【正文】 S283 器件，分別用 9 個(gè)開關(guān)表示輸入 A、 B 及 CI，這 9 個(gè)開關(guān)按次序從左到右代表 A4A3 A2 A B4 B3 B2 B CI，輸出分別接 5 個(gè)指示燈，也是按次序從左到右代表L5L4L3L2L1。 掌握基本門電路在組合邏輯電路中的作用。 二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 序號(hào) 儀器或器件名稱 型號(hào)或規(guī)格 數(shù)量 1 數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)箱 1 2 數(shù)字萬(wàn)用表 1 3 74LS00 1 4 74LS04 1 5 74LS10 1 6 74LS20 1 三、實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)給出的實(shí)際邏輯問(wèn)題，求出實(shí)現(xiàn)這一邏輯功能的最簡(jiǎn)單邏輯電路，這就是設(shè)計(jì)組合邏輯電路時(shí)要求完成的工作。至此，原理性設(shè)計(jì)基本完成。 常見的中規(guī)模組合電路器件很多，其中 74LS20（ 4 輸入二與非門）引腳排列如圖 41 所 23 示，邏輯符號(hào)如圖 42 所示。 圖 41 74LS20 引腳圖 42 74LS20 邏輯功能圖 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 設(shè) A、 B、 C 為某保密鎖的 3 個(gè)按鍵，當(dāng) A 鍵單獨(dú)按下時(shí)，鎖既不打開也不報(bào)警；只有當(dāng)A、 B、 C 或者 A、 B 或者 A、 C 分別同時(shí)按下時(shí)，鎖才能被打開，當(dāng)不符合上述組合 狀態(tài)時(shí)，將發(fā)出報(bào)警信息，試用與非門設(shè)計(jì)此保密鎖的邏輯電路。 *一熱水器如圖 43 所示，圖中虛線表示水位， A、 B、 C 電極被水浸沒時(shí)會(huì)有信號(hào)輸出。試用與非門設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)該邏輯功能的電路。 了解計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)。 了解譯碼、顯示器件的使用。觸發(fā)器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代數(shù)字電路與邏輯系統(tǒng)中，它的品種也是多種多樣的，按邏輯功能分，有 RS 觸發(fā)器、 JK 觸發(fā)器、 D 觸發(fā)器、 T 觸發(fā)器等，按電路結(jié)構(gòu)分，有基本觸發(fā)器、鐘控觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等。 圖 51 74LS74 引腳排列圖 圖 52 74LS112 引 腳圖 計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)器是一種能夠統(tǒng)計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)的時(shí)序電路，計(jì)數(shù)器應(yīng)用廣泛，種類繁多，按時(shí)鐘輸入的方式不同分，有同步和異步兩類；按計(jì)數(shù)模值分，有二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制；按 25 算術(shù)運(yùn)算功能分，有加法、減法和可逆（雙向）之分。其中 RR2 為兩個(gè)異步清零端， P P2 為兩個(gè)異步置 9 端，邏輯圖中 R1 和 R2 為兩個(gè)相與的復(fù)零端，計(jì)數(shù)時(shí)其中至少有一個(gè)為低電平； P1 和 P2 是兩個(gè)相與的置 9 端，計(jì)數(shù)時(shí)其中至少有一個(gè)為低電平。要構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)可利用異步清零端或預(yù)置端 ，如 M=7 的兩種電路，見圖 55，但計(jì)數(shù)狀態(tài)不一樣，輸出波形占空比不同，見圖 56。 26 圖 55 M=7 的電路圖 圖 56 不同計(jì)數(shù)方法的 輸出波形圖 （ a） 74LS90 與 74LS48 的連接圖 （ b） DS202 與 74LS48 的連接示意圖 （ c） 74LS48 引腳圖 （ d）數(shù)碼管引腳圖 圖 57 計(jì)數(shù)器、譯碼器及數(shù)碼管的連接圖 二一十進(jìn)制譯碼器及 顯示電路 二一十進(jìn)制譯碼器用于將二一十進(jìn)制代碼譯成十進(jìn)制數(shù)字，然后去驅(qū)動(dòng)十進(jìn)制的數(shù)字顯 27 示 0~9 十個(gè)數(shù)字。74LS48 是 7 段字形譯碼器，用于共陰顯示器件，可和磷砷化數(shù)碼管 BS201 或 BS202 配套使用。 譯碼器 74LS48 通常接受從二一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的 BCD8421 碼 Q3 Q2 Q1 Q0，輸出 abcdefg去點(diǎn)燃 7 段數(shù)碼管相應(yīng)的段，除去上述引線外，尚有燈測(cè)試輸入 LT，當(dāng) LT=0 時(shí)，不論輸入 A、B、 C、 D 為何值，輸出 a~g 均為 1，即顯示 8 字，檢驗(yàn)數(shù)碼管各段能否正常工作；滅燈輸入IB可以顯示燈熄滅，其功能與 LT 恰好相反，當(dāng) IB=0 時(shí)，不論 LT 及其它輸入為何值，顯示燈各段均被熄滅；滅零輸入 IBR 可以按人們的需要將顯示數(shù)據(jù)中不必要的零熄滅，而在顯示 1~9時(shí)則不受影響。則可顯示成 ，顯示前后 5 個(gè)零將是不必要的，利用IBR=0 就可顯示成 ，便于閱讀；引線圖中也有滅零輸出信號(hào)，它與滅燈輸入 IB合用一個(gè)引腳，它是用在級(jí)聯(lián)電路中連續(xù)熄滅無(wú)效零時(shí)用的，如上例中 數(shù)字前面 3 個(gè)零，便是先滅最左面的零，接著滅第 2 和第 3 位零，數(shù)字最右邊的 2 個(gè)零熄滅過(guò)程亦然。 表 52 CP D DS DR Q Q Φ Φ 1 0 0 1 （ 2）邏輯功能測(cè)試 按表 53 要求改變 CP，觀 察輸出 Qn+1 值，并將結(jié)果記于該表中， CP 可由單脈沖源控制，D 由邏輯開關(guān)控制， Qn 的初值可由 SD 或 RD 來(lái)決定。 28 表 54 CP ↓ ↓ ↓ ↓ J 0 0 1 1 K 0 1 0 1 Qn 1 0 1 0 Qn+1 用 74LS90 實(shí)現(xiàn) 計(jì)數(shù) （ 1） CP0 接實(shí)驗(yàn)箱上的單脈沖信號(hào)，或接 f=1~2Hz 的連續(xù)脈沖， CP1 接 Q0， RD=PD=0（ RD =R1 P2） ，輸出 Q Q Q Q0 接指示燈顯示，記錄顯示結(jié)果。 （ 3）用 74LS90 實(shí)現(xiàn) M=7 的計(jì)數(shù)，記錄顯示結(jié)果，并用雙蹤示波器觀察。 學(xué)習(xí)中規(guī)模移位寄存器的應(yīng)用。在時(shí)鐘脈沖的作用下，存儲(chǔ)在移位寄存器中的二進(jìn)制信息逐位左移或右移。移位寄存器原理框圖，如圖 61 所示： 輸入 CP 圖 61 移位寄存器原理框圖 圖 62 74LS194 引腳排列圖 圖 63 74LS194 邏輯符號(hào)圖 4 位雙向移位寄存器 74LS194 為 TTL 雙極型數(shù)字集成邏輯電路，外形為雙列直插，它具有清零、左移、右移、并行送數(shù)和保持等多種功能，是一種功能比較全的中規(guī)模移位寄存器，A B C D 30 圖 62 是引腳排列圖，邏輯符號(hào)如圖 63 所示， 74LS194A 的功能表見表 61。如 M1M0=01，表示數(shù)據(jù)可以右移，首先清零端輸入一個(gè)負(fù)脈沖，使 Q0Q1Q2Q3=0000，在單脈沖 CP 的作用下，右移輸入端 DSR依次串入數(shù)據(jù)， 4 個(gè) CP 后就可在 4 個(gè)輸出端 Q0Q1Q2Q3 得到并行數(shù)據(jù)。 4 個(gè) CP 后，原 4 位并入的數(shù)據(jù)全被 移出，這時(shí)候 Q0Q1Q2Q3=1111。利用74LS194，把 Q3 接到 DSR 端，即可得到模為 4 的環(huán)形計(jì)數(shù)器（不能自啟動(dòng)），見圖 64；把 Q3通 過(guò)一個(gè)非門接到 DSR端，即可 得到模為 8 的扭環(huán)形計(jì)數(shù)器（不能自啟動(dòng) ），見圖 65。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和移動(dòng) （ 1）用二片 74LS194 及適當(dāng)門電路實(shí)現(xiàn)八位串 /并轉(zhuǎn)換，記錄結(jié)果。 令 DSR=1010 1100，記錄結(jié)果表 62：（ 8 個(gè) CP） 31 表 62 實(shí)驗(yàn)記錄 表 63 實(shí)驗(yàn)記錄 （ 2）用二片 74LS194 及適當(dāng)門電路實(shí)現(xiàn)八位并 /串轉(zhuǎn)換，記錄結(jié)果。設(shè)有 輸入的 8 位數(shù)據(jù) 是 1010 1100。 移位計(jì)數(shù)器 （ 1）用一片 74LS194 及適當(dāng)門實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)序列，見圖 66。其函數(shù)表達(dá)式為：D0= 0nQ 1nQ 2nQ D1= 0nQ D2= 1nQ D3= 2nQ 五、實(shí)驗(yàn)思考 用 74LS194 實(shí)現(xiàn) M=8 的自啟動(dòng)扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，有幾個(gè)是無(wú)效狀態(tài)，有幾個(gè)是有效狀態(tài)？ CP Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 CP Q0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 32 實(shí)驗(yàn)七 555 定時(shí)器應(yīng)用 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉 555 定時(shí)器工作原理。 學(xué)習(xí)用示波器測(cè)量脈沖參數(shù)。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可?gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、 33 多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器 等脈沖產(chǎn)生與整形電路，在工業(yè)自動(dòng)控制、定時(shí)、測(cè)量及家用電器等方面有廣泛的應(yīng)用。 CA1 和 CA2 是兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的高精度電壓比較器，比較器有兩個(gè)輸入端，分別標(biāo)有“ +”和“ –”，如果 v+v–，則比較器輸出 VCA 為高電平（ VCA=1），反之輸出 VCA為低電平（ VCA=0）。 CA1 的“ +”端就是 555 的正跳變觸發(fā)端 TH，而 CA2 的“ –”端則是 555 的負(fù)跳變觸發(fā)端 TL。 555 定時(shí)器的基本功能 555 定時(shí)器既有雙極 型晶體管的，又有 MOS 管的，它們的引腳排列圖均見圖 72，圖 73是邏輯符號(hào)， 555 定時(shí)器的功能表見表 71。由于這種矩形波中含有很多諧波分量，因此稱之為多諧振蕩器。 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間為： tW1≈ （ R1+R2） C tW2≈ 脈沖周期為： T= tW1+ tW2 圖 74 多諧振蕩器電路 圖 75 多諧振蕩器 工作波形圖 （ 2）用 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在外界觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，電路自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短僅取決于電路本身的參數(shù)，而與外界觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間為： tW≈ 占空比為： q= tW /T 圖 76 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路 圖 77 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作波形圖 圖 78 占空比可調(diào)的多諧振蕩 器 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 用 555 定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，給定 R1=， R2=10K?， C= F。用示波器的一個(gè)探頭接 555 的輸入端 6 腳（ VC端），另一個(gè)探頭接 555的輸出端 3 腳（ Q1 端）。 圖 78 是一個(gè)占空比可調(diào)的多諧振蕩器，調(diào)節(jié)電位器 RW，試計(jì)算輸出波形的占空比。 用 555 定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，給定 R=100K?， C= F。用 雙蹤 示波器的一個(gè)探頭接 555 的輸入端 2 腳（ VI端），另一個(gè)探頭接 555的輸出端 3 腳（ Q2 端）。計(jì)算 T、 f、 q。 二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件 序號(hào) 儀器或器件名稱 型號(hào)或規(guī)格 數(shù)量 1 數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)箱 1 2 數(shù)字萬(wàn)用表 1 3 ADC0809 1 4 DAC0832 1 5 直流穩(wěn)壓電源 1 6 運(yùn)算放大器 uA741 1 7 電阻 1M?、 510? 各 1 個(gè) 2 8 電容 200PF、 各 1 個(gè) 三、實(shí)驗(yàn)原理 圖 81 ADC0809 引腳圖 圖 82 DAC0832 引腳圖 把隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量，需要用模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或 ADC。目前轉(zhuǎn)換電路的形式很多，本實(shí)驗(yàn)采用 A/D 芯片 ADC0809 及 D/A 芯片 DAC0832 進(jìn)行研究。芯片由以下幾部分組成： 8 路模 擬開關(guān)，模擬開關(guān)的地址鎖存和譯碼電路，比較器， 256R 電阻梯形網(wǎng)絡(luò)，電子開關(guān)樹，逐次逼近寄存器 SAR，三態(tài)輸出鎖存緩沖器，控制與定時(shí)電路等。 ADC0809 通過(guò)引腳 IN0~IN7 可輸入 8 路單極性模擬輸入電壓。地址譯碼與輸入選通關(guān)系如表 81 所示。其引腳圖見圖 82。 Vr （ +）、 Vr （ ）：基準(zhǔn)電壓的正極和負(fù)極 。 ADDA、 ADDB、 ADDC：模擬通道的地址選擇 。 D0~D7：輸出數(shù)據(jù) 端。 EOC：變 換結(jié)束，輸出信號(hào)，高電平有效，在 START 信號(hào)上升沿之后 0~3 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，本信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，?dāng)變換結(jié)束，所有數(shù)據(jù)可以讀出時(shí)，本信號(hào)變?yōu)楦唠娖?。 VCC ：接電源端 。 DAC0832 引腳含義： CS ：片選信號(hào)，低電平有效，與 ILE 信號(hào)合起來(lái)共同控制 1WR 信號(hào)作用 。 1WR ：寫信號(hào) 1，低電平有效，用來(lái)把數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)輸入鎖存于輸入寄存器中，本信有效時(shí)，必須使 CS 和 ILE 信號(hào)同時(shí)有效 。 2WR ：寫信號(hào) 2，低電平有效，用以將鎖存于輸入寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到 8 位 D/A 寄存器鎖存起來(lái)，此時(shí) XFER 應(yīng)有效 。 38 IOUT1： DAC 輸出電流 1，當(dāng)輸入數(shù)字為全 1 時(shí)，電流值最大，反之最小 。 RFB；反饋電阻，由于芯片內(nèi)已具有反饋電阻，所以本端可與外接運(yùn)放的輸出端短接 。 VCC： 接電源端，其值范圍為 +5V~+15V。 DGND：數(shù)字接地端，可與 AGND 接在一起 。單脈沖的上升沿鎖存地址， 下降沿 同時(shí)啟動(dòng) A/D