数字电路小系统设计实验.doc

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1、实验3.3数字电路小系统设计（6学时分2次完成）钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能，在定时控制、定时检测等方面也有广泛应用。一、实验目的设计一个包含脉冲波形产生、计数、译码、显示及控制逻辑等部件的数字，并在面包板上实现。二、实验思路和实验前准备图3.3.174LS138逻辑符号图1．熟悉译码器的逻辑功能图3.3.2IBM—PC/XT系统主板I/O接口地址译码电路一个译码器是将输入确定位数二进制代码的不同组合“翻译”成不同的对应输出信号。常用的译码器有教材上介绍的3－8译码器74LS13

2、8，即输入有3位二进制，其对应的8种组合分别与一个输出对应，其逻辑符号如图3.3.1。当所有74LS138的输入控制端有效时，输出与输入最小项的对应关系是（i＝0，1，…7）。因此教材中已经介绍了它可以实现多输出逻辑函数。但在数字系统的设计中，译码器的另一个更为重要的作用是地址译码，也就是说，译码器将A0、A1、A2输入的三位地址“翻译”成8个输出信号，A0、A1、A2的一个确定值仅对应有一个输出为低电平有效。一般在数字计算机系统中，译码器的这8个输出信号分别接到其它器件的片选端（ChipSelect），其上的横线代表片选信号是

3、低电平有效，即低电平选中该芯片，它就可以与计算机通信数据。因此74LS138的8个输出最多可以连接8个计算机外设接口，而任一时间最多只选中一个工作。图3.3.2就是早期的PC计算机使用74LS138译码器构成计算机中DMA控制器8237、中断控制器8259A、计数/定时器T/C（8253）、并行可编程接口PPI（8255A）、DMA页面寄存器及NMI屏蔽寄存器的片选或控制端。根据图中连接方法，可得到各芯片或寄存器的地址空间如图3.3.2右面所列。在信号AEN=1时，大家分析图中所标的各个芯片的地址范围是否正确？这一部分在学习微型

4、计算机原理时会有更深刻的体会。译码器还有许多其它的型号，与集成逻辑门中介绍的方法一样，可以在丰富的网络资源中得到找到需要的相关信息。另外，在实验前，有必要先介绍一下器件符号的概念，对于同一个器件的逻辑符号图或引脚图，不同的器件手册或教材使用的引脚符号和表示形式都不一样，也许大家在学习过程中已经注意到这一点。为了与教材保持一致，我们对逻辑符号图进行规范，即逻辑符号框图内所有变量均为正逻辑（即框内符号上没有非号），逻辑符号框图外输入端的小圆圈表示该输入控制端为低电平有效，而输出端的小圆圈表示反码输出。即小圆圈实现了逻辑非运算，那么逻

5、辑符号框图外对应的每个引脚的符号或变量名就默认为：当逻辑符号框图外引脚没有小圆圈时，那么该引脚对应的变量名与框图内符号一样，但用斜体表示是变量。例如，图3.3.1中的A0、A1、A2和E3；当框图外引脚有小圆圈时，那么该引脚对应的变量名是在框内符号上冠一非号，例如，图3.3.1中的、、…、和。以后框图外引脚对应的变量名不再标出，但使用时按照以上规定。但要注意这只是教材的规定，并不是标准，其它的参考书或器件手册中的标法可能会五花八门。因此，使用器件时，大家学会使用器件的方法是最重要的，这样面对不断出现的新器件才不会束手无策。通过大

6、量的使用集成器件，大家会发现使用中小规模的集成器件只要了解以下几点即可：1）当输入信号端有小圆圈（一般是控制输入端），表示该端为低电平有效，当输出信号端有小圆圈，表示器件工作时该端输出低电平有效；2）多控制端芯片只有当所有控制端同时有效时，才可以实现芯片的逻辑功能；3）如果资料中给出了器件的功能表，要学会看对应的功能表，器件功能以功能表为准；4）资料也是经常会有出错的情况，遇到问题可以通过实验来最后验证。2.集成计数器图3.3.374LS393管脚图图图计数器的功能是累计输入脉冲个数。它是数字系统中使用最为广泛的时序逻辑部件。计

7、数器的种类非常繁多，为了降低集成电路的价格，所以厂家会批量生产通用的十六进制（二进制）和十进制计数器。虽然有通用的十六进制和十进制计数器，但实际应用中时常会用到其它进制计数，比如，数字钟的24和60进制等，对于其它进制计数器的设计，可以通过教材中介绍的使用反馈的方法来实现。例如，现有一块十六进制计数器74LS393，其功能如表3.3.1，管脚符号如图3.3.3。使用74LS393的清0端MR端作为反馈清0，实现十进制计数器如图3.3.4所示。图3.3.5给出了24进制计数器设计举例。3.LED（LightEmittingDiod

8、e）显示器（七段数码管）LED显示器在许多的数字系统中作为显示输出设备，使用非常广泛。它的结构是由发光二极管构成如图3.3.6所示的a、b、c、d、e、f和g七段，并由此得名，实际上每个LED还有一个发光段dp，一般用于表示小数点，所以也有少数的资料将LED称为