电子技术及应用实践.ppt

电子技术及应用实践 课题二数字基础 项目六基本门电路项目七触发器电路项目八报警电路项目九计数器项目十交通信号灯电路 电子技术及应用实践 项目六基本门电路 一 能力目标 掌握常用基本逻辑门电路的逻辑功能及其测试方法 熟悉TTL CMOS集成门电路的外形 引线端子排列规律及使用注意事项 掌握简单的组合逻辑电路的分析方法与测试方法 二 使用材料 工具 设备 电子技术及应用实践 表6 1使用材料 工具和设备表 电子技术及应用实践 三 项目及工艺要求 一 熟悉所用集成门电路的引脚功能 与门集成电路74LS08四2输入与门集成电路的外引线排列图和逻辑符号如图6 1所示 该电路内含四个2输入端与门 共用一个UCC 14脚 和共用一个接地点GND 7脚 电子技术及应用实践 图6 174LS08管脚排列图 电子技术及应用实践 或门集成电路74LS32四2输入或门集成电路的外引线排列图如图6 2所示 该电路内含四个2输入端或门 共用一个UCC 14脚 和共用一个接地点GND 7脚 图6 274LS32外引线排列图 电子技术及应用实践 与非门集成电路74LS00四2输入与门集成电路的外引线排列图和逻辑符号如图6 3所示 该电路内含四个2输入端与门 共用一个UCC 14脚 和共用一个接地点GND 7脚 图6 374LS00外引线排列图 电子技术及应用实践 二 在数字电子实验箱正确接线 并测试与门 或门 与非门电路的逻辑功能 1 与门电路的测试 1 将74LS08正确插入某一14P插座 注意识别1脚的位置 接通电源 任选一个与门 按表6 2要求输入高低电平信号 测出相应的输出逻辑电平 填入表中 表6 274LS08功能测试表 电子技术及应用实践 2 根据功能测试表写出表达式 Y 3 归纳与门电路的逻辑功能 2 或门集成电路的测试 1 将74LS32正确接入某一14P插座 注意识别1脚的位置 接通电源 任选一个或门 按表6 3要求输入高低电平信号 测出相应的输出逻辑电平 填入表中 电子技术及应用实践 表6 374LS32测试功能表 2 根据功能测试表写出表达式 Y 3 归纳或门电路的逻辑功能 电子技术及应用实践 3 与非门集成电路的测试 1 将74LS00正确插入某一14P插座 注意识别1脚的位置 接通电源 按表6 4要求输入高低电平信号 测出相应的输出逻辑电平 填入表中 表6 474LS00功能测试表 电子技术及应用实践 2 根据功能测试表写出表达式 Y 3 归纳与非门的逻辑功能 三 组合逻辑电路的测试在举重比赛中 有一名主裁判和两名副裁判 当两名以上裁判 必须包括主裁判在内 认为运动员上举杠铃合格 按动电钮 裁决合格信号灯才亮 试用与非门设计该电路 设主裁判为变量A 副裁判分别为B和C 按下电钮为1 不按为0 表示成功与否的灯为Y 合格为1 否则为0 电子技术及应用实践 1 经分析 该组合逻辑电路如图6 4所示 试用与非门集成电路在某一14P插座上连接该电路 并根据表6 5所示真值表要求测试输出端电平 图6 4三裁判员表决电路图 电子技术及应用实践 表6 5三裁判员表决电路真值表 2 根据真值表归纳其逻辑功能 电子技术及应用实践 四 工艺要求1 将与门 或门 与非门集成电路块插入面包板进行功能测试时 要注意 1 脚的位置不能插错 插集成块时 用力要均匀 2 实验完毕 要用起拔器拔出集成块 注意端正起拔 力度要均匀 3 连接导线时最好用有色导线区分输入电平的高低 四 学习形式1 小组协作和个体学习相结合 2 项目完成后小组进行讨论及展示 电子技术及应用实践 五 检测标准 表6 6评分细则 电子技术及应用实践 注 阴影处为否决项 续表6 6评分细则 电子技术及应用实践 六 原理说明1 与门 实现与运算的电路 与门或门图6 5与门 或门逻辑符号 电子技术及应用实践 当A B Y为高电平时用逻辑1来表示 低电平时用逻辑0来表示 表6 7与门电路真值表 与门逻辑表达式为 Y A B或Y AB 电子技术及应用实践 2 或门 实现或运算的电路 或门逻辑表达式为 Y A B 表6 8或门电路真值表 电子技术及应用实践 3 与非门 图6 6与非门的复合 表6 9与非门电路真值表 与非门逻辑表达式为 电子技术及应用实践 4 组合逻辑电路的分析与设计步骤组合逻辑电路的设计 就是根据给定的实际问题 求出能实现这一逻辑要求的最简 或最合理 逻辑电路 其步骤是 1 进行逻辑抽象 列出真值表 2 写出逻辑函数式 3 选定所用器件的类型 4 化简或变换逻辑函数 5 根据最合理 或最简 表达式 画出逻辑电路图 电子技术及应用实践 例题1 三变量表决电路设计一个三变量的多数表决电路 当输入变量中有两个或两个以上同意时 提议被通过 否则提议不被通过 解 1 根据逻辑要求 假设输入变量同意为 1 不同意为 0 提议被通过 1 不被通过 0 列出真值表6 10 表6 10三变量表决电路真值表 电子技术及应用实践 2 由真值表写出逻辑函数式 3 化简得 Y AB BC CA 4 画出逻辑电路 图6 7三变量表决电路图 电子技术及应用实践 例题2 在举重比赛中 有一名主裁判和两名副裁判 当两名以上裁判 必须包括主裁判在内 认为运动员上举杠铃合格 按下电钮 裁决合格信号灯才亮 试用与非门设计该电路 解 设主裁判为变量A 副裁判分别为B和C 按下电钮为1 不按为0 表示成功与否的灯为Y 合格为1 否则为0 1 根据逻辑要求列出真值表 表6 11三裁判员表决电路真值表 电子技术及应用实践 2 由真值表写出表达式 3 选定用与非门实现 化简得 4 画出逻辑电路如图6 4所示 电子技术及应用实践 项目七触发器电路 一 能力目标1 熟悉JK触发器 D触发器的逻辑功能 2 掌握集成触发器的使用方法和逻辑功能的测试方法 3 熟练掌握触发器之间的相互转换 二 使用材料 工具 设备 电子技术及应用实践 表7 1使用材料 工具和设备表 电子技术及应用实践 三 项目及工艺要求 一 D触发器基本功能的测试1 74LS74双D触发器是上升沿触发的边沿D触发器 其管脚引线的位置和逻辑符号见图7 1 2 测试D D的复位 置位功能 任取一只D触发器 D D D端接逻辑开关输出插口 Q 接至逻辑电平显示输入插口 按表7 2的要求改变D D D CP处于任意状态 观察Q 并记录结果 电子技术及应用实践 a b 图7 1 a 74LS74管脚排列 b 逻辑符号 电子技术及应用实践 表7 2D触发器复位 置位功能测试 电子技术及应用实践 3 测试D触发器的逻辑功能 按表7 3的要求改变D和CP端的状态 观察Q 端的变化及触发器状态的改变是否发生在CP脉冲的上升沿 并记录之 表7 3D触发器逻辑功能测试 电子技术及应用实践 二 JK触发器基本功能的测试1 74LS112双JK触发器是下降沿触发的边沿JK触发器 其管脚引线的位置和逻辑符号见图7 2 2 测试D D的复位 置位功能 将74LS112插入 任取一组JK触发器 D D J K端接逻辑开关输出插口 Q 接至逻辑电平显示输入插口 按表7 4的要求改变D D J K CP处于任意状态 观察Q 并记录结果 电子技术及应用实践 a b 图7 2 a 74LS112管脚排列 b 逻辑符号 电子技术及应用实践 表7 4JK触发器复位 置位功能测试 电子技术及应用实践 3 测试JK触发器的逻辑功能 按表7 5的要求改变J K CP端的状态 观察Q 端的变化及触发器状态的改变是否发生在CP脉冲的下降沿 并记录之 表7 5JK触发器逻辑功能测试 电子技术及应用实践 三 触发器之间的相互转换1 JK触发器转换为D触发器 1 将JK触发器转换成D触发器 画出转换后的电路图 2 在CP端输入1KHz连续脉冲 用双踪示波器观察CP Q 端波形 注意相位与时间的关系 描绘之 电子技术及应用实践 2 JK触发器转换为T触发器 1 将JK触发器转换成T触发器 画出转换后的电路图 2 在CP端输入1KHz连续脉冲 用双踪示波器观察CP Q 端波形 注意相位与时间的关系 描绘之 电子技术及应用实践 3 JK触发器转换成T 触发器 1 将JK触发器转换成T 触发器 画出转换后的电路图 2 在CP端输入1KHz连续脉冲 用双踪示波器观察CP Q 端波形 注意相位与时间的关系 描绘之 电子技术及应用实践 四 工艺要求1 将74LS112 74LS74集成电路块接入板进行功能测试时 要注意 1 脚的位置不能插错 插集成块时 用力要均匀 2 实验完毕 要用起拔器拔出集成块 注意端正起拔 力度要均匀 3 连接导线时最好用有色导线区分输入电平的高低 四 学习形式1 小组协作和个体学习相结合 2 项目完成后小组进行讨论及展示 五 检测标准 电子技术及应用实践 表7 6触发器电路评分细则表 电子技术及应用实践 注 阴影处为否决项 续表7 6触发器电路评分细则表 电子技术及应用实践 六 原理说明1 JK触发器 1 逻辑符号及说明边沿触发器是一种仅在CP脉冲的上升沿 或下降沿 的瞬间 具有触发功能 其中 S为直接置位端 R为直接复位端 1J和1K为输入端 Q和为互补输出端 C1为脉冲触发输入端 CP端直接加 者表示边沿触发 上升沿 不加 者表示电平触发 电子技术及应用实践 a b 图7 3 a 下降沿触发的JK触发器 b 上升沿触发的JK触发器 电子技术及应用实践 2 JK触发器的状态表 表7 7JK触发器状态表 电子技术及应用实践 3 逻辑功能 当J K 1时 Qn 1 即每来一次脉冲 电路翻转一次 当J K 0时 Qn 1 Qn 即CP脉冲不能使触发器翻转 触发器状态保持不变 当J 1 K 0时 Qn 1 1 即CP作用后 触发器状态Q保持1态 当J 0 K 1时 Qn 1 0 即CP作用后 触发器状态Q保持0态 4 特征方程式 电子技术及应用实践 2 D触发器 1 边沿D触发器逻辑符号 a b 图7 4 a 上升沿触发的D触发器 b 下降沿触发的D触发器 电子技术及应用实践 2 D触发器的状态表 3 逻辑功能在时钟脉冲作用后 触发器的状态与D端相同 4 特征方程式 Qn 1 Dn 表7 8D触发器状态表 电子技术及应用实践 3 JK触发器与D触发器 T触发器 T 触发器的转换 1 JK触发器转换成D触发器 由JK触发器和D触发器的特征方程可知 只要取J D K 就可以把JK触发器转换成D触发器 转换后 D触发器的CP触发脉冲与转换前JK触发器的CP触发脉冲相同 2 JK触发器转换成T触发器 T触发器只有保持和翻转二个输出状态 取J K T 可以把JK触发器转换成T触发器 3 JK触发器转换成T 触发器T触发器的输入端T 1 称为T 触发器 电子技术及应用实践 a b c 图7 5 a JK触发器转换成D触发器 b 换成T触发器 c 转换成T 触发器 电子技术及应用实践 项目八报警电路 一 能力目标1 掌握555时基集成电路结构和工作原理 学会对此芯片的正确使用 2 熟练使用555定时器设计简单的实用电路 并完成该电路的制作 3 排除测试过程中出现的故障 二 使用材料 工具 设备 电子技术及应用实践 表8 1使用材料 工具明细表 电子技术及应用实践 三 项目及工艺要求 一 基本操作1 图8 1所示是一防盗报警电路 试分析该电路的工作原理 2 根据电路原理图 检测电子元件 判断是否合格 3 根据自己设计的元件布置图在通用板 或铆钉板 上布图 4 按图8 1所示电路原理图进行焊接 注 a b点先不接铜丝 电子技术及应用实践 图8 1防盗报警电路 电子技术及应用实践 二 通电调试1 安装焊接好后 通电调试 2 按电路所标示元件值计算报警振荡频率 填入表8 2中 3 改变电位器RP的滑动头 用示波器观察并测量555输出端3脚振荡频率 并和理论值比较 算出频率的相对误差值 填入表8 2中 并将观察到的波形变化情况绘制出来 4 分析电路调试过程中出现的故障及故障排除方法 电子技术及应用实践 表8 2输出端波形和频率测试 电子技术及应用实践 三 工艺要求1 在装配电路的时候 注意集成块不要插错或方向插反 连线不要错接或漏接并保证接触良好 电源和地线不要短路 以避免烧坏芯片 2 正确使用仪器进行电路技术指标的测试 掌握正确调试电路的方法 3 独立完成实训报告 四 学习形式1 小组讨论和个体学习相结合 2 做完后同学之间展示及讨论各自的体会 五 检测标准 电子技术及应用实践 表8 3防盗报警电路评分细则表 电子技术及应用实践 注 阴影处为否决项 续表8 3防盗报警电路评分细则表 电子技术及应用实践 六 原理说明1 电路组成 a b 图8 2 a CC7555的内部电路 b CC7555符号 电子技术及应用实践 2 基本功能 表8 4555集成定时器功能表 电子技术及应用实践 3 NE555组成的多谐振荡器工作原理 接通电源时 电容C两端电压uc 0 故u6 u2UDD 稳态值为UDD 即u6 u2 UDD uo为低电平 此时 放电管V由截止转为导通 C放电 放电回路 C R2 V 地 放电时间常数 2 R2C 电路处于第二暂稳态 C放电至uc UDD后 电路又翻转到第一稳态 电容C放电结束 再处于充电状态 重复上述过程 电子技术及应用实践 电路参数计算公式为 t1 0 7 R1 R2 C t2 0 7R2CT t1 t2 0 7 R1 2R2 Cf 电子技术及应用实践 图8 3 a 555定时器构成的多谐振荡器 b 工作波形 电子技术及应用实践 占空比可调的多谐振荡器电路的基本原理同前 电容C的充放电回路分别为 充电 UDD R1 D1 C 地 放电 C D2 R2 T 地 图8 4占空比可调的多谐振荡器 电子技术及应用实践 电路参数计算公式为 t1 0 7R1C t2 0 7R2CT t1 t1 0 7 R1 R2 Cf 占空比 D 电子技术及应用实践 4 图8 1所示防盗报警电路的工作原理用555定时器构成的多谐振荡器 a b两端被一细铜丝接通 此细铜丝置于盗窃者必经之处 接通开关时 由于a b间的细铜丝接在复位端4与 地 之间 555定时器被强制复位 输出为低电平 扬声器中无电流 不发声 一旦盗窃者闯如室内碰断细铜丝 4端立即获得高电平 555定时器构成的多谐振荡器开始工作 由3端输出频率为音频的矩形波电压 经隔直电容后供给扬声器 扬声器发出警报声 电子技术及应用实践 项目九计数器 一 能力目标1 掌握电子元器件好坏检测 2 通过计数器电路测试熟练掌握其工作原理 3 排除在测试中出现的故障 二 使用材料 工具 设备 电子技术及应用实践 表9 1材料清单 电子技术及应用实践 三 项目及工艺要求 一 项目要求 根据74LS161功能表进行该集成块功能的测试 看是否符合功能表 表9 274LS161功能表 电子技术及应用实践 在数字实验箱上完成单片74LS161组成0到9之间任意进制计数器 图9 1用74LS161构成的十进制计数器 电子技术及应用实践 3 利用单片74LS161完成直接清零法 预置数法 进位输出置最小数法功能测试 图9 2直接清零法图9 3预置数法 电子技术及应用实践 图9 4进位输出置最小数法 电子技术及应用实践 用二片74LS161组成下列电路 并在数字实验箱上完成 请问该电路构成几进制计数器 图9 5实验图 电子技术及应用实践 二 工艺要求 1 在通用实验箱上布线 2 元器件在实验箱上整体排列均匀 3 安装的位置便于检测 四 学习形式一人或二人一组 做完后同学之间展示及讨论各自的体会 五 检测标准 电子技术及应用实践 表9 3评分细则 电子技术及应用实践 注 阴影处为否决项 续表9 3评分细则 电子技术及应用实践 六 原理说明1 74LS161功能 a b 图9 6 a 74LS161管脚排列 b 逻辑符号 电子技术及应用实践 D3D2D1D0为并行置数输入端 Q3Q2Q1Q0为并行输出端 为异步清零端 低电平有效 为预置端 低电平有效 CP为同步时钟脉冲输入端 CTP和CTT为工作方式选择端 CO为进位输出端 表9 474LS161功能表 电子技术及应用实践 由表可知 74LS161具有如下功能 1 异步清零当清零控制端 0时 实现清零功能 即Q3Q2Q1Q0 0000 清零功能与时钟无关 故这种清零称为异步清零 2 同步预置当预置端 0 而 1时 在D3D2D1D0预置某个数据d3d2d1d0 同时在CP脉冲上升沿作用下 将D3D2D1D0端的数据装入计数器 使Q3Q2Q1Q0 d3d2d1d0 3 保持当 1时 只要控制端CTP和CTT中有一个为低电平 计数器处于保持状态 电子技术及应用实践 4 计数当 CTP CTT 1时 电路为四位二进制加法计数器 在CP脉冲作用下 电路按自然二进制递加 即Q3Q2Q1Q0由0000 0001 1111 当计到1111时 进位输出端CO送出进位信号 高电平有效 即CO CTTQ3Q2Q1Q0 1 5 功能扩展74LS161有异步清零端 利用反馈归零法 可组成任意进制计数器 74LS161有预置控制端和预置输入端D3D2D1D0 利用反馈预置法也可组成任意进制计数器 多片74LS161可以用控制端CTP和CTT进行级联扩展 电子技术及应用实践 图9 7用74LS161构成的十进制计数器 电子技术及应用实践 将D3D2D1D0端接地 使D3D2D1D0 0000 当计数器计到9时 计数器输出Q3Q2Q1Q0 1001 经过与非门反馈给同步预置端 使 0 当第10个CP脉冲上升沿到来时 计数器将D3D2D1D0 0000置入计数器 迫使计数器重新从零开始计数 Q3Q2Q1Q0由0000 0001 1001 0000 完成十进制计数 2 用集成计数器74LS161构成N进制计数器 1 直接清零法直接清零法是利用芯片的复位端和与非门 将N所对应的输出二进制代码中等于1的输出端 通过与非门反馈到集成芯片的复位端 使输出回零 称为N值反馈法 图9 8直接清零法 电子技术及应用实践 电子技术及应用实践 用74LS161构成十进制计数器 令 CTP CTT 1 因为N 10 其对应的二进制代码为1010 将输出端Q3和Q1通过与非门接至74LS161的复位端 电路如图9 8所示 当Q3Q2Q1Q0 1010时 输出端Q3和Q1通过与非门使 0 计数器复位清零 因是异步清零 无需CP脉冲 故输出1010为无效状态 计数状态为0000 0001 1001 共十个 待输出为0000时 由0变1 计数器又开始重新计数 2 预置数法预置数法利用的是芯片的预置控制端和预置输入端D3D2D1D0 因是同步预置数端 所以只能采用N 1值反馈法 电子技术及应用实践 图9 9预置数法 电子技术及应用实践 用74LS161构成七进制计数器 电路如图9 9 令 CTP CTT 1 再令预置输入端D3D2D1D0 0000 即预置数0 以此为初态进行计数 N 1 6 其对应的二进制代码为0110 当Q3Q2Q1Q0 0110时 输出端Q2和Q1通过与非门使 0 因是同步置数 待下一个CP脉冲上升沿到来时 计数器输出状态才进行同步预置 使Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0 0000 故输出0110为有效状态 计数状态为0000 0001 0110 共七个 待输出为0000时 由0变1 计数器又开始重新计数 电子技术及应用实践 3 进位输出置最小数法进位输出置最小数法是利用芯片的预置控制端和进位输出端CO 将CO端输出经非门送到端 令预置输入端D3D2D1D0输入最小数M对应的二进制数 最小数M 16 N 图9 10进位输出置最小数法 电子技术及应用实践 用74LS161构成九进制计数器 电路如图9 10 最小数M 16 N 16 9 7 对应的二进制数为0111 相应的预置输入端D3D2D1D0 0111 并且令 CTP CTT 1 当Q3Q2Q1Q0 1111 时进位输出端CO非门使 0 使Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0 0111 计数状态为0111 1000 1111 共九个 待输出为0111时 由0变1 计数器又开始重新计数 电子技术及应用实践 4 级联法 一片74LS161可构成从二进制到十六进制之间任意进制的计数器 利用两片74LS161 就可构成从二进制到二百五十六进制之间任意进制的计数器 依次类推 可根据计数需要选取芯片数量 当计数器容量需要采用两块或更多的同步集成计数器芯片时 可以采用级联方法 将低位芯片的进位输出端CO端和高位芯片的计数控制端CTT或CTP直接连接 外部计数脉冲同时从每片芯片的CP端输入 再根据要求选取上述三种实现任意进制的方法之一 完成对应电路 电子技术及应用实践 用两片74LS161组成的六十进制计数器如图9 11所示 左边为个位十进制计数器 右边为十位六进制计数器 两片计数器的CP脉冲相接 组成同步计数器 计数范围为0 59 图9 1174LS161的级联法 电子技术及应用实践 当个位计数器计数到9 个位计数器Q3Q2Q1Q0 1001 时 与门输出为1 经非门输出为0送至个位端 同时与门输出的1送至十位计数器的CTT端1 下一个CP脉冲来 个位计数器被置入0000 十位计数器加计1 完成计数器个位退0 十位进1 当十位计数器计到5 十位计数器Q7Q6Q5Q4 0101 个位计数器计到9时 二个与非门输出均为1 即使个位和十位的CTP和CTT均为1 均为0 下一个CP脉冲来时 个位计数器和十位计数器都被置入0000 完成计数器二位退