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模电实验答案


实验一、常用电子仪器的使用
一、实验目的
1、学习电子技术实验中常用电子仪器的主要技术指标、性能和正确使用方法。 2、初步掌握用示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。 电路实验箱的结构、基本功能和使用方法。

二、实验原理
在模拟电子电路实验中,要对各种电子仪器进行综合使用,可按照信号流向,以接线简 捷,调节顺手,观察与读数

方便等原则进行合理布局。接线时应注意,为防止外界干扰,各 仪器的公共接地端应连接在一起,称共地。 1. 信号发生器

信号发生器可以根据需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出信号电压频率 可以通过频率分挡开关、 频率粗调和细调旋钮进行调节。 输出信号电压幅度可由输出幅度调 节旋钮进行连续调节。 操作要领: 1)按下电源开关。 2)根据需要选定一个波形输出开关按下。 3)根据所需频率,选择频率范围(选定一个频率分挡开关按下)、分别调节频率粗调和细调 旋钮,在频率显示屏上显示所需频率即可。 4)调节幅度调节旋钮,用交流毫伏表测出所需信号电压值。 注意:信号发生器的输出端不允许短路。 1. 交流毫伏表 交流毫伏表只能在其工作频率范围内,用来测量 300 伏以下正弦交流电压的有效值。 操作要领: 1. 为了防止过载损坏仪表,在开机前和测量前(即在输入端开路情况下)应先将量程 开关置于较大量程处,待输入端接入电路开始测量时,再逐档减小量程到适当位置。 读数:当量程开关旋到左边首位数为“1”的任一挡位时,应读取 0~10 标度尺上的 示数。当量程开关旋到左边首位数为“3”的任一挡位时,应读取 0~3 标度尺上的示数。 3)仪表使用完后,先将量程开关置于较大量程位置后,才能拆线或关机。 3.双踪示波器 示波器是用来观察和测量信号的波形及参数的设备。 双踪示波器可以同时对两个输入信 号进行观测和比较。 操作要领: 1. 时基线位置的调节 开机数秒钟后,适当调节垂直(↑↓)和水平(←→)位移旋 钮,将时基线移至适当的位置。

1.

1.

清晰度的调节 般能看清楚即可)。

适当调节亮度和聚焦旋钮,使时基线越细越好(亮度不能太亮,一

1.

示波器的显示方式 示波器主要有单踪和双踪两种显示方式,属单踪显示的有 “Y ”、“Y ”、“Y +Y ”,作单踪显示时,可选择“Y ”或“Y ”其中一个按钮按下。属 双踪显示的有“交替”和“断续”, 作双踪显示时, 为了在一次扫描过程中同时显示两个波 形,采用“交替”显示方式,当被观察信号频率很低时(几十赫兹以下),可采用“断续” 显示方式。
1 2 1 2 1 2

1.

波形的稳定 为了显示稳定的波形,应注意示波器面板上控制按钮的位置:a)“扫 描速率”(t/div)开关------根据被观察信号的周期而定(一般信号频率低时,开关应向左 旋。 反之向右旋) 。 b) “触发源选择”开关------选内触发。 c) “内触发源选择”开关-----应根据示波器的显示方式来定,当显示方式为单踪时,应选择相应通道(如使用 Y 通道应 选择 Y 内触发源)的内触发源开关按下。当显示方式为双踪时,可适当选择三个内触发源 中的一个开关按下。d)“触发方式”开关------常置于“自动”位置。当波形稳定情况较 差时,再置于“高频”或“常态”位置,此时必须要调节电平旋钮来稳定波形。
1 1

5)在测量波形的幅值和周期时,应分别将 Y 轴灵敏度“微调”旋钮和扫描速率“微调”旋钮置 于“校准”位置(顺时针旋到底)。

三、实验设备
1、信号发生器 2、双踪示波器 3、交流毫伏表 4、万用表

四、实验内容
1.示波器内的校准信号 用机内校准信号(方波:f=1KHz V =1V)对示波器进行自检。
P —P

1.

输入并调出校准信号波形 ①校准信号输出端通过专用电缆与 Y (或 Y )输入通道接通,根据实验原理中有关示波 器的描述, 正确设置和调节示波器各控制按钮、 有关旋钮, 将校准信号波形显示在荧光屏上。 ②分别将触发方式开关置“高频”和“常态”位置,然后调节电平旋钮,使波形稳定。
1 2

1.

校准“校准信号”幅度 将 Y 轴灵敏度“微调”旋钮置“校准”位置(即顺时针旋到底),Y 轴灵敏度开关置 适当位置,读取信号幅度,记入表 1—1 中。 表 1—1 标 准 值 幅 度 频 率 0.5V
P—P

实 测 值 0.5V
P —P

1KHz

1KHz

3)校准“校准信号”频率 将扫速“微调”旋钮置“校准”位置,扫速开关置适当位置,读取校准信号周期,记入 表 1—1 中。

1.

示波器和毫伏表测量信号参数 令信号发生器输出频率分别为 500Hz、1KHz、5KHz,10KHz,有效值均为 1V(交流 毫伏表测量值)的正弦波信号。 调节示波器扫速开关和 Y 轴灵敏度开关,测量信号源输出电压周期及峰峰值,计算信 号频率及有效值,记入表 1—2 中。 表 1—2 信 号 电 压信 号 频 率 示 波 器 测 量 值 值 值 周期(ms) 频率(Hz) 峰峰值(V )
P—P

有效值(V) 1.03 1.03 1.03 1.03

1V 1V 1V 1V

500Hz 1KHz 5KHz 10KHz

0.5× 4 0.2× 5 0.05× 4 0.02× 5

500 1000 5000 10000

0.5× 5.8 0.5× 5.8 0.5× 5.8 0.5× 5.8

3.交流电压、直流电压及电阻的测量 1. 1. 打开模拟电路实验箱的箱盖,熟悉实验箱的结构、功能和使用方法。 将万用表水平放置,使用前应检查指针是否在标尺的起点上,如果偏移了,可调节 “机械调零”,使它回到标尺的起点上。测量时注意量程选择应尽可能接近于被测之量,但 不能小于被测之量。测电阻时每换一次量程,必须要重新电气调零。 用交流电压档测量实验箱上的交流电源电压 6V、10V、14V;用直流电压档测量实 验箱上的直流电源电压± 5V、± 12V;用电阻档测量实验箱上的 10Ω 、1KΩ 、10KΩ 、100KΩ 电阻器,将测量结果记入自拟表格中。

1.

2.
交流电压(V) 标称值 实测值 测量仪表 档位 (量程) 刻度线 序号 10V 4 2 万用表 50V 2 50V 3 万用表 V 10V × 1 万用表 Ω × 100 1 × 1K 6 10 14 +12 直流电压(V) -12 +5 -5 10 电阻(Ω ) 1K 10K

五、实验报告
1. 画出各仪器的接线图。

答:各仪器的接线图如下:



1.

列表整理实验数据,并进行分析总结。 表 1—1 的实验数据与标准值完全相同,表 1—2 的实验数据中与示波器测得的有效值 (1.03V)与毫伏表的数据(1V)略有出入(相对误差 3%)。产生误差的原因可能是: (1)视觉误差 (2)仪表误差 3.问答题: 1)某实验需要一个 f=1KHz、ui=10mv 的正弦波信号,请写出操作步骤。 答:操作步骤: ①将信号发生器和交流毫伏表的黑夹子与黑夹子相接,红夹子与红夹子相接。在开机前先将 交流毫伏表量程开关置于较大量程处, 待接通电源开关开始测量时, 再逐档减小量程到适当 位置。 ②按下信号发生器的正弦波形输出开关,选择频率范围 1K 开关按下,然后分别调节频率粗 调和细调旋钮,在频率显示屏上显示 1KHz 即可。 ③调节幅度调节旋钮,用交流毫伏表测出所需信号电压值。交流毫伏表量程选择“30mV” 档,读数从“0~3”标尺上读取。 2)为了仪器设备的安全,在使用信号发生器和交流毫伏表时,应该注意什么? 答:①在使用信号发生器时,应该注意信号发生器的输出端不允许短路。 ②在使用交流毫伏表时,为了防止过载损坏仪表,在开机前和输入端开路情况下,应先 将量程开关置于较大量程处,待输入端接入电路开始测量时,再逐档减小量程到适当位置。 3)要稳定不同输入通道的波形时,应如何设置内触发源选择开关? 答:要稳定不同输入通道的波形时,可按下表设置内触发源选择开关? 显示方式 垂直方式开关 Y
1

单踪显示 Y
1 2 2

双踪显示 Y +Y
1 2

交替
2

断续
1 2

内触发源开关选择 Y 或 Y /Y
1

Y 或 Y/ Y
2 1

2

Y或Y
1

Y或Y

面板上其余按钮在释放(弹出)位置 4)一次实验中,有位同学用一台正常的示波器去观察一个电子电路的输出波形,当他把线 路及电源都接通后,在示波器屏幕上没有波形显示,请问可能是什么原因,应该如何操作才 能调出波形来? 答: 可能原因 1、线路方面存在故障 2、示波器使用不当 解决方法 排除故障

①亮度太弱 ②位移旋钮位置不当 ③Y 轴灵敏度位置不当 ④扫描速率开关位置不当 ⑤耦合方式在接地位置 ⑥显示方式与输入通道不符 ⑦接线不当或接触不良

顺时针调节辉度旋钮使亮度增加 调节垂直(↑↓)位移和水平(←→)位移旋钮 根据被测信号的幅度,适当调整 Y 轴灵敏度位置 根据被测信号的频率,适当调整扫描速率开关位置 耦合方式选择 DC 重新设置 重新接线或使之接触良好

实验二
一、实验目的
1. 1. 影响。 1.

晶体管共射极单管放大器

学会放大器静态工作点的调式方法和测量方法。 掌握放大器电压放大倍数的测试方法及放大器参数对放大倍数的

熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

二、实验原理
图 2—1 为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。偏置电阻 R 、R 组成分压电路,并在发射极中接有电阻 R ,以稳定放大器的静态工作点。当在 放大器的输入端加入输入信号后, 在放大器的输出端便可得到一个与输入信号相 位相反、幅值被放大了的输出信号,从而实现了电压放大。
B1 B2 E

三、实验设备
1. 1. 1. 1. 1. 信号发生器 双踪示波器 交流毫伏表 模拟电路实验箱 万用表

四、实验内容
1.测量静态工作点 实验电路如图 2—1 所示,它的静态工作点估算方法为: U≈
B

图 2—1

共射极单管放大器实验电路图 I =≈Ic U = U -I (R +R )
E CE CC C C E

实验中测量放大器的静态工作点,应在输入信号为零的情况下进行。 1. 没通电前,将放大器输入端与地端短接,接好电源线(注意 12V 电源位 置)。 检查接线无误后,接通电源。 用万用表的直流 10V 挡测量 U = 2V 左右,如果偏差太大可调节静态工作 点(电位器 RP)。然后测量 U 、U ,记入表 2—1 中。
E B C

1. 1.

表 2—1

B E


C


B2 BE

计 U (V) 0.6


CE

值 I (mA)
C

U (V) U (V) U (V) R (KΩ ) 2.6 2 7.2 60

U (V) 5.2

2

1.

关掉电源,断开开关 S,用万用表的欧姆挡(1× 1K)测量 R 。将所有测 量结果记入表 2—1 中。
B2

1.

根据实验结果可用:I ≈I =或 I =
C E C

U =U - U U =U -U 计算出放大器的静态工作点。 2.测量电压放大倍数
BE B E CE C

E

各仪器与放大器之间的连接图

关掉电源,各电子仪器可按上图连接,为防止干扰,各仪器的公共端必须连 在一起后接在公共接地端上。 1) 检查线路无误后, 接通电源。 从信号发生器输出一个频率为 1KHz、 幅值为 10mv (用毫伏表测量 ui)的正弦信号加入到放大器输入端。 2)用示波器观察放大器输出电压的波形,在波形不失真的条件下用交流毫伏表测 量下表中三种情况下的输出电压值,记入表中。 表 2—2
R (K)
C

R (K)
L

uo(V) 1.5 0.75 0.75

A 150 75 75

V

2.4 1.2 2.4

∞ ∞ 2.4

3)用双踪示波器观察输入和输出波形的相位关系,并描绘它们的波形。

*4.测量输入电阻和输出电阻 根据定义:输入电阻 输出电阻 表 2—3 R (KΩ ) us ui uL u0 测量值 计算值 (mv) (mv) (V) (V) 100 10 1.1 0.75 1.5
i

R (KΩ ) 测量值 计算值
O

2.4

2.4

置 R =2.4KΩ ,R =2.4KΩ ,I =2.0mA,输入 f=1KHz,ui=10mV 的正弦信号,在输
C L C

出电压波形不是真的情况下,用交流毫伏表测出 uS、ui 和 uL 记入表 2—3 中。断 开负载电阻 R ,保持 uS 不变,测量输出电压 u0,记入表 2—3 中。
L

五、实验报告
1.
答:

列表整理实验结果,把实测的静态工作点与理论值进行比较、分析。

静态工作点 UBE 实 测0.6 值 理 论0.7 值
实测的静态工作点与理论值基本一致, 实测 UBE=UB-UE=0.6V,而理论为 0.7V,产生 误差的原因可能是 U 、U 的值接近,这种接近的两个量相减的间接测量,则合成相对误差 就比较大了。
B E

UCE 5.2 5.2

IC 2 2

(V) (V) (mA)

2.分析静态工作点对放大器性能的影响。
答:静态工作点是否合适,对放大器的性能和输出波形都有很大影响。 如工作点偏高, 放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真, 此时 u。 的负半周将被削底; 如工作点偏低则易产生截止,即 u。的正半周被缩顶(一般截止失真不如饱和失真明显)。 这些情况都不符合不失真放大的要求。 所以在选定工作点以后还必须进行动态测试, 即在放

大器的输入端加入一定的 ui,以检查输出电压 u。的大小和波形是否满足要求。如不满足, 则应调节静态工作点的位置。

3.怎样测量 R 阻值?
B2

答:测量在线电阻时,要确认被测电路没有并联支路并且被测电路所有电源已关断及所 有电容已完全放电时,才可进行;因此本实验测量 R 时要将开关 K 断开。测量前先将开关 转到电阻 X1K 档, 然后把红、 黑表笔短路, 调整“0Ω ”调整器, 使指针指在 0Ω 位置上 (万 用表测量电阻时不同倍率档的零点不同,每换一档都应重新进行一次调零。),再把红、黑 表笔分开去测被测电阻的两端,即可测出被测电阻 R 的阻值。
B2 B2

4.总结放大器的参数对电压放大倍数的影响及输入输出波形的相位如何。 答:由表 2—2 的实验结果可知:在静态工作点相同情况下 ① RL 越大,AV 越大;RL 越小,AV 越小; ② RC 越大,AV 越大;RC 越小,AV 越小; AV 与 RL//RC 成正比。实验满足 公式。 ③ 输入 ui 与输出 uo 的波形相位相反。

实验五
一、实验目的

组合逻辑电路的设计

学习组合逻辑电路的设计与测试方法。 二、实验用仪器、仪表 数字电路实验箱、万用表、74LS00 三、设计任务 设计一个四人无弃权表决电路(多数赞成则提案通过),本设计 要求采用 4-2 输入与非门实现。 设计步骤:(1)根据题意列出真值表如表 1 所示,再填入卡诺 表 2 中。 表1
D C B A 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1

Z

0

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

表2
DC BA 00 01 11 10 1 1 1 1 1 00 01 11 10

(2)由卡诺图得出逻辑表达式,并演化成“与非”的形式

① Z=ABC+BCD+ACD+ABD(8 个与非门) =AB(C+D)+CD(A+B) 或 BD(A+C)+AC(B+D)

=AB(BC+AD)+CD(BC+AD) 或 BD(AD+BC)+AC(BC +AD) =(BC+AD)(AB+CD) = 或 或(BC+AD)(AC+BD)

② Z=ABC+BCD+ACD+ABD(8 个与非门) =AB(C+D)+CD(A+B) =AB(AC+BD)+CD(AC+ BD) =(AC+BD)(AB+CD)=

③ Z=ABC+BCD+ACD+ABD(8 个与非门) =A(BC+BD)+C(AD+BD)=

或=A(BC+CD)+B(CD+AD)= 或=A(BC+CD)+D(AC+AD)= 或=B(AC+AD)+D(AC+BC)= ④ Z=ABC+BCD+ACD+ABD(13 个与非门) =AB(C+D)+CD(A+B) = = =

实验六

用中规模组合逻辑器件设计组合逻辑电路

一、实验目的 1.学习中规模集成数据选择器的逻辑功能和使用方法。 2.学习使用中规模集成芯片实现多功能组合逻辑电路的方法。 二、设计任务 用数据选择器 74LS151 或 3/8 线译码器设计一个多功能组合逻辑电路。 该电路具有两个控制 端 C C ,控制着电路的功能,当 C C =00 时,电路实现对输入的两个信号的或的功能;当 C C =01 时,电路实现对输入的两个信号的与的功能;当 C C =10 时,电路实现对输入的两个信 号的异或的功能;当 C C =11 时,电路实现对输入的两个信号的同或的功能。 三、设计过程 (1)根据题意列出真值表如下所示,再填入卡诺图中。
1 0 1 0 1 1 0 1 0

0

C C

1

0 0 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0

0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1

1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0

1 1 1 0 0 1 1 1

0

(2)、建立 Y(C 、C 、A、B)的卡诺图及降维图,如图所示。
1 0

AB CC
1 0

00 0 0

01 11 10 1 0 1 1 1 0

00 01

11 10 A CC
1 0

1 0 0
B 0
6

0 1 1
1

1 0

0 1

00 01 11 10

0

1

2

B B

3

7

B

4

5

F 函数降维图(图中变量 C C A 换成 C C B 结果不变)
1 0 1 0

(3)、减少 Y 函数的输入变量,将 4 变量减为 3 变量,通过降维来实现。如上图所示。 这时,数据选择器的输入端 D ~ D 分别为: D =B, D =1, D =0, D =B, D =B, D =, D =, D =B (4)、F 函数逻辑图如下图所示
0 7 0 1 2 3 4 5 6 7

四、实验用仪器、仪表 数字电路实验箱、万用表、74LS151、74LS00。 五、实验步骤 1. 1. 1. 1. 检查导线及器件好坏。 按上图连接电路。C 、C 、A、B 分别接逻辑开关,检查无误后接通电源。
1 0

按真值表逐项进行测试并检查是否正确,如有故障设法排除。 结果无误后记录数据后拆线并整理实验设备。 实验数据如下: C C
1

0 0 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0

0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1

1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0

1 1 1 0 0 1 1 1

0

实验证明,实验数据与设计值完全一致。设计正确。

六、设计和实验过程的收获与体会。 1、设计过程的收获与体会: ① 设计前要将真值表列出。 ② 用低维数据选择器实现高维逻辑函数时,首先要降维,将多出的变量作为记图变量。 当需要降维处理时,将谁作为记图变量是任意的,但结果是不同的。因此要进行降维时,要 确定哪几个变量作为数据选择器的地址输入变量。 ③ 可用 Electronics Workbench 进行仿真。以验证设计正确与否。 2、实验过程的收获与体会: ① 74LS151 的第七脚必须接低电平; ② 出现故障时,首先检查地址输入端的电平,看其状态是否与相接的逻辑电平开关相 同。如不相符,则可能存在断路现象。如相同,则检查其输出是否与相应数据端输入相同, 如相同,可能存在设计错误,如不同,则可能器件已损坏。 ③ 实验逻辑电路图最好把集成块的引脚标上,以便接线和检查。 1. 用数据选择器 74LS151 或 3/8 线译码器设计一个多功能组合逻辑电路。该电路具有 两个控制端 C C ,控制着电路的功能,当 C C =00 时,电路实现对输入的两个信号的或的功 能;当 C C =01 时,电路实现对输入的两个信号的与的功能;当 C C =10 时,电路实现对输 入的两个信号的异或的功能;当 C C =11 时,电路实现对输入的两个信号的同或的功能。
1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

设 A =C
2

1

A =C A =A ⊙
1 0 0

用138 器件: Y= (A+B)+C (AB)+ C (AB)+ C C (AB) 设 D=C C=C B=A A=A
0 1 1 0 1 0

( C =(1)=(1) = S (2) (实验用 74LS138 一块、74LS20 一块、74LS00 一块)
1 1

1. 变量。

用 3—8 译码器 74LS138 设计一个三位二进制码与循环码的可逆转换电路。K 为控制

(1)根据题意列出真值表如下所示:
输入 K A
2

输出 A
0

A

1

Q

2

Q

1

Q

0

0 0 0 0 0 1

0 0 1 1 0

0 1 0 1 0

0 0 0 0 1

0 0 1 1 1

0 1 1 0 0

1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1

0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0

1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0

1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1

1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1

(实验用 74LS138 一块、74LS20 二块、74LS00 一块

共四块)



(实验用 74LS138 一块、74LS20 一块、74LS00 二块

共四块)

1.

用 3—8 译码器 74LS138 设计一个二进制全加/全减两用电路。K 为控制变量。 (1)根据题意列出真值表如下所示: K A
B C
n 1 -

S

n

C

n

0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1

0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1

S= (m + m + m + m )+K(m + m + m + m ) = m + m + m + m=
n 1 2 4 7 1 2 4 7 1 2 4 7

C= (m + m + m + m )+ K(m + m + m + m )
n 3 5 6 7 1 2 3 7

= ( m + m)+ ( m + m)+ K(m + m )= ( m + m)+ + K= (实验用 74LS138 一块、74LS20 一块、74LS00 二块
3 7 5 6 1 2 3 7

共四块)

实验七
一、实验目的

设计一个四位可逆二进制计数器

掌握中规模集成计数器的使用方法及功能测试方法。

二、实验内容及要求
用 D 触发器设计一个异步四位二进制可逆计数器。

三、设计过程 (1)根据题意列出加计数状态表和驱动表,如下表所示。

序 号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Q
n 3


Q
n 2


Q
n 1


n 0


Q
n+1 1

驱 动 信 号
n+1 0

Q

Q

n+1 3

Q

n+1 2

Q

D

3

CP

3

D

2

CP

2

D

1

CP

1

D

0

CP

0

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1

0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1

1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

× × × × × × × 1 × × × × × ×

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

× × × 1 × × × 0 × × × 1 × ×

0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0

× 1 × 0 × 1 × 0 × 1 × 0 × 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

15 16

1 1

1 1

1 1

0 1

1 0

1 0

1 0

1 0

× 0

0 1

× 0

0 1

× 0

0 1

1 0

1 1

(2)用卡诺图化简,如下图所示。求得各位触器的驱动信号的表达式
Q Q
1 0

Q Q
3

00 × × × ×

01 × × × ×

11 × 1 0 ×

10 × × × ×

2

00 01 11 10

Q Q
1

0

Q Q
3

00 × × × ×

01 × × × ×

11 1 0 0 1

10 × × × ×

2

00 01 11 10

Q Q
1

0

Q Q
3

00 × × × ×

01 1 1 1 1

11 0 0 0 0

10 × × × ×

2

00 01 11 10

Q Q
1

0

Q Q
3

00 1 1 1 1

01 0 0 0 0

11 0 0 0 0

10 1 1 1 1

2

00 01 11 10

(2)用卡诺图化简,如下图所示。求得各位触器的时钟方程的表达式
Q Q
1 0

Q Q
3

00 × × × ×

01 × × × ×

11 × 1 0 ×

10 × × × ×

2

00 01 11 10

Q Q
1

0

Q Q
3

00 × × × ×

01 × × × ×

11 1 0 0 1

10 × × × ×

2

00 01 11 10

Q Q
1

0

Q Q
3

00 × × × ×

01 1 1 1 1

11 0 0 0 0

10 × × × ×

2

00 01 11 10

(3)根据题意列出减计数状态表和驱动表,如下表所示。


序号 Q
n 3


2


Q
n 0


Q
n+1 1

驱 动 信 号
Q
n+1 0

Q

n

Q

n

1

Q

n+1 3

Q

n+1 2

D

3

CP

3

D

2

CP

2

D

1

CP

1

D

0

CP

0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0

1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

1 × × × × × × × 0 × × × × × × ×

1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0

1 × × × 0 × × × 1 × × × 0 × × ×

1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0

1 × 0 × 1 × × × 1 × 0 × 1 × 0 ×

1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

(2)用卡诺图化简,如下图所示。求得各位触器的驱动信号的表达式
Q Q
1 0

Q Q
3

00

01

11

10

2

00 01 11 10

1 × × 0

× × × ×

× × × ×

× × × ×

Q Q
1

0

Q Q
3

00 × × × ×

01 × × × ×

11 × × × ×

10 × × × ×

2

00 01 11 10

Q Q
1

0

Q Q
3

00 × × × ×

01 × × × ×

11 × × × ×

10 × × × ×

2

00 01 11 10

Q Q
1

0

Q Q
3

00 1 1 1 1

01 0 0 0 0

11 0 0 0 0

10 1 1 1 1

2

00 01 11 10

(2)用卡诺图化简,如下图所示。求得各位触器的时钟方程的表达式
Q Q
1 0

Q Q
3

00 × × ×

01 × × ×

11 × 1 0

10 × × ×

2

00 01 11

10

×

×

×

×

Q Q
1

0

Q Q
3

00 × × × ×

01 × × × ×

11 1 0 0 1

10 × × × ×

2

00 01 11 10

Q Q
1

0

Q Q
3

00 × × × ×

01 1 1 1 1

11 0 0 0 0

10 × × × ×

2

00 01 11 10

由上分析可知: 加减计数只在于时钟 CP 的不同, 若要使一个电路能够可逆计数, 增设一控制 开关,就可实现。设 K=1 时为加计数,设 K=0 时为减计数, 加法:CP = 减法:CP = 则有:CP = (或如 K=0 时为加法: CP = K=1 时为 减法: CP = = 则有:CP =)
n n n n n n

四、可逆计数器逻辑图如下:
四、实验用仪器、仪表 数字电路实验箱、万用表、74LS74、CC4030 五、实验步骤 六、实验数据

K=0 CP
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

K=1
1

Q

3

Q
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0

2

Q
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0

Q
0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0

0

Q
0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

3

Q
0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

2

Q
0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0

1

Q
0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0

0

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

实验八

设计任意进制计数器

一、实验目的 掌握中规模集成计数器的使用方法及功能测试方法。 二、实验内容及要求 采用(74LS192)复位法或预置数法设计一个三位十进制计数器。要求各位同学设计的 计数器的计数容量是自己学号的最后三位数字。 三、设计过程 74LS192 是中规模同步十进制可逆计数器, 具有双时钟输入, 并具有清除和置数等功能, 其引脚排列如图所示。74LS192(CC40192)的功能如下表所示。

74LS192 引脚排列图

CR:清除端 CP :加计数端 :置数端 CP :减计数端 :非同步进位输出端 :非同步借位输出端 D 、D 、D 、D :数据输入端 Q 、Q 、Q 、Q :输出端
u D 3 2 1 0 3 2 1 0

表 74LS192(CC40192)的功能 输 入 端 CR 1 × 0 0 0 1 0 1 CP × × ↑ 1
u


3 2


1


0





CP × × 1 ↑

D

D × d × ×

3

D × c × ×

2

D × b × ×

1

D × a × ×

0

Q Q Q Q 0 0 0 0 d c b a 0000~1001 加 计 数 1001~0000 减 计 数

清零 置数 1001 时=0 0000 时=0

用 M 进制集成计数器可以构成 N(任意)进制的计数器。通常用反馈清零 法和反馈置数法。当计数器的计数 N>M 时,则要用多片 M 进制计数器构成。 其计数规律为: 当低位计数器没有达到计数的最大值时, 如 74LS192 的 1001 时, 其高位芯片应处于保持状态, 只有当低位芯片计数达到最大值时,给相邻的高位 芯片计数器发一个信号,使其脱离保持状态,进入计数状态。现以 233 为例为计 数容量进行设计。由于 233 为三位数,因此需用三块 74LS192。 1、清零法: CR(R )=(Q Q )百(Q Q )拾(Q )个 初态:0000 终态:233-1=232 即:0010 0011 0010 状态转换图:(略)
D 1 0 1 0 1

2、置数法:由于 74LS192 是具有异步清零、置数功能的十进制计数器,因 此保留哪 233 种状态,方法有多种。下图是其中两种置数法。犹以最后一种使用 器件最少,接线最为简单。 方案一: 方案三: =(Q1Q0)百(Q1Q0 )拾(Q2Q0)个 初态:0000 终态:332-1=331 即:0011 0011 0001

(或=) (或 1000-332=668) (或 999)

四、实验用仪器、仪表 数字电路实验箱、万用表、74LS192、74LS00、74LS20、74LS08 等 五、实验步骤 ① 清零法: 1. 1. 检查导线及器件好坏(即加上电源后,按 74LS192 的功能表进行检测)。 按上图连接电路。、CP 分别接逻辑开关并置为高电平,百位(74LS192(3))、拾 位、个位的 Q 、Q 、Q 、Q 分别接发光二极管或数码管,计数脉冲接手动或 1Hz 时钟脉冲。 检查无误后接通电源。
D 3 2 1 0

1. 1.

加入 CP 进行测试并检查结果是否正确,如有故障设法排除。 结果无误后记录数据后拆线并整理实验设备。 实验数据如下: 百位 CP 1 Q
3

拾位
1

个位
1

Q

2

Q

Q

0

Q

3

Q

2

Q

Q

0

Q

3

Q

2

Q

1

Q

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2 3 4 5 331 334

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 0

0 0 0 1 0 0

0 1 1 0 0 0

1 0 1 0 0 0

实验证明,实验数据与设计值完全一致。设计正确。

② 置数法: 1. 1. 检查导线及器件好坏(即加上电源后,按 74LS192 的功能表进行检测)。 按上图连接电路。CR、CP 分别接逻辑开关并置为高电平,百位(74LS192(3))、 拾位、个位的 Q 、Q 、Q 、Q 分别接发光二极管或数码管,计数脉冲接手动或 1Hz 时钟脉冲。 检查无误后接通电源。
D 3 2 1 0

1. 1.

加入 CP 测试并检查结果是否正确,如有故障设法排除。 结果无误后记录数据后拆线并整理实验设备。 实验数据如下: 百位 CP 1 2 3 4 5 331 334 Q
3

拾位
1

个位
1

Q

2

Q

Q

0

Q

3

Q

2

Q

Q

0

Q

3

Q

2

Q

1

Q

0

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 0 0

0 0 1 1 0 0 0

0 1 0 1 0 0 0

实验证明,实验数据与设计值完全一致。设计正确。 六、设计和实验过程的收获与体会。 1、设计过程的收获与体会: ① 设计前要确定是用清零法还是置数法。 ② 要将状态表列出。特别是置数法,要保留哪几种状态方法有多种。 ③ 可用 Electronics Workbench 进行仿真。以验证设计正确与否。 2、实验过程的收获与体会:

① CC40192 的 CR、、CP 端不能悬空; ② 出现故障时,首先检查电源,然后检查 CP,CR、、CP 端的电平状态。如不相符,则 可能存在断路现象。如相同,可能存在设计错误,或者可能器件已损坏。 ③ 实验逻辑电路图最好把集成块的引脚标上,以便接线和检查。
D D

实验九

设计一个串行累加器

一、实验目的 1.学习中规模双向移位寄存器逻辑功能集成电路的使用方法。 2.熟悉移位寄存器的应用一一构成串行累加器和环形计数器。 二、实验内容及要求 用移位寄存器设计一个串行累加器。要求将已分别存于四位移位寄存器 R 和 R 中的两个 二进制数 A、B 按位相加,其和存于移位寄存器 R 中。 三、设计过程 累加器是由移位寄存器和全加器组成的一种求和电路,它的功能是将本身寄存的数和另 一个输入的数相加,并存在累加器中。串行累加器结构框图如图 2 所示。 设开始时,被加数和加数已分别存入累加寄存器和加数寄存器。进位触发器 D 已被清零。在 第一个脉冲到来之前,全加器各输入、输出端的情况为: A =A ,B =B , C =0,S =A +B +0=S ,C =C 在第一个脉冲到来之后,S 存入累加器和移位寄存器的最高位,C 存入进位触发器 D 端, 且两个移位寄存器中的内容都向右移动一位。全加器各输出为: S =A +B + C =S ,C =C 在第二个脉冲到来之后,两个移位寄存器中的内容都又向右移动一位,S 存入累加器和 移位寄存器的最高位,原先存入的 S 存入次高位,C 存入进位触发器 D 端,全加器各输出为: S =A +B + C =S ,C =C
a b s n 0 n 0 n-1 n 0 0 0 n 0 0 0 n 1 1 0 1 n 1 1 0 1 n 2 2 1 2 n 2 。。。。。。

移位寄存器是具有移位功能的寄存器。移位的方向取决于移位控制端 S 的状态。本实验 用的双向移位寄存器 74LS194 逻辑功能如下表 1 所示,引脚排列见图 1。
表1
序号 清零 CR 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 1 1 1 1 1 1 控制信号 S
1

74LS194 逻辑功能
输 串行 S × × × 1 0 × × ×
R



端 时钟 CP 并行 D D D D
0 1 2 3

输出 Q Q Q Q
0 1 2 3

功能

S

0

S

L

× × 1 0 0 1 1 0

× × 1 1 1 0 0 0

× × × × × 1 0 ×

× 1(0) ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ×

× × × × × × × × A B C D × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×

0
n 0 n 1

0
n n 3 2

0

0

清零 不变 并行输入 右移

Q Q Q Q

A B C D 1 Q Q Q
n 0 n 1 n 0 n 1 n 2

0 Q Q Q Q Q Q
n 1 n 2 n 1 n 2 n 3

n 2

1
n 3

左移

Q Q Q
n 0 n n 1 2

0
n 3

Q Q Q Q

保持

图1

74LS194 引脚排列

图2

串行累加器结构框图

四、实验用仪器、仪表 数字电路实验箱、万用表、74LS192、74LS00、74LS20 等 五、实验步骤 1. 检查导线及器件好坏(即加上电源后,按 74LS194、74LS183、74LS74 的功能表进行 检测)。 按上图连接电路。74LS194(A、B )的 D 、 D 、D 、 D 分别接逻辑开关(A=0011, B=0001,A+B=0100)检查无误后接通电源。
0 1 2 3

1.

1.

送数:令 74LS194(A、B )的 CR=1,S =S =1,CP 输入手动脉冲,用并行送数 方法将四位被加数 0011 和四位加数 0001 分别送入寄存器和 B 中。
1 0

1. 1.

触发器置零:使 74LS74 的先为低电平,再变为高电平。 令 CR=1,S =0,S =1,连续输入 4 个 CP 脉冲,观察两个寄存器输出状态变化并 检查是否正确,如有故障设法排除。
1 0

1. 1.

保持:令 74LS194(A)的 CR=1,S =S =0。
1 0

送数:令 74LS194(B)的 CR=1,S =S =1,CP 输入手动脉冲,用并行送数方法 将 0011 送入寄存器 B 中。
1 0

1. 1.

触发器置零:使 74LS74 的先为低电平,再变为高电平。 令 74LS194(A、B )的 CR=1,S =0,S =1,连续输入 4 个 CP 脉冲,观察两个 寄存器输出状态变化并检查是否正确,如有故障设法排除。
1 0

1.

结果无误后记录数据后拆线并整理实验设备。 实验数据如下: A 寄存器 CP 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0
0

B 寄存器 Q 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1
3

Q 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1

1

Q 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1

2

Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0

Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1

Q 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

2

Q 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0

3

A 寄存器 CP 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Q 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0
0

B 寄存器 Q 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1
3

Q 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1

1

Q 1 0 0 0 0 0 1 0 1 1

2

Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0

Q 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1

Q 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0

2

Q 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0

S 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0

1

S 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0

说明 置数 右移 右移 右移 右移 置数 右移 右移 右移 右移

3

实验证明,实验数据与设计值完全一致。设计正确。 六、设计和实验过程的收获与体会。 1、设计过程的收获与体会: ① 设计前要确定是用左移还是右移法。因为这关系到最高位的问题。 ② 为避免延时的问题,选用的集成块均为升沿触发或均为降沿触发。 ③ 可用 Electronics Workbench 进行仿真。以验证设计正确与否。 2、实验过程的收获与体会: ① CC40194 的 CR、S 、S 端不能悬空; ② 出现故障时,首先检查电源,然后检查 CP,CR、S 、S 端的电平状态。如不相符,则 可能存在断路现象。如相同,可能存在设计或接线错误,或者可能器件已损坏。 ③ 实验逻辑电路图最好把集成块的引脚标上,以便接线和检查。 ④A+B+C≤1111, 当相加的数多于 4 位时, 可把几块移位寄存器用级连的方法来扩展, 否则寄存器无法寄存完整的和。
1 0 1 0


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