位端等，其次，在按信號源的順序從輸入到輸出依次布線。.連線應避免過長，避免從集成元件上方跨接，避免過多的重疊交錯，以利于布線、更換元器件以及故障檢查和排除。.當實驗電路的規(guī)模較大時，應注意集成元器件的合理布局，以便得到最佳布線，布線時，順便對單個集成元件進行功能測試。這是一種良好的習慣，實際上這樣做不會增加布線工作量。.應當指出，布線和調試工作是不能截然分開的，往往需要交替進行，對大型實驗元器件很多的，可將總電路按其功能劃分為若干相對獨立的部分，逐個布線、調試（分調），然后將各部分連接起來（聯(lián)調）。（二）故障檢查實驗中，如果電路不能完成預定的邏輯功能時，就稱電路有故障，產生故障的原因大致可以歸納以下四個方面：.操作不當（如布線錯誤等）.設計不當（如電路出現險象等）.元器件使用不當或功能不正常.儀器（主要指數字電路實驗箱）和集成元件本身出現故障。因此，上述四點應作為檢查故障的主要線索，以下介紹幾種常見的故障檢查方法：）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，復查電路連線為排除故障的有效方法。應著重注意：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。）觀察法：用萬用表直接測量各集成塊的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。重復測試觀察故障現象，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。）信號注入法在電路的每一級輸入端加上特定信號，觀察該級輸出響應，從而確定該級是否有故障，必要時可以切斷周圍連線，避免相互影響。）信號尋跡法在電路的輸入端加上特定信號，按照信號流向逐線檢查是否有響應和是否正確，必要時可多次輸入不同信號。）替換法對于多輸入端器件，如有多余端則可調換另一輸入端試用。必要時可更換器件，以檢查器件功能不正常所引起的故障。）動態(tài)逐線跟蹤檢查法對于時序電路，可輸入時鐘信號按信號流向依次檢查各級波形，直到找出故障點為止。）斷開反饋線檢查法對于含有反饋線的閉合電路，應該設法斷開反饋線進行檢查，或進行狀態(tài)預置后再進行檢查。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，則應首先檢查供電情況，若電源電壓已加上，便可把有關輸出端直接接到—顯示器上檢查，若邏輯開關無輸出，或單次無輸出，則是開關接觸不好或是內部電路壞了，一般就是集成器件壞了。需要強調指出，實驗經驗對于故障檢查是大有幫助的，但只要充分預習，掌握基本理論和實驗原理，就不難用邏輯思維的方法較好地判斷和排除故障。三、數字集成電路概述、特點及使用須知（一）概述：當今，數字電子電路幾乎已完全集成化了。因此，充分掌握和正確使用數字集成電路，用以構成數字邏輯系統(tǒng)，就成為數字電子技術的核心內容之一。集成電路按集成度可分為小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模和超大規(guī)模等。小規(guī)模集成電路（）是在一塊硅片上制成約?個門，通常為邏輯單元電路，如邏輯門、觸發(fā)器等。中規(guī)模集成電路（）的集成度約為?門片，通常是邏輯功能電路，如譯碼器、數據選擇器、計數器、寄存器等。大規(guī)模集成電路（）的集成度約為門片以上，超大規(guī)模（）約為門片以上，通常是一個小的數字邏輯系統(tǒng)。現已制成規(guī)模更大的極大規(guī)模集成電路。數字集成電路還可分為雙極型電路和單極型電路兩種。雙極型電路中有代表性的是電路；單極型電路中有代表性的是電路。國產集成電路的標準系列為系列或系列，其功能和外引線排列與國際系列相同。國產集成電路主要為（）系列，其功能和外引線排列與國際系列相對應。高速系列中，和系列與系列相對應，系列與系列相對應。部分數字集成電路的邏輯表達式、外引線排列圖列于附錄中。邏輯表達式或功能表描述了集成電路的功能以及輸出與輸入之間的邏輯關系。為了正確使用集成電路，應該對它們進行仔細研究，深入理解，充分掌握。還應對使能端的功能和連接方法給以充分的注意。必須正確了解集成電路參數的意義和數值，并按規(guī)定使用。特別是必須嚴格遵守極限參數的限定，因為即使瞬間超出，也會使器件遭受損壞。下面具體說明集成電路的特點和使用須知。（二）器件的特點：．輸入端一般有鉗位二極管，減少了反射干擾的影響；．輸出電阻低，增強了帶容性負載的能力；．有較大的噪聲容限；．采用的電源供電。為了正常發(fā)揮器件的功能，應使器件在推薦的條件下工作，對系列（系列）器件，主要有：（）電源電壓應?的范圍內。（）環(huán)境溫度在0OC?700C之間。（）高電平輸入電壓＞，低電平輸入電壓＜。（）輸出電流應小于最大推薦值（查手冊）。（）工作頻率不能高，一般的門和觸發(fā)器的最高工作頻率約左右。器件使用須知：．電源電壓應嚴格保持在±的范圍內，過高易損壞器件，過低則不能正常工作，實驗中一般采用穩(wěn)定性好、內阻小的直流穩(wěn)壓電源。使用時，應特別注意電源與地線不能錯接，否則會因過大電流而造成器件損壞。．多余輸入端最好不要懸空，雖然懸空相當于高電平，并不能影響與門（與非門）的邏輯功能，但懸空時易受干擾，為此，與門、與非門多余輸入端可直接接到上，或通過一個公用電阻（幾千歐）連到上。若前級驅動能力強，則可將多余輸入端與使用端并接，不用的或門、或非門輸入端直接接地，與或非門不用的與門輸入端至少有一個要直接接地，帶有擴展端的門電路，其擴展端不允許直接接電源。．輸出端不允許直接接電源或接地（但可以通過電阻與電源相連）；不允許直接并聯(lián)使用（集電極開路門和三態(tài)門除外）。．應考慮電路的負載能力（即扇出系數）。要留有余地，以免影響電路的正常工作，扇出系數可通過查閱器件手冊或計算獲得。．在高頻工作時，應通過縮短引線、屏蔽干擾源等措施，抑制電流的尖峰干擾。（三）數字集成電路的特點.靜態(tài)功耗低：電源電壓的中規(guī)模電路的靜態(tài)功耗小于M，從而有利于提高集成度和封裝密度，降低成本，減小電源功耗。.電源電壓范圍寬：系列電路的電源電壓范圍為?，從而使選擇電源的余地大，電源設計要求低。．輸入阻抗高：正常工作的集成電路，其輸入端保護二極管處于反偏狀態(tài)，直流輸入阻抗可大于Q,在工作頻率較高時，應考慮輸入電容的影響。．扇出能力強：在低頻工作時，一個輸出端可驅動個以上的器件的輸入端，這主要因為器件的輸入電阻高的緣故。．抗干擾能力強：集成電路的電壓噪聲容限可達電源電壓的，而且高電平和低電平的噪聲容限值基本相等。.邏輯擺幅大：空載時，輸出高電平〉，輸出低電平V。集成電路還有較好的溫度穩(wěn)定性和較強的抗輻射能力。不足之處是，一般器件的工作速度比集成電路低，功耗隨工作頻率的升高而顯著增大。器件的輸入端和之間接有保護二極管，除了電平變換器等一些接口電路外，輸入端和正電源之間也接有保護二極管，因此，在正常運轉和焊接器件時，一般不會因感應電荷而損壞器件。但是，在使用數字集成電路時，輸入信號的低電平不能低于（），除某些接口電路外，輸入信號的高電平不得高于（），否則可能引起保護二極管導通，甚至損壞進而可能使輸入級損壞。器件使用須知：．電源連接和選擇：端接電源正極，端接電源負極（地）。絕對不許接錯，否則器件因電流過大而損壞。對于電源電壓范圍為?系列器件。如系列，實驗中通常接電源，電壓選在電源變化范圍的中間值，例如電源電壓在?之間變化，則選擇較恰當。器件在不同的值下工作時，其輸出阻抗、工作速度和功耗等參數都有所變化，設計中須考慮。．輸入端處理：多余輸入端不能懸空。應按邏輯要求接或接，以免受干擾造成邏輯混亂，甚至還會損壞器件。對于工作速度要求不高，而要求增加帶負載能力時，可把輸入端并聯(lián)使用。對于安裝在印刷電路板上的器件，為了避免輸入端懸空，在電路板的輸入端應接入限流電阻和保護電阻，當時，取Q，一般取Q?1MQ。．輸出端處理：輸出端不允許直接接或，否則將導致器件損壞，除三態(tài)（）器件外，不允許兩個不同芯片輸出端并聯(lián)使用，但有時為了增加驅動能力，同一芯片上的輸出端可以并聯(lián)。.對輸入信號的要求：的高電平V,的低電平小于電路系統(tǒng)允許的低電壓；當器件端末接通電源時，不允許信號輸入，否則將使輸入端保護電路中的二極管損壞。四、數字邏輯電路的測試方法（一）組合邏輯電路的測試：組合邏輯電路測試的目的是驗證其邏輯功能是否符合設計要求,也就是驗證其輸出與輸入的關系是否與真值表相符。．靜態(tài)測試靜態(tài)測試是在電路靜止狀態(tài)下測試輸出與輸入的關系將輸入端分別接到邏輯開關上。用發(fā)光二極管分別顯示各輸入和輸出端的狀態(tài)。按真值表將輸入信號一組一組地依次送入被測電路,測出相應的輸出狀態(tài),與真值表相比較,借以判斷此組合邏輯電路靜態(tài)工作是否正常。．動態(tài)測試動態(tài)測試是測量組合邏輯電路的頻率響應。在輸入端加上周期性信號,用示波器觀察輸入、輸出波形。測出與真值表相符的最高輸入脈沖頻率。（二）時序邏輯電路的測試時序邏輯電路測試的目的是驗證其狀態(tài)的轉換是否與狀態(tài)圖相符合?？捎冒l(fā)光二極管、數碼管或示波器等觀察輸出狀態(tài)的變化。常用的測試方法有兩種。一種是單拍工作方式：以單脈沖源作為時鐘脈沖,逐拍進行觀測。另一是連續(xù)工作方式：以連續(xù)脈沖源作為時鐘脈沖,用示波器觀察波形,來判斷輸出狀態(tài)的轉換是否與狀態(tài)圖相符。五、實驗注意事項：.每次實驗前必須仔細預習實驗指導書,準備預習報告,了解實驗內容、所需實驗儀器設備及實驗數據的測試方法,并劃好必要的記錄表格,以備實驗時作原始記錄。實驗中教師將檢查學生的預習情況,未預習者不得進行實驗。.學生在實驗中不得隨意交換或搬動其他實驗桌上的器材、儀器、設備。.實驗儀器的使用必須嚴格按實驗指導書中說明的方法操作，特別是直流電源和函數發(fā)生器的輸出端切切不可短路或過載。如因操作不仔細或玩弄儀器設備造成儀器設備損壞，必須酌情作出賠償。.實驗中如出現故障，應盡量自己檢查診斷，找出故障原因然后排除。如果由于設備原因無法自行排除的，再向指導教師或實驗室管理人員匯報。.實驗必須如實記錄實驗數據，積極思考，注意實驗數據是否符合理論分析，隨時糾正接線或操作錯誤。.實驗結束后必須先將實驗數據記錄提交指導教師查閱，經認可簽字后才能拆線。拆線前必須確認電源已切斷。離開實驗室前，必須將實驗桌整理規(guī)范。.實驗報告在課后完成，并在下次實驗時上交。報告內容包括：()預習報告內容。()實驗中觀測和記錄的數據和現象，根據數據所計算的實驗結果。()實驗內容要求的理論分析或圖表、曲線。()討論實驗結果、心得體會和意見、建議。附錄常用數字集成電路管腳圖141211109810823475V1；1；4Y4B4A3Y3B3A1A1li]Y2A2B2￥GN1J740074LS00（2輸入端四與非門）Y1A1B1Y2A2B2GND740274LSO2端四或非門〉VC1..B4A4￥4B3A3￥3I1413121110981廠PL-y>n123456A1B1Y1A2B2Y2GN1J740874LS0