实验一组合逻辑电路设计

实验一组合逻辑电路设计

一、实验目的

1、熟悉应用中小规模数字集成电路的工程技术；

2、掌握组合逻辑电路的设计方法。

二、设计步骤

对于某些对象的启动／停止或者打开／闭合等一类二值控制问题（电气工程称之为乒乓控制），往往可以抽象归纳成为逻辑问题。使用数字逻辑电路实现解决这一逻辑问题的电路系统，即可实现逻辑控制。使用小规模（SSI）数字集成电路进行组合逻辑电路设计的步骤是：

1、分析实际问题进行逻辑抽象：定义输入或输出变量并进行逻辑赋值，即确定True (1)或False (0)表示的含义。在此基础上列出逻辑真值表。

2、由真值表写出逻辑函数表达式并化简为最简式。

3、按照化简后的表达式画出逻辑函数原理图。

为了降低电路成本、便于系统安装和未来维修，有经验的工程师常常设法用尽可能少的数字集成电路种类和芯片数目来实现设计。因此2，3两步骤应统筹考虑。

4、查阅集成电路手册确定电路中所使用的芯片型号和具体的引脚连

接关系。

5、正确地焊接（连接）电路，在确认无误后上电试验，测试电路的逻辑关系是否实现真值表（解决逻辑问题）。当然，这需要解决全部有关逻辑变量的状态设定和输出逻辑状态的测试问题。值得说明，一种专门测试逻辑电平的常用工具是“逻辑笔”。

三、设计要求

请设计组合逻辑电路解决如下逻辑问题：

1、某竞技运动项目设主裁判一名，副裁判两名。比赛规则是：主裁判和至少一名副裁判判定某运动员胜利，则该运动员取胜。设计实现电子裁判机。

2、某储液罐设有大小各一个补液泵和高、中、低液位传感器。三个传感器都在页面低于其监测的位置时发出信号，否则没有信号输出。由于结构上的原因，高位传感器不会出故障；其余两个传感器在液面高于其监测位置时决不会产生错误的信号输出，但却可能在故障时发不出信号来。设计电路系统实现如下控制要求：液面达到或超过高位时补液泵全停；液面低于高位而高于中位时，小泵启动工作，大泵停止；液面低于中位而高于低位时，大泵启动工作，小泵停止；液面低于低位时，大小两泵同时启动工作。在实现上述控制要求的同时给出传感器发生故障的报警信号。

四、实验器材

1、数字电路实验箱，一个

2、直流稳压电源，一台

3、数字集成电路芯片

五、预习内容

1、掌握门电路的逻辑功能，熟悉有关数字集成电路的种类、型号、封

装结构和引脚分配。

2、完成设计的1～4步。提出实验所需的芯片型号及数量。

六、实验报告

在实验成功结束后，学生应认真撰写实验报告，内容主要包括：

1、每步骤的设计结果（如真值表、逻辑图等）及其必要的说明。

2、实验中发生的问题及解决方案，处理结果。

实验二计数器集成电路的应用

一、实验目的

1、掌握中规模集成电路计数器的应用

2、掌握BCD--7段译码器的应用

二、实验原理

计数器是数字系统的基本部件之一，它不仅用来计数输入脉冲数目，而且还可以用来完成定时和数字运算等特定的逻辑功能。计数器按工作方式可分为同步计数器和异步计数器；按计数制可分为二进制、十进制和任意进制计数器；按计数过程中计数器数字增减来分类，可以分为加法计数器、减法计数器和加减兼有的可逆计数器。

本实验我们建议选用74LS160集成计数器作为计数器件。

中规模74LS160A为十进制可予置同步计数器，它由四个D型触发器和若干个门电路组成，具有同步计数，同步予置初值、计数允许/禁止控制、异步清零等功能。应用两个计数使能端P、T

和一个进位输出端,可实现多位同步计数器的

级联。其管脚分配如图2－1所示。其中‘CO’

为进位输出端，‘CT P’为计数控制端，‘CT T’

为计数控制端（两者为逻辑与关系），‘Q0～

Q3’为计数输出端，‘D0～D3’为初值数据并

行输入端，‘CP’为时钟输入端（上升沿有效），

‘CR’为异步清除输入端（低电平有效）。

‘LD’为同步并行置入控制端（低电平有

效）。当LD端出现有效电平时，‘D0～D3’输入的初值数据（8421BCD码）

置入计数器内，同时在Q0～Q3计数输出端输出。在应用系统中，人们往往希望显示当前计数值。这就需要对该输出进行译码、显示。

在数字系统中，显示器的产品很多，如荧光数码管、半导体、显示器液晶显示和辉光数码管等。数显的显示方式一般有三种，一是重叠式显示，二是点阵式显示，三是分段式显示。工程上常用发光二极管（LED）七段数码显示器。因为它有高亮度、低功耗、长寿命、多颜色、多规格等特点。它用七只LED制成七段笔画（分别称之为a,b,c,d,e,f,g）构成“8”的形状。因此只要将BCD码表示的数字按照字形，对应地点燃相关的a段至g段LED，就实现了计数显示。这一点，应用组合逻辑设计的技术不难实现。当然，译码电路不算简单，并且要解决通用逻辑电路的扇出能力问题，就是说要加电流（或功率）驱动。实现上述功能的译码驱动器产品种类很多。而且要根据具体的数码显示器的型号种类及其工作原理来选用。

本实验中，我们选用常用了共阴极LED数码管及其译码驱动器74LS248 BCD码4－7段译码驱动器。译码驱动显示的原理框图如图2－2所示。

74LS248译码驱动器管脚排列如图2－3。

三、实验要求与提示

1、分别设计与实现一个十进制计数器和一个六进制计数器并进而实

现六十进制的计数器。每个计数器通过各自的译码显示电路分别显

示个位数和十位数（称为“静态译码”）。原理框图如图2－4。

这将涉及任意进制计数器的设计问题。实现任意进制计数器的方法之一是“反馈归零法”，即在某一集成计数器电路的基础上加一个适当的电路，当计数器中的计数达到要求时，该电路向计数器的复位端送出一个复位脉冲，使计数器复位至0状态。图2－5是应用本法由74LS160组成的六进制计数器。

当然，这将使计数系统中频频出现瞬间的误码。由于人们的“视觉暂留效应”和大多数物理设备的大惯性，该方案尚有用途。另外的优选方案是“反馈赋值法”，同学们可参考教科书相关内容，并在有条件的情况下实现之。

图2-6

2、设计一个二十四进制计数器，实现译码显示。

利用J－K触发器与非门和74LS160组成二十四进制计数器，再通过各自的译码显示电路分别显示个位数和十位数。其接线电路图如图2－6所示。

J－K触发器可采用74LS112双JK触发器。其管脚排列如附录。与非门可用四重二输入与非门74LS00。

四、实验内容

1、六十进制计数器功能测试

（1）按照预先设计好的电路图接线，检查无误后，接通5V直流电源。

（2）在输入端输入单次脉冲，观察显示器状态，并记录结果。

（3）在输入端输入连续脉冲，观察显示器状态，并记录结果。

2、二十四进制计数器功能测试

（1）按图2－6接线，检查无误后，接通5V直流电源。

（2）、（3）同上。

五、实验器材

1、数字实验箱1台

2、直流稳压电源1台

3、集成电路

74LS160

74LS112

74LS248和七段LED

74LS00

六、预习要求

1、复习译码、显示、计数器工作原理和逻辑电图。

2、查阅有关手册，熟悉各芯片管脚排列及逻辑功能。

3、设计出各计数器电路接线图。

七、实验报告

实验结 …… 此处隐藏：2631字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……