【正文】 步計(jì)數(shù)器 （ 74LS161） 1只 ， 二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器 （ 74LS193） 1只 ，七段字型譯碼器 （ 74LS48） 1只 ， 共陰極數(shù)碼管 （ LTS547RF） 1只 。 四 實(shí)驗(yàn)要求 設(shè)計(jì)電路，然后在仿真軟件上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，正確后，在實(shí)驗(yàn)板上搭建實(shí)驗(yàn)電路，先在數(shù)碼管上觀察顯示數(shù)字是否正確，然后搭建動(dòng)態(tài)觀察時(shí)的電路，在示波器上觀察并記錄輸入、輸出波形，最后一步是撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、整理文檔，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。 五 設(shè)計(jì)說明 實(shí)驗(yàn)原理圖如圖 544所示。 圖中時(shí)鐘 為 1KHZ/1HZ脈沖源 ， 為 01開關(guān) ， 為單次脈沖 ， 低電平有效 。 兼有清零 、 預(yù)置及啟動(dòng)功能 。 時(shí)鐘控制器輸出 Z平時(shí)處于低電平狀態(tài) 。為了檢測該電路的功能 ， 即放過的脈沖數(shù)是否為預(yù)定值 ， 一種方法是：將輸出 Z接至 LED顯示器 ， 觀察 LED閃爍的次數(shù)；另一種方法是：將 Z接至 16進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘端 ， 計(jì)數(shù)器的輸出接譯碼 、 顯示電路 ， 以觀察顯示器的讀數(shù)是否正確 。 如果控制器中的計(jì)數(shù)器選用加法計(jì)數(shù) ， 可將預(yù)置數(shù)的反碼打入預(yù)置端 ，如果選用減法計(jì)數(shù) ， 可將預(yù)置數(shù)的原碼打入預(yù)置端 。 φ 41 k~k pkpk控制器 計(jì)數(shù) 譯碼 顯示接L E D接示波器74LS161 74LS487 4 L S 0 0 、7 4 L S 7 4 、7 4 L S 1 9 3 LTS547RF1k2k3k4kpk?1 2 3 4 51 2 3 4 5?pkQZ顯示Z圖 544 時(shí)鐘控制器原理框圖 從圖 544中可以看到，設(shè)計(jì)時(shí)鐘控制器，關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)一個(gè)啟停電路，即產(chǎn)生一個(gè)門控信號，如圖中虛線所示的 Q波形。當(dāng)啟動(dòng) 時(shí)，其負(fù)脈沖將系統(tǒng)復(fù)位，并對計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，負(fù)脈沖結(jié)束后的下一個(gè)時(shí)鐘的上升沿到來時(shí)，啟停電路開啟， Q由 ，與此同時(shí)，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值與預(yù)置值相等時(shí)，啟停電路關(guān)閉， Q由 ，這時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，根據(jù) Q與 的時(shí)間關(guān)系，通過簡單的控制邏輯，即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的時(shí)鐘控制的目的。 pk10?01?φ 如果要用示波器動(dòng)態(tài)觀察 Q和 Z的波形，還需要對原電路進(jìn)行改動(dòng)，所以，設(shè)計(jì)的電路包括兩部分，靜態(tài)觀察時(shí)的電路和動(dòng)態(tài)觀察時(shí)的電路。 11. 8路彩燈移存型控制器的設(shè)計(jì) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．熟悉數(shù)字電路中時(shí)序邏輯電路與組合邏輯電路的設(shè)計(jì)。 2．熟悉并掌握用移位寄存器設(shè)計(jì)彩燈控制器的方法。 二 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 ，兩種節(jié)拍交替運(yùn)行。 2. 彩燈演示花型為三種（花型自擬）。 3. 彩燈用發(fā)光二極管模擬。 即能控制 8路 LED以兩種節(jié)拍、三種花型連續(xù)循環(huán)演示。 三 參考器件 給定器件為四 2輸入與非門（ 74LS00） 1只，六反相器（ 74LS04） 1只，二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（ 74LS161） 2只，四位雙向移位寄存器（ 74LS194） 2只， 四 2選 1數(shù)據(jù)選擇器（ 74LS157） 1只， 555定時(shí)器 1只，電阻、電容若干。 四 實(shí)驗(yàn)要求 按照設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)電路 ， 然后在仿真軟件上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn) ， 正確后 ， 在實(shí)驗(yàn)板上搭建實(shí)驗(yàn)電路 ， 觀察彩燈花型是否正確 ， 如果不正確 ， 排除故障直至正確為止 。最后一步是撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告 、 整理文檔 ， 對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié) 。 五 設(shè)計(jì)說明 彩燈控制器原理框圖如圖 545所示。圖中，虛線以上為處理器，虛線以下是控制器。 從圖 545可以看出，編碼發(fā)生器的功能是：根據(jù)花型要求按節(jié)拍送出 8位狀態(tài)編碼信號，以便控制燈的亮滅。其電路可以選用四位雙向移位寄存器來實(shí)現(xiàn)。八路燈用兩片移位寄存器級聯(lián)就可以實(shí)現(xiàn)。 緩沖驅(qū)動(dòng)電路的功能是：提供彩燈所需要的工作電壓和電流，隔離負(fù)載對編碼發(fā)生器工作的影響。 彩燈控制器對定時(shí)器的要求不高，振蕩器可采用環(huán)形振蕩器或 555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。 控制電路為編碼發(fā)生器提供所需要的節(jié)拍脈沖和控制信號，以同步整個(gè)系統(tǒng)工作。 選擇的花型可以自擬 ， 這里提供三種花型供參考 。 選定的三種花型為： 1. 從左至右順次漸亮，全亮后逆序漸滅； 2. 中間到兩邊對稱地逐漸漸亮，全亮后，再由中間向兩邊逐一 熄滅； 3. 八路燈分兩半，從左至右順次漸亮，全亮后全滅。 控制電路緩沖驅(qū)動(dòng)編碼發(fā)生器定時(shí)器8 路燈 圖 545 8路彩燈原理框圖 12. D/A及 A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．熟悉 DAC及 ADC的工作原理。 2．掌握 DAC及 ADC芯片的使用。 二 實(shí)驗(yàn)要求 對于 DAC及 ADC實(shí)驗(yàn) ， 首先了解 DAC及 ADC的工作原理 ， 熟悉兩種芯片的性能 ， 然后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn) ， 正確后在實(shí)驗(yàn)板上搭建硬件電路 ， 觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ，如果不正確 ， 查找故障直至正確為止 。 最后一項(xiàng)工作是撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告 、 整理文檔 ，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié) 。 三 實(shí)驗(yàn)所用儀器 、 設(shè)備 1． 萬用表 一塊 2． 直流穩(wěn)壓電源 一臺 3． 函數(shù)信號發(fā)生器 一臺 4． 雙蹤示波器 一臺 5． 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)板 一塊 四 實(shí)驗(yàn)說明 1. A/D轉(zhuǎn)換器 實(shí)驗(yàn)所采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0804是一個(gè) 8位逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器 ， 圖 546為它的原理框圖 。 它由控制邏輯電路 、 寄存器 、 鎖存器和 D/A轉(zhuǎn)換 、 比較器組成 ， 為 待轉(zhuǎn)換 的模擬信號 ， 經(jīng)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號由鎖存器并行輸出 。 iU+ D / A 轉(zhuǎn)換器寄存器鎖存器控制邏輯電路CPiU0U并行輸出數(shù)字信號C圖 546 逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖 轉(zhuǎn)換前 ， 寄存器清零 ， D/A輸入為 ， 所以 ， 。 如果模擬輸入信號為正 ， 則時(shí)鐘脈沖通過控制邏輯電路將寄存器最高位 （ MSB） 置 “ 1”， 寄存器輸出為 ， 經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換后的 和 值進(jìn)行比較 。 如果 ， 則比較器的輸出電平 C=0， 說明數(shù)字量尚不夠大 ， 應(yīng)保留最高位 。 第二個(gè) CP脈沖到來時(shí) ， 將寄存器次高位置 “ 1”， 然后經(jīng) D/A變換后重復(fù)上述比較 ， 以決定次高位的 “ 1”是舍去還是保留 ， 這樣依次進(jìn)行逐位比較 ， 直至最低位 。 一旦比較完畢 ， 控制邏輯電路發(fā)出信號 ， 寄存器中的的狀態(tài)就存入鎖存器 ， 鎖存器中的狀態(tài)便是與輸入模擬信號相對應(yīng)的數(shù)字信號 。 0U0 ?000 ??0100 ?? 0U iUi0 UU ? ADC0804的典型連接電路如圖 546所示 。 圖中 ， 電源端上的 10 電容器是為了降低 電源的內(nèi)阻 ， 另一只電容器 的接入可以減少外界干擾對模擬輸入電壓 和參考電壓 的影響 。 只要在模擬信號輸入端加上適當(dāng)?shù)碾妷? ， 并給以啟動(dòng)信號 ， 則從 端便可得到相應(yīng)的 8位數(shù)字信號 （ 端用 8只發(fā)光二極管顯示其上的高低電平值 ） 。 μFμFINu REFu70 D~DINu70 D~D2. D/A轉(zhuǎn)換器 用二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器與梯形電阻網(wǎng)絡(luò)組成的電路，可以產(chǎn)生階梯式的正、反向鋸齒波，如果加上控制電路，則可以產(chǎn)生三角波。給階梯式的正、反向鋸齒波，三角波后接有源濾波電路，則可以產(chǎn)生所需的模擬信號，即正、反向鋸齒波與三角波。 這是用中規(guī)模的計(jì)數(shù)器產(chǎn)生模擬信號的方法，也可以用專用的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0808實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，其實(shí)驗(yàn)電路如圖 547所示。 DAC0808輸出為電流輸出，經(jīng)過電流 ..電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換為電壓輸出。當(dāng)參考電壓為 +5V時(shí)，模擬輸出電壓為： 25642 7100AAAu ???? ??DAC08081 2 3 4 5 6 7 8910111213141516NC GN DEEV0I0D1D2D3D4D5D6D7DCCV)( ?R E FV)( ?R E FVCOMP15VμF1+ 0U15V+15V+15V+5V? ? 圖 547 DAC0808實(shí)驗(yàn)電路圖 五 參考器件 給定器件為： A/D轉(zhuǎn)換器（ ADC0804） 1只， D/A轉(zhuǎn)換器（ DAC0808） 1只，運(yùn)算放大器（ LM741） 1只，二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器（ 74LS193） 1只，雙 D觸發(fā)器（ 74LS74） 1只，四 2輸入與非門（ 74LS00） 1只，電阻、電容若干。 六 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 （ 1） 用一片四位可逆計(jì)數(shù)器，一只運(yùn)算放大器以及有源濾波器電路設(shè)計(jì)一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器（可逆計(jì)數(shù)器用 74LS193，運(yùn)算放大器采用 LM741），產(chǎn)生正、反向鋸齒波及三角波，如圖 548所示。 （ 2） 測試不接有源濾波電路時(shí) 的波形 ， 并記錄之 ， 測出正 、 反向鋸齒波及三角波的幅度 、 周期值 。 ?u（ 3） 測試接了有源濾波電路后的 的波形。 74LS193控制電路1R 1R1R2R2R2R2R2R2R?CP?CPDLrC D C B AAQBQCQDQCOBO?? KR 1?u圖 548 4位 DAC原理圖 ?u2. A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn) （ 1） 用逐次逼近型 A/D芯片 ADC0804， 安裝一個(gè) 8位的 A/D轉(zhuǎn)換器 ， 準(zhǔn)備進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn) 。 （ 2） 在 A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入端加入 0 ~ +5V的可調(diào)直流電壓，按表的要求進(jìn)行測量， 輸出用發(fā)光二極管顯示。 07 D~D（ 3） 將 A/D和 D/A連接起來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（ D/A用 DAC0808）。 ① 當(dāng)輸入模擬電壓 使 A/D的輸出 依次單獨(dú)出現(xiàn) “ 1”時(shí)，用萬用表測量 D/A的模擬輸出電壓。 INu 07 D~D ② 將輸入直流模擬電壓改為半波整流后的電壓信號 ， 用雙蹤示波器觀察 A/D輸入信號 和經(jīng) D/A后的輸出信號 ， 并記錄之 ， 對兩者波形進(jìn)行分析 。 INu 0u③ 改變輸入模擬電壓大小 ， 使輸出的數(shù)字量剛好為 是高電平 ， 其它輸出為低電平 ， 用示波器觀察 、 位的數(shù)字信號波形 ， 并從中得出結(jié)論 。 7D6D7DINu7D65432100輸入模擬電壓 A/D輸出數(shù)字量 D/A輸出 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 INu 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0D 0u