數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)講義

1、數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)講義喻嶸 王艷慶 丁杰 張莉 葉小麗 陳燕彬 編32內(nèi)容提要本實(shí)驗(yàn)講義根據(jù)最新制定的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，由南昌大學(xué)信息工程學(xué)院電子信息工程系幾位多年從事數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)課程教學(xué)的老師合編而成。可用于電子信息工程專(zhuān)業(yè)、通信工程專(zhuān)業(yè)數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容包括三大部分：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、比較復(fù)雜并要求學(xué)生獨(dú)立思考的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、自選設(shè)計(jì)課題的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。內(nèi)容涵蓋了數(shù)字電路的大部分基礎(chǔ)知識(shí)，包括常用的組合邏輯電路、時(shí)序邏輯電路和脈沖電路的驗(yàn)證和設(shè)計(jì)，以及這些基礎(chǔ)數(shù)字電路的在實(shí)際系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用。目 錄實(shí)驗(yàn)一 用SSI設(shè)計(jì)組合電路和冒險(xiǎn)現(xiàn)象觀察1實(shí)驗(yàn)二 MSI組合

2、功能件的應(yīng)用4實(shí)驗(yàn)三 集成觸發(fā)器的應(yīng)用第一信號(hào)鑒別電路的設(shè)計(jì)9實(shí)驗(yàn)四 用集成移位寄存器實(shí)現(xiàn)序列檢測(cè)器11實(shí)驗(yàn)五 MSI 時(shí)序功能件的應(yīng)用13實(shí)驗(yàn)六 序列信號(hào)發(fā)生器18實(shí)驗(yàn)七 555定時(shí)器及分頻電路22實(shí)驗(yàn)八 D/A轉(zhuǎn)換器25附錄：實(shí)驗(yàn)芯片引腳排列圖30實(shí)驗(yàn)一 用SSI設(shè)計(jì)組合電路和冒險(xiǎn)現(xiàn)象觀察 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握用SSI設(shè)計(jì)組合電路及其檢測(cè)方法; 2觀察組合電路的冒險(xiǎn)現(xiàn)象。 二、實(shí)驗(yàn)原理使用小規(guī)模集成電路 (SSI)進(jìn)行組合電路設(shè)計(jì)的一般過(guò)程: 1根據(jù)任務(wù)要求列出真值表; 2通過(guò)化簡(jiǎn)得出最簡(jiǎn)邏輯函數(shù)表達(dá)式; 3選擇標(biāo)準(zhǔn)器件實(shí)現(xiàn)此邏輯函數(shù)。 邏輯化簡(jiǎn)是為了使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和使用器件較少，要求邏輯

3、表達(dá)式盡可能簡(jiǎn)化。但由于實(shí)際使用時(shí)要考慮電路的工作速度和穩(wěn)定可靠等因素，在較復(fù)雜的電路中，還要求邏輯清晰易懂，所以是在保證速度、穩(wěn)定可靠與邏輯清楚的前提下，盡量使用最少的器件，以降低成本。 組合邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程通常是在理想情況下進(jìn)行的，即假定一切器件均沒(méi)有延遲效應(yīng)。但是實(shí)際上并非如此，信號(hào)通過(guò)任何導(dǎo)線(xiàn)或器件都需要一個(gè)響應(yīng)時(shí)間。例如，一般中速TTL與非門(mén)的延遲時(shí)間為10一20ns。而且由于制造工藝上的原因，各器件的延遲時(shí)間離散性很大，往往按照理想情況設(shè)計(jì)的邏輯電路，在實(shí)際工作中有可能產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出。一個(gè)組合電路，在它的輸入信號(hào)變化時(shí)。輸出出現(xiàn)瞬時(shí)錯(cuò)誤的現(xiàn)象稱(chēng)為組合電路的冒險(xiǎn)現(xiàn)象。 組合電路的冒險(xiǎn)現(xiàn)象有

4、兩種，一種稱(chēng)為函數(shù)冒險(xiǎn) (即功能冒險(xiǎn))，另一種稱(chēng)為邏輯冒險(xiǎn)。函數(shù)冒險(xiǎn)：當(dāng)電路有兩個(gè)或兩個(gè)以上變量同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，變化過(guò)程中必然要經(jīng)過(guò)一個(gè)或數(shù)個(gè)中間狀態(tài)，如果這些中間狀態(tài)的函數(shù)值與起始狀態(tài)和終了狀態(tài)的函數(shù)值不同，就會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)的錯(cuò)誤信號(hào)。是函數(shù)本身固有的。邏輯冒險(xiǎn)：在一個(gè)輸人變量發(fā)生變化時(shí)，由于各傳輸通路的延遲時(shí)間不同導(dǎo)致輸出出現(xiàn)瞬時(shí)錯(cuò)誤。 本實(shí)驗(yàn)通對(duì)邏輯冒險(xiǎn)中的靜態(tài)0型冒險(xiǎn)現(xiàn)象的觀察和修正，說(shuō)明組合電路的邏輯冒險(xiǎn)的出現(xiàn)的原理及對(duì)策。靜態(tài)0型冒險(xiǎn)：在輸出恒等于1時(shí)，出現(xiàn)瞬時(shí)0輸出的錯(cuò)誤現(xiàn)象。分析和判斷： 1對(duì)于函數(shù)的與或表達(dá)式，可以通過(guò)對(duì)除變量A以外的其他變量逐個(gè)進(jìn)行賦值，若能使表達(dá)式出現(xiàn) 時(shí)，則

5、表示電路在變量A發(fā)生變化時(shí)可能存在0型冒險(xiǎn)。增加校正項(xiàng)，該校正項(xiàng)就是被賦值各變量的乘積項(xiàng)。使其改變成來(lái)消除。 2對(duì)于函數(shù)的卡諾圖，分析發(fā)現(xiàn)若有兩個(gè)被圈項(xiàng)的圈相切，相切部分之間相應(yīng)的變量發(fā)生變化時(shí)，函數(shù)可能存在冒險(xiǎn)現(xiàn)象。消除該險(xiǎn)象的方法是增加把其兩個(gè)相切部分圈在一起的一個(gè)圈項(xiàng)。 3由與非門(mén)組成的邏輯圖中，若變量A通過(guò)兩條傳輸路徑(分別經(jīng)過(guò)的門(mén)數(shù)量差為奇數(shù))后，驅(qū)動(dòng)同一個(gè)門(mén)電路，若在給其他各變量賦一定的值后，使這兩條路徑是暢通的。則A變量發(fā)生變化時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。假定每個(gè)門(mén)的平均傳輸延遲時(shí)間均為ltpd那么兩條路徑經(jīng)過(guò)門(mén)的數(shù)量差就是險(xiǎn)象脈沖的可能寬度。根據(jù)不同情況還可以采取下述方法消除各種冒

6、險(xiǎn)現(xiàn)象。 1由于組合電路的冒險(xiǎn)現(xiàn)象是在輸入信號(hào)變化過(guò)程中發(fā)生的，因此可以設(shè)法避開(kāi)這一段時(shí)間，待電路穩(wěn)定后再讓電路正常輸出。具體辦法有: (1)在存在冒險(xiǎn)現(xiàn)象的與非門(mén)的輸入端引進(jìn)封鎖負(fù)脈沖。當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，將該門(mén)封鎖(使門(mén)的輸出為1)。 (2)在存在冒險(xiǎn)現(xiàn)象的與非門(mén)的輸入端引進(jìn)選通正脈沖選通脈沖不作用時(shí)，門(mén)的輸出為1,選通脈沖到來(lái)時(shí)，電路才有證常輸出，顯然，選通脈沖必須在電路穩(wěn)定時(shí)才能出現(xiàn)。 （3）由于冒險(xiǎn)現(xiàn)象中出現(xiàn)的干擾脈沖寬度一般很窄，所以可在門(mén)的輸出端并接一個(gè)幾百皮法的濾波電容加以消除，但這樣做將導(dǎo)致輸出波形的邊沿變壞，這在有些情況下是不允許的，僅用于低速電路。 實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意組合電

7、路的冒險(xiǎn)現(xiàn)象，當(dāng)設(shè)計(jì)出一個(gè)組合邏輯電路后,首先應(yīng)進(jìn)行分析是否存在冒險(xiǎn)可能。如果應(yīng)用于較高要求場(chǎng)合，則應(yīng)先行在靜態(tài)測(cè)試（按真值表依次改變輸人變量,測(cè)得相應(yīng)的輸出邏輯值，驗(yàn)證其邏輯功能）后進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，觀察是否存在冒險(xiǎn)。然后根據(jù)不同情況分別采取消除險(xiǎn)象的措施。三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1設(shè)計(jì)一個(gè)保險(xiǎn)箱的數(shù)字代碼鎖，該鎖有規(guī)定的4位代碼A1,A2,A3,A4的輸入端和一個(gè)開(kāi)箱鑰匙孔信號(hào)E的輸人端，鎖的代碼由實(shí)驗(yàn)者自編(例如1011)。當(dāng)用鑰匙開(kāi)箱時(shí)(E1)，如果輸入代碼符合該鎖規(guī)定代碼，保險(xiǎn)箱被打開(kāi)(Z11)。如果不符、電路將發(fā)出報(bào)警信號(hào) (Z2=1)要求使用最少數(shù)量的與非門(mén)實(shí)現(xiàn)電路。檢測(cè)并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 提示:

8、實(shí)驗(yàn)時(shí)鎖被打開(kāi)或報(bào)警可以分別使用兩個(gè)發(fā)光二極管指示電路顯示示意。代碼需要使用的反相器外，最簡(jiǎn)設(shè)計(jì)僅需使用5個(gè)與非門(mén)。2按表1-1設(shè)計(jì)一個(gè)邏輯電路(1)輸入信號(hào)僅提供原變量，要求用最少數(shù)量的2輸入端與非門(mén)，畫(huà)出邏輯圖;(2)搭試電路，進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，驗(yàn)證邏輯功能，記錄測(cè)試結(jié)果;(3)分析輸入端B、C、D各處于什么狀態(tài)時(shí)能觀察到輸入端A信號(hào)變化時(shí)產(chǎn)生的冒險(xiǎn)現(xiàn)象;(4)估算此時(shí)出現(xiàn)的干擾脈沖寬度是門(mén)平均傳輸延遲時(shí)間1tpd的幾倍。(5)在A端輸人f=100kHz一lMHz的方波信號(hào);觀察電路的冒險(xiǎn)現(xiàn)象，記錄A和Y點(diǎn)的工作波形圖。(6)觀察用增加校正項(xiàng)的辦法消除由于輸入端A信號(hào)變化所引起的邏輯冒險(xiǎn)現(xiàn)象。

9、畫(huà)出此時(shí)的電路圖，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表1-1ABCDYABCDY000001000000010100100010110100001111011101000110010101011011011011110101110111113使用與非門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)十字交叉路口的紅綠燈控制電路，檢測(cè)所設(shè)計(jì)電路的功能，記錄測(cè)試結(jié)果。圖1-1是交叉路口的示意圖，圖中A、B方向是主通道，C、D方向是次通道，在A、B、C、D四通道附近各裝有車(chē)輛傳感器，當(dāng)有車(chē)輛出現(xiàn)時(shí)，相應(yīng)的傳感器將輸出信號(hào)1，紅綠燈點(diǎn)亮的規(guī)則如下：（1）A、B方向綠燈亮的條件：（a）A、B、C、D均無(wú)傳感信號(hào)（b）A、B均有傳感信號(hào)（c）A或B有傳感信號(hào)

10、，而C和D不是全有傳感信號(hào)（2）C、D方向綠燈亮的條件：DCBA（a）C、D均有傳感信號(hào)，而A和B不是全有傳感信號(hào)（b）C或D有傳感信號(hào)，而A和B均無(wú)傳感信號(hào)四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材1二蹤示波器2脈沖信號(hào)發(fā)生器3晶體管直流穩(wěn)壓電源 4通用實(shí)驗(yàn)臺(tái)5主要集成電路:7400四2與非門(mén)2片;7420雙4與非門(mén)1片。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 圖1-11寫(xiě)出任務(wù)的設(shè)計(jì)過(guò)程 (包括敘述有關(guān)設(shè)計(jì)技巧)，畫(huà)出設(shè)計(jì)電路圖;2記錄檢測(cè)結(jié)果，并進(jìn)行分析;3觀察冒險(xiǎn)現(xiàn)象的工作波形。六、思考題 設(shè)每個(gè)門(mén)的平均傳輸延遲時(shí)間是1tpd，試畫(huà)出圖中電路在輸入A信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，各點(diǎn)的工作波形。A實(shí)驗(yàn)二 MSI組合功能件的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諗?shù)

11、據(jù)選擇器、譯碼器和全加器等MSI的使用方法；熟悉MSI組合功能件的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理中規(guī)模集成電路（MSI）是一種具有專(zhuān)門(mén)功能的集成功能件。常用的MSI組合功能件有譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)比較器和全加器等。借助于器件手冊(cè)提供的功能表，弄清器件各引出端（特別是各控制輸入端）的功能與作用，就能正確地使用這些器件。在此基礎(chǔ)上應(yīng)該盡可能地開(kāi)發(fā)這些器件的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。對(duì)于一個(gè)邏輯設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵在于合理選用器件，靈活地使用器件的控制輸入端，運(yùn)用各種設(shè)計(jì)技巧，實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的電路功能。在使用MSI組合功能件時(shí)，器件的各控制輸入端必須按邏輯要求接入電路，不允許懸空。數(shù)據(jù)選擇器T4153是一個(gè)雙

12、4選1數(shù)據(jù)選擇器，其邏輯符號(hào)如圖2-1所示，功能表見(jiàn)表2-1。其中D0、D1、D2、D3為4個(gè)數(shù)據(jù)輸入端；Y為輸出端；S是使能端，在時(shí)使能，在時(shí)；A1、A0是器件中兩個(gè)選擇器公用的地址輸入端。該器件的邏輯表達(dá)式為表2-1 T4153功能表控制輸入輸出10000D0010D1100D2110D3 圖2-1 T4153邏輯符號(hào) 圖2-2 實(shí)現(xiàn)8選1選擇器功能 圖2-3 實(shí)現(xiàn)全加器功能數(shù)據(jù)選擇器是一種通用性很強(qiáng)的功能件，它的功能很容易得到擴(kuò)展。4選1數(shù)據(jù)選擇器經(jīng)如圖2-2所示的組合，很容易實(shí)現(xiàn)8選1選擇器功能。使用數(shù)據(jù)選擇器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的方法是合理地選用地址變量，通過(guò)對(duì)函數(shù)的運(yùn)算，確定各數(shù)據(jù)輸入端的

13、輸入方程。例如，使用4選1數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)全加器邏輯的連線(xiàn)圖如圖2-3所示。再如，利用4選1數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)有較多變量的函數(shù)從函數(shù)表達(dá)式可以看出，各乘積項(xiàng)均包含有A和B兩個(gè)變量，可將表達(dá)式整理得 此表達(dá)式可用圖2-4所示的電路實(shí)現(xiàn)。從上述例子中可見(jiàn)，數(shù)據(jù)選擇器的地址變量一般的選擇方式：選用邏輯表達(dá)式各乘積項(xiàng)中出現(xiàn)次數(shù)最多的變量（包括原變量與反變量），以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)輸入端的附加電路；選擇一組具有一定物理意義的量。2譯碼器譯碼器可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是通用譯碼器，另一類(lèi)是顯示譯碼器（此類(lèi)譯碼器參見(jiàn)附錄三，本實(shí)驗(yàn)將不做討論）。 圖2-4 實(shí)現(xiàn)函數(shù) 圖2-5 T4138邏輯符號(hào)T4138是一個(gè)3線(xiàn)-8線(xiàn)譯碼器，它

14、是一種通用譯碼器，其邏輯符號(hào)如圖2-5所示，表2-2是其功能表。其中，A2、A1、A0是地址輸入端，Y0、Y1、Y7是譯碼輸出端，S1、S2、S3是使能端，當(dāng)時(shí)，器件使能。3線(xiàn)-8線(xiàn)譯碼器實(shí)際上也是一個(gè)負(fù)脈沖輸出的脈沖分配器。若利用使能端中的一個(gè)輸入端輸入數(shù)據(jù)信息，器件就是成為一個(gè)數(shù)據(jù)分配器。例如，若從S1輸入端輸入數(shù)據(jù)信息，地址碼所對(duì)應(yīng)的輸出是S1數(shù)據(jù)信息的反碼；若從S2輸入端輸入數(shù)據(jù)信息，地址碼所對(duì)應(yīng)的輸出就是數(shù)據(jù)信息。譯碼器的每一路輸出，實(shí)際上是地址碼的一個(gè)最小項(xiàng)的反變量，利用其中一部分輸出端輸出的與非關(guān)系，也就蛇們相應(yīng)最小項(xiàng)或邏輯表達(dá)式，能方便地實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。與數(shù)據(jù)選擇器一樣，利用使能

15、端能夠方便地將兩個(gè)3線(xiàn)-8線(xiàn)譯碼器組合成一個(gè)4線(xiàn)-16線(xiàn)的譯碼器。表2-2 T4138功能表輸 入輸 出100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111100111111111111111113全加器T4183是一個(gè)雙進(jìn)位保留全加器，其邏輯符號(hào)如圖2-6所示。其中，An和Bn分別為被加數(shù)和加數(shù)的數(shù)據(jù)輸入端，Cn是低位向本位進(jìn)位的進(jìn)位輸入端，F(xiàn)n是和數(shù)輸出端，F(xiàn)Cn+1是本位向高位進(jìn)位的進(jìn)位輸出端。邏輯方程是T4283是一個(gè)數(shù)位二進(jìn)制超前位全

16、加器，其邏輯符號(hào)如圖2-7所示，其中A3、A2、A1、A0和B3、B2、B1、B0分別是被加數(shù)和加數(shù)（兩組4位二進(jìn)制數(shù)）的數(shù)據(jù)輸入端，Cn是低位器件向本器件最低位進(jìn)位的進(jìn)位輸入端，F(xiàn)3、F2、F1、F0是和數(shù)輸出端，F(xiàn)Cn+1是本器件最向位向高位器件進(jìn)位的進(jìn)位輸出端。二進(jìn)制全加器可以進(jìn)行多位連接使用，也可組成全減器、補(bǔ)碼器或?qū)崿F(xiàn)其它邏輯功能等電路。日常習(xí)慣于進(jìn)行十進(jìn)制的運(yùn)算，利用4位二進(jìn)制全加器可以設(shè)計(jì)組成進(jìn)行NBCD碼的加法結(jié)果相同，但若兩個(gè)相加數(shù)的和大于或等于1010時(shí)，由于4位二進(jìn)碼是逢十六進(jìn)一的，而NBCD碼是逢十進(jìn)一的，它們的進(jìn)位數(shù)相差六，因此NBCD加法運(yùn)算電路必須進(jìn)行校正，應(yīng)在電

17、路中插入一個(gè)校正網(wǎng)絡(luò)，使電路在和數(shù)小于或等于1001時(shí)，校正網(wǎng)絡(luò)不起作用（或加一個(gè)0000數(shù)），在和數(shù)大于或等于1010時(shí)，校正網(wǎng)絡(luò)使此和數(shù)再加上一個(gè)0110數(shù)，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)NBCD碼的加法運(yùn)算的目的。 圖2-6 T4183邏輯符號(hào) 圖2-7 T4283邏輯符號(hào) 圖2-8 輸血者血型與受血者血型關(guān)系示意圖利用兩個(gè)4位二進(jìn)制全加器可以組成一個(gè)1位NBCD碼全加器，該全加器應(yīng)有進(jìn)位輸入端和進(jìn)位輸出端，電路由讀者自行設(shè)計(jì)。三、預(yù)習(xí)思考題什么是異或門(mén)、半加器和全加器？用兩個(gè)異或門(mén)和少量與非門(mén)組成1位全加器，畫(huà)出其電路圖；利用T4153設(shè)計(jì)一個(gè)1位二進(jìn)制全減器，畫(huà)出電路邊線(xiàn)圖；利用一個(gè)3-8線(xiàn)譯碼器和與

18、非門(mén)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)三變量函數(shù)式。四、實(shí)驗(yàn)任務(wù)（一）利用4選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)一個(gè)表示血型遺傳規(guī)律的電路，畫(huà)出設(shè)計(jì)電路圖，檢測(cè)并記錄電路功能。父母和子女之間的血型規(guī)律如表2-3所示，其中父母血型欄中若僅有一項(xiàng)是非功過(guò)，則表示父母是同一種血型。使用一個(gè)3線(xiàn)-8線(xiàn)譯碼器和與非門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)1位二進(jìn)制全減器，畫(huà)出設(shè)計(jì)邏輯圖，檢測(cè)并記錄電路功能。利用兩個(gè)4位二進(jìn)制全加器和與非門(mén)，設(shè)計(jì)一個(gè)1位NBCD碼的全加器，畫(huà)出設(shè)計(jì)電路圖，檢測(cè)電路功能。記錄下列運(yùn)算式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：0000+0100，0111+0010，0100+0110，0101+0111，1000+0111，1001+1001。（二）利用一個(gè)4選1數(shù)據(jù)選擇器

19、和最少數(shù)量的與非門(mén)，設(shè)計(jì)一個(gè)符合輸血一受血規(guī)則的4輸入1輸出電路。檢測(cè)所設(shè)計(jì)電路的邏輯功能。人類(lèi)有四種基本血型A、B、AB和O型。輸血者與受血者的血型必須符合下述規(guī)劃：O型血可以輸給任意血型的人，但O血型的人只能接受O型血；AB型血只能輸給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（其示意圖見(jiàn)圖2-8）。表2-3 父母和子女之間的血型規(guī)律父母血型子女血型OABABOABAB100010000100110000101010000101111100110010101010100101100110111101010111001101

20、11設(shè)計(jì)一個(gè)4位二進(jìn)制加法/減法器電路（僅要求適用于兩數(shù)差大于或等于0的情況），檢測(cè)電路功能。提示：兩數(shù)相減相當(dāng)于被減數(shù)與減數(shù)的補(bǔ)碼（即取反后加1）相加。電路應(yīng)有一個(gè)運(yùn)算控制端M，用來(lái)控制電路實(shí)現(xiàn)加法或減法運(yùn)算。 五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材晶體管直流穩(wěn)壓電源通用實(shí)驗(yàn)底板萬(wàn)用電表及工具主要器材：T4153 2只， T4138 2只， T4183 2只， T40000 1只，T4020 1只， T4086 1只。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求每個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)必須寫(xiě)出設(shè)計(jì)過(guò)程，畫(huà)出設(shè)計(jì)邏輯圖，附有實(shí)驗(yàn)記錄，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。七、思考題利用一只雙4選1數(shù)據(jù)選擇器和一只四2輸入端與非門(mén)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)8選1數(shù)據(jù)選擇器功能。利用兩個(gè)3線(xiàn)

21、-8線(xiàn)譯碼器，構(gòu)成一個(gè)4線(xiàn)-16線(xiàn)譯碼器。利用4位二進(jìn)制全加器，實(shí)現(xiàn)NBCD碼與余3碼之間的變換。設(shè)計(jì)一個(gè)4位二進(jìn)制加法/減法電路，輸出用原碼表示，運(yùn)算結(jié)果應(yīng)有符號(hào)位指示數(shù)字的正、負(fù)值。實(shí)驗(yàn)三 集成觸發(fā)器的應(yīng)用第一信號(hào)鑒別電路的設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握集成觸發(fā)器的使用方法和邏輯功能的測(cè)試方法2學(xué)習(xí)并掌握第一信號(hào)鑒別電路，又稱(chēng)作搶答器的設(shè)計(jì)方法二、第一信號(hào)鑒別電路的工作原理圖3-1所示，為由4個(gè)JK觸發(fā)器組成的第一信號(hào)鑒別電路，用以判別S0S3送入的4個(gè)信號(hào)中，哪一個(gè)信號(hào)最先到達(dá)，其工作過(guò)程如下：FF0C11J 1K RQ0510LED0FF1C11J 1K RQ0510LED1FF2C11J 1

22、K RQ0510LED2FF3C11J 1K RQ0510LED3VCC+5V5.1KSR1G1G2S0S1S2S3圖3-1 第一信號(hào)鑒別電路開(kāi)始工作前，先按復(fù)位開(kāi)關(guān)SR，F(xiàn)F0FF3都被置0，都輸出高電平1，發(fā)光二極管LED0LED3不發(fā)光。這時(shí)，G1輸入都為高電平1，G2輸出1，F(xiàn)F0FF3的J=K=1，這4個(gè)觸發(fā)器處于接收輸入信號(hào)的狀態(tài)。在S0S3的4個(gè)開(kāi)關(guān)中，如S3第一個(gè)按下時(shí)，則FF3首先由0狀態(tài)翻到1狀態(tài)，=0，這一方面使發(fā)光二極管LED3發(fā)光，同時(shí)使G2輸出0，這時(shí)FF0FF3的J和K都為低電子0，都執(zhí)行保持功能。因此，在S3按下后，其它三個(gè)開(kāi)關(guān)S0S2，任一個(gè)再按下時(shí)，F(xiàn)F0F

23、F2的狀態(tài)不會(huì)改變，仍為0狀態(tài)，發(fā)光二極管LED0LED2也不會(huì)亮，所以，根據(jù)發(fā)光二極管的發(fā)光可判斷開(kāi)關(guān)S3第一個(gè)按下。如要重復(fù)進(jìn)行第一信號(hào)判別時(shí)，則在每次進(jìn)行判別前應(yīng)先按復(fù)位開(kāi)關(guān)SR，使FF0FF3處于接收狀態(tài)。圖1所示電路又稱(chēng)作搶答器。圖3-2是由D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的4人搶答器，請(qǐng)同學(xué)自行分析其工作過(guò)程。三、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)RS、D、JK觸發(fā)器的邏輯功能和觸發(fā)方式2分析圖1和圖2所示第一信號(hào)鑒別電路，又稱(chēng)作搶答器的工作原理3熟悉本試驗(yàn)所用器件，如74LS000、74LS020、74LS074的功能管腳排列4設(shè)計(jì)4人搶答電路，畫(huà)出電路原理圖及由實(shí)驗(yàn)室提供的器件所組成的接線(xiàn)圖，在實(shí)驗(yàn)前必須按以上要求寫(xiě)

24、出預(yù)習(xí)報(bào)告。請(qǐng)0D1D2D3D4Q1RDQ2Q1Q2Q3Q3Q4Q4CP74LS175VD1VD2VD3VD4CP 1KHZ脈沖S1S2S3S4+5VR11R2R3R4圖3-2 4人搶答電路四、實(shí)驗(yàn)任務(wù)用D觸發(fā)器和與非門(mén)設(shè)計(jì)智力競(jìng)賽4人搶答電路，設(shè)有4個(gè)開(kāi)關(guān)（S0S3），另有4個(gè)指示燈，第一搶答者（第一個(gè)按下開(kāi)關(guān)時(shí)）所對(duì)應(yīng)的指示燈亮，其它三個(gè)開(kāi)關(guān)任一個(gè)再按下時(shí)，其它三個(gè)指示燈也不會(huì)亮。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材1試驗(yàn)組合箱一臺(tái)274LS000四2輸入與非門(mén) 一片374LS020雙四輸入與非門(mén) 一片474LS074雙上升沿D觸發(fā)器 兩片六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求按任務(wù)要求設(shè)計(jì)電路并畫(huà)出試驗(yàn)電路圖，簡(jiǎn)述工作過(guò)程，記

25、錄測(cè)試結(jié)果并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)四 用集成移位寄存器實(shí)現(xiàn)序列檢測(cè)器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握移位寄存器的使用方法和邏輯功能的測(cè)試方法。2掌握序列檢測(cè)器的設(shè)計(jì)方法。二、 實(shí)驗(yàn)原理在數(shù)字系統(tǒng)中能寄存二進(jìn)制信息，并進(jìn)行移位的邏輯部件稱(chēng)為移位寄存器。根據(jù)移位寄存信息的方式有：串入串出、串入并出、并入串出、并入并出四種形式，按移位方向有左移、右移兩種。                本實(shí)驗(yàn)采用四位雙向通用移位寄存器，型號(hào)為74LS194，它是一種用途廣泛的集成移位

26、寄存器，是由四個(gè)觸發(fā)器和一些門(mén)電路組成的四位雙向移位寄存器S1S0其邏輯符號(hào)如圖41所示，A、B、C、D為并行輸入端；QA、QB 、QC、QD為并行輸出端：DSR為右移串行輸入端；DSL為左移串行輸入端；S1、S2為操作模式控制端；為異步清零端；CP為時(shí)鐘輸入端。寄存器有四種不同操作模式：并行寄存；右移（方向由QAQD）；左移（方向QDQA）；保持。S1、S2和的作用如表41所示。 圖4-1 74LS194的邏輯符號(hào) 移位寄存器應(yīng)用很廣，可構(gòu)成移位寄存型計(jì)數(shù)器；順序脈沖發(fā)生器；串行累加器；可用作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，或把半行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)等。本實(shí)驗(yàn)研究移位寄存器用作序列檢測(cè)

27、器的情況。三、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)移位寄存器的邏輯功能。熟悉本實(shí)驗(yàn)所用器材，如74LS000，74LS194的功能及管腳排列。2設(shè)計(jì)1011序列檢測(cè)器，畫(huà)出由提供的器件所組成的電路接線(xiàn)圖。在實(shí)驗(yàn)前，必須按以上要求寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告。四、實(shí)驗(yàn)任務(wù)用移位寄存器和與非門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)1011序列檢測(cè)器。電路連續(xù)不停地工作，對(duì)串行輸入的序列進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)連續(xù)檢測(cè)4個(gè)碼元符合檢測(cè)碼1011時(shí)，檢測(cè)器輸出為1，指示燈亮，其他情況下輸出為0，指示燈滅。對(duì)串行輸入的序列1011011001001011進(jìn)行檢測(cè)，并記錄檢測(cè)結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材1實(shí)驗(yàn)組合箱一臺(tái)2主要器材 74LS000（四2輸入與非門(mén)）一片、74LS020（雙4輸

28、入與非門(mén)）一片 、74LS194（4位雙向移位寄存器）一片六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求根據(jù)設(shè)計(jì)要求，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖，簡(jiǎn)述工作過(guò)程，記錄測(cè)試結(jié)果并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。表4-1 74LS194的功能表輸 入輸 出說(shuō)明S1S0CPDSLDSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30×××××××××0000置零1××0××××××保 持111××d0d1d2d3d0d1d2d3并行置數(shù)101×1××

29、15;×1Q0Q1Q2右移輸入1101×0××××0Q0Q1Q2右移輸入01101×××××Q1Q2Q31左移輸入11100×××××Q1Q2Q30左移輸入0100×××××××保持 實(shí)驗(yàn)五 MSI 時(shí)序功能件的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握集成計(jì)數(shù)器和雙向移位寄存器的使用方法；2熟悉中規(guī)模集成電路（MSI）時(shí)序功能件的應(yīng)用3熟悉顯示譯碼器和數(shù)碼管的使用方法二、實(shí)驗(yàn)

30、原理中規(guī)模集成電路（MSI）時(shí)序功能件常用的有計(jì)數(shù)器和移位寄存器等，借助于器材手冊(cè)提供的功能表和工作波形圖，就能正確的使用這些器材。對(duì)于一個(gè)使用者，關(guān)鍵在于合理地選用器材，靈活地使用器材的各控制輸入端，運(yùn)用各種設(shè)計(jì)技巧，完成任務(wù)要求的功能并要求在使用MSI器件時(shí)，各控制輸入端必須按照邏輯要求接入電路，不允許懸空。集成計(jì)數(shù)器的種類(lèi)很多，異步計(jì)數(shù)器的主要產(chǎn)品有2-5-10進(jìn)制計(jì)數(shù)器；2-8-16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和雙4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器等。同步計(jì)數(shù)器的主要產(chǎn)品有十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器等，異步計(jì)數(shù)器具有電路簡(jiǎn)單和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但是工作速度較低；同步計(jì)數(shù)器的工作速度

31、高，所以應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，其電路結(jié)構(gòu)分為同步預(yù)置和異步預(yù)置兩種。常用的計(jì)數(shù)器如表5-1所列。表5-1器件名稱(chēng)型號(hào)相近型號(hào)計(jì)數(shù)脈沖邊沿清除置數(shù)二-五-十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器T4290T210直接同步十進(jìn)制可預(yù)置同步計(jì)數(shù)器T4160T216直接同步四位二進(jìn)制可預(yù)置同步計(jì)數(shù)器T4161T214直接直接十進(jìn)制可預(yù)置同步加/減計(jì)數(shù)器T4190/直接4位二進(jìn)制可預(yù)置同步加/減計(jì)數(shù)器T4191/直接十進(jìn)制可預(yù)置同步加/減計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘）T4192T217雙時(shí)鐘，不使用時(shí)鐘端置1直接直接4位二進(jìn)制可預(yù)置同步加/減計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘）T4193T215直接直接注：T210與T4290 引出端排列不同74LS161型4位二進(jìn)制

32、同步計(jì)數(shù)器是一種可預(yù)置同步加法計(jì)數(shù)器，其外型封裝、引腳功能強(qiáng)大，功能表與74LS160相同；本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用74LS161型4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)。 下面僅以74LS161為例，通過(guò)對(duì)幾個(gè)較典型的集成計(jì)數(shù)器功能和應(yīng)用的介紹，幫助讀者認(rèn)識(shí)提高借助產(chǎn)品手冊(cè)上給出的功能表，正確而靈活運(yùn)用集成計(jì)數(shù)器的能力。174161的功能介紹為十進(jìn)制可預(yù)置同步計(jì)數(shù)器，其邏輯符號(hào)如圖5-1所示，功能表如表5-2所示。圖5-1 74LS161的邏輯符號(hào)表5-2 74LS161的功能表輸 入輸 出說(shuō)明CTPCTTCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0CO0×××××

33、5;××00000異步置0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO= Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q010××d3d2d1d0d3d2d1d01111××××計(jì) 數(shù)110××××××保 持11×0×××××保 持0計(jì)數(shù)器有下列輸入端：異步清零端（低電平有效），時(shí)鐘脈沖輸入端CP，同步并行置入控制端(低電平有效），計(jì)數(shù)控制端CTT和CTP，并行數(shù)據(jù)輸入端D0D3，它有下列

34、輸出端；四個(gè)觸發(fā)器的輸出Q0-Q3，進(jìn)位輸出CO。根據(jù)功能表，可看出74161具有下列功能：（1）異步清零功能 若=0（輸入低電平），則不管其他輸入端（包括CP端）如何，實(shí)現(xiàn)四個(gè)觸發(fā)器全部清零。由于這一清零操作不需要時(shí)鐘脈沖CP配合（即不管CP是什么狀態(tài)都行），所以稱(chēng)為“異步清零”。（2）同步并行置數(shù)功能 在=1且=0的前提下，在CP上升沿的作用下，觸發(fā)器QOQ3分別接收并行數(shù)據(jù)輸入信號(hào)d0d3，由于這個(gè)置數(shù)操作必須有CP上升沿配合并與CP上升沿同步，所以稱(chēng)為“同步”的。由于四個(gè)觸發(fā)器同時(shí)置入，所以稱(chēng)為“并行”的。（3）同步十六進(jìn)制加計(jì)數(shù)功能 在=1的前提下，若計(jì)數(shù)控制器CTT=CTP=1，則

35、對(duì)計(jì)數(shù)脈沖CP實(shí)現(xiàn)同步十六進(jìn)制加計(jì)數(shù)。這里，“同步”二字既表明計(jì)數(shù)器是“同步”而不是“異步”結(jié)構(gòu)，又暗示各觸發(fā)器動(dòng)作都與CP（上升沿）同步。（4）保持功能 在=1的前提下，若CTT.CTP=0,即兩個(gè)計(jì)數(shù)控制端中至少有一個(gè)輸入0，則不管CP如何（包括上升沿），計(jì)數(shù)器中個(gè)觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。 此外，功能表指出，進(jìn)位輸出CO=CTT Q0 Q1Q2Q3 這表明：進(jìn)位輸出端通常為0，僅當(dāng)計(jì)數(shù)控制端CTT=1且計(jì)數(shù)器狀態(tài)為15時(shí)它才為1。綜上所述，74161是具有異步清零功能的可置數(shù)十六進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器。圖5-2 工作波形圖 274161的應(yīng)用 利用輸出信號(hào)對(duì)輸入端的不同反饋（有時(shí)需附加少量的門(mén)電路）

36、，可以實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。（1）清零法例1 試用CT74LS161構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：寫(xiě)出S12的二進(jìn)制代碼，S12=1100寫(xiě)出反饋歸零函數(shù)。由于CT74LS161的異步置0信號(hào)為低電平有效，因此， 畫(huà)連線(xiàn)圖。由上式可知，對(duì)CT74LS161而言，要實(shí)現(xiàn)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，應(yīng)在CT74LS161輸出端和異步置0輸入端之間加一片與非門(mén)。連線(xiàn)圖如圖5-3所示。 圖5-3 用CT74LS161構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(2)置數(shù)法（反饋置數(shù)法）置數(shù)法與清零法不同，它是利用中規(guī)模集成器件置數(shù)功能，以置入某一固定的二進(jìn)制數(shù)值的方法實(shí)現(xiàn)模值為M的計(jì)數(shù)器。置數(shù)操作可以在電路的任何狀態(tài)下進(jìn)行。利用反饋置數(shù)法獲得M

37、進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法如下：寫(xiě)出計(jì)數(shù)狀態(tài)的二進(jìn)制代碼。利用同步置數(shù)端獲得M進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，寫(xiě)出SM-1對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼。寫(xiě)出反饋置數(shù)函數(shù)。這實(shí)際上是根據(jù)SM-1寫(xiě)出置數(shù)端的邏輯表達(dá)式。畫(huà)連線(xiàn)圖。主要根據(jù)反饋置數(shù)函數(shù)畫(huà)連線(xiàn)圖。畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。例2 試用CT74LS161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器解：CT74LS161設(shè)有同步置數(shù)控制端，可利用它來(lái)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)。設(shè)計(jì)數(shù)從Q3Q2Q1Q0=0000狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，由于采用反饋置數(shù)法獲得十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因此應(yīng)取D3D2D1D0=0000。采用置數(shù)控制端獲得M進(jìn)制計(jì)數(shù)器一般都從0開(kāi)始計(jì)數(shù)。寫(xiě)出SM-1的二進(jìn)制代碼為SM-1= S10-1 S9=1001寫(xiě)出反饋置數(shù)函數(shù)。由于

38、計(jì)數(shù)器從0開(kāi)始計(jì)數(shù)，因此，反饋置數(shù)函數(shù)為畫(huà)連線(xiàn)圖。根據(jù)上式和置數(shù)的要求畫(huà)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的連線(xiàn)圖，如圖5-4（a）所示。畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如5-5（a）所示。圖5-4 用CT74LS161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的兩種方法（a）用前10個(gè)有效狀態(tài)；（b）用后10個(gè)有效狀態(tài)(a)(b)圖5-5 CT74LS161計(jì)數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(a)利用前10個(gè)有效狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 (b)利用后10個(gè)有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖5-4（a）是利用4位自然二進(jìn)制數(shù)的前10個(gè)狀態(tài)00001001來(lái)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)的，如利用4位自然二進(jìn)制數(shù)的后10個(gè)狀態(tài)01101111實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)，則數(shù)據(jù)輸入端輸入的數(shù)據(jù)應(yīng)為D3D2D1D0=0110，這時(shí)從CT

39、74LS161的進(jìn)位輸出端CO取得反饋置數(shù)信號(hào)，電路如圖5-4（b）所示。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如5-5（b）所示。這種置數(shù)方法，其電路結(jié)構(gòu)是固定結(jié)構(gòu)，在改變模值M時(shí)，只需要改變置入輸入端D3D0的輸入數(shù)據(jù)即可，若是同步置數(shù)，其置入輸入數(shù)據(jù)數(shù)為（2n-M）的二進(jìn)制代碼，這種由滿(mǎn)值輸出作為置數(shù)控制信號(hào)，一般計(jì)數(shù)順序不是從0000開(kāi)始。三、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1用一塊74LS161和一塊74LS00實(shí)現(xiàn)（1）0-9循環(huán)計(jì)數(shù)（用端實(shí)現(xiàn)）；（2）0-9循環(huán)計(jì)數(shù)（用端實(shí)現(xiàn)）；畫(huà)出連線(xiàn)圖，用數(shù)碼管顯示電路輸出，觀察在CP脈沖作用下輸出的變化情況。2用兩塊74LS161和一塊74LS00實(shí)現(xiàn)數(shù)字鐘的“分”電路：0059循環(huán)計(jì)數(shù)。畫(huà)

40、出連線(xiàn)圖，使用儀器上的數(shù)碼顯示電路輸出，觀察在脈沖作用下輸出的變化情況。四、 注意事項(xiàng)在做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2時(shí)，由于兩塊74161的級(jí)連，線(xiàn)很多，稍有不慎就會(huì)出錯(cuò)，如果沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)就很難查出錯(cuò)誤，因此插線(xiàn)時(shí)，應(yīng)首先完成“分”個(gè)位74161的“0-9循環(huán)計(jì)數(shù)”，并輸入CP脈沖驗(yàn)證是否正確；然后再將“分”個(gè)位74161和74161級(jí)連起來(lái)，實(shí)現(xiàn)“0059循環(huán)計(jì)數(shù)”。在觀察分鐘的波形時(shí)，由于60進(jìn)制的波形在示波器上很難觀察清楚，因此，可以分成個(gè)位上的十進(jìn)制和十位上的六進(jìn)制來(lái)觀察。因?yàn)閭€(gè)位上的每個(gè)周期中都包含有個(gè)位上的十進(jìn)制，所以分鐘電路觀察兩組波形： 第一組：周期1分鐘的時(shí)鐘脈沖；Q0 （個(gè)位計(jì)數(shù)器）Q1 （個(gè)

41、位計(jì)數(shù)器）Q2 （個(gè)位計(jì)數(shù)器）Q3 （個(gè)位計(jì)數(shù)器）第二組：個(gè)位計(jì)數(shù)器的進(jìn)位作為六進(jìn)制的時(shí)鐘；Q0 （個(gè)位計(jì)數(shù)器）Q1 （個(gè)位計(jì)數(shù)器）Q2 （個(gè)位計(jì)數(shù)器）四、實(shí)驗(yàn)儀器與器材數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái) 74LS161 兩片 74LS000 一片五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖，對(duì)實(shí)驗(yàn)記錄進(jìn)行分析2設(shè)計(jì)性任務(wù)要寫(xiě)出設(shè)計(jì)過(guò)程（包括設(shè)計(jì)技巧），并畫(huà)出邏輯圖。 實(shí)驗(yàn)六 序列信號(hào)發(fā)生器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解中規(guī)模器件的邏輯功能和使用方法。2學(xué)習(xí)并掌握序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理在數(shù)字系統(tǒng)中經(jīng)常需要一些串行周期性信號(hào)，這種信號(hào)在每個(gè)循環(huán)周期中，1和0數(shù)碼按一定的規(guī)則順序排列，這就是序列信號(hào)。將序列信號(hào)的每個(gè)循環(huán)周

42、期中所含有的碼元位數(shù)稱(chēng)為循環(huán)長(zhǎng)度（或序列長(zhǎng)度）M，也稱(chēng)為序列周期M。序列信號(hào)在雷達(dá)、通信、遙控與遙測(cè)、測(cè)量以及無(wú)線(xiàn)電儀表等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。例如，在通信設(shè)備中，經(jīng)常需要產(chǎn)生一組規(guī)則碼，用來(lái)調(diào)機(jī)或檢修設(shè)備；在通信系統(tǒng)中的同步需要產(chǎn)生一組特定的二進(jìn)制序列信號(hào)來(lái)表示一組信息的開(kāi)始或終止等等。產(chǎn)生序列信號(hào)的電路稱(chēng)為序列信號(hào)發(fā)生器。序列信號(hào)發(fā)生器通常可以在移存器或計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上構(gòu)成，前者只產(chǎn)生一組序列信號(hào)，后者可以產(chǎn)生一組或多組序列信號(hào)，下面分別討論它們的設(shè)計(jì)方法。1 移存型序列信號(hào)發(fā)生器移存器型序列信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)框圖如圖6-1所示。圖中，移位寄存器作為主要存儲(chǔ)部件，將所要產(chǎn)生的長(zhǎng)度為M的序列信號(hào)，

43、按移存規(guī)律，組成M個(gè)狀態(tài)組合，完成狀態(tài)轉(zhuǎn)移，而反饋電路的作用是檢測(cè)移存器的現(xiàn)態(tài)，產(chǎn)生0或1的輸出，輸至移存器以便得到相應(yīng)的次態(tài),使電路輸出給定的序列信號(hào)。QnQ1。 。 。反饋電路移位寄存器 CP 圖6-1移存器型序列信號(hào)發(fā)生器框圖例如，設(shè)計(jì)產(chǎn)生序列信號(hào)00011101的移存器型序列信號(hào)發(fā)生器。首先根據(jù)序列信號(hào)的長(zhǎng)度M=8，因此確定移位寄存器的位數(shù)n3。若選擇n=3，則將序列信號(hào)依次取 3位碼元，構(gòu)成8個(gè)狀態(tài)的循環(huán)，如表6-1所示。由于狀態(tài)轉(zhuǎn)移符合移存規(guī)律，因此只需設(shè)計(jì)輸入第1級(jí)的激勵(lì)信號(hào)。通常采用D觸發(fā)器構(gòu)成移位寄存器，由表6-1可得則序列信號(hào)可以從任一觸發(fā)器的Q端輸出，其設(shè)計(jì)電路如圖 6-

44、2所示。6-1狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和激勵(lì)表Q3 Q2Q1Q3n+1Q2n+1Q1n+1D100000110010111011111111111001101011101010001010001000000F&&&1D1 Q1 Q1 D2 Q2 Q2 D3 Q3 Q3 CP圖6-2 產(chǎn)生序列信號(hào)00011101的移存器型序列信號(hào)發(fā)生器2計(jì)數(shù)器型序列信號(hào)發(fā)生器由計(jì)數(shù)器構(gòu)成的序列信號(hào)發(fā)生器框圖如圖6-3所示，它是在同步計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上加上輸出組合電路構(gòu)成的。舉例說(shuō)明。要求產(chǎn)生11位巴克碼序列00100011101的計(jì)數(shù)器型序列信號(hào)發(fā)生器，由于序列長(zhǎng)度M=11，則利用同步計(jì)數(shù)器74LS1

45、61，采用反饋置數(shù)法，構(gòu)成模11的計(jì)數(shù)器。其狀態(tài)轉(zhuǎn)換為： 101010011000011100110010000110010000100000101.QnQ1CP模M計(jì)數(shù)器序列組合電路 表6-2 Q3Q2Q1Q0F0000000010001010011001000010100110101111100011001010101其它任意 圖6-3 計(jì)數(shù)器型序列信號(hào)發(fā)生器框圖由此，根據(jù)所需實(shí)現(xiàn)的序列，可得組合電路的真值表如表6-2所示。FCPVCCCTP Q3 Q2 Q1 Q0CTT CRCLK D3 D2 D1 D0 LDCT74LS161&&&&1&寫(xiě)出輸出

46、F的邏輯函數(shù)表達(dá)式，最后畫(huà)出設(shè)計(jì)電路如圖6-4所示。圖6-4 產(chǎn)生序列信號(hào)00100011101的移存器型序列信號(hào)發(fā)生器這樣輸出F將在時(shí)鐘CP的作用下產(chǎn)生相應(yīng)的序列信號(hào)。這里必須指出，由于輸出是組合電路，因此在輸出的序列中有可能有“冒險(xiǎn)”的毛刺。這種冒險(xiǎn)無(wú)法采用設(shè)計(jì)措施消除，可以采用時(shí)鐘脈沖作為“取樣”脈沖來(lái)消除冒險(xiǎn)。另外也可以利用數(shù)據(jù)選擇器與計(jì)數(shù)器配合 ，靈活地構(gòu)成任意循環(huán)長(zhǎng)度和任意的脈沖序列。實(shí)現(xiàn)框圖如圖6-5所示。四位計(jì)數(shù)器提供16選1數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入，而輸入數(shù)據(jù)通道依據(jù)所要求產(chǎn)生的脈沖序列接固定電平，這樣便可產(chǎn)生循環(huán)長(zhǎng)度為16的脈沖序列，每個(gè)碼元寬度等于計(jì)數(shù)脈沖CP的周期。序列輸出

47、CP序列輸入D15D0MUXWA3 A2 A1 A0Q3 Q2 Q1 Q0四位計(jì)數(shù)器圖6-5 脈沖序列發(fā)生器邏輯框圖假如序列長(zhǎng)度為N，則將計(jì)數(shù)器構(gòu)成模為N的計(jì)數(shù)，同樣相應(yīng)改變輸入數(shù)據(jù)通道的邏輯電平值便可實(shí)現(xiàn)N位的任意序列脈沖。三、預(yù)習(xí)要求1復(fù)習(xí)數(shù)據(jù)選擇器和計(jì)數(shù)器的邏輯功能，以及數(shù)據(jù)選擇器的功能擴(kuò)展。2分析序列檢測(cè)器的工作原理。3熟悉本實(shí)驗(yàn)所用器件，如74LS000、74LS153、74LS161的功能管腳排列。4設(shè)計(jì)產(chǎn)生序列信號(hào)110100的計(jì)數(shù)型序列信號(hào)發(fā)生器。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器配合產(chǎn)生序列信號(hào)110100。五、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材1實(shí)驗(yàn)組合箱一臺(tái)274LS000四二輸入與非門(mén)一片，74LS153一片，74LS161一片六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求按任務(wù)要求設(shè)計(jì)電路并畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖，簡(jiǎn)述工作過(guò)程，記錄測(cè)試結(jié)果并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)七 555定時(shí)器及分頻電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉555定時(shí)器的應(yīng)用2能夠利用555定時(shí)器和計(jì)數(shù)器來(lái)構(gòu)成分頻電路。二、實(shí)驗(yàn)原理555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模