《电子电路仿真》-第三章

第3章Multisim2001数字电子技术设计实践

［技能目标］1.学会使用逻辑转换仪设计数字电路；2.学会将较复杂的逻辑电路生成子电路并在此基础上构成更复杂的数字电路；3.学会利用“帮助”了解芯片引脚的功能；4.学会设计简单的综合时序电路；5.掌握调试电路的基本技巧。下一页返回第3章Multisim2001数字电子技术设计实践

［知识目标］1.掌握逻辑转换仪的使用方法；2.掌握子电路的生成步骤；3.掌握逻辑分析仪的使用方法；4.掌握数码管的编码方法；5.掌握555定时器电路的工作原理、结构及仿真。上一页下一页返回第3章Multisim2001数字电子技术设计实践

［教学建议］1.本章内容以《数字电子技术》知识为基础，在项目实践分析时可附加一部分课时对前期知识点进行回顾；2.实践项目教学建议使用多媒体教室进行讲解，采用边学边做的方式进行；3.重点掌握逻辑转换仪、字信号发生器的使用方法及设置，会分析逻辑分析仪中显示的波形。上一页返回3.1全加器特性分析在计算机中，加法器电路是最重要的基本运算单元，虽然实现加法器电路的设计有多种形式，但构成该电路的基本单元就是半加器和全加器。（1）半加器。在不考虑低位的进位输入时，只考虑将两个二进制数相加，并产生进位输出，称之为半加器。其真值表如表3−1所示，其中A、B为两个二进制输入，Sn为半加和，Cn为进位输出。（2）全加器。全加器是实现两个二进制加数以及一个来自于低位的全加运算。其真值表如表3−2所示，其中A、B为两个二进制输入，Cn−1表示来自于低位的进位，Sn为半加和，Cn为进位输出。下一页返回3.1全加器特性分析3.1.1全加器的仿真分析（1）利用逻辑转换仪分别获得半加器的Sn和Cn表达式。从仪器工具栏中调出逻辑转换仪，在其左边的真值表栏内按照半加器真值表进行设置。如图3−1所示为在逻辑转换仪中设置的真值表Sn。单击逻辑转换仪中的按钮，产生简化的逻辑表达式，半加器逻辑表达式为：。用同样方法获得Cn表达式为：Cn=AB。如图3−2所示为在逻辑转换仪中设置的真值表Cn。注：表达式中的“'”表示逻辑变量“非”，如A'表示A。上一页下一页返回￣3.1全加器特性分析（2）用同样方法获得全加器逻辑表达式。，如图3−3所示。Cn=AC+BC+AB，如图3−4所示。（3）根据逻辑表达式产生电路。设置好Sn、Cn的真值表并产生简化的逻辑表达式，然后单击逻辑转换仪中的按钮，系统自动产生Sn、Cn的电路，电路如图3−5、图3−6、图3−7、图3−8所示。（4）验证逻辑关系。以图3−8全加器Cn的电路为例，将其输入端A、B、C改接为单刀双掷的开关分别接+5V和地，输出端Cn改接为电压探测器，如图3−9所示：上一页下一页返回3.1全加器特性分析根据全加器中Cn的真值表，通过开关切换3个输入信号，验证输出的逻辑关系。（5）用子电路形式表示全加器。通过逻辑转换仪中获得的电路，其元件采用的是理想元件，为符合实际要求，可将该元件用实际元件替换。图3−9中将与门用74LS08N替换，将或门用74LS32N替换，并在输入端和输出端将连接器替换为I/O端口所示，替换后的电路如图3−10所示。同样可以将图3−5、图3−6、图3−7都替换成实际元件，电路如图3−11、图3−12、图3−13所示。上一页下一页返回3.1全加器特性分析（6）生成子电路。从电路图中可以看出，如果将Sn和Cn的电路合并起来，电路将很复杂，此时可以通过子电路的形式来简化电路，下面以全加器Cn的电路为例来说明子电路的应用。用鼠标拉框选中图3−10中的所有内容，复制电路，然后执行菜单“Place”→“PlaceasSubcircuit”，屏幕弹出输入子电路名对话框，输入子电路名Cn后，单击【OK】按钮，系统出现子电路，如图3−14所示。显然此时的子电路只有3个输入端和1个输出端，电路变得简单。用同样的方法可以生成半加器Sn、半加器Cn、全加器Sn的子电路。上一页下一页返回3.1全加器特性分析3.1.2知识链接1.逻辑转换仪的使用逻辑转换仪（LogicConverter）是Multisim2001软件中特有的虚拟仪器，实际工作中不存在与之对应的设备。它能完成逻辑表达式、真值表和逻辑电路三者之间的相互转换，为逻辑电路的设计与仿真带来了方便，图3−15是逻辑转换仪的图标和面板图。（1）逻辑电路。逻辑转换仪的图标中有9个端子，左边8个用于连接电路的输入端，右边的一个端子用于连接电路的输出端。只有在将逻辑电路转换为真值表时，才需将图标与逻辑转换仪相连。上一页下一页返回3.1全加器特性分析（2）从逻辑电路导出真值表。①绘制逻辑电路。②将逻辑电路的输入端连到逻辑转换仪的输入端，将逻辑电路的输出端连到逻辑转换仪的输出端。③单击按钮（电路→真值表），系统自行转换并在真值表区列出该电路的真值表，如图3−16所示。（3）从真值表导出逻辑表达式。①根据输入端的个数用鼠标单击逻辑转换仪面板顶部输入端的小圆圈，选定输入信号（由A到H）。②选定输入信号后，真值表区将自动出现输入信号的所有组合，而真值表区右端输出列全部显示为“？”。上一页下一页返回3.1全加器特性分析③用鼠标单击“？”，可以在“0”、“1”、“X”之间切换，根据实际要求修改真值表的输出值0、1、X（不定）。④单击按钮（真值表→表达式），在面板底部逻辑表达式栏出现相应的逻辑表达式，表达式中的“'”表示逻辑变量“非”，如A'表示A。⑤单击按钮（真值表→简化表达式），可获得简化的逻辑表达式，经过转换后的简化表达式如图3−17所示。（4）其他转换。在逻辑转换仪底部逻辑表达式栏内输入表达式（“与−非”式及“或−非”式均可），然后单击按钮（表达式→真值表）得到相应的真值表。上一页下一页返回3.1全加器特性分析单击按钮（表达式→门电路）则得到相应的逻辑电路图。单击按钮（表达式→与非电路）得到由与非门构成的电路。转换后的逻辑门电路将出现在电路工作区并处于选中状态，可以进行移动或删除操作。2.子电路的生成在复杂的电路中，通常用框图的形式来表示某部分电路原理图，而具体的电路则在框图所对应的子电路中。Multisim2001允许使用子电路，子电路可以由一个文件的整个电路或部分电路组成，子电路在电路工作区中以图标形式显示，图标上带有与外电路连接的端口。上一页下一页返回3.1全加器特性分析（1）创建子电路。创建子电路的过程与绘制一般电路的过程相似，为了便于与外电路连接，子电路必须添加输入/输出端口，创建子电路的过程如下。①绘制子电路的电路图。②选择菜单“Place”→“PlaceInput/Output”在电路的输入/输出端放置输入/输出端口，并连接线路。③双击各输入/输出端口，对各端口重新进行命名，如图3−18所示。（2）添加子电路。创建完子电路后，可以将该电路添加到子电路中，以便调用，添加子电路的步骤如下。上一页下一页返回3.1全加器特性分析①选中需要作为子电路的电路图，单击鼠标右键，在弹出的对话框中选择“Copy”菜单，将其复制到剪贴板上。②执行菜单“Place”→“PlaceasSubcircuit”，屏幕弹出一个如图3−19所示的子电路命名对话框，在框中输入子电路名称（注意不能使用中文命名），单击【OK】按钮保存子电路。此时光标上带有一个悬浮的子电路符号显示在电路工作窗口，在适当位置单击鼠标将该子电路符号放置在电路上，如图3−20所示。子电路的连接方法与一般元件相同。上一页下一页返回3.1全加器特性分析③执行菜单命令“Place”→“ReplacebySubcircuit”（用子电路取代原电路），屏幕出现定义子电路名对话框，定义好子电路名后单击【OK】按钮，电路上出现子电路方块，移动到合适位置后单击鼠标左键，该子电路将代替原电路中的相应部分电路。（3）编辑子电路。双击子电路图标，出现如图3−21所示的对话框，其中ReferenceID栏可以修改子电路图标参编号，单击【EditSubcircuit】按钮，进入子电路编辑窗口，此时可以对子电路进行编辑修改。在子电路窗口中，除了可以修改电路图外，还能修改I/O端口名称。用鼠标单击I/O端口，屏幕弹出对话框，在ReferenceID栏内输入相应的I/O端口名称后，单击【OK】按钮即可。上一页下一页返回3.1全加器特性分析（4）调用子电路。一般情况下为了保存已设计好的子电路，可以专门设置一个用于保存子电路的电路图，将子电路均放置其中，其他电路中需要调用已有的子电路时，可以从该电路中采用复制、粘贴的方法解决。实训及思考题实训：三人表决器电路测试及仿真实训目的：1.掌握逻辑转换仪的使用方法。2.初步学会使用逻辑转换仪进行数字电路设计。上一页下一页返回3.1全加器特性分析实训内容：（1）根据设计原理，在逻辑转换仪中设置真值表。三人表决器电路，由A、B、C三人组成，每人只有一票权，当总票数达到二票或二票以上时，结果为通过，否则为未通过。在电路空白工作区中调入逻辑转换仪，双击图标打开面板，选择A、B、C三个输入端，根据设计原理输入真值表，如图3−22所示。（2）单击按钮，生成简单的电路表达式为：Y=AC+AB+BC。（3）单击按钮，根据表达式Y=AC+AB+BC生成电路。上一页下一页返回3.1全加器特性分析（4）在生成的电路中添加图标按键A、B、C和结果指示灯Y，从Basic器件库中选择开关SPDT作为图标按键，将其标号和控制键分别设置为A、B、C，从Indicators器件库中选择电压探测器Probe作为结果指示。图3−23所示为设计好的参考电路。（5）启动电路，根据真值表输入按键组合，观察输出结果是否符合设计要求。（6）执行菜单“Place”→“PlaceTextDescriptionBox”，添加电路描述，内容为：“三人表决器电路，由A、B、C三人组成，每人只有一票权，当总票数达到二票或二票以上时，结果为通过，否则为未通过。”（7）生成子电路如图3−24所示。上一页下一页返回3.1全加器特性分析思考题：1.用全加器生成的子电路构成一个四位全加器。2.如何通过逻辑转换仪实现真值表、逻辑表达式和逻辑电路之间的转换？上一页返回3.2计数器特性分析选择一片7490N芯片，按功能键F1查看并记录该文件的真值表，按照图3−25接线，启动电路，观察指示灯或数码管的变化规律，分析该电路是几进制的计数器并用逻辑分析仪测试电路的输出波形。在输出端接入的逻辑分析仪测试电路的输出波形如图3−26所示。有关逻辑分析仪的使用方法，可参看知识链接部分或附录部分。下一页返回3.2计数器特性分析3.2.1常用计数器电路1.7490N芯片的功能首先，了解7490N芯片的功能，该芯片是二−五−十进制异步计数器芯片，如图3−27所示。●INA是时钟脉冲输入端，与QA组成二进制计数器；●INB也是时钟脉冲输入端，与QA，QB，QC，QD组成五进制计数器；●R01，R02是异步清零控制端，高电平有效；●R91，R92是置位端，如同为高电平则把初始值置9；●QA，QB，QC，QD是输出端。上一页下一页返回3.2计数器特性分析2.设计四进制、六进制、八进制等一位计数器从7490N芯片的引脚功能来看，根据二进制编码为1的值送入与门，从输出端通过与门设置清零端就可以设计出任何进制的一位计数器。如图3−28、图3−29、图3−30分别为四进制、六进制、八进制计数器。用一片7408N两输入与门芯片同时送到R01、R02进行清零。如四进制计数器QDQCQBQA编码为0100，那么QC端送入7408N与门的两个输入端进行清零。如六进制计数器QDQCQBQA编码为0110，那么QC、QB端分别送入7408N与门的两个输入端进行清零。如八进制计数器QDQCQBQA编码为1000，那么QD端送入7408N与门的两个输入端进行清零。上一页下一页返回3.2计数器特性分析3.设计两位数的计数器——二十四进制、六十进制用两片7490N芯片构成两位数计数器，低位向高位进位，个位和十位达到计数值时，同时进行清零。把个位、十位二进制编码为1的值送入与门，从输出端通过与门设置清零端就可以设计出任何进制的计数器。用一片或多片7408N两输入与门芯片同时送到R01、R02进行清零。如图3−31所示为二十四进制计数器，上面一块7490N为个位，下面一块7490N为十位，个位向十位进位是从个位的QD端送入十位的INA端。如二十四进制计数器个位QDQCQBQA编码为0100，十位QDQCQBQA编码为0010，那么个位的QC端、十位的QB端分别送入7408N与门的两个输入端进行清零。上一页下一页返回3.2计数器特性分析如六十进制计数器（如图3−32所示）个位直接向十位进位，十位QDQCQBQA编码为0110，那么十位的QC、QB端分别送入7408N与门的两个输入端进行清零。当启动仿真，运行速度很慢时，注意最大时间步长的设置。执行菜单“Simulate”→“DefaultInstrumentSetting”，在弹出的对话框中设置Maximumtimestep（最大时间步长TMAX）为0.05s，再次启动电路，观察数码管变化要快一些，能按设定的时钟频率进行运行。根据以上实例，对于任何进制的计数器都可以按照上面的接线方法实现。主要是分析计数器芯片引脚功能。上一页下一页返回3.2计数器特性分析3.2.2知识链接：逻辑分析仪的使用方法1.逻辑分析仪逻辑分析仪（LogicAnalyzer）可以同时观察多路逻辑信号的波形，适用于对逻辑信号的高速采集和准确的时序分析，是分析和设计大规模数字系统的有力工具。Multisim2001提供的逻辑分析仪可以同步记录和显示16路逻辑信号，其图标和面板图如图3−33所示。（1）连接电路。逻辑分析仪图标左侧自上而下的16个端口是其输入信号端口，使用时连接到电路的测量点，图标下部C端口为外时钟输入端，Q端口为时钟控制输入端，T是触发控制输入端。上一页下一页返回3.2计数器特性分析（2）面板输入端和逻辑波形显示。图3−33中面板左边的16个小圆圈对应16个输入端，从上到下排列依次为最低位至最高位。为了区别各路的逻辑波形，一般将输入信号的连接导线设置为不同的颜色。波形显示的时间轴刻度可以通过面板下边的Clocks/Div栏（时基）进行设置，当波形密集时，可将时基设置小一点。拖动读数指针可以读取波形的数据，在面板下部的两个方框内显示指针处位置的时间读数和逻辑读数（16进制数），如图3−34所示。单击面板上【Stop】按钮可停止仿真，显示触发前波形；单击【Reset】按钮可复位清除已显示的波形。上一页下一页返回3.2计数器特性分析（3）时钟控制设置。单击面板下部Clock区的【Set】按钮，屏幕弹出如图3−35所示的对话框，它可以对波形采集的控制时钟进行设置。时钟源若选择内部时钟（Internal），必须在内部时钟频率栏内输入相应的频率。ClockQualifier（时钟触发电平控制）的设置决定时钟控制输入端对时钟的控制方式，只有在选中外部时钟（External）时才起作用，若该位设置为1（或0），表示只有在时钟控制输入端输入1（或0）时，逻辑分析仪才可以进行波形采集；若设置为X，表示时钟总是开放，不受时钟控制输入端限制。上一页下一页返回3.2计数器特性分析SamplingSetting区用于设置取样方式，其中Pre-triggerSamples栏设置前沿触发取样点数；Post-triggerSamples栏设置后沿触发取样点数；ThresholdVoltage（V）栏设置触发门限电平。（4）触发模式设置。逻辑分析仪的触发方式有多种选择，单击图3−33所示的Trigger区的【Set】按钮可以进行触发模式设置，屏幕弹出如图3−36所示的对话框。上一页下一页返回3.2计数器特性分析该对话框可以选择触发时钟边沿，有上升沿（Positive）、下降沿（Negative）和任意边沿（Both）3种选择。触发模型有A、B、C三个触发字模型和触发组合，每个触发字有16位，触发字的某一位设置为“X”时表示该位为“任意”（0或1），三个触发字的默认值均为“XXXXXXXXXXXXXXXX”，即表示只要第一个输入逻辑信号到达，逻辑分析仪均被触发开始波形采集。触发组合模型是对三个触发字进行逻辑组合，共有21种组合供选择。TriggerQualifier（触发电平限制）对触发有控制作用，若该位设置为“X”，则触发控制端不起作用；若该位设置为0（或1），则仅当触发控制端输入信号为0（或1）时，触发字才起作用。上一页下一页返回3.2计数器特性分析当所有项目选定之后，单击【Accept】按钮确认选择。（5）应用举例。利用逻辑分析仪分析如图3−37所示的逻辑电路。其中字信号发生器产生0001～000F的字信号，输出频率为100Hz，通过逻辑分析仪观察4个输入端和输出端之间的逻辑关系。字信号发生器的使用见附录C或知识链接。图3−38所示为字信号发生器的参数设置和逻辑分析仪观测的输出波形，从中可以判断出它们的逻辑关系是正确的，即Y=ABCD。上一页下一页返回￣3.2计数器特性分析实训及思考题实训：译码器实训目的：1.了解译码器工作原理和使用方法。2.学会使用逻辑分析仪进行数字电路分析。3.学会根据“帮助”菜单分析芯片引脚功能。实训内容：用74LS138D芯片设计一个译码器。上一页下一页返回￣3.2计数器特性分析实训步骤：（1）如图3−39所示，分析74LS138D芯片功能。其中Ａ、Ｂ、Ｃ是输入端，Ｇ1、G2A、G2B是控制端，只有当G1为高电平，G2A、G2B为低电平时，译码器才工作。Y0～Y7是输出端，外接小灯泡X1～X7，灯泡亮表示输出为高电平，熄灭表示输出为低电平。（2）分析引脚功能后，按图3−40连接电路。（3）按照真值表验证功能。将图3−40中G2A、G2B设为低电平，G1设为高电平，根据真值表3−3所示，该电路能够工作，在图所示状态下，A=0、B=0、C=0时Y0应为低，其所连接灯泡熄灭，其余引脚为高，所连灯泡亮。上一页下一页返回3.2计数器特性分析激活该电路，灯泡X1熄灭。现令A=1、B=0、C=0，即把开关K1拨到高电平，发现灯泡X2熄灭，说明Y1为低电平，这和真值表吻合。把开关D拨到低电平，所有灯泡全亮；开关E、F任何一个打到高电平，灯泡都全亮。（4）用逻辑分析仪接输出端并观察波形。思考题：用74LS138D芯片能否构成一位全加器？如何设计？上一页返回3.3七段数码管显示电路3.3.1七段数码管数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。下一页返回3.3七段数码管显示电路共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。（1）静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二−十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路（2）动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划“a，b，c，d，e，f，g，dp”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1ms～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。数码管处于静态时，电流推荐使用10mA～15mA；动态扫描时，平均电流为4mA～5mA，峰值电流50mA～60mA。数码管的电压是通过查引脚排布图，看一下每段芯片数量的多少来明确的：当红色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用2.1V乘以每段的芯片串联的个数。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路3.3.2数码管应用电路（1）搭接如图3−41所示的数码管显示电路。通过观察，发现七段数码管按照字信号发生器产生的顺序依次点亮A、B、C、D、E、F、G段。（2）在字信号发生器中选择模式设置（Pattern）下的左移编码（ShiftLeft），运行电路，观察数码管的变化，记录各字段对应的信号端口。（3）根据字段信息，对七段数码管进行编码，使之输出字符0～9，并将编码填入表3−4中。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路要在数码管上显示0，除G段不亮外，其他六段全亮，因此字信号发生器上的参数应编码为00111111二进制，十六进制3FH，最高位0不接线，默认为0。同理，要在数码管上显示8，则字信号发生器上的参数应编码为01111111（全1）二进制，十六进制7FH。将编码在字信号模型编辑区Edit处输入，送到字信号发生器的显示区显示出来，如图3−42所示。字信号发生器设置运行的起始地址为0000、结束地址为0009；再以单周期（Burst）或循环（Cycle）方式运行电路，观察电路运行结果，并用逻辑分析仪验证电路，波形图如图3−43所示。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路3.3.3知识链接：字信号发生器字信号发生器（WordGenerator）是一个最多能够产生32位同步逻辑信号的仪器，可以用来对数字逻辑电路进行测试，实际上是一个数字激励源编辑器，其图标和面板图如图3−44所示。1.连接电路在字信号发生器图标的左边有0～15共16个端子输出低16位逻辑信号，右边16～31个端子输出高16位逻辑信号，下边的R端为数据准备就绪端，T端为外触发信号端。字信号发生器面板图最左侧是字信号显示区，32位的字信号以8位十六进制数进行显示，显示区内的显示内容可以通过滚动条进行前后移动，用户可以自行设置其输出端状态及变化的规则。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路2.设置字信号地址面板图中的Address区用于设置字信号地址，如图3−45所示。地址编辑区可以编辑或显示与字信号地址有关的信息。其中：Edit栏显示当前正在编辑的字信号的地址；Current栏显示当前正在输出的字信号的地址；Initial栏和Final栏分别用于设定输出字信号的首地址和末地址。3.字信号输出方式设置字信号发生器被激活后，经过编辑的字信号按照一定的规律逐行输出，同时在面板的底部对应于各输出端的32个小圆圈内将实时显示输出字信号各个位(bit)的值。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路字信号的输出方式如图3−46所示，分为3种方式：Step表示单步输出；Burst方式表示字信号是从首地址开始至末地址连续逐条单循环地输出字信号；Cycle方式则表示循环不断地进行Burst方式的字信号输出。在Burst和Cycle状态下可设置中断点，通过光标选中某一地址的字信号后，单击Breakpoint（中断点）实现，设置为中断点的字信号在显示区中以“*”号显示，当运行至该地址时输出暂停，单击【Burst】或【Cycle】则恢复输出。4.模式设置单击图3−46中的【Pattern】按钮，屏幕弹出如图3−47所示的对话框。该对话框用来自定义字信号输出模式和字信号文件的操作。其中：上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路Clearbuffer复选框用于设置是否清除字信号编辑区的内容，选中后单击【Accept】按钮进行操作。Open复选框用于打开存有字信号内容的字信号文件，文件的扩展名为“.dp”，选中后单击【Accept】按钮进行操作。Save复选框用于保存字信号的内容，文件的扩展名为“.dp”。UpCounter复选框用于设置输出以递增方式进行编码的字信号，如：0000，0001，0002，0003…DownCounter复选框用于设置输出以递减方式进行编码的字信号，如：000F，000E，000D，000C…ShiftRight复选框用于设置输出右移编码字信号，如：8000，4000，2000，1000，0800…上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路ShiftLeftt复选框用于设置输出右移编码字信号，如：0001，0002，0004，0008，0010…在进行字信号编码设置时，若选中SetInitialPattern（设置起始编码），单击【Accept】按钮后，屏幕弹出一个对话框，在对话框输入相应的初始编码，然后单击【Accept】按钮，则在显示区中首地址显示为前面设置的编码，其后按该模式的规律进行字信号编码输出。5.触发方式及输出频率设置上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路图3−44中的Trigger区用于设置触发方式，字信号发生器有两种触发方式：Internal（内部）和External（外部）触发方式。当选择内部触发方式时，字信号的输出直接受输出方式按钮（Step，Burst，Cycle）控制。当选择外部触发方式时，必须接入外触发脉冲信号，而且要定义“上升沿”或“下降沿”触发，然后单击输出方式按钮，待触发脉冲到达时才启动输出。为了保持同步，往往用DataReady（数据准备就绪）端指示。图3−44中的Frequency区用于设置字信号输出频率，在Burst和Cycle状态下的输出快慢由设定的输出频率决定。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路6.编辑字信号图3−44所示面板图中的Edit区用于字信号编辑，如图3−48所示。当进行字信号编辑时，在显示区中用鼠标选择编辑位置，当前编辑的地址可以在Address区的Edit栏中看出，然后在字信号模型编辑区的Hex栏中以十六进制数输入数据；或在ASCII码输入数据；或在Binary栏以二进制数输入数据，显示区中相应位置将显示已设定的字信号模型。7.应用举例设置字信号发生器，使之从地址0020～0029循环输出字信号0001～000A。具体操作步骤如下，操作过程如图3−49所示。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路①在字信号地址栏（Address）中设置输出字信号的首地址（Initial）为0020，末地址（Final）为0029。如图3−49（a）所示。②用光标在显示区中寻找地址0020，当前编辑的地址可以在Edit栏中看出。如图3−49（b）所示。③在Edit区的Hex栏中依次输入十六进制字信号0001～000A，每输入一个字信号，按一下回车键，系统自动跳到下一个地址。④在Controls区中设置输出方式为循环（Cycle）。如图3−49（c）所示。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路实训及思考题实训：译码器构成一位全加器实训目的：1.学会使用字信号发生器。2.学会分析简单的数字电路。用74LS138D译码器组成一位全加器，实现两个二进制数的相加。全加器真值表如表3−5所示，其中A、B为两个加数，C为低位产生的进位，S为和，Co为A、B、C相加产生的进位。当C有进位时，A、B又产生进位，则C向Co进位。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路布尔方程为：S=A⊕B⊕C表示当3个输入相同时为0，不同时为1。Co=A·B+B·C+A·C表示输入的3个数中至少有两个为1时就有进位。根据全加器真值表3−5所示，在S输出项中有1，2，4，7项不为0，有S=Σm（1，2，4，7）=Y1Y2Y4Y7，同理在Co输出项中有3，5，6，7项不为0，则有Co=Y3Y5Y6Y7。因此，在74LS138D译码器输出端接74LS20N（4与非门）实现全加器功能。创建该全加器电路如图3−50所示，此处用字信号发生器来模拟输入的数字信号，输入和输出都接上小灯泡以便于观察高低电平的变化。74LS138D译码器的G1端接高电平，G2A、G2B端接地。在图3−50中X1灯泡对应的是求和端S，灯泡X2对应的是进位端Co。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路下面对该电路功能进行仿真验证，具体步骤如下。①双击图中字信号发生器图标，弹出如图3−51所示的对话框，设置输出频率为1kHz，十六进制，触发方式选择内触发，采用单步输出。②单击图3−51中的【Pattern】按钮，弹出如图3−52所示的对话框，设置为“UPCounter”（向上计数），“BufferSize”大小为7，初始值为“00000000”，表示从初始值开始按逐个加一递增的方式产生7个不同的数。最后单击【Accept】按钮。上一页下一页返回3.3七段数码管显示电路③激活电路，观察结果，点击一次【Step】表示产生一组二进制数，从字信号发生器的左侧地址可看出，当前产生脉冲为“00000004”（十六进制数），表示A=0，B=0，C=1，对应真值表3−5的S=1，Co=0。从图3−50中可看出X1灯泡亮，而X2熄灭，这和真值表3−5的结果吻合，再单击【Step】按钮，会看到X1灯泡熄灭，而X2灯泡亮。思考题：1.七段数码管与8421数码管有何区别？2.字信号编码的设置有几种方式？如何操作？3.如何从逻辑分析仪中获得字信号的编码信息？上一页返回3.4汽车尾灯控制电路3.4.1汽车尾灯控制电路的设计要求1.设计内容设计一个汽车尾灯电路，应具备以下功能：（1）刹车指示，6盏灯同时闪烁；（2）左转时，左边3盏灯向左循环点亮；（3）右转时，右边3盏灯向右循环点亮；（4）正常行驶时，6盏灯都不亮。2.设计原理及步骤（1）基本组成。汽车尾灯控制电路的总体框图如图3−53所示，它是由555多谐振荡电路、三进制计数器、译码器、控制电路、显示电路5部分组成。下一页返回3.4汽车尾灯控制电路（2）汽车运行与尾灯状态关系表，如表3−6所示。其中，A、B为控制开关，代表4种不同的运行状态。D1、D2、D3代表汽车左侧的3盏尾灯，D4、D5、D6代表汽车右侧的3盏尾灯。（3）总体电路的逻辑功能表，如表3−7所示。上一页下一页返回3.4汽车尾灯控制电路3.4.2设计电路工作原理1.正常运行如图3−59所示A=B=0，4端输出为低电平0，5端输出为高电平1，此时由74LS138D的功能表（见表3−8）可以看出：输入端不管为高电平还是低电平，输出均为高电平；其结果将导致6个与非门输入端均为高电平，那么其输出端将为低电平；6个非门将低电平转为高电平；由于二极管的单向导电性，在给二极管阳极和阴极均加高电平，二极管不亮。上一页下一页返回3.4汽车尾灯控制电路2.临时刹车A=B=1，4端输出为低电平0，74LS138D的输入端不管为高电平还是低电平，输出均为高电平；5端为高电平还是低电平主要取决于时钟CP，CP是高电平时灯不亮，CP低电平时灯亮；这就造成二极管随CP高低由暗到亮的现象。3.左转弯A=0，B=1。4端输出为高电平，5端输出高电平，74LS138D随输入的变化情况如表3−9所示。上一页下一页返回3.4汽车尾灯控制电路又因为Y0～Y3分别与D3～D1相对，所以其结果将是D3、D2、D1循环闪烁。4.右转弯A=1，B=0，4端输出为高电平，5端输出高电平，74LS138D随输入的变化情况如表3−10所示。又因为Y6～Y4与D6～D4相对，所以其结果将是D4、D5、D6循环闪烁。上一页下一页返回3.4汽车尾灯控制电路3.4.3设计单元电路三进制计数器的构成，一般来说可以用JK触发器和集成芯片组成。为了方便起见，本次采用计数器7490N构成，具体接法如图3−54所示。汽车尾灯显示与译码驱动电路如图3−55所示。显示部分是由6个LED灯模拟指示，每一种指示灯用不同的颜色显示。其中，1端与2端，3端、4端与5端分别接图3−54、图3−56的控制电路。（1）控制电路的设计。根据表3−11可求出：G1=A⊕B5=A⊕B+A⊙B由上式可求出控制开关电路，如图3−56所示。上一页下一页返回3.4汽车尾灯控制电路人的眼睛视觉暂留时间约为0.1s，所以时钟信号源的频率不能过高。可以由555构成，也可以用专门的信号源提供CP；本次设计就采用555构成的信号源。时钟发生电路由555定时器构成的多谐振荡器来构成。该电路产生的时钟频率比较准确，常用做数字电路的时钟信号。555多谐振荡器电路图如图3−57所示。常用的555定时器（LM555CH）的逻辑符号如图3−57所示，引脚功能如下：管脚1为接地端；上一页下一页返回3.4汽车尾灯控制电路管脚2为低电平触发输入端TRI，当输入电平低于VCC/3或VCC/2时，输出OUT为高电平；管脚3为输出端OUT；管脚4为复位端RST。当RST=0时，OUT=0；管脚5为控制电压输入端CON；管脚6为高电平触发端THR。当该端电平高于2VCC/3时，输出OUT为低电平；管脚7为放电端DIS；管脚8接电源VCC。上一页下一页返回3.4汽车尾灯控制电路该电路构成了自激多谐振荡器，也称无稳态触发器。电路无需外加触发脉冲，就能输出矩形脉冲，因输出矩形脉冲含有很多高次谐波，因此称为多谐振荡器。其中R1和R2是外接定时电阻，C1是外接定时电容。R1，R2，C1构成充放电回