电子-线路试验设计与仿真

PAGEPAGE1电子线路实验设计与仿真目录第一章基本使用方法及数字电路仿真实验实验一基本门电路在脉冲电路中的应用实验二555时基集成电路实验三用Protel99SE对单稳态电路进行信号分析实验四中规模集成组合电路实验五典型触发器的功能和应用实验六移位寄存器及应用实验七计数译码及显示实验八时序电路逻辑设计应用举例实验九实用电路应用举例 模拟电路仿真实验实验一单管共射放大器实验二两管负反馈放大器实验三RC文氏桥振荡电路实验四方波、三角波发生器实验五共集－共基放大器实验六多谐振荡器－互补输出－微分器－整流器－积分器实验七互补振荡器实验八正弦波调制实验九由运放构成的FSK电路

第一章基本使用方法及数字电路仿真实验实验一：基本门电路在脉冲电路中的应用实验目的学习Protel99SE的基本操作，如：器件库的调用，元器件的摆放，属性的设定，连线。结合基本门电路在脉冲电路中的应用，绘制出简单的原理图。二．实验原理与门(AND)、或门(OR)和非门(NOR)是三种最基本的门电路，它们是构成其他组合电路的基本单元。其电路逻辑符号如下：Y=A.BY=A+BY=/A下面列举它们几个基本应用：1．多谐振荡器：a．环形振荡器最简单的多谐振荡器是由奇数个反相器组成的环形振荡器。见图1-1。图1-1b．电容反馈多谐振荡器见图1-2。图1-22．单稳态触发器a．积分型单稳态触发器见图1-3。图1-3b．微分型单稳态触发器见图1-4。图1-4三．实验步骤及方法下面我们以积分型单稳态触发器为例，详细介绍如何绘制原理图。新建一个设计（实验1.SCH），进入设计原理图的SCH设计系统。用菜单File/New新建一设计，命名，选择文件路径，然后进入Protel99SE的标准界面。（图1-5）左边的Explorer类似于windows的资源管理器。进入Documents目录，用File/New命令，（或者直接点右键），系统弹出打开文件类型的对话框。我们选择SCH图标，即进入设计原理图的SCH设计系统，同时系统界面变为SCH的设计界面。（图1-6）图1-5图1-62．元件库的调入我们发现，左边多了一个BrowseSCH的选项卡。单击则进入了原理图管理器。Libraries即所使用的元件库一般来说，默认元件库MiscellaneousDevices.lib即可满足需要。如需使用其他元件库，则可按照以下步骤选择新的库文件。点击钮，弹出以下对话框：选择路径，指定所要加入的元件库，再按Add按钮，即可将它复制到下面的区域，如下图所示。同样，如果程序加了太多元件库，也可以在下面的区域中指定所要移除的元件库，按Remove按钮即可将它拿掉。一切就绪后，再按OK按钮，我们所指定的元件库也就已经成功添加好了。放置元器件在元件库元件列表中选中所需器件，（这里我们选择与非门NAND）双击，移动光标至工作平面的适当位置，在移动的过程中，按空格键可以将元器件进行旋转。单击左键，即可将元件定位到工作平面上了。双击该器件，弹出设计元器件属性的对话框。图中各栏的定义如下：LibRef:元件名称。该项是根据放置元件时的名称设置自动提供的，不可更改。Footprint:器件封装，系统自动根据放置元件提供，不可更改。Designator:元件标号，如R1，C2。这里我们输入U1Part:器件类别或标准值，如1K，0.01u。这里我们无需填写同理，我们摆放好其他三个器件U2,R,C。原理图的布线a．画导线执行画导线命令的方法有两种：一是用鼠标单击画原理图工具栏（Wiringtools）中的Wiring图标；二是利用菜单命令Place/Wire。执行以上操作后，单击鼠标左键，确定导线的起点，移动鼠标的位置，拖动线头至导线的末端，单击左键，确定导线的终点。（注意：中途如需要转折，每转折一次都要单击一次）单击鼠标右键，完成一条导线的绘制。当导线有交叉时，会在交叉处自动添加一节点，表示这两条导线在电气上是相互连接的。所有的导线连上后，单击鼠标右键，退出绘导线状态。一节点，表示这两条导线在电气上是相互连接的。所有的导线连上后，单击鼠标右键，退出绘导线状态。b．电源及接地符号的绘制一种方法是用鼠标单击画原理图工具栏（Wiringtools）中的按钮，或者执行菜单命令Place/PowerPort，放置了电源或接地符号后，按住鼠标并按下Tab键，弹出设置属性对话框PowerPort。其中参数定义如下：Net：网络名称定义，可设定为VCC或GND。此处设为GND。Style：电源或接地符号的形状。Orientation：方向设定。是用来设置电源及接地符号的角度，如水平放置输入0Degree，垂直放置输入90Degree。c.设置网络标号（NetLabel）网络标号实际的意义是一个电气连接点，具有相同的网络标号的电气接线表明是连接在一起的。一种方法是用鼠标单击画原理图工具栏（Wiringtools）中的按钮。或者执行菜单命令Place/NetLabel，光标变为十字形状并出现一虚框，此时按Tab键，弹出属性对话框。其中Net为网络标号的名称。必须设置成与前面有电气连接关系的引脚的网络标号一致。至此，我们绘制完成了积分型单稳态触发器原理图的绘制。四．实验内容1．学习Protel99SE的相关菜单命令。2．掌握元件库的调用方法，熟悉元件列表中的相关各个元器件的逻辑名称，符号。如与门，非门，电阻，电容等。3．绘制原理图a．环形振荡器b．电容反馈多谐振荡器c．积分型单稳态触发器d．微分型单稳态触发器实验二：555时基集成电路一．实验目的1．了解Protel99SE所提供的众多元件库，掌握如何在元件库中找到所需的器件的方法。2．学习555时基集成电路在脉冲电路中的应用。二．实验原理1．555时基集成电路是一种用途极为广泛的模拟－数字混合式集成电路。它可以像单稳态电路一样用来产生稳定的迟延，也可以像多谐振荡器一样作为振荡器使用。555集成电路有多种型号，下面给出其引脚功能定义。触发输入端是单稳态工作方式时信号输入端，当触发触发输出触发输出87655551234电源放电阀值电压控制电压地复位阀值电压输入端的电压高于2/3Vcc时，555输出低电平。控制电压用来引入外部参考电压，以改变定时。一般情况下，当不需要控制时，它通过0.01uf电容接地。复位输入端一般接Vcc。555时基集成电路的电源电压范围是5~15V，输出电流达200mA。下面给出时基电路的两种工作方式。单稳态工作方式实验图如图2-1。多谐振荡器工作方式实验图如图2-2。图2-1图2-22．Protel99SE为我们提供了非常丰富的元件库，包括了世界上各主要硬件厂商的最新产品。同时，可以使用其库编辑功能来修改、编辑或新建自己的新元件，甚至建立自己专用的库。上一实验中已经学会如何加入元件库，下面给出最常用的几个。C:\PROGAMFILES\DESIGNEXPLORER99\Library\Sch\MiscellaneousDevices.ddb最基本的分立式元件库IntelDatabooks.ddbIntel的CPU及外围元件库NSCAnalog.ddbNS公司的模拟元件库NSCDatabooks.ddbNS公司的数字元件库Sim.ddb仿真元件库TIDatabooks.ddb德州仪器数字元件库TILogic.ddb德州仪器数字元件库当我们要取用一个元件，但又不知道这个元件是属于哪个库的时候，点击设计管理库中间的按钮，即可找出所在元件库。具体方法结合555时基集成电路在实验步骤中做详细阐述。三．实验步骤1．新建一原理图文件（实验2.SCH），进入原理图设计界面。2．找出器件：555时基集成电路，摆放到原理图中。点击设计管理库中间的按钮，弹出如下对话框（图2-3）：在ByLibraryReference选项中，填入器件名称。例如，本实验中，我们要放置555时基集成电路，而不同厂家的555都会有不同的编号，所以我们结合通配符*或?的使用，在ByLibraryReference一栏中填入*555,单击，系统自动开始搜索相关器件库。见图2-4。图2-3图2-4我们可以选择所需的元件库，将其加到LibraryList中去，也可以直接选择器件，单击Place按钮，直接摆放器件。在这里我们选择Sim.ddb(仿真元件库)，添加至元件库，选择TIMER.LIB，找到555时基集成电路，点Place，将它放置在原理图的适当位置。2．按照图2-1单稳态试验电路画好原理图。四．实验内容1．熟悉前面所给出的Protel99SE中最常用的几个元件库，查看各个元件库所带的元器件。2．分析555时基集成电路的工作原理，用Protel99SE绘制其单稳态工作方式和多谐振荡器工作方式下的实验电路图。实验三：用Protel99SE对单稳态电路进行信号分析实验目的进一步学习单稳态电路的应用。学会用Protel99SE对单稳态电路进行信号分析。实验原理我们以上一个实验中学习的555时基集成电路的单稳态工作方式为例，分析其工作原理，输入输出波形，并用Protel99SE这个工具来实现它。1．图3-1是其单稳态工作方式的电原理图。图中R、C是定时元件，C1，R2是输入信号的微分电路，R1、R2的分压比保证在负触发脉冲未到时，触发输入端的电位高于1/3Vcc，使R－S触发器处在0状态，R1、R2的阻值可以在几十KΩ范围内选用。在稳态时，由于输出为0，放电管T导通，定时电容C保持放电状态。当输入端引入负脉冲时，比较器B的输出将R－S触发器置1，放电管T截止，输出Uo为“1”。这时，Vcc通过定时电阻R向C充电，由于电容C的电压与阀值电压输入端相接，当C端电压被充电而逐渐升到超过2/3Vcc时，比较器A的输出将R－S触发器图3-1置0，放电管T饱和导通，电容C则通过放电管T很快放电，输出Uo又恢复为“0”。由此可见，所产生的输出脉冲宽度等于电容C从低电平充电到2/3Vcc的时间。可以证明，输出脉冲宽度Tp为：Tp≈1.1RC单稳态工作方式时的波形图见图3-2。>Vcc/3>Vcc/30UiUc2Vcc/30TpUo0ttt图3-2单稳态方式波形2．Protel99SE功能强大，可以利用其信号仿真的功能对该电路作信号分析。具体方法在实验步骤中详述。有一点需要注意的是：若要进行信号分析，绘制原理图时必须全部选用Sim.ddb(仿真元件库)中的元器件。实验步骤1．新建一个SCH文件：实验3.SCH。如图3-3。图3-3为了使该555时基集成电路能正常工作，我们给其输入端加上一个时钟信号源，其频率等于1KHz。同时，我们为该电路加上5V的直流电源和10K的负载。图3-4图3-4是最终绘制的原理图，值得注意的是：我们一定要在图中关键的地方加上网络标号（如：Ui、Uo、Uc）。因为在作信号分析的时候，它们将会是我们分析的重点。双击V1VPULSE，在弹出的属性框里设置该时钟脉冲的属性。DCMagnitude――直流值ACMagnitude――交流值InitialValue――起始值PulsedValue――脉冲值TimeDelay――延迟RiseTime――上升沿时间FallTime――下降沿时间PulseWidth――脉冲宽度Period――周期在Protel99SE的菜单中，有一菜单命令SimulateRun。设置好元器件的属性，输入脉冲的属性，使用该命令，系统出现下面的界面：在Waveforms中，选择我们所关心的Ui，Uo，Uc（分别表示输入、输出电压以及电容C的电压，点击Show按钮，系统就会给出其波形。见图3-5。图3-52.我们可以通过View中的各项设置，调整我们的视图。例如：我们选中，然后选择Single模式，图中将只会出现Uc的波形图。见图4-6。图中的横坐标是时间，我们可以通过Scaling中的XDivision来放大（缩小）横坐标间距。同理，YDivision则可用来调节纵坐标。FixX（Y）表示将会以最适合横（纵）坐标的大小显示波形。当我们将波形调整到合适的大小时，可以利用MeasurementCursors给出的十字光标来精确读取波形上任何一点的坐标值。图3-6我们仍然调回到多个波形同时显示的界面，打开Ui，Uc，Uo三个波形图，观察并分析。图3-5。发现当C端电压被充电而逐渐升到超过2/3Vcc时（约3.3V），比较器A的输出将R－S触发器置0，放电管T饱和导通，电容C则通过放电管T很快放电，输出Vo又恢复为“0”。（见Uc波形）所产生的输出脉冲宽度等于电容C从低电平充电到2/3Vcc的时间。（见Uo波形）4．前面分析过：输出脉冲宽度Tp为：Tp≈1.1RC图3-4的原理图中，我们设置R＝100K，C＝0.01uF。在仿真出来的波形图3-5中，我们量得Tp≈1.1ms，充分验证了我们的分析结果。我们修改R，C的值，令R＝10K,C＝0.1uF,进行仿真。同时打开标尺A和标尺B，测量Tp的宽度，结果发现结果仍为1.1ms。见图3-7。图3-7四．实验内容绘制555时基集成电路的单稳态工作方式的电路图。进行信号仿真，将仿真结果与理论分析相比较。改变R与C的值，进行仿真，将仿真结果与理论分析相比较。实验四：中规模集成组合电路实验目的进一步熟悉利用Protel99SE绘制电路图的方法与步骤，掌握中规模器件的使用方法。熟悉用数据选择器，数据分配器设计组合逻辑电路，并验证其逻辑功能。二．实验原理1．数据选择器它又称作“多路开关”。其功能是从多个数据通道重选择一通道的数据（数据信息）传输到输出端。按输入数据通道的多少，可分为一位数据选择器，二位数据选择器，四位选择器。图4.1是八选一的数据选择器的引脚图。数据选择器除了用于多路数据选通之外，还可以用于复杂函数。下面说明其应用：图4.11）用一个通道传输多路信号，将多路信号接到数据选择器的相应数据输入端，利用输入信号ABC和使能端S的作用，使被选中的一路信号进入公共通道，实现信号的传输。当一片多路选择器的信号输入数量不能满足信号数量的要求的时候，可利用片选端实现多片的级连，扩展输入信号的路数。图4.2是利用两片八选一数据选择器实现十六选一的逻辑图。图4.22）并行输入串行输出3）实现组合逻辑函数功能此功能在实验内容中将被重点提出。2．数据分配器是实现与数据选择逆过程的中规模功能器件，其功能是将同一条线送来的信息F分配到相应的输出端，图4.3是四路数据分配器的示意图，其中A,B是地址选择信号，D0~D3为输出端。数据分配器通常可用译码器代替，是3线－8线通用译码器74LS138的逻辑图，A0～A3作为地址选择信号，其输出信号按地址分配。把数据选择器和分配器一结合使用，可成串行数据传输系统。

图4.43，这次向大家介绍简单的窗口切换技巧。Protel99SE的窗口的操作与前一个版本差异甚多，当我们开启多文件时（不一定是电路图文件），除了在左边的Explorer区域里，显示各文件窗口件的关系外，我们可以直接指向其中的文件，按鼠标左键，则右边的窗口里，将可显示该文件的内容（不一定是电路图）.此外，在右边编辑窗口里，改采用活页式的管理，我们可以指向所要编辑或观看的文件，按鼠标左键，窗口里即显示其中的内容。如果文件窗口太多，可按窗口上方的，钮以切换卷标。三实验内容1）测试十六选一数据选择器的逻辑功能。逻辑电路图如图4.2，根据原理图描绘好电路图，然后对其进行功能仿真及分析。其中选择输入端A是最低位，D是最高位。当D=”0”时U1的S＝“0”，则in0~in7输入数据的与门打开，in8~in15输入数据与门封闭，输出端F的状态只可能与in0~in7中的某一相同（取决与选择输入A,B,C的状态），反之，当D=”1”时，输出端F的状态只可能与in8~in15中的某一相同。例如：当选择输入端DCBA是0001时，F=in1，此时对A脚接高电平，BCD三脚接地就可以了。当DCBA=1000时，输出端F的状态等于in8的状态。弄清楚原理之后，大家根据原理给DCBA脚以及D0到D15分别加上相应地电平与脉冲，软件仿真后观察输出端地波形，来测试该数据选择器地逻辑功能。记住仿真前在输出端和地之间一定要接入一个10K的负载才能进行仿真。2）用八选一数据选择器实现逻辑功能F(A,B,C,D)=∑(3,7,9,14,15)并仿真验证。其电路原理图如下图4.6。图4.63）用数据选择器和数据分配器（译码器）构成信号传输系统，如实验图4..7所示。当输入信号为10010100时（高位在前），数据开关控制地址选择信号逐次递增，用Protel仿真观察输出信号。其电路图如图4.7图4.7记录仿真得出地结果并填入以下实验表格实验五：典型触发器的功能和应用一．实验目的掌握74LS双D触发器和J-K触发器的逻辑功能及工作方式。了解D触发器和J-K触发器的简单应用。二．实验原理1．D触发器D触发器又称作数据触发器。74LS74双D触发器的引脚图，波形图, 见图5-1。功能表如表5-1。输入输出SDRDCPDQn-1Qn+101ΦΦ1010ΦΦ0100ΦΦ1*1*11↑11011101011Φ表5-1DCPDCPQ原始状态送“1”送“0”送“1”SDRDCPJKQn－101ΦΦΦ110ΦΦΦ000ΦΦΦΦ11↓01011↓10111↓00Qn11↓11Qn2．J－K触发器在各类型的TTL集成触发器中，J－K触发器是最主要的触发器之一。根据触发器内部结构的不同，J－K触发器又分为主从式J－K触发器和边沿J－K触发器。主从式J－K触发器的功能表如表5-2。可见主从式J－K触发器是用CP的下降沿触发的。边沿J－K触发器又分正边沿触发和负边沿触发两种。负边沿触发型J－K触发器也是用CP的下降沿触发的。表5-2利用J-K触发器在J＝K＝1时，每输入一个时钟脉冲，触发器就翻转一次的逻辑功能，可以把J－K触发器组成一个二进制计数器。如加适当的反馈，则可以构成其他进制的计数器。按照实验图5-2所示连接，即用J-K触发器组成一个二进制计数器。1/21/274LS76RdQCPJ1K11/274LS76RdQCPJ2K21/274LS76RdQCPJ3K31/274LS76RdQCPJ4K4CP清0QaQbQcQd图5-2J－K触发器除广泛用于逻辑控制外，还用于寄存器、计数器、分频器等。我们采用74LS76双J-K触发器，做一个异步控制的时钟脉冲发生器。见图5-3。注意：触发器多余的输入端（如J、K、SD、RD）应接高电平“1”，不要让多余的脚悬空，否则容易受干扰而引起误触发。三．实验步骤1．验证74LS74双D触发器的逻辑功能。按引脚图连好线路，在CP端接1KHz的方波，令SD＝RD＝“1”，在D＝“0”、D＝“1”、D＝Qn这三种情况下分别记录Q端波形，注意时钟脉冲和输出脉冲的相位关系。D＝“0”时：Q＝“0”D＝“1”时：Q=“1”D＝Qn时，输出脉冲在CLK的上升沿发生跳变。2．用J－K触发器组成一个计数器，用Protel99SE观察其输出波形。（1）按照图5-2绘制出Protel99SE的SCH。见图5-4。注意：因为在Protel99SE的原理图系统中，相同的网络标号即代表相同的电气连接，故图中的74LS76的各个引脚分别放置了各自的网络标号，具有相同的网络标号的引脚其实是连接在图5-4图5-5一起的，如图中的PRE脚（SD）,CLR脚(RD)均置“1”。这种不直接连线，而是通过设置网络标号而达到元器件间电气相连的目的的方法，在今后绘制复杂电路图时尤为重要。输入端接的是10KHZ的时钟脉冲（注意正负极），其属性设置如图5-5。（2）开始仿真，打开clk，Qa，Qb，Qc，Qd的波形，如图5-6。图5-6四．实验内容1．验证D触发器的逻辑功能。2．用D触发器组成一个计数器，时钟脉冲用10KHz，每一级的Q端均接至下一级的CP，作为下一级的时钟输入。每一级的D端接至该级的/Q端。用Protel99SE进行仿真，得出其波形并进行分析。3．在前一D触发器组成的计数器的基础上，，将中后级D触发器的CP端接前级的Q端，仿真出波形，分析这是何种计数器。4．将用J－K触发器组成的二进制加法计数器改成减法计数器，用Protel99SE进行仿真，得出其波形并进行分析。实验六：移位寄存器及应用一实验目的1）复习巩固Protel99SE的电路图绘制和仿真，由此掌握移位寄存器的工作原理。2）利用双向移位寄存器74LS194实现二进制的串并行转换及其传递工作方式，并进行波形仿真。二实验原理1移位寄存器移位寄存器是链型连接的触发器组成，每个触发器的输出端依次接下一级触发器的控制输入端，所有触发器公用一个时钟脉冲，在每个时钟脉冲作用下存贮在寄存器（即触发器）中的数向左或向右移一位。移位寄存器按二进制信息移动的方向分类，有单向和双向两类。实验图6.1是由D触发器组成的单向右移移位寄存器，其特征方程为：Qi+1=Qi(i=1,2,3,4,,,,,,,,,,,,,,,)DicpD4Q4CpSDD3Q3CpRDD2Q2CpRDD1Q1CpSDDicpD4Q4CpSDD3Q3CpRDD2Q2CpRDD1Q1CpSD图6.1双向移位寄存器是既能左移又能右移的移位寄存器。改变左，右移位控制信号就能实现双向移位功能。双向移位寄存器大都采用中规模集成电路。74LS194就是一个四位双向通用移位寄存器，它具有左移，右移并行输入数据，保持以及清除等功能，实验图6.2是其引脚图。从图6.2可见，74LS194移位寄存器的主触发器是钟控R-S触发器，清零信号/Cr经非门后，分别加到R-S触发器的清除端。只要出现Cr的负跳变，移位寄存器QA,QB,QC,QD立即置零。时钟脉冲经非门同时分别加到4各R-S触发器的时钟输入端，所以这四个触发器能实现同步工作。图6.22这次给大家介绍在Protel99SE中的窗口缩放的小技巧。★FitDocument命令执行该命令可显示整张电路图（含图边框），缩放于窗口之中。★FitAllObject命令本命令的功能是将整张电路图缩放入窗口中，但不含图边框及空白部分，所以显示比例较大，图件较清楚。★Area命令本命令的功能是区域放大，也就是将所指定的范围放大至整个窗口；所以激活本命令后，必须先定义放大的部分，而定义的方式是采用对角的定义，先将光标指向所要放大的范围的一角，按鼠标左键后，再移至对角，再按鼠标左键，即完成定义，并将该范围放大至整个窗口。★AroundPoint命令本命令的功能也是区域放大，而其放大范围的定义方式是采延展式的定义，先将光标指向所要放大范围的中央，按鼠标左键定义中心点，再移动鼠标展开此范围，作后按鼠标左键即完成定义，并将该范围放大至整个编辑窗口。★ZoomIn命令本命令的功能式放大窗口显示比例（与按Pagedown健相同）。★ZoomOut命令本命令的功能式缩小窗口显示比例（与按Pageup健相同）。★Pan命令本命令的功能是重新定义编辑窗口内的新中心位置。可是几乎不可能使用本命令，因为重新定义新中心位置是以光标所指位置阿日新中心位置，而鼠标的光标却被我们拿来启动本命令。尽管如此，重定中心位置是蛮常见的动作，不能使用本命令，又如何呢？通常是直接按功能健就可以了，也就是按V,P键。★Refresh命令很命令的功能是更新屏幕显示是一项非常好用的功能！由于Schematic是一个绘图软件，而其编辑区的显示是层层相叠的，当我们又编辑动作时，往往会有来不及或尚未更新的状况，容易让使用者产生错觉，甚至影响编辑！而更新屏幕的显示，将可使编辑窗口的画面重画，除了以本命令更新屏幕以外，我们习惯上是按End健来更新屏幕显示比较快.三实验内容和方法1右移移位寄存器实验图6.1是由两片74LS74双D触发器组成地右移（高位在先）移位寄存器。先在Protel中将原理图画好。其中#1,#4的置“1”端SD和#2,#3的置“0”端RD并联接置数端。实验前把置数端接“0”便可以使Q1Q2Q3Q4置为1001，然后在单脉冲作用下（也可以是1HZ脉冲），观察Q1Q2Q3Q4的状态，画出仿真波形，并把观察情况填入实验表6.3图6.32二进制数码地串，并行转换（发端与接收）在数字系统之间交换信息时，当发送端与接收端之间距离比较远时，为减少传输线的投资，往往把并行输出的数据转换成串行数据输出（通常称作为发送）。在接收端受到这一串行数据后，再转换成并行数据，通常称作接收。实验图6.4是发送与接收实验电路。图中74LS194-1,74LS194-2,74LS30和74LS40组成一个7位ASCII码并－串转换电路。74LS194-3,74LS194-4,和74LS273组成串－并转换电路。74LS273是8D锁存寄存器，它在74LS194-3和74LS194-4串入并出转化时，如七位没有转换结束，则74LS273输出不变，直到74LS194－3，4串－并转换结束。在Q7端有一个下降沿输出，经倒相后作为74LS273地时钟信号，把74LS194输出地七位数字信号置入74LS273地内部，并存入其输出端，完成一次七位串－并转换。实验图6.5是74LS273地引脚图，由其功能看来，时钟正跳变将1D～8D端数码并行送到输出端。图6.43首先把74LS194-2地QD端和74LS194-3的连线去掉，在D0-D6分别输入CHIN的ASCII码，在74LS194－2的QD端仿真并记录波形。此时时钟脉冲可用100HZ。4把（1）中去掉的连线接上，重复上述的输入信号，仿真记录74LS273的Q0~Q6的状态波形，并将观察情况填入下表：实验七：计数及译码实验目的掌握计数、译码、显示电路的工作原理，熟悉其电路结构。学会用Protel99SE自定义元器件。用Protel99SE的仿真功能测试计数器74LS90、译码器74LS248的逻辑功能。实验原理计数部分74LS90是一种典型的异步计数器电路，其引脚图和功能表如下：复位输入输出R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)QDQCQBQA110Φ000011Φ00000Φ01110010Φ111001Φ0Φ0计数0Φ0Φ计数0ΦΦ0计数Φ000计数图中R0(1)和R0(2)是复“0”输入端，当R0(1)和R0(2)的输入都是“1”时，QA、QB、QC、QD输出全为“0”，完成对计数器的置“0”功能。当R9(1)和R9(2)的输入都是“1”时，QA、QB、QC、QD输出为“1001”，完成对计数器的置“9”功能。当R0(1)和R0(2)的输入不全都是“1”时，且R9(1)和R9(2)的输入也不是全“1”时，4个触发器具有计数功能。当计数器的引脚连接方式不同时，74LS90可以完成四种不同的计数方式：二进制计数如实验图7-1所示，CP1作为计数脉冲输入端，Qa作为输出端。五进制计数如实验图7-2所示，CP2作为计数脉冲输入端，Qb，Qc，Qd作为输出端。8421码十进制计数器如实验图7-3所示，CP1作为计数脉冲输入端，Qa接CP2且Qa，Qb，Qc，Qd作为输出端。5421码十进制计数器如实验图7-4所示，CP2作为计数脉冲输入器，Qd接CP1，且Qb、Qc、Qd和Qa为输出端。图7-1图7-2图7-3图7-4译码显示部分译码就是把输入代码译成相应的输出状态。74LS248是把8421BCD码经过内部作和电路“翻译”成七段（a，b，c，d，e，f，g）输出，然后直接推动LED，显示十进制数。74LS248有三个使能端。（1）LT灯测试输入端。（2）RBI动态灭灯输入端。（3）BI/RBO该引脚即可作灭灯输入，也可作动态灭灯输出。只有当BI/RBO和LT都为高电平时，其输出端a，b，c，d，e，f，g输出才能驱动LED，显示相应的数字或符号；当灭灯输入端为低电平时，其输出端均为低电平，则LED不显示，因而称作灭灯状态。当灭灯输入/动态灭灯输出为高电平，灯测试输入端LT为低电平时，74LS248输出为全“1”，LED显示“日”，即每一笔都亮，称LT为灯测试输入端。动态灭灯输入RBI和A、B、C、D输入均为低电平，而灯测试输入LT为高电平时，则74LS248的输出均为低电平，动态灭灯输出（RBO）也处于低电平。显示则是把译码器的输出以十进制数字直观的显示出来。实验采用共阴极LED七段显示器2ES102。使用时只要把74LS248译码器输出端a，b，c，d，e，f，g接到2ES102对应的引脚上即可。实验步骤把74LS90接成二进制计数器，仿真出时钟脉冲和输出脉冲波形，验证其二进制功能。（时钟脉冲频率用1KHz）把74LS90接成五进制计数器，仿真出时钟脉冲和Qa，Qb，Qc，Qd输出脉冲波形，验证其五进制功能。把74LS90接成8421码计数器，仿真出时钟脉冲和Qa，Qb，Qc，Qd输出脉冲波形。按实验图7-5所示，将译码器74LS248和显示器2ES102连接起来，输入1KHz脉冲，仿真出波形。图7-5绘制好原理图，建立SCH文件。设置仿真的各项性质：运行simulate－>Setup命令，或者直接按按钮，在下面弹出的对话框中设置仿真的属性。我们在Transient/Fourier属性卡中，将DefaultParameters中的Alwayssetdefault前面的勾去掉，然后在TransientAnalyse中自行设定好脉冲的起始时间，为0～100ms。这样，我们才能充分的看到每个管脚的波形，而不至于发生因仿真时间太短，个别输出信号还未发生跳变的情况。（3）设置好属性后，运行simulate－>Run命令，或直接按按钮，开始仿真，得到如下的波形图。图7-6。由于个位74LS90以8421码十进制方式图7-6其Qd接到十位的74LS90的CP1，从波形图上，我们可以清楚的看到，在第10歌计数脉冲的下降沿到来时，十位的74LS90的Qa信号发生跳变，完成了十进制的计数功能。通过74LS248的译码以及7段LED的显示，我们可以看到该工作电路的计数。实验内容按照实验图7-1，7-2，7-3，7-4所示，分别验证74LS90的四种计数功能。将74LS90设计成六进制计数器（分别利用置0端和置9端功能），仿真出波形进行验证。按照实验图7-5所示，连接成完整的计数译码显示电路，仿真出结果。实验八：时序电路逻辑设计应用举例一实验目的1）复习同步时序电路的设计方法，验证所设计电路的逻辑功能。2）系统的掌握好Protel99SE的设计与应用。二实验原理一）原理同步时序电路的设计步骤大家应该还记得吧，在这里线简要的帮大家复习一下：分析设计任务，设置状态，画出状态转换表。状态的简化。状态的分配。选择芯片型号。画出电路原理图。二）实例具体的分析与设计在这里就不多加介绍了，现在以1～9分频电路（倒计时电路）为例说明Protel99中同步时序电路的设计与分析。图8.1是一个倒计时电路，也可作为一个分频电路，其分频值可以在1～9时间通过两组拨盘开关来设置。下面以分频值N＝9为例来说明其同作原理。图8.174LS192是可预置的BCD加/减同步计数器，其中A,B,C,D为预置数据输入端，可用拨盘开关S1和S2设置所需要的BCD码，当开关合上时对应的数据线为”1”,否则为“0”，QA~QD时计数器的输出端，能输出计数器的实时BCD值，可用于译码和显示，Cdown时减法计数脉冲输入端，每一个正跳沿能使计数器的值减一，Clear使清零端，出现在该端的高电平会使计数器复零，/LD使预置数的置入控制端，当该端为低电平时，能把A,B,C,D线上的数据置入到计数器中，作为计数器的初值，/BO(/Borrow)为借位信号输出端，当计数器的值为零时，Cdown端为低电平，则该端输出低电平。设计数器的初值是“9”，当IC的Cdown端进入第九个计数脉冲后，IC的值减为零，此时IC的/BO端为低电平，这使IC2的/BO端输出低电平。该低电平作为IC的/LD（置入）信号，使A,B,C,D数据立即置入计数器，因此计数器的值又回到了“9”。持续不断的计数脉冲的输入，能使计数值再1～9之间循环，从f0/N端输出的频率为f0/9(f0：Cdown端的计数脉冲频率)的脉冲列。该电路可作为一种倒计数（计时）控制器，当预置数减到零时，从f0/N端输出低电平信号，作为某种所需要的控制信号。三实验内容与方法1）下图8.1为1～9分频电路（倒计时电路）的电原理图，大家先根据原理图在Protel99SE中先画好，图中A,B,C,D端根据要求分别接高低电平，这里是以N＝9为例，ABCD=1001,当然大家可以根据自己的需要在1～9当中任选一分频。2）画完保存后对其进行仿真，并观察其输出波形。主要是观察输入端CLK，输出端QA,QB,QC,QD,Q的波形比较。如图8.2图8.2四实验步骤1）根据实验原理利用两片74LS192设计一个1～99分频电路，其设计原理如下：设两片计数器IC1和IC2的初值都是“9”，当IC1的Cdown端进入第九个计数脉冲后，IC1的值减为零，其/BO端输出为低电平。当第十个计数脉冲的上跳沿到来时，/BO端跳变为高电平面，使IC2的Cdown端接收一个上跳信号，因此计数值减1（从9变为8），同时IC1的值也减1（从0变到9），这时计数器的值为89。同理可知，再进入10个计数脉冲后，计数值变为79…….当进入90个脉冲后，计数器的值为09。当IC1的Cdown端的第99个脉冲上跳沿过后回到低电平时，IC1和IC2的值均为0。此时IC1的/BO（即IC2的Cdown）端为低电平，这使IC2的/BO端输出低电平。该低电平作为IC1和IC2的/LD（置入）信号，使A,B,C,D数据立即置入计数器，因此计数器的值又回到了“99”。持续不断的计数脉冲的输入，能使计数值再1～99之间循环，从f0/N端输出的频率为f0/99(f0：Cdown端的计数脉冲频率)的脉冲列。在protel中画出电原理图并对其进行仿真，记录其仿真波形。主要是记录下IC1和IC2芯片的QA,QB,QC,QD,/BO引脚的波形图，并将其与1～9分频的波形图进行分析比较。参考电路图如图8.3图8.32）试设计一模7的同步计数器，当X＝1的时候作加法计数，X＝0的时候作减法计数。画出电原理图，元器件自定，并仿真出输出波形，将其记录。实验九：数字式电容测试仪的制作实验目的进一步学习利用数字电路设计实用电路的方法。学习Protel99SE的层次原理图的设计方法。实验原理1．设计要求电容测量的范围为0.10～9.99uF、10.0～99.9uF、100～999uF三档，每档用三位数字显示。为保持精度，对所测量的最低位有四舍五入功能。当电容值超过每档测试范围时有溢出显示。所显示的结果能保持一段时间（约5秒）。设计原理电容测试仪的测试原理如实验图10-1所示，对被测电容器Cx上充电的电压Vcx之值可用下式表示：（a）（b）图10-1测量电容电原理图及波形图式中：E0为电源，T为充电时间，R是电路中的电阻。E0通过R对电容Cx充电。当T＝RC＝T时，Vcx＝0.632E0。以此为参考电压，使电容器电压充电到0.632E0时停止充电，并记录充电时间T，则电容器的大小C＝T/R。这样，测试电容的大小即转化为测试充电时间，而测试充电时间的关键是如何判断电容器上电压充到了0.632E0。实验图10-1（a）给出了比较控制电路，图10-5-1（b）为波形图。3．逻辑电路设计（1）总框图在设计一个数字系统时，首先应根据需求，设计出总框图，然后按框图设计具体电路，这样可避免在设计过程中产生错误。测试电容器容量的电路总框图如下：（2）测量和控制部分电路图如实验图10-2所示。实验图10-2（a）实验图10-2（b）其中R1，R2，R3，R4，R5，拨动开关K1，电位器W1和Cx是测量部分。R1，R2，R3和开关K1起到改变量程的作用。参考电压由R4，R5和W1分压决定，为保证测试精度，应保证W1的滑动臂端电压为0.632E0。双向开关K2在不测试的时候拨在（1）位置，测试时拨到（2）位置，被测电容接入回路。Cx上的电压送入运放LM324的负端。LM324接成电压比较器，当Vc<0.632E0时，运放输出电压Va接近E0（5V），当Vc≥0.632E0时，Va≈0。三输入与非门74LS10、晶体管3DG8和双稳态触发器74LS221组成控制电路。74LS221的引脚图和功能表如下：输入输出CLRABQ0ΦΦ0Φ1Φ0ΦΦ0010↑1↓1↑01A1，B1，CLR1，Q1，/Q1，CEXT1和REXT1/CEXT1组成一个单稳态触发器。A2，B2，CLR2，Q2，/Q2，CEXT2和REXT2/CEXT2组成另一个单稳态触发器。从实验图10-2（a）中可见，74LS221的B1，CLR1接“1”，当Va点有一下降沿，则在Q1端输出一个正脉冲，其宽度T1是显示延迟时间，其宽度取决于R6，W2和C2的大小。74LS221的Q1的下降沿又触发74LS221的另一个单稳态触发器，使Q2输入一正脉冲，去驱动3DG8的基极使之导通，使Cx有一个极小电阻的放电回路，为下一次测试做准备。该脉冲使计数器清零，导通时间取决于R7、C3的大小。当3DG8截止时，电源又向Cx充电，再依次测试电容器的容量。波形图如实验图10-2（b）。（3）时基部分时基部分电路图如实验图10-3所示。实验图10-3由石英晶体和三个非门组成一个晶体振荡器，产生1MHz标准时钟脉冲。（4）四舍五入部分四舍五入电路图如实验图10-4所示。实验图10-4把74LS90接成5421码十进制计数器，当第5个脉冲到来后，Qa出现一个上升沿，这样就实现了四舍五入功能。（5）计数译码与显示这一部分的电路设计参看实验七。（6）溢出显示它用一个发光二极管显示。当二极管被点亮时，即表示电容器容量已超过量程范围，应转换波段开关。电路图如实验图10-5所示。实验图10-5采用1/274LS74构成溢出显示控制电路，当清零脉冲或清零开关2个信号中有一个为低电平时，D触发器输出为0，发光二极管熄灭。当计数器Qc，Qb，Qa等于111时，外界再来一个脉冲后，Qd输出由“1”变为“0”，表示已经溢出，因而把Qd经反向后接到74LS74的CP输入端，则有一上升沿，D触发器输出为“1”，发光二极管点亮。三．实验步骤这里主要向大家