数电实验用与非门设计的一开关报警控制电路.docx
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数电实验用与非门设计的一开关报警控制电路
与非门设计开关报警控制电路
设计要求:
1.某设备有A,B,C三只开关,只有在开关A接通的情况下,开关B才能接通,而开关C只有在开关B接通的情况下才能接通,违反这一操作规程,则发出报警信号。
2.写出设计步骤并画出所设计的逻辑电路图。
3.安装电路并测试电路的逻辑功能。
4.观察与分析电路中的竞争冒险现象并采取措施消除之。
除此主要功能外,电路还存在一些拓展功能。
当开关B接电源Vcc且开关C接地时,将开关A接时钟脉冲信号,则电路将会输出与输入时钟脉冲反向的脉冲信号。
关键词:
与非门,与门,反相器,声光报警电路。
1
1.2非门
实验设计电路的非门选用芯片74LS04。
74LS04为六反相器,其逻辑表达式为:
L=A。
其功能表如表1-2所示,其管脚图如图1-2所示,其中1A-6A为输入端,1Y-6Y为输
2
出端。
AL
01
10
表1-274ls04功能表
1.3与门
表1-374LS08功能表3
1.5蜂鸣器及发光二极管
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声
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器件。
发光二极管是半导体二极管的一种,可以把电能转化成光能,常简写为LED。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
发光二极管的反向击穿电压约5伏。
它的正向伏安特性曲线很陡,使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。
本实验设计电路选用蜂鸣器及发光二极管共同构成声光报警电路。
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2电路的设计
根据题要求,用逻辑门来实现电路功能。
首先规定:
开关开用逻辑高电平1来表示,开关断用逻辑低电平0来表示。
用Y来表示报警信号。
当Y=0时表示操作正确,若操作错误W=1即报警。
根据以上我们可以得到如下的真值表:
1
1
由真值表得到的A,B,C与W的逻辑关系:
0,0,1,0
1,1,1,0========ABCCABCBACBACBABCACBACBA根据真值表列写卡诺图,如下所示:
化简卡诺图可得:
B
ACBCBBACBABCACBAW•=+=+++=
3.电路图的连接及仿真
根据逻辑电路分析后得到的Y的逻辑表达式,将其用与非门表示出来,得到的初步逻辑电路图如图3-1
所示:
图3-1初步逻辑电路图
其中,单刀双掷开关用来接高低电平,发光二极管用来显示报警信号。
通过测试,该电路基本符合设计要求。
但是由以上的表达式BACBCBBACBABCACBACBAW•=+=+++=知道,表达式之中出现了互补信号BB与,当其跳变时电路将会产生竞争冒险现象,其表现为一尖脉冲,如图3-2所示。
这就是我们平常所说的尖峰脉冲。
实际上,信号通过连线及集成门都有一定的延迟时间,也可能有前后快慢的差异。
由于从输入到输出的过程中,不同通路上门的级数不同,或者门电路平均延迟时间的差异,使信号从输入经不同通路传输到输出级的时间不同。
因而引起了上面的情况。
解决竞争冒险,一是加滤波电路,二是加选通信号,三是增加冗余项。
在这里,我们将通过为其增加冗余项来解决竞争冒险现象。
根据其卡诺图可知,CAC
B
B
A
W++
=,其中,C
A叫做该表达式的冗余项。
根据此逻辑表达式连接电路图,得到改进的电路图如图3-2所示。
按照以上改进的电路图,进行仿真,发现当B跳变时,尖峰脉冲不再出现,因此可以确定,竞争冒险消除了。
操作正确即电路不报警时,电路的输出波形如下图3-3
所示。
操作错误即电路报警时,电路的输出波形如下图3-4所示。
综上分析,可知改进后的电路满足要求。
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- 关 键 词:
- 实验 与非门 设计 开关 报警 控制电路