数电实验报告.docx
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数电实验报告.docx
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数电实验报告
数电实验报告
任课老师:
侯建军
目录
实验一一位乘法器4
1.设计任务要求4
2.设计方案及论证4
3.制作及调试过程6
4.系统测试7
5.系统使用说明7
6.总结7
7.参考文献7
实验二步长可控的加减法器8
1.设计任务要求8
2.设计方案及论证8
3.制作及调试过程11
4.系统测试11
5.系统使用说明12
6.总结12
7.参考文献12
实验三步长可控的乘除法电路12
1.设计任务要求12
2.设计方案及论证12
3.制作及调试过程16
4.系统测试17
5.系统使用说明17
6.总结17
7.参考文献18
实验四DAC0809设计倍数可控的信号放大器18
1.设计任务要求18
2.设计方案及论证18
3.制作及调试过程21
4.系统测试21
5.系统使用说明21
6.总结21
7.参考文献22
实验五增益随信号变化的信号放大器22
1.设计任务要求22
2.设计方案及论证22
3.制作及调试过程24
4.系统测试24
5.系统使用说明24
6.总结24
7参考文献25
实验一一位乘法器
1.设计任务要求
设计并实现一个一位乘法器,输入的两因数由键控输入,由数码管显示输入和输出。
2.设计方案及论证
(1)任务分析:
本次实验的任务是设计一个一位乘法器,设计思路是通过输入与输出的真值表来确定电路各输入与各输出的逻辑关系,由此来设计电路。
我们要输入的是两个2位2进制数,而输出是一个四位2进制的数,真值表如表1-1。
A1
A0
B1
B0
Z3
Z2
Z1
Z0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
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1
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1
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0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
表1-1.乘法器真值表
(2)方案比较
1.方案一:
利用真值表和卡诺图可以求得:
S1=A1A0B1B0
S2=A1
0B1+A1B1
0
S3=
1A0B1
+A0B1
0+A1
1B0+A1
0B0
S4=A0B0
从而画出逻辑电路图如下图1-1。
图1-1实验一原设计方案
有图可知,此方案的电路复杂,元器件数量多,成本高,所以本方案不适用。
(3)系统结构设计
如下图1-2。
图1-2.一位乘法器的系统结构
(4)具体电路设计
电路图如图1-3所示。
图1-3.乘法器电路结构
图3-1
两个一位十进制数的2进制表达数经74LS08的与运算后,到达74283的8个输入端口,构成两个4位2进制数。
两个数分别为:
A=00(A1B0)(A0B0)
B=0(A1B1)(A0B1)0
这两个输入经过74283的加法运算后,可得到:
A+B=(CO)(A1B1+CO)(A1B0+A0B1)A0B0
而这个算式可以满足乘法运算的真值表(真值表如表1-1)。
至此,我们就设计出了一位乘法器。
3.制作及调试过程
(1)制作与调试流程
先将芯片底座、数码管和开关按照设计的电路焊接在电路板上,然后将导线焊接上去,最后将要使用的芯片插到相对应的位置。
(2)遇到的问题与解决方法
在使用数码管的时候接到实验箱上会响,我们在私下讨论后觉得应该是共阳的接法造成的电流过大,所以我们又将电路进行了进一步的改进,在数码管的两个共阳端都接了1K,这样才正常的得到了应得的结果。
4.系统测试
将试验箱+5V连至电路板+5V,电路板地接试验箱地。
通过键控输入,来改变两个乘数的大小。
当输入00、00,输出显示0,0x0=0;
当输入00、01,输出显示0,0x1=0;
当输入00、10,输出显示0,0x2=0;
……
当输入11、11,输出显示9,3x3=9;
所有数据都符合乘法法则,所以此乘法器设计成功。
5.系统使用说明
电路上部排针组接高电平,下部排针组接低电平,通过人工控制左侧4个开关就可以改变输入。
6.总结
在这个实验中,我学到了很多经验,从电路设计开始,原本一头雾水,不知从哪里下手,接着稍有眉目,选择出合适的器件,列写真值表,状态转换表,设计出电路,然后去买元件,自己焊接。
在焊接的过程中,我得到的经验是先把布局确定,把元件一个一个焊上去,再连接电路,这样效率会比较高。
在焊接电路的过程中,还要懂得运用课堂上学到的知识。
比如说,我第一次完成了电路板的焊接以后进行测试,却发现输出结果总是比理论值大1,这让我很苦恼。
后来才发现我没有把仅为输入端接地,导致每个运算结果都会加1。
经过修改后,得到了一块准确而且功能完美的电路板。
另外,本实验不仅增强了我的动手制作能力,还让我更加熟练地运用multism这个软件。
7.参考文献
侯建军,数字电子技术基础,北京:
高等教育出版社(第二版)
实验二步长可控的加减法器
1.设计任务要求
设计一个步长可控的(步长为3、6、9)加减法器。
2.设计方案及论证
(1)任务分析
首先看到这个题目,我想到了在数电课上讲到的加减可控的电路,于是我就准备使用课上学到的加减可控电路作为主干,再自己设计一个状态可以循环变换的电路作为加减可控电路的步长。
(2)方案比较
设计的两个方案的不同点出现在步长循环转换电路的结构上。
一开始我们是准备步长的二进制表达的每一位都用一套独立的系统控制跳变,步长为0011,0110,1001,以最高位0-0-0-1为例。
我们可以写出如下的状态转换表。
Q1n
Q2n
Q1n+1
Q2n+1
S4
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
然后利用卡诺图化简,我们可以得到:
S4=
1
2
(Q1n+1)(Q2n+1)
再利用触发器来设计相应的逻辑电路。
但是这种方法使用的触发器较多,不仅成本较高,而且要考虑自启动的设置,很容易出错。
所以我们舍弃这个方案,采用接下来要介绍的方案。
(3)系统结构设计
本实验系统结构设计如图2-1。
图2-1.步长、加减可控加法器的系统结构
(4)具体电路设计
具体电路图如图2-2。
图2-2.实际电路结构
这个电路大体可以分为两个部分,一个是加减可控的加法器,另一个部分是3、6、9步长循环转换电路。
第一部分加减法器的简略结构图如图2-3。
图2-3.加减法器简略图
我们先讨论左侧283功能。
当X为0,电路完成的是加法运算,每过一个时钟脉冲,就会在上一个结果的基础上再加一个
。
当X为1时,在左侧的283的左侧4个异或门和进位信号共同完成了将信号A转换为A的补码,而由于B-A=B+A(补),所以可以由左侧283计算出B-A的补码,每过一个脉冲,就在运算结果上再减一个A。
接下来讨论右侧283功能。
当X=0,右侧283相当于一个传输门,直接将加和传至输出端。
当X=1,B-A>0,左侧减法得数为正数,正数的补码与原码相同,此时左侧283进位输出为1,所以右侧283还是相当于一个传输门,将结果传至输出端;B-A<0,左侧减法得数为负数,负数的补码的补码是它的原码,此时右侧283将左侧的计算结果求补,得到计算结果的原码。
第二部分为3、6、9状态循环转换电路。
由于要完成3、6、9即0011、0110、1001三个状态的转换,所以我们可以列出各输出结果的状态转换表如下。
Q1
Q2
Q3
Q4
Q1n+1
Q2n+1
Q3n+1
Q4n+1
0
0
1
1
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
1
并可以由此写出Q1n+1、Q2n+1、Q3n+1、Q4n+1的卡诺图并且化简,可以得到D1、D2、D3、D4的逻辑表达式如下:
D1=
Q2D2=
Q3Q4
D3=
Q4D4=
Q1Q4+Q2
所以我们可以得到369步长循环电路结构如图2-4。
图2-4.369步长循环电路
将这两部分电路接在一起即构成了加减可控步长可控的加法电路。
3.制作及调试过程
(1)制作与调试流程
我们先将芯片底座、数码管和开关按照设计的电路焊接在电路板上,然后将导线焊接上去,最后将要使用的芯片插到相对应的位置。
(2)遇到的问题与解决方法
一开始在连接电路完毕后,我们发现用于显示正负的数码管没有示数,后来发现,在接显示正负的数码管的时候我们一开始忘记将数码管的其他没有接东西的口都接地,导致数码管无法正常工作,我们最终也解决了这个问题。
4.系统测试
将试验箱高电平接电路板高电平,试验箱地接电路板地,然后步长控制端时钟信号接在脉冲发送端,通过手摁产生的脉冲信号控制步长,175的时钟接1Hz,来使得每隔1秒钟电路就自动进行一次计数,加减控制端接高低转变开关上。
当为加法步长为3时,数码管显示输出为0,3,6,9....;当步长为6时,数码管显示输出为0,6.....;当步长为9时,数码管显示输出为0,9.....。
当为减法时结果相反。
5.系统使用说明
步长控制线连脉冲发生输出端,加减控制端接在高低转换开关上,加减时钟信号连1Hz,每当摁下时钟脉冲发生摁扭,就可以改变步长,将加减控制拨向高电平,电路是减法器,拨到低电平,电路是加法器,计数是自动的,每一秒一计数。
6.总结
我在这个实验中的任务是电路的设计和焊接。
本次的实验比试验一的要复杂很多,主要体现在电路原理以及电路的焊接上。
在实验中也遇到了很多问题,例如:
在接显示正负的数码管的时候我们一开始忘记将数码管的其他没有接东西的口都接地,导致在数码管显示上出了一些问题;还有就是在设计369步长转换电路的时候也遇到了麻烦,一开始都不知道应该如何下手,在仔细地看了看数电教材后,最终解决了这个问题,这也说明了我们平时读书还是不够认真,基础不扎实。
7.参考文献
侯建军,数字电子技术基础,北京:
高等教育出版社(第二版)
实验三步长可控的乘除法电路
1.设计任务要求
设计一个可以实现步长可控(2、4、8)的乘除法器。
2.设计方案及论证
(1)任务分析
因为要设计的步长是2、4、8,那么我们就可以用D触发器构成的电路来循环转换步长,而运算结果都是以2为因数的,那么我们就可以用移位寄存器来完成运算结果的表达,而如何用步长模块控制乘除的步长,我们想到的方案是用步长来控制移位寄存器移位的位数。
(2)方案比较
在步长模块上,我们一开始也想用移位寄存器来控制步长,但是在研究之后发现这样的电路有些浪费芯片,而且还要考虑并行还是串行的输出,还要计
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