数字电路实验ppt

1、数字电路实验数字电路实验 基于基于protues7.7中文版中文版 集成门电路逻辑功能测试集成门电路逻辑功能测试 交通信号灯工作状态逻辑电路的设计实验交通信号灯工作状态逻辑电路的设计实验 编码器及其应用实验编码器及其应用实验 字段译码器与加法器的逻辑功能测试字段译码器与加法器的逻辑功能测试 带显示功能的带显示功能的8421BCD码加法器的设计实验码加法器的设计实验 带显示功能的简单电子琴电路的设计及仿真带显示功能的简单电子琴电路的设计及仿真 实验实验 触发器及其应用实验触发器及其应用实验 任意进制计数器的设计与仿真任意进制计数器的设计与仿真 数字电路实验项目数字电路实验项目 Protues 软

2、件介绍软件介绍 Protues 基本操作基本操作 验证型实验（基本门电路、组合逻验证型实验（基本门电路、组合逻 辑电路、触发器、时序逻辑电路）辑电路、触发器、时序逻辑电路） 设计型实验设计型实验 内容：内容： 数字电路实验数字电路实验 第一部分第一部分 Protues软件介绍软件介绍 1.1 Protues构成构成 PROTEUS 是一个是一个 完整的嵌入式系统完整的嵌入式系统 软、硬件设计仿真软、硬件设计仿真 平台。平台。 ISIS为功能强大的为功能强大的 原理布线工具。原理布线工具。 ARES 为为PCB设计设计 系统。系统。 1.2 ISIS 输入流程输入流程 开始开始 新建设计文档新建

3、设计文档 设置编辑环境设置编辑环境 放置元器件放置元器件 原理图连线原理图连线 建立网络表建立网络表 电气规则检查电气规则检查 存盘、报表输出存盘、报表输出 结结 束束 调整调整 是否合格是否合格 N Y 设置编辑环境：设置编辑环境：用户可自定义图用户可自定义图 形外观，包括线宽、填充类型、形外观，包括线宽、填充类型、 字符等。字符等。 原理图连线：原理图连线：单击元器件引脚或单击元器件引脚或 先前连好的线，实现连线；也先前连好的线，实现连线；也 可用自动连线工具连线。可用自动连线工具连线。 建立网络表：建立网络表：网络表是电路板与网络表是电路板与 电路原理图之间的纽带。建电路原理图之间的纽带

4、。建 立的网络表用于立的网络表用于PCB制板。制板。 报表输出：报表输出：材料报表等。材料报表等。 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 PROTEUS VSM中的整个电路分析是在中的整个电路分析是在ISIS原原 理图设计模块下延续下来的，原理图中包含：理图设计模块下延续下来的，原理图中包含： 直接布置在线路上的直接布置在线路上的探针探针； 电路激励电路激励； 虚拟仪器虚拟仪器； 曲线图表曲线图表。 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 探针探针 电压探针（电压探针（Voltage probes）：在模拟电路）：在模拟电路 中记录真实的电压值，而在数字电路中，中记录真实的电压值，而在数字电路中

5、， 记录逻辑电平及其强度。记录逻辑电平及其强度。 电流探针（电流探针（Current probes）：）： 仅可在模拟仅可在模拟 电路中使用，并可显示电流方向。电路中使用，并可显示电流方向。 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 激励源激励源 DC：直流电压源；：直流电压源； Sine：幅值、频率、相位可控的正弦波发：幅值、频率、相位可控的正弦波发 生器。生器。 Pulse：幅值、周期和上升：幅值、周期和上升/下降沿时间可下降沿时间可 控的模拟脉冲发生器。控的模拟脉冲发生器。 Exp：指数脉冲发生器。：指数脉冲发生器。 SFFM：单频率调频波信号发生器。：单频率调频波信号发生器。 Pwlin：

6、任意分段线性脉冲、信号发生器。：任意分段线性脉冲、信号发生器。 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 FileFile：FileFile信号发生器。信号发生器。 AudioAudio：音频信号发生器。：音频信号发生器。 DStateDState：稳态逻辑电平发生器。：稳态逻辑电平发生器。 DEdgeDEdge：单边沿信号发生器。：单边沿信号发生器。 DPulseDPulse：单周期数字脉冲发生器。：单周期数字脉冲发生器。 DClockDClock：数字时钟信号发生器。：数字时钟信号发生器。 DPatternDPattern：模式信号发生器。：模式信号发生器。 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分

7、析 音频信号激励源音频信号激励源 使用使用Windows WAV 文件作为输入文件。结合音文件作为输入文件。结合音 频分析图表，频分析图表，可以听到电路对音频信号处理后的可以听到电路对音频信号处理后的 声音声音。 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 单周期数字单周期数字 脉冲激励源脉冲激励源 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 数字时钟数字时钟 信号激励源信号激励源 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 虚拟仪器虚拟仪器 虚拟示波器虚拟示波器 (OSCILLOSCOPE) 逻辑分析仪逻辑分析仪 (LOGIC ANALYSER) 定时计数器定时计数器 (COUNTER TIMER) 虚拟终端

8、虚拟终端 (VIRUAL TERMINAL) SPI调试器调试器 (SPI DEBUGGER) I2C调试器调试器 (I2C DEBUGGER) 信号发生器信号发生器 (SIGNAL GENERATOR) 模式发生器模式发生器 (PATTERN GENERATOR) 电压表和电流表（电压表和电流表（AC/DC voltmeters/ammeters） 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 信号发生器（调幅）信号发生器（调幅） 信号源名称补偿电压/V幅值/V频率/kHz时延/() （A）0110 正弦信号正弦信号 参数参数 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 调幅信调幅信 号输出号输出 信号发

9、信号发 生器参生器参 数设置数设置 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 曲线图表曲线图表 模拟图表（模拟图表（ANALOGUE） 数字图表数字图表 (DIGITAL) 混合分析图表混合分析图表 (MIXED) 频率分析图表频率分析图表 (FREQUENCY) 转移特性分析图表转移特性分析图表 (TRANSFER) 噪声分析图表噪声分析图表 (NOISE) 失真分析图表失真分析图表 (DISTORTION) 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 傅立叶分析图表傅立叶分析图表 (FOURIER)(FOURIER) 音频分析图表音频分析图表 (AUDIO)(AUDIO) 交互分析图表交互分析图表

10、(INTERACTIVE)(INTERACTIVE) 一致性分析图表一致性分析图表 (CONFORMANCE)(CONFORMANCE) 直流扫描分析图表直流扫描分析图表 (DC SWEEP)(DC SWEEP) 交流扫描分析图表交流扫描分析图表 (AC SWEEP) (AC SWEEP) 1.3 VSM 仿真与分析仿真与分析 数字分析图表数字分析图表:用于绘用于绘 制逻辑电平值随时制逻辑电平值随时 间变化的曲线。间变化的曲线。 第二部分第二部分 Protues基本操作基本操作 2.1 Protues IsIs界面界面 2.1 Protues IsIs界面界面 原理图编辑窗口（原理图编辑窗口（

11、The The Editing WindowEditing Window）：用来绘）：用来绘 制原理图。蓝色方框内为可制原理图。蓝色方框内为可 编辑区，元件要放到它里面。编辑区，元件要放到它里面。 可用预览窗口来改变原理图可用预览窗口来改变原理图 的可视范围。通过鼠标滑轮的可视范围。通过鼠标滑轮 可缩放窗口。可缩放窗口。 2.1 Protues IsIs界面界面 预览窗口（预览窗口（The Overview WindowThe Overview Window）：）： 在选择元件时，显示该元件的预览图；在选择元件时，显示该元件的预览图； 在原理图编辑窗口操作时，显示整张在原理图编辑窗口操作时，显

12、示整张 原理图的缩略图。原理图的缩略图。 2.1 Protues IsIs界面界面 挑选元件及库管理按钮：选取元器件挑选元件及库管理按钮：选取元器件 及编辑元件库。必须在元件模式下使用。及编辑元件库。必须在元件模式下使用。 对象选择器（对象选择器（The Object SelectorThe Object Selector）：）： 显示当前编辑所用到的各种元件显示当前编辑所用到的各种元件 （componentscomponents）、终端接口）、终端接口 （terminalsterminals）、信号发生器）、信号发生器 （generatorsgenerators）、仿）、仿 真真 图图 表表

13、 （graphgraph） 等。等。 2.1 Protues IsIs界面界面 方向工具栏（方向工具栏（Orientation ToolbarOrientation Toolbar）：）： 旋转：旋转： 按按9090的整数倍旋转。的整数倍旋转。 翻转：翻转： 包括水平翻转和垂直翻转。包括水平翻转和垂直翻转。 使用方法：在元件列表中单击元件，再点使用方法：在元件列表中单击元件，再点 击相应的旋转图标，然后放置。击相应的旋转图标，然后放置。 仿真控制按钮：包括运行、仿真控制按钮：包括运行、 单步运行、暂停、停止。单步运行、暂停、停止。 2.1 Protues IsIs界面界面 模型选择工具栏（模型

14、选择工具栏（Mode Selector Toolbar） 主要模型（主要模型（Main Modes）：）： 1.选择模式：用于即时编辑元件参数选择模式：用于即时编辑元件参数 （先单击该图标再单击要修改的元件）（先单击该图标再单击要修改的元件） 2.元件模式：用于放置和连接元件。元件模式：用于放置和连接元件。 3.节点模式：用于放置连接点。节点模式：用于放置连接点。 4.连接标号模式：用于放置网络标号。连接标号模式：用于放置网络标号。 5.文字脚本模式：用于放置文本。文字脚本模式：用于放置文本。 6.总线模式：用于绘制总线。总线模式：用于绘制总线。 7.子电路模式：用于放置子电路。子电路模式：用

15、于放置子电路。 2.1 Protues IsIs界面界面 模型选择工具栏模型选择工具栏配件（配件（GadgetsGadgets）：）： 1.1.终端模式：放置常用信号接口。终端模式：放置常用信号接口。 2.2.器件引脚模式：绘制各种引脚。器件引脚模式：绘制各种引脚。 3.3.图表模式：放置用于各种分析的图表。图表模式：放置用于各种分析的图表。 4.4.录音机模式。录音机模式。 5.5.激励源模式：放置各种激励源。激励源模式：放置各种激励源。 6.6.电压探针与电流探针模式：放置用于图电压探针与电流探针模式：放置用于图 表中的探针。表中的探针。 7.7.虚拟仪器模式：放置各种仿真仪器。虚拟仪器模

16、式：放置各种仿真仪器。 2.1 Protues IsIs界面界面 模型选择工具栏模型选择工具栏2D2D 图形（图形（2D Graphics2D Graphics）：）： 1 1. .画各种直线画各种直线 2 2. .画各种方框画各种方框 3 3. .画各种圆画各种圆 4 4. .画各种圆弧画各种圆弧 5 5. .画各种多边形画各种多边形 6 6. .写写各种文本各种文本 7 7. .画符号画符号 8 8. .画原点等画原点等 2.2 Protues基本操作基本操作 通过三个组合逻辑设计型实验说明通过三个组合逻辑设计型实验说明Protues软软 件的基本操作。（参见第四章课件）件的基本操作。（参

17、见第四章课件） 1、监视交通信号灯工作状态电路设计；、监视交通信号灯工作状态电路设计； 2、火车进站指示灯电路设计（练习）；、火车进站指示灯电路设计（练习）； 3、四位格雷码到自然二进制码的转换电路设计、四位格雷码到自然二进制码的转换电路设计 （练习）；（练习）； 目标：目标：1、熟练掌握、熟练掌握Protues的基本操作；的基本操作； 2、通过实验对课堂教学实例进行验证，加深对知、通过实验对课堂教学实例进行验证，加深对知 识点的掌握，提高对数电课程的学习兴趣。识点的掌握，提高对数电课程的学习兴趣。 2.2 Protues基本操作基本操作 【实例【实例1】设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电

18、】设计一个监视交通信号灯工作状态的逻辑电 路。路。 要求：要求：1、用基本门电路实现并验证；、用基本门电路实现并验证； 2、用、用74HC138芯片实现并验证；芯片实现并验证； 3、用、用74HC151、153芯片实现并验证；芯片实现并验证； 2.2 Protues基本操作基本操作 【电路设计】【电路设计】1. 逻辑抽象逻辑抽象 输入变量输入变量: : 红（红（R R）、黄（黄（A A）、绿（绿（G G） 输出变量：输出变量： 故障信号（故障信号（Z Z） 如果信号灯如果信号灯 出现故障，出现故障， Z Z为为1 1 R A G Z R、A、G 为为1表示灯亮，为表示灯亮，为0表示灯灭；表示灯

19、灭； Z为为1表示有故障，为表示有故障，为0表示无故障。表示无故障。 一、用基本门电路实现并验证一、用基本门电路实现并验证 2.2 Protues基本操作基本操作 2. 列出真值表列出真值表 输入变量输出 RAGZ 0001 0010 0100 0111 1000 1011 1101 1111 3. 写出逻辑表达式写出逻辑表达式 Z = RAG+ RAG + RAG + RAG+RAG 2.2 Protues基本操作基本操作 4. 化简逻辑式化简逻辑式 AGRGRAGARZ Z = RAG+ RAG + RAG + RAG+RAG 2.2 Protues基本操作基本操作 5. 画出电路图画出电

20、路图 AGRGRAGARZ 2.2 Protues基本操作基本操作(I) 【仿真验证】【仿真验证】 方法：用方法：用 Protues 软件作图，实现电路连接，并软件作图，实现电路连接，并 通过仿真检验结果的正确性。通过仿真检验结果的正确性。 2.2 Protues基本操作基本操作 操作步骤：操作步骤： 1、进入器件库：在元件模式下，点击对象选择器、进入器件库：在元件模式下，点击对象选择器 上方的上方的P 按钮（快捷键按钮（快捷键P）。）。 2、搜索元件：勾选、搜索元件：勾选“完全匹配完全匹配”，在，在“关键字关键字” 中输入中输入AND_2（2输入与门）。双击结果，将输入与门）。双击结果，将

21、AND_2添加到对象选择器中。添加到对象选择器中。 同样方法添加同样方法添加AND_3、NOT、和、和OR_4门到对门到对 象选择器。象选择器。 2.2 Protues基本操作基本操作 3、放置元件：在对象选择器中点选元件，通过方、放置元件：在对象选择器中点选元件，通过方 向工具栏调整元件（在预览窗口中可观察效果）。向工具栏调整元件（在预览窗口中可观察效果）。 之后在原理图窗口中点击，出现元件虚影，再次之后在原理图窗口中点击，出现元件虚影，再次 点击放置。点击放置。 元件的其他操作：元件的其他操作： 删除元件：右键双击该元件即可。删除元件：右键双击该元件即可。 移动元件：选中元件后直接拖拽。移

22、动元件：选中元件后直接拖拽。 复制复制/剪贴剪贴/旋转：选中元件后点工具栏中的相应旋转：选中元件后点工具栏中的相应 图标。图标。 2.2 Protues基本操作基本操作 4、连接导线：在元件引脚处点击，然后移动鼠标、连接导线：在元件引脚处点击，然后移动鼠标 到目标引脚处点击。无目标对象的导线双击结束。到目标引脚处点击。无目标对象的导线双击结束。 导线的其他操作：导线的其他操作： 删除导线：右键双击该导线即可。删除导线：右键双击该导线即可。 移动导线：选中导线后直接拖拽。移动导线：选中导线后直接拖拽。 快速连接导线：绘制一组对齐的导线，只需双击快速连接导线：绘制一组对齐的导线，只需双击 引脚即可

23、完成快速互联。引脚即可完成快速互联。 注：移动元件时，导线随引脚一起移动。注：移动元件时，导线随引脚一起移动。 2.2 Protues基本操作基本操作 5、网络标号：选中连接标号模式，依次建立网络、网络标号：选中连接标号模式，依次建立网络 标号：标号：R、A、G、Z。 6、建立激励源：选择激励源中的、建立激励源：选择激励源中的DCLOCK，为，为R、 A、G建立时钟输入信号，并设置信号周期分别为建立时钟输入信号，并设置信号周期分别为 8S、4S、2S。用来表示。用来表示3输入信号的所有组合。输入信号的所有组合。 7、插入交通灯模型：搜索并添加器件、插入交通灯模型：搜索并添加器件“TRAFFIC

24、 LIGHTS”，连接至输入端。，连接至输入端。 8、插入、插入LED灯模型：搜索并添加器件灯模型：搜索并添加器件“LED- RED”，连接至，连接至Z端。端。 2.2 Protues基本操作基本操作 8、插入、插入LED灯模型：搜索并添加器件灯模型：搜索并添加器件“LED- RED”，正端接，正端接Z。 9、连接地信号：在终端模式中选择、连接地信号：在终端模式中选择GROUND，放，放 置后连接置后连接LED另一端。另一端。 10、仿真：在仿真按钮中点开始，观察输入和输出、仿真：在仿真按钮中点开始，观察输入和输出 的变化，验证电路的正确性。的变化，验证电路的正确性。 11、输入文本标签：选择

25、文字脚本模式，在合适的、输入文本标签：选择文字脚本模式，在合适的 位置输入设计名称及作者。例如：位置输入设计名称及作者。例如：“交通信号灯工交通信号灯工 作状态监视电路。设计者：作状态监视电路。设计者：Dolphin”。 2.2 Protues基本操作基本操作 12、用示波器进行仿真分析：在虚拟仪器模式中选、用示波器进行仿真分析：在虚拟仪器模式中选 择择OSCILLOSCOPE，设置标号，观察仿真结果。，设置标号，观察仿真结果。 13、用逻辑分析仪进行仿真分析：在虚拟仪器模式、用逻辑分析仪进行仿真分析：在虚拟仪器模式 中选择中选择LOGIC ANALYSER，设置标号，观察仿真，设置标号，观察

26、仿真 结果。结果。 2.2 Protues基本操作基本操作 14、用图表进行仿真分析：、用图表进行仿真分析： (1) 在图表模式中选择在图表模式中选择DIGITAL（数字图表）并放（数字图表）并放 置；置； (2) 添加电压探针到添加电压探针到Z端；端； (3) 在图表上右键，选择在图表上右键，选择“添加图线添加图线”，分别添加，分别添加R、 A、G和和Z； (4) 设置设置“开始时间开始时间”和和“结束时间结束时间”； (5) 在仿真过一次后，右键选择在仿真过一次后，右键选择“仿真图表仿真图表”（快（快 捷键为空格键），观察结果。捷键为空格键），观察结果。 2.2 Protues基本操作基本

27、操作 2.2 Protues基本操作基本操作 15、创建子电路（封装模块）：、创建子电路（封装模块）： (1) 创建新文件。点选子电路模式，创建子电路；创建新文件。点选子电路模式，创建子电路； (2) 右键子电路，选右键子电路，选“转到子页面转到子页面”； (3) 将刚才的电路复制到该页面下（不包括激励、将刚才的电路复制到该页面下（不包括激励、 终端及测试工具）；终端及测试工具）； (4) 右键退出到父页面，右键添加子电路引脚；右键退出到父页面，右键添加子电路引脚； (5) 调整边框大小，输入子电路名称。调整边框大小，输入子电路名称。 (6) 测试子电路功能。测试子电路功能。 2.2 Prot

28、ues基本操作基本操作 2.2 Protues基本操作基本操作 16、电路单步调试：、电路单步调试： (1) 添加元件，在类别中选择添加元件，在类别中选择“Debugging Tools”， 结果的前四项为：结果的前四项为： LogicProbe：单输出信号电平显示；：单输出信号电平显示； LogicProbebig：单输出信号电平显示（大图）；：单输出信号电平显示（大图）； LogicState：单输入电平信号；：单输入电平信号； LogicToggle：单输入边沿信号；：单输入边沿信号； (2) 添加添加LogicState到输入端；到输入端； (3) 仿真，修改输入值观察输出结果。仿真，

29、修改输入值观察输出结果。 2.2 Protues基本操作基本操作 二、用二、用74HC138芯片实现并验证芯片实现并验证 Z = RAG+ RAG + RAG + RAG+RAG 1、将逻辑表达式化为最小项之和的形式：、将逻辑表达式化为最小项之和的形式： = m(0,3,5,6,7) 2、将逻辑表达式化为、将逻辑表达式化为74HC138输出形式：输出形式： Z = ( m0+m3+m5+m6+m7 ) = ( Y0Y3Y5Y6Y7) 3、选择芯片及与非门、选择芯片及与非门NAND_5作图并验证结果。作图并验证结果。 2.2 Protues基本操作基本操作 2.2 Protues基本操作基本操作

30、 三、用三、用74HC151芯片实现并验证芯片实现并验证 1、分配、分配74HC151芯片脚的对应信号：芯片脚的对应信号： ii i mDY 7 0 Z = RAG+ RAG + RAG + RAG+RAG = m(0,3,5,6,7) D0=D3=D5=D6=D7=1 ；D1=D2=D4= 0 . 2、选择芯片作图并验证结果。选择芯片作图并验证结果。 思考：思考：为什么为什么Y Y输出电压有时为灰色显示？输出电压有时为灰色显示？ 2.2 Protues基本操作基本操作 2.2 Protues基本操作基本操作 四、用四、用74HC153芯片实现并验证芯片实现并验证 1、分配、分配74HC153

31、芯片脚的对应信号：芯片脚的对应信号： ii i mDY 3 0 Z = RAG+ RAG + RAG + RAG+RAG D0=R、D1=D2=R、 D3=1. 2、选择芯片及门作图并验证结果。选择芯片及门作图并验证结果。 = R( AG) + R (AG ) + R ( AG) + 1 ( AG ) = Rm0+ R m1 + R m2 + 1 m3 2.2 Protues基本操作基本操作 2.2 Protues基本操作基本操作 五、用五、用74HC153芯片实现并验证芯片实现并验证 1、用、用74HC153芯片构成芯片构成8选选1选择器；选择器； ii i mDY 7 0 Z = RAG+

32、 RAG + RAG + RAG+RAG = m(0,3,5,6,7) D0=D3=D5=D6=D7=1 ；D1=D2=D4= 0 . 3、选择芯片作图并验证结果。选择芯片作图并验证结果。 2、分配芯片脚的对应信号：、分配芯片脚的对应信号： 2.2 Protues基本操作基本操作 第三部分第三部分 数字电路实验内容数字电路实验内容 实验报告实验报告 【实验报告模板实验报告模板】 【实验报告文件名称实验报告文件名称】 学号学号_姓名姓名_实验序号（例如：实验一）实验序号（例如：实验一）_实验名实验名 称称.doc 【实验报告电子版实验报告电子版】 每人每个实验完成一份电子版报告，以宿舍为每人每个

33、实验完成一份电子版报告，以宿舍为 单位交予课代表。作为实验成绩的评定参考。单位交予课代表。作为实验成绩的评定参考。 【实验报告打印版实验报告打印版】 最后一个实验上交电子版和打印版。最后一个实验上交电子版和打印版。 3.1 组合逻辑实验一组合逻辑实验一 实验一：实验一：组合逻辑电路实验（交通信号灯工作组合逻辑电路实验（交通信号灯工作 状态监视电路设计）状态监视电路设计） 【实验目的实验目的】 1、熟悉、熟悉protues软件，掌握软件，掌握protues的基本操作；的基本操作； 2、学会使用组合门电路、学会使用组合门电路、74HC138、74HC151、 74HC153实现函数设计；实现函数设

34、计； 3、学会使用、学会使用VSM仿真平台对电路进行仿真分析。仿真平台对电路进行仿真分析。 【实验步骤实验步骤】参见第二部分参见第二部分protuesprotues基本操作。基本操作。 【实验原理实验原理】参见第四章课件第二节例题。参见第四章课件第二节例题。 3.2 组合逻辑实验二组合逻辑实验二 实验二：实验二：组合逻辑电路实验（带显示功能的简组合逻辑电路实验（带显示功能的简 单电子琴电路设计）单电子琴电路设计） 【实验目的实验目的】 1、掌握组合电路的设计方法，能够根据要求和现、掌握组合电路的设计方法，能够根据要求和现 有条件进行数字电路设计和仿真测试；有条件进行数字电路设计和仿真测试； 2

35、、掌握选择器、编码器、译码器的使用方法；、掌握选择器、编码器、译码器的使用方法； 3、提高使用、提高使用protues软件进行设计的熟练程度。软件进行设计的熟练程度。 【实验要求实验要求】 1、模仿电子琴发音，按键时发声并显示对应音符。、模仿电子琴发音，按键时发声并显示对应音符。 2、不按键时保持静音，且七段数码管灭灯。、不按键时保持静音，且七段数码管灭灯。 3.2 组合逻辑实验二组合逻辑实验二 【实验原理实验原理】 1、发声原理：一定频率的波形通过扬声器发声。、发声原理：一定频率的波形通过扬声器发声。 低音基本音符的频率如下：低音基本音符的频率如下： 音符 1234567 DOREMIFAS

36、OLASI 频率/Hz262294330349392440494 2、电子琴键设计：、电子琴键设计： 使用使用7个按键，对应表示音符个按键，对应表示音符17的琴键。的琴键。 3.2 组合逻辑实验二组合逻辑实验二 3、显示设计：、显示设计： 使用七段数码管显示当前按键对应的音符。可使用七段数码管显示当前按键对应的音符。可 用编码器先对用编码器先对7个按键进行编码，然后将编码值送个按键进行编码，然后将编码值送 于七段译码器，最后通过七段数码管进行输出。于七段译码器，最后通过七段数码管进行输出。 4 4、发声设计：、发声设计： 使用选择器，输入端为使用选择器，输入端为7个音符的波形，然后个音符的波形

37、，然后 通过按键的编码控制输出通道。将输出连接至扬声通过按键的编码控制输出通道。将输出连接至扬声 器发声。器发声。 5 5、灭灯设计：、灭灯设计： 启动七段译码器灭零功能。启动七段译码器灭零功能。 3.2 组合逻辑实验二组合逻辑实验二 【实验中可能使用的元器件实验中可能使用的元器件】 1、BUTTON：按键；：按键； 2、SOUNDER或或SPEAKER：扬声器；：扬声器； 3、7SEG-COM-AN：共阳极七段数码管；：共阳极七段数码管； 4、7SEG-COM-CAT：共阴极七段数码管；：共阴极七段数码管； 5、74LS47：七段译码器（低电平输出）；：七段译码器（低电平输出）； 6、74L

38、S48：七段译码器；：七段译码器； 7、4532：8:3线优先编码器；线优先编码器； 8、74HC148： 8:3线优先编码器（低电平有效）；线优先编码器（低电平有效）； 9、74HC151：8 in 1数据选择器；数据选择器； 10、SWITCH：开关。：开关。 3.2 组合逻辑实验二组合逻辑实验二 【参考电路参考电路】 3.2 组合逻辑实验二组合逻辑实验二 【扩展实验扩展实验】 带显示功能的复杂电子琴设计。带显示功能的复杂电子琴设计。 1、设计要求：、设计要求： （1）使用）使用7个按键实现中音、高音、低音共个按键实现中音、高音、低音共21个音个音 符的发音。符的发音。 （2）使用一个七段

39、数码管显示当前音符，并用红绿）使用一个七段数码管显示当前音符，并用红绿 蓝三个蓝三个LED灯显示当前的音区（高、中、低音）。灯显示当前的音区（高、中、低音）。 （3）按键时发音并显示，未按键时保持静音和灭灯。）按键时发音并显示，未按键时保持静音和灭灯。 3.2 组合逻辑实验二组合逻辑实验二 2、设计提示：、设计提示： 使用三个选择器（每个选择器输入使用三个选择器（每个选择器输入7个音符）个音符） 分别完成中音、高音、低音的音频信号输入。使用分别完成中音、高音、低音的音频信号输入。使用 译码器实现对三个选择器的片选。译码器实现对三个选择器的片选。 3、设计中追加的元器件：、设计中追加的元器件：

40、（1）LED-RED：红色：红色LED灯；灯； （2）LED-GREEN：绿色：绿色LED灯；灯； （3）LED-BLUE：蓝色：蓝色LED灯；灯； （4）74HC139：双：双2:4线译码器（低电平输出）；线译码器（低电平输出）； （5）RES：电阻。：电阻。 3.2 组合逻辑实验二组合逻辑实验二 3.2 组合逻辑实验二组合逻辑实验二 【参考电路参考电路】 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 实验三：实验三：组合逻辑电路实验（一位组合逻辑电路实验（一位BCD码加法码加法 器的设计）器的设计） 【实验目的实验目的】 1、掌握组合电路的设计方法，能够根据要求和现、掌握组合电路的设计方法，能够根

41、据要求和现 有条件进行数字电路设计和仿真测试；有条件进行数字电路设计和仿真测试； 2、掌握加法器、比较器、译码器的使用方法；、掌握加法器、比较器、译码器的使用方法； 3、进一步提高使用、进一步提高使用protues软件进行电路设计的熟软件进行电路设计的熟 练程度。练程度。 【实验要求实验要求】 1、实现两位、实现两位BCD数相加，用七段数码管进行显示。数相加，用七段数码管进行显示。 2、加数超过、加数超过BCD范围时数码管灭灯并发出警告声。范围时数码管灭灯并发出警告声。 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 【实验原理实验原理】 1、二进制数到、二进制数到BCD码的转换：码的转换： 8421B

42、CD码是码是4位二进制代码组成，两个位二进制代码组成，两个8421 BCD码相加之和只能在码相加之和只能在019（含（含1位进位输入）。位进位输入）。 当和当和S为为09时，不需要转换，设为时，不需要转换，设为S1； 当和当和S超过超过9时，需要进行时，需要进行S-10的转换，同时考的转换，同时考 虑进位。使用加法器时，虑进位。使用加法器时，S-10转换为转换为S+6（补码），（补码）， 设为设为S2； 因此需要比较因此需要比较S和和9的大小。的大小。 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 2、如何区分是否需要转换（两种思路）、如何区分是否需要转换（两种思路） （1）使用比较器，将）使用比较器

43、，将S与与9比较，将比较器的输出信比较，将比较器的输出信 号号FAB作为控制信号作为控制信号F，当其为，当其为1时，需要转换。时，需要转换。 （2）列真值表，写出需要转换时的函数）列真值表，写出需要转换时的函数F，当其为，当其为1 时，需要转换。时，需要转换。 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 函数函数F生成的生成的 条件：条件： S3S010 （1015）；）； 或者或者Co=1 （1619）. 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 函数函数F生成的条件：生成的条件：S3S010（1015）；或者进）；或者进 位位Co=1（1619）. 15,14,13,12,11,10mCF O S3

44、S1 S3S2 00 01 11 10 00 01 11 10 1 1 11 11 S S3 3S S2 2 S S1 1S S0 0 F=Co+S3S2+S3S1 =(Co(S3S2) (S3S1) 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 3、如何挑选、如何挑选S1或或S2输出到显示译码器（两种思路）输出到显示译码器（两种思路） （1）使用加法器，当）使用加法器，当F=1时，实现时，实现S+6输出；当输出；当F=0 时，实现时，实现S+0输出；输出； （2）使用加法器和选择器，将）使用加法器和选择器，将F输入选择器的选择输入选择器的选择 端，控制选择器实现端，控制选择器实现S+6和和S的二选一

45、输出；的二选一输出； 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 4、灭灯的实现：、灭灯的实现： 当输入加数超过当输入加数超过9时，启动七段译码器的灭灯时，启动七段译码器的灭灯 功能。功能。 5、警告声的实现：、警告声的实现： 当输入加数超过当输入加数超过9时，使扬声器按某一频率发时，使扬声器按某一频率发 声。声。 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 【实验中可能使用的元器件实验中可能使用的元器件】 1、LOGICSTATE：电平信号输入；：电平信号输入； 2、SOUNDER或或SPEAKER：扬声器；：扬声器； 3、7SEG-COM-AN：共阳极七段数码管；：共阳极七段数码管； 4、7SEG-C

46、OM-CAT：共阴极七段数码管；：共阴极七段数码管； 5、74LS47：七段译码器（低电平输出）：七段译码器（低电平输出） ； 6、74LS48：七段译码器；：七段译码器； 7、74HC283：四位加法器；：四位加法器； 8、74HC85： 四位数值比较器；四位数值比较器； 9、74HC153：双：双4 in 1数据选择器。数据选择器。 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 【扩展实验扩展实验】 两位两位BCD码加法器的设计。码加法器的设计。 设计要求：设计要求： （1）实现两位）实现两位BCD码的相加，并用七段数码管显示码的相加，并用七段数码管显示 三位的和。三位的和。 （2）当输入超过）当

47、输入超过9时，数码管灭灯，并发出报警声。时，数码管灭灯，并发出报警声。 【温馨提示温馨提示】 实验时，别忘带耳机！实验时，别忘带耳机！ 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 【参考电路参考电路1】 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 【参考电路参考电路2】 3.3 组合逻辑实验三组合逻辑实验三 【参考电路参考电路3】 3.4 触发器实验一触发器实验一 实验四：实验四：触发器实验一（各种功能触发器的门电路触发器实验一（各种功能触发器的门电路 实现、验证及转换）实现、验证及转换） 【实验目的实验目的】 1、熟练掌握各种触发器的工作原理及功能；、熟练掌握各种触发器的工作原理及功能； 2、掌握触发器

48、芯片的使用方法；、掌握触发器芯片的使用方法； 3、学会使用触发器的特性方程进行电路分析；、学会使用触发器的特性方程进行电路分析； 3.4 触发器实验一触发器实验一 【实验要求实验要求】 1、使用门电路搭建、使用门电路搭建SR触发器、触发器、JK触发器、触发器、D触发触发 器及器及T触发器，通过波形验证各种触发器的功能。触发器，通过波形验证各种触发器的功能。 2、使用、使用JK触发器芯片及触发器芯片及D触发器芯片构造各种触发触发器芯片构造各种触发 器，并验证其功能的完整性。器，并验证其功能的完整性。 3、使用、使用D触发器芯片实现分频器电路。触发器芯片实现分频器电路。 3.4 触发器实验一触发器

49、实验一 【实验原理实验原理】 1、门电路构成的触发器：、门电路构成的触发器： R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 3.4 触发器实验一触发器实验一 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 1D C1 Q Q CLK D 3.4 触发器实验一触发器实验一 3.4 触发器实验一触发器实验一 3.4 触发器实验一触发器实验一 Q Q 1 D C 1 = = 1 1 T C 3.4 触发器实验一触发器实验一 2、常用的触发器芯片、常用的触发器芯片( Flip-Flops )： 74LS74: Dual

50、 Positive-Edge-Triggered D-Type Flip-Flops With Clear And Preset. 3.4 触发器实验一触发器实验一 SR 3.4 触发器实验一触发器实验一 74LS273: Octal Positive-Edge-Triggered D-Type Flip-Flops With Clear. 3.4 触发器实验一触发器实验一 74LS373: Octal D-Type Transparent Latches with 3-state Outputs. 3.4 触发器实验一触发器实验一 74LS374: Octal D-Type Edge Tri

51、ggered Flip-flops with Tristate Outputs. CLKQ* 3.4 触发器实验一触发器实验一 74LS76: Dual JK Flip-Flops With Set And Reset. 3.4 触发器实验一触发器实验一 74LS113: Dual Negative-Edge-Triggered JK Flip-Flops With Set. 3.4 触发器实验一触发器实验一 74LS114: Dual Negative-Edge-Triggered JK Flip-Flops With Set Common Clock And Common Reset. 3

52、.4 触发器实验一触发器实验一 3、选用上述芯片构造其他功能的触发器。、选用上述芯片构造其他功能的触发器。 根据特性方程，使用现有的触发器芯片构成其根据特性方程，使用现有的触发器芯片构成其 他功能的触发器，原理参考课件内容。他功能的触发器，原理参考课件内容。 4、使用、使用D触发器构造分频器。触发器构造分频器。 将将Q连接到连接到D端，端， 则则f Q*与与f CLK呈现分呈现分 频关系。频关系。 * 将将Q连接到连接到D端，端， 则则f Q*与与f CLK呈现分呈现分 频关系。频关系。 * 级联将呈现多次级联将呈现多次 分频：分频：f CLK = 2n f n 3.5 触发器实验二触发器实验

53、二 实验五：实验五：触发器实验二（抢答逻辑电路设计）触发器实验二（抢答逻辑电路设计） 【实验目的实验目的】 1、进一步熟悉各种功能触发器的原理及使用方法；、进一步熟悉各种功能触发器的原理及使用方法； 2、掌握使用触发器进行简单时序逻辑电路设计的方、掌握使用触发器进行简单时序逻辑电路设计的方 法；法； 3.5 触发器实验二触发器实验二 【实验要求实验要求】 设计一个设计一个4人抢答逻辑电路。人抢答逻辑电路。 要求：要求： 1、每个参赛者控制一个按钮，用按钮发出抢、每个参赛者控制一个按钮，用按钮发出抢 答信号；答信号； 2、主持人另有一个按钮，用于复位电路；、主持人另有一个按钮，用于复位电路； 3

54、、先按按钮的参赛者对应的一个发光二极管、先按按钮的参赛者对应的一个发光二极管 点亮，按键时发声，松开按键后销声。此后其余参点亮，按键时发声，松开按键后销声。此后其余参 赛者对应的按钮无效，直至电路复位。赛者对应的按钮无效，直至电路复位。 3.5 触发器实验二触发器实验二 【实验原理实验原理】 1、设计时需要考虑的问题：、设计时需要考虑的问题： 选用哪种触发器，需要几个触发器？选用哪种触发器，需要几个触发器？ (2)复位电路如何实现？复位电路如何实现？ (3)采用何种触发方式？采用何种触发方式？ (4)如何实现优先权的控制？如何实现优先权的控制？ (5)发光二极管的亮灭如何控制？发光二极管的亮灭

55、如何控制？ (6)抢答器声音的产生、持续、消失如何实现？抢答器声音的产生、持续、消失如何实现？ 3.5 触发器实验二触发器实验二 2、选用哪种触发器？、选用哪种触发器？ 3、复位电路如何实现？、复位电路如何实现？ 4位参赛者对应位参赛者对应4个按钮，每个按钮对应一个触发个按钮，每个按钮对应一个触发 器。由于按钮输入为器。由于按钮输入为单输入信号单输入信号，可选用，可选用D或或T触发触发 器。又因为需要区分按钮是否被按下，所以选用器。又因为需要区分按钮是否被按下，所以选用D触触 发器（输出直接反应输入的状态）发器（输出直接反应输入的状态）74LS74芯片。芯片。 复位即是将电路的状态清零，因此可

56、通过控制复位即是将电路的状态清零，因此可通过控制D 触发器的触发器的R端（清零端）实现。端（清零端）实现。 3.5 触发器实验二触发器实验二 5、如何实现优先权的控制？、如何实现优先权的控制？ 4、采用何种触发方式？、采用何种触发方式？ 由于由于4个按钮电路是完全相同的（无预先的优先个按钮电路是完全相同的（无预先的优先 排序），因此可通过控制触发信号实现优先权控制。排序），因此可通过控制触发信号实现优先权控制。 具体方法是：当无人按动时，触发信号正常提供；若具体方法是：当无人按动时，触发信号正常提供；若 有人按下按钮，则使触发信号失效。有人按下按钮，则使触发信号失效。 为达到精确控制，并提高电

57、路稳定性。采用边沿为达到精确控制，并提高电路稳定性。采用边沿 触发方式。将高频周期性信号送触发器的触发方式。将高频周期性信号送触发器的CLK端，端， 从而保证随时都可采样到抢答信号。从而保证随时都可采样到抢答信号。 3.5 触发器实验二触发器实验二 6、发光二极管的亮灭如何控制？、发光二极管的亮灭如何控制？ 7、抢答器声音的产生、持续、消失如何实现？、抢答器声音的产生、持续、消失如何实现？ 可通过触发器输出（可通过触发器输出（Q端）来控制发光二极管亮端）来控制发光二极管亮 灭。外接灭。外接VCC为二极管提供足够的电流。为二极管提供足够的电流。 通过扬声器（通过扬声器（4个人共用一个）发出声音。

58、可通个人共用一个）发出声音。可通 过过Q端输出和按键的状态联合控制音频的输入。端输出和按键的状态联合控制音频的输入。 3.5 触发器实验二触发器实验二 【参考电路参考电路】 3.6 时序电路设计实验时序电路设计实验 实验六：实验六：时序电路设计实验时序电路设计实验 【说明说明】 1、本次实验为设计型实验，作为数字逻辑实验、本次实验为设计型实验，作为数字逻辑实验 课考核评分的主要参考。课考核评分的主要参考。 2、本次实验需交实验报告（电子版及、本次实验需交实验报告（电子版及打印版打印版）、）、 实验设计文件（实验设计文件（.DSN）和和音频文件音频文件，放入同一文件夹，放入同一文件夹 中（打印版

59、另交）。文件夹命名方式参考实验报告格中（打印版另交）。文件夹命名方式参考实验报告格 式。式。 3、本次提供两个实验，难度不同，可二选一。、本次提供两个实验，难度不同，可二选一。 （1）N进制计数器设计（进制计数器设计（N为学号的后为学号的后3位）；位）； （2）数字钟设计（难度较高）。）数字钟设计（难度较高）。 3.6 时序电路设计实验时序电路设计实验 实验六：实验六：时序电路设计实验时序电路设计实验 【实验目的实验目的】 1、掌握计数器的工作原理及使用方法；、掌握计数器的工作原理及使用方法； 2、学会使用计数器进行简单时序逻辑电路设计；、学会使用计数器进行简单时序逻辑电路设计； 3、能够综合

60、应用、能够综合应用protues软件进行简单电路的分析、软件进行简单电路的分析、 设计及功能验证，为今后的硬件课程体系的学习及设计及功能验证，为今后的硬件课程体系的学习及 就业打下良好的基础。就业打下良好的基础。 3.6.1 时序电路设计实验一时序电路设计实验一 实验六：实验六：时序电路设计实验（时序电路设计实验（N进制计数器设计）进制计数器设计） 【实验要求实验要求】 1、使用计数器芯片组成、使用计数器芯片组成N进制计数器电路（进制计数器电路（N为学为学 号的末号的末3位）；位）； 2、电路要具有启停、置数、数码显示和、电路要具有启停、置数、数码显示和语音播放语音播放的的 功能；功能； 3、