电路基础实验指导912.docx
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电路基础实验指导912
实验九、用MSI设计组合逻辑(加法器设计)
实验目的:
掌握中规模集成电路MSI设计组合电路的方法。
实验条件
1、普通微机、ElectronicWorkbench软件
2、虚拟门电路IC、虚拟全加器
实验要求
1、预习课程相关内容,用门电路设计1位全加器电路;
2、用全加器设计4位串行进位加法器;
3、认真填写实验报告
实验原理及参考电路
全加器是实现两个1位二进制加数A、B和低位进位Ci进行相加运算,产生和数输出S及进位输出Co的逻辑器件。
根据二进制加法运算规则可以列出1位全加器的真值表(如下表)。
ABCi
SCo
000
00
001
10
010
10
011
01
100
10
101
01
110
01
111
11
依次将低位全加器的进位输出端接到高位全加器的进位输出端就可以构成一个多位串行进位加法器。
这种加法器结构简单,但运算速度较慢。
实验步骤
1、设计用门电路构成的全加器电路(提示:
依据全加器的真值表可得S=A⊕B⊕C和Co=AB+Ci(A⊕B),用与门、或门和异或门来实现),并画出其逻辑电路图,
2、在ElectronicWorkbench中实现全加器实验电路。
用开关接输入,用逻辑探针监视输入、输出状态,改变开关的状态,观察输入、输出的变化并记录;
3、用四个全加器构成4位串行进位加法器。
并用开关接输入,用逻辑探针监视输入、输出状态,改变开关的状态,观察输入、输出的变化并记录,检验加法器是否能正常工作;
提示:
将前面实现的全加器电路调整成紧凑型(以节省空间),然后拖动鼠标选中整个电路(这时所有元件均呈现红色);用“Ctrl+C”复制,用“Ctrl+V”粘贴三次(注意拖动使其不重叠),就可以呈现四个全加器了。
4、整理分析实验结果。
思考
1、如何用四个全加器构成4位并行进位加法器?
实验十、触发器电路分析测试
实验目的:
掌握基本RS触发器和主从JK触发器的工作原理;
掌握EWB中的逻辑分析仪(LogicAnalyzer)的使用
实验条件
1、普通微机、ElectronicWorkbench软件
2、虚拟门电路IC
实验要求
1、预习课程触发器的相关内容,分别用与非门、或非门构成基本RS触发器;
2、观察并记录当输入发生变化时,输出Q及Q’的变化;
3、在基本RS触发器的基础上构成主从型JK触发器,并验证之;
4、认真填写实验报告
实验原理及参考电路
触发器是一种能够存储一位二值信号的基本电路单元。
它具有两个能自行保持的稳定状态,用来保持逻辑0和逻辑1,而且可以根据不同的输入信号设置成0或1状态。
基本RS除非器是各种触发器电力中结构最简单的一种。
它有两个输入端:
S端是置1端,R端是置0端(复位端)。
两个输出端Q和Q’,按定义Q=1、Q’=0时,触发器为1状态,Q=0、Q’=1时,触发器为0状态。
当置1端有信号时,触发器置为1状态,当置0端有信号时,触发器置为0状态。
若输入端无信号时,则触发器保持原来状态。
主从触发器的主体结构是两个相同的同步RS触发器,其中一个称为主触发器,另一个称为从触发器。
它们的时钟信号相位相反:
CP=1时,主触发器打开,从触发器被封锁,输入信号进入主触发器;CP=0时,主触发器被封锁,从触发器打开,主触发器存储的信号进入从触发器。
因此:
主触发器Q状态变化只发生在CP下降沿;
CP=1期间,输入信号的变化对主触发器输出产生影响。
实验步骤
1、建立由或非门构成的基本RS触发器实验电路,如图10-1所示。
两个输入开关分别用R、S键控制;
图10-1由或非门构成的基本RS触发器
2、通过R、S键拨动开关,使得输入S、R分别为00、01、10、11四种不同状态,通过逻辑探针监视输入、输出状态,观察输入、输出的变化并记录;
3、建立由与非门构成的基本RS触发器实验电路,两个输入开关分别用R、S键控制;
4、通过R、S键拨动开关,使得输入S’、R’分别为00、01、10、11四种不同状态,通过逻辑探针监视输入、输出状态,观察输入、输出的变化并记录;
5、建立如图10-2所示的边沿JK触发器实验电路。
J、K输入信号由字发生器提供(设置参考图10-3),CP时钟信号用函数发生器产生(1Hz,5V方波);
6、利用逻辑分析仪观测触发器的各个信号(参考图10-2连接,参考图10-4的设置及结果;注意:
逻辑分析仪采样频率需设置为其第一输入通道信号频率的2倍));
图10-2JK触发器实验
图10-3JK触发器实验字发生器设置
图10-4JK触发器实验逻辑分析仪设置及观测结果
7、整理分析实验结果。
思考
1、如何用门电路构成D触发器?
实验十一、时序逻辑电路(十进制计数器电路设计)
实验目的:
掌握同步十进制计数器的工作原理
实验条件
1、普通微机、ElectronicWorkbench软件
2、虚拟IC74160、信号发生器、译码显示器、逻辑分析仪
实验要求
1、分析集成同步十进制计数器74160的逻辑功能。
2、用集成同步十进制计数器74160构成其他进制的计数器。
实验原理及参考电路
集成同步十进制计数器74160计数器除了具有十进制加法计数功能之外,还有预置数、异步置零和保持的功能。
功能表如下表所示。
74160功能表
CP
Rd’
LD’
ENP
ENT
工作状态
X
0
X
X
X
置零
↑
1
0
X
X
预置数
X
1
1
0
1
保持
X
1
1
X
0
保持(C=0)
↑
1
1
1
1
计数
用集成同步十进制计数器74160构成其他进制。
计数器,可以采用置零法和置数法。
置零法的原理是:
当计数器从零状态开始计数,计数到某个状态时,将该状态译码产生置零信号,送给计数器置零端,使计数器重新从零状态开始计数。
这样可以跳过若干个状态。
置数法的原理是:
通过给计数器重复置入某个数值,使计数器跳过若干个状态。
实验步骤
1、建立集成同步十进制计数器74160实验电路。
令ENP=1,ENT=1,Rd’(CLR’)=1,LD’(LOAD’)=1,输出QD、QC、QB、QA接译码显示器用于观察状态数的变化,同时接逻辑分析仪用于观察时序波形,如图所示。
2、打开仿真开关,在连续CP的作用下,观察译码显示器数字的变化规律,并用逻辑分析仪观察计数器状态的转化规律。
3、用置零法将集成同步十进制计数器74160构成异步六进制计数器。
将十进制计数器QB和QC端分别连至与非门输入端,与非门输出端接异步置零端Rd’(CLR’)。
输出端的QD、QC、QB、QA同时接译码显示器和逻辑分析仪。
4、打开仿真开关,在连续CP的作用下,观察译码显示器数字的变化规律,并用逻辑分析仪观察计数器状态的转化规律。
仔细观察出现了什么异常现象。
5、用置数法构成同步六进制计数器。
令DCBA=0000,将QA、QC端接至与非门输入端,与非门输出端接预置数端LD’(LOAD’),输出端的QD、QC、QB、QA同时接译码显示器和逻辑分析仪。
6、打开仿真开关,在连续CP的作用下,观察译码显示器数字的变化规律,并用逻辑分析仪观察计数器状态的转化规律。
7、整理分析实验结果。
思考
1、如果要构成其他进制的计数器,应该怎样连接电路?
实验十二、555定时器的应用
实验目的:
1、掌握555单稳态触发器的工作原理;
2、掌握555多谐振荡器的工作原理。
实验条件
1、普通微机、ElectronicWorkbench软件
2、虚拟555定时器、分立元件(电阻、电容)、示波器、信号发生器
实验要求
1、预习课程555定时器的相关内容,用555定时器设计一个单稳态触发器。
2、预习课程555定时器的相关内容,用555定时器设计一个多谐振荡器。
3、观察在有关参数(输入脉冲、电阻、电容)改变情况下,电路状态的变化。
4、全面掌握555单稳态触发器的工作条件和工作状态。
5、全面掌握555多谐振荡器的工作条件和工作状态。
5、认真填写实验报告
实验原理及参考电路
一、单稳态触发器
单稳态触发器具有稳态和暂态两个不同的工作状态。
在外界触发脉冲的作用下,它能从稳态翻转到暂稳态,在暂稳态维持一段时间后,再自动返回到稳态;暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数,与触发脉冲的宽度和幅度无关。
由于单稳态触发器具有这些特点,常用来产生具有固定宽度的脉冲信号。
按电路结构的不同,单稳态触发器可分为微分型和积分型两种,微分型单稳态触发器适合用于窄脉冲触发,积分型适用于宽脉冲触发。
无论是哪种电路结构,其单稳态的产生都源于电容的充放电原理。
用555定时器构成的单稳态触发器是负脉冲触发的单稳态触发器,且暂稳态维持时间为Tw=lnRC≈1.1RC,仅与电路本身的参数R、C有关。
二、多谐振荡器
多谐振荡器是一种自激振荡器,在接通电源后,不需要外加触发信号(即没有输入信号),便能自动产生矩形脉冲,由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量,所以称为多谐振荡器。
先将555定时器构成施密特触发器,再将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端,即可构成多谐振荡器,且其电容C的电压Vc将在VT+和VT-之间反复振荡。
实验步骤
一、用555定时器设计单稳态触发器电路
1、用555定时器构成单稳态触发器实验电路。
所需元件:
电源、电阻、电容。
将555定时器的阀值端THR与第7脚DIS相连接,并对地接入0.1μF的电容C,对电源接入5KΩ电阻R,复位端RES接高电平,5脚CON通过0.01μF的滤波电容接地。
2、利用函数发生器产生方波信号,并设置方波信号的频率为1KHz,占空比为70%,幅度为5V,作为触发脉冲送至触发器的输入端TRI,输出端OUT接示波器A通道。
3、打开仿真开关,在连续方波脉冲的作用下,观察输出端的波形。
4、将输入信号接至示波器的B通道,对比观察输入、输出波形(为了更好地区分输入、输出信号波形,将输入信号设置为红色)。
5、改变电容值,观察输出波形。
6、改变电阻值,观察输出波形。
7、改变输入触发脉冲的幅值和频率,观察输出波形。
8、整理分析实验结果。
二、用555定时器设计多谐振荡器电路
1、用555定时器构成多谐振荡器实验电路。
所需元件:
电源、电阻、电容。
将555定时器的阀值端THR与第2脚TRI相连接,并对地接入10μF的电容C,THR与7脚间接入10KΩ电阻R2,7脚DIS与电源之间接入10KΩ电阻R1,复位端RES接高电平,5脚CON通过0.01μF的滤波电容接地。
2、输出端3脚OUT接示波器A通道。
3、打开仿真开关,通过示波器观察输出端的波形。
4、改变电容值,观察输出波形。
5、改变电阻值,观察输出波形。
6、移动示波器的游标,观察并计算输出波形的周期、占空比。
8、整理分析实验结果。
思考
1、如果触发脉冲的宽度大于暂稳态时间,会出现什么情况?
2、用555构成的多谐振荡器,其占空比能够调整的范围是多少?
计算机电路基础实验项目表
序号
实验项目
实验
学时
每组
人数
实验
类型
实验
要求
内容提要
1
实验平台的熟悉,
基尔霍夫定律
2
1
验证
必选
基尔霍夫定律验证
2
电阻的串联分压与并联分流
2
1
验证
任选
基本电阻串并联电路
3
RC电路
2
1
验证
任选
RC微分、积分电路
4
晶体二极管和三极管的检测
2
1
验证
任选
晶体二极管和三极管检测
5
晶体管单管共射电压放大电路
2
1
验证
必选
1、静态工作点的调试;2、掌握电压放大电路的设计与参数的计算。
6
负反馈电路
验证
任选
负反馈放大电路主要性能指标的测试;研究负反馈对放大器各项性能指标的影响
7
集成运放基本运算电路
2
1
综合
必选
采用运放组成比例、加法、积分等运算电路。
8
集成电压比较器设计与调试
2
1
设计
任选
熟悉集成电压比较器;掌握无滞后电压比较器和迟滞电压比较器原理并进行应用设计。
9
电子线路综合设计
3
2
设计
任选
设计一个可实际应用的电子线路。
如门铃、低压直流电源等。
10
基本门电路的测试
2
1
验证
任选
基本门电路的测试。
11
组合逻辑电路
(一)
2
1
验证
必选
熟悉MSI器件的功能、组合逻辑电路的功能测试方法。
12
组合逻辑电路
(二)
2
1
设计
必选
组合逻辑电路的设计、调试。
13
触发器电路分析测试
2
1
验证
任选
掌握触发器的基本工作原理及功能测试。
14
时序逻辑电路
(一)
2
1
设计
必选
设计一些常用的时序电路,如二进制计数器
15
时序逻辑电路
(二)
2
1
设计
任选
用FF设计计数器电路。
16
计数器电路设计
2
1
设计
必选
用MSI设计一个计数显示系统。
17
555定时器的应用
2
1
综合
任选
设计555定时器应用电路并测试。
18
D/A、A/D变换
2
1
综合
任选
用D/A、A/D进行变换。
19
简易数字抢答器的电路设计
6
2
综合
任选
设计可供三名(或以上)选手抢答的抢答器电路。
20
数字计时电路设计
6
2
综合
任选
设计时、分、秒电路。
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- 电路 基础 实验 指导 912