数字电路设计实例
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数字电路实验要求
1、组合电路实验 2、时序电路实验 3、555应用实验 4、D/A转换器实验 5、综合设计实验
实验一、组合电路实验
实验设计要求：
1、某设备有三个开关ABC要求必须按ABC的 顺序接通。否则发出报警信号。
2、写出设计步骤并画出所设计的电路图。 3、安装并调试电路的逻辑功能。 4、观察电路中的竞争冒险现象并采取措施消除。 提示：设开关闭合为1，断开为0。则顺序导通 过程为：000 100 110 111 否则报警
电路原理3
右移电路采用Q0 Q1 Q2三个信号输出， 将Q2反相输入到右移信号输入端SR。 指示灯的实际移位方向取决于灯的实际 排列顺序。
6 刹车闪烁的实现 当刹车是左右六个灯全部闪烁，利用194 的置数功能实现，当S0 S1都为高电平时， 在时钟的上升沿将ABCD 置入Q0 Q1 Q2 Q3
电路原理4
汽车尾灯控制电路
题目设计要求（设计参考P225） 设计一个汽车尾灯控制电路，实现在正
常行驶和停车时指示灯全灭，在左转弯和 右转弯时以动态流水灯形式指示转弯和转 弯的方向，在汽车刹车时使所以尾灯闪烁， 提醒后边的车辆防止追尾事故发生。
信号分析要求
输入控制信号：左转向信号 右转向信号 电路指示灯分两组：左灯3个 右灯3个 电路工作分四种状态： 1 前进（包括停车）： 左右灯全灭 2 左转向：左灯左移 3 右转向：右灯右移 4 刹 车：左右灯均闪烁
DAC0832结构
DAC0832的传输特性
数控放大器
电路原理电路
实验报告
1. 画出设计的原理电路图。 2. 定量画出输出的电压波形，写出输出电
压与输入数值的表达式。 3. 说明台阶的幅度与参考电压的关系 4. 说明台阶数量与计数器的关系。 5. 说明如果想输出三角波电路如何改进。
实验五、综合设计实验
2、设计一个单稳态电路，输出脉宽0.5S。
3、两电路组合实现一个触发报警电路，每 触发一次输出1000Hz的脉冲持续0.5秒.
4、画出电路原理图，标出引脚名和引脚号。
5、安装电路，测量输出信号的频率和占空 比（高电平占周期的比例）。
555的封装
555内部结构
多谐振荡电路1
多谐电路计算方法
多谐振荡电路2
右转
减速
开关 S1 S0 00 01 10 11
左灯尾 D0 D1 D2 灭 001 010 100 灭
CP CP CP
右尾灯 D3 D4 D5 灭 灭
100 010 001
CP CP CP
*与表1对比转弯移位方式不同
实现方案1
• 用计数器和译码电路实现
时钟
三态 计数 电路
译
指
码
示
电
灯
路
左转向
移码
指示灯驱动表1
运行 状态 前进 左传
开关 S1 S0 00 01
右转 1 0
减速 1 1
左灯尾 D0 D1 D2 灭 001 011 111 110 100 000 灭
CP CP CP
右尾灯 D3 D4 D5 灭 灭
100 110 111 011 001 000 CP CP CP
指示灯驱动表2
运行 状态 前进 左传
单稳态电路
单稳态时序
实验报告
1、整理实验数据；画出设计电路， 标出选择的器件参数。
2、画的波形多谐振荡电路电容电压 和输出电压的波形，注意相位关系， 标出幅度、脉冲宽度和周期。
3、讨论如何才能使振荡器的输出信 号占空比接近50％。
实验四、DA转换器实验
采用DAC0832设计一个锯齿波电路，要求： 1、输出信号幅度－5V到＋5V 2、频率50－500Hz可调。 3、参考P271 设计电路画出原理图。 4、安装调试要求上升台阶不低于16个。
74LS20
Y=A*B*C*D
实现电路1
实现方法2
组合电路的逻辑化简 Y=ABC+ABC+ABC+ABC Y=(A+A)BC+AB(C+C)=BC+AB
此公式形式最简但，电路不是最简 进一步化简： Y=BC*AB=(B+C)*AB=ABB*ABC 此表达式全部有与非门实现，达到电路最简
实现电路2
转向控制信号在刹车时正好都为高电平， 由于置数是在时钟的上升沿完成，所以 必须相邻的两个上升沿对应的ABCD有不 同的逻辑状态。
实现方法1：将时钟2分频作为ABCD信号。 用触发器实现。
实现方法2：将时钟信号倍频作为194的实 际时钟，原时钟信号作为ABCD输入信号， 用异或门实现。
电路图1
电路图2
个位
十位
电路连接实验
• 按电路接线，检查无误接通电源 （5V）
• 接入1Hz的时钟脉冲，观察并记 录显示器的结果。
• 与设计要求比较。
实验报告
1 实验目的 2 写出器件的主要性能和电路设计
中使用的特性 3 画出设计电路 4 列出实验结果并与设计要求比较 5 实验总结
实验三、555应用实验
1、设计多谐振荡器电路，要求输出信号频 率1000Hz（参考P228 ）
实验测试
• 仿真测试 使用PROTEUS系统 画出电路图，按要求顺序接通 开关，观察并记录显示结果。
• 利用实际器件组装电路，按要 求顺序接通开关，观察并记录 显示结果。
记录表格
序号 0 1 2 3 4 5 6 7
开关C 断 断 断 通 通 通 通 断
开关B 断 断 通 通 通 断 断 通
ห้องสมุดไป่ตู้
开关A 断 通 通 通 断 断 通 断
号PL，置数“00” • 减计数到“00”由借位信号经7432译码
产生置数信号PL，置数“23”
74LS192引脚
74LS192状态转换图
电路仿真
• 采用PROTEUS软件 1. 加载器件 2. 连接电路 3. 设置时钟 4. 运行仿真 5. 记录显示状态
0-23加计数电路
个位
十位
0-23减计数电路
电路原理2
4 左转弯右转弯的实现：
利用194的S1 S2控制左移和右移的特性分别 实现左转弯和右转弯控制。
a 左转弯信号控制左移电路实现左转弯。
b 右转弯信号控制右移电路实现右转弯。
5 三状态流水效果的实现：
194是四位移位寄存器，左移电路采用Q1 Q2 Q3三个信号输出，将Q1反相输入到左移 信号输入端SL。在时钟的作用下实现状态 转换。
右转向
电路
译 码 电 路
指 示 灯
实现方案2
• 用双向移位寄存器实现
时钟
向左 移位 电路
驱 动 电 路
指 示 灯
左转向 右转向
移码 电路
向右 移位 电路
驱 动 电 路
指 示 灯
方案和器件选择
• 方案1的实现参考教材217页 • 方案2用双向移位寄存器77LS194和与非
门实现。
• 指示灯驱动选择驱动表1 • 指示灯采用LED发光二极管实现，工作
实现方法1
• 由74LS138和或非门实现 Y=ABC+ABC+ABC+ABC
• Y=ABC+ABC+ABC+ABC • 由74LS138实现三变量的逻辑与运算，得
到ABC ABC ABC 和ABC • 由或非门实现逻辑或运算，由于74LS138
输出负逻辑信号，可以用74LS20与非门 实现。
74LS138
指示灯
实验报告
1 实验目的。 2 写出化简过程。 3 画出设计电路。 4 列出实验结果并与设计要求比较。 5 实验总结。
实验二、时序电路
实验设计要求：参考P225设计课题， 设计 M=24的加计数器和减计数器。
1、加计数：00－01－－23
2、减计数：23－22－－00
3、画出设计电路原理图。 4、安装并调试电路的逻辑功能。
电流较小，可以用数字电路的输出直接 驱动
74LS194引脚
74LS194真值表
电路原理1
1 采用两片74LS194分别组成左灯控制电路 和右灯控制电路。
2 指示灯用发光二极管组成，需要的驱动 电流较小，省略驱动电路，由194直接驱 动发光二极管。
3 前进和停止状态的实现： 利用74LS194的MR控制端，当MR有效时 移位寄存器输出为“0”
的指示灯，驱动电路应如何考虑。
－09－10－11－12－13－14－15－16－ 17－18－19－20－21－22－23－00 • 减计数状态流程 • 23－22－21－20－19－18－17－16－15 －14－13－12－11－10－09－08－07－ 06－05－04－03－02－01－00－23
器件选择与电路设计
• 选择两片74LS192分为高位和地位。 • 高位计数0 － 2 三个状态 • 低位有0－9 • 采用置数法实现，选择192的PL控制端 • 加计数到“23”经7400译码产生置数信
电路图3
电路3说明
• 利用一个移位寄存器和两个与非门实现 1 左右电路由转弯信号通过与非门选择完 成。 2 移位方向由转弯信号控制，SL=/Q1 SR=/Q2 3 LED驱动输出信号低电平有效。 4 刹车闪烁由移位寄存器置数实现，左右 电路同时被选中。
电路图4
电路4说明
1 原理与图3相同，省略了左右选择电路， 使电路大大简化。
2 由转弯信号作为LED的驱动电源控制完 成左右转弯选择。
3 电路的LED驱动输出低电平有效。 4 当转弯信号都为低时指示灯全灭。
采用驱动表2的电路
实验报告
• 写出设计要求和选择的方案 • 画出设计电路，标出器件名称、引
脚名称和编号。 • 描述电路原理。 • 自行设计表格记录测试结果。 • 思考题：如果要使用12伏较大功率
组合电路设计
设计步骤：
1、将实际问题简化成数字逻辑问题。设开关接 通为“1”，断开为“0”，则顺序导通过程为： 000 100 110 111 否则报警。 2、写出逻辑表达式，Y=000+100+110+111 3、逻辑化简变成与非关系。 4、画出逻辑表达式的电路图。 5、安装并调试电路的逻辑功能。表格自己设计
设计步骤
• 逻辑抽象
a 确定输入输出变量数和状态数，b 确定逻辑状 态的含义并编号，c 按题意列出状态转换图。
• 状态简化 将等价状态合并得到最简状态图 • 选择器件 选择出器件类型和控制信号 • 画出逻辑电路 • 测试电路功能
状态流程
• 加计数状态流程 • 00 －01 －02－03－04－05－06－07－08
1、组合电路实验 2、时序电路实验 3、555应用实验 4、D/A转换器实验 5、综合设计实验
实验一、组合电路实验
实验设计要求：
1、某设备有三个开关ABC要求必须按ABC的 顺序接通。否则发出报警信号。
2、写出设计步骤并画出所设计的电路图。 3、安装并调试电路的逻辑功能。 4、观察电路中的竞争冒险现象并采取措施消除。 提示：设开关闭合为1，断开为0。则顺序导通 过程为：000 100 110 111 否则报警
电路原理3
右移电路采用Q0 Q1 Q2三个信号输出， 将Q2反相输入到右移信号输入端SR。 指示灯的实际移位方向取决于灯的实际 排列顺序。
6 刹车闪烁的实现 当刹车是左右六个灯全部闪烁，利用194 的置数功能实现，当S0 S1都为高电平时， 在时钟的上升沿将ABCD 置入Q0 Q1 Q2 Q3
电路原理4
汽车尾灯控制电路
题目设计要求（设计参考P225） 设计一个汽车尾灯控制电路，实现在正
常行驶和停车时指示灯全灭，在左转弯和 右转弯时以动态流水灯形式指示转弯和转 弯的方向，在汽车刹车时使所以尾灯闪烁， 提醒后边的车辆防止追尾事故发生。
信号分析要求
输入控制信号：左转向信号 右转向信号 电路指示灯分两组：左灯3个 右灯3个 电路工作分四种状态： 1 前进（包括停车）： 左右灯全灭 2 左转向：左灯左移 3 右转向：右灯右移 4 刹 车：左右灯均闪烁
DAC0832结构
DAC0832的传输特性
数控放大器
电路原理电路
实验报告
1. 画出设计的原理电路图。 2. 定量画出输出的电压波形，写出输出电
压与输入数值的表达式。 3. 说明台阶的幅度与参考电压的关系 4. 说明台阶数量与计数器的关系。 5. 说明如果想输出三角波电路如何改进。
实验五、综合设计实验
2、设计一个单稳态电路，输出脉宽0.5S。
3、两电路组合实现一个触发报警电路，每 触发一次输出1000Hz的脉冲持续0.5秒.
4、画出电路原理图，标出引脚名和引脚号。
5、安装电路，测量输出信号的频率和占空 比（高电平占周期的比例）。
555的封装
555内部结构
多谐振荡电路1
多谐电路计算方法
多谐振荡电路2
右转
减速
开关 S1 S0 00 01 10 11
左灯尾 D0 D1 D2 灭 001 010 100 灭
CP CP CP
右尾灯 D3 D4 D5 灭 灭
100 010 001
CP CP CP
*与表1对比转弯移位方式不同
实现方案1
• 用计数器和译码电路实现
时钟
三态 计数 电路
译
指
码
示
电
灯
路
左转向
移码
指示灯驱动表1
运行 状态 前进 左传
开关 S1 S0 00 01
右转 1 0
减速 1 1
左灯尾 D0 D1 D2 灭 001 011 111 110 100 000 灭
CP CP CP
右尾灯 D3 D4 D5 灭 灭
100 110 111 011 001 000 CP CP CP
指示灯驱动表2
运行 状态 前进 左传
单稳态电路
单稳态时序
实验报告
1、整理实验数据；画出设计电路， 标出选择的器件参数。
2、画的波形多谐振荡电路电容电压 和输出电压的波形，注意相位关系， 标出幅度、脉冲宽度和周期。
3、讨论如何才能使振荡器的输出信 号占空比接近50％。
实验四、DA转换器实验
采用DAC0832设计一个锯齿波电路，要求： 1、输出信号幅度－5V到＋5V 2、频率50－500Hz可调。 3、参考P271 设计电路画出原理图。 4、安装调试要求上升台阶不低于16个。
74LS20
Y=A*B*C*D
实现电路1
实现方法2
组合电路的逻辑化简 Y=ABC+ABC+ABC+ABC Y=(A+A)BC+AB(C+C)=BC+AB
此公式形式最简但，电路不是最简 进一步化简： Y=BC*AB=(B+C)*AB=ABB*ABC 此表达式全部有与非门实现，达到电路最简
实现电路2
转向控制信号在刹车时正好都为高电平， 由于置数是在时钟的上升沿完成，所以 必须相邻的两个上升沿对应的ABCD有不 同的逻辑状态。
实现方法1：将时钟2分频作为ABCD信号。 用触发器实现。
实现方法2：将时钟信号倍频作为194的实 际时钟，原时钟信号作为ABCD输入信号， 用异或门实现。
电路图1
电路图2
个位
十位
电路连接实验
• 按电路接线，检查无误接通电源 （5V）
• 接入1Hz的时钟脉冲，观察并记 录显示器的结果。
• 与设计要求比较。
实验报告
1 实验目的 2 写出器件的主要性能和电路设计
中使用的特性 3 画出设计电路 4 列出实验结果并与设计要求比较 5 实验总结
实验三、555应用实验
1、设计多谐振荡器电路，要求输出信号频 率1000Hz（参考P228 ）
实验测试
• 仿真测试 使用PROTEUS系统 画出电路图，按要求顺序接通 开关，观察并记录显示结果。
• 利用实际器件组装电路，按要 求顺序接通开关，观察并记录 显示结果。
记录表格
序号 0 1 2 3 4 5 6 7
开关C 断 断 断 通 通 通 通 断
开关B 断 断 通 通 通 断 断 通
ห้องสมุดไป่ตู้
开关A 断 通 通 通 断 断 通 断
号PL，置数“00” • 减计数到“00”由借位信号经7432译码
产生置数信号PL，置数“23”
74LS192引脚
74LS192状态转换图
电路仿真
• 采用PROTEUS软件 1. 加载器件 2. 连接电路 3. 设置时钟 4. 运行仿真 5. 记录显示状态
0-23加计数电路
个位
十位
0-23减计数电路
电路原理2
4 左转弯右转弯的实现：
利用194的S1 S2控制左移和右移的特性分别 实现左转弯和右转弯控制。
a 左转弯信号控制左移电路实现左转弯。
b 右转弯信号控制右移电路实现右转弯。
5 三状态流水效果的实现：
194是四位移位寄存器，左移电路采用Q1 Q2 Q3三个信号输出，将Q1反相输入到左移 信号输入端SL。在时钟的作用下实现状态 转换。
右转向
电路
译 码 电 路
指 示 灯
实现方案2
• 用双向移位寄存器实现
时钟
向左 移位 电路
驱 动 电 路
指 示 灯
左转向 右转向
移码 电路
向右 移位 电路
驱 动 电 路
指 示 灯
方案和器件选择
• 方案1的实现参考教材217页 • 方案2用双向移位寄存器77LS194和与非
门实现。
• 指示灯驱动选择驱动表1 • 指示灯采用LED发光二极管实现，工作
实现方法1
• 由74LS138和或非门实现 Y=ABC+ABC+ABC+ABC
• Y=ABC+ABC+ABC+ABC • 由74LS138实现三变量的逻辑与运算，得
到ABC ABC ABC 和ABC • 由或非门实现逻辑或运算，由于74LS138
输出负逻辑信号，可以用74LS20与非门 实现。
74LS138
指示灯
实验报告
1 实验目的。 2 写出化简过程。 3 画出设计电路。 4 列出实验结果并与设计要求比较。 5 实验总结。
实验二、时序电路
实验设计要求：参考P225设计课题， 设计 M=24的加计数器和减计数器。
1、加计数：00－01－－23
2、减计数：23－22－－00
3、画出设计电路原理图。 4、安装并调试电路的逻辑功能。
电流较小，可以用数字电路的输出直接 驱动
74LS194引脚
74LS194真值表
电路原理1
1 采用两片74LS194分别组成左灯控制电路 和右灯控制电路。
2 指示灯用发光二极管组成，需要的驱动 电流较小，省略驱动电路，由194直接驱 动发光二极管。
3 前进和停止状态的实现： 利用74LS194的MR控制端，当MR有效时 移位寄存器输出为“0”
的指示灯，驱动电路应如何考虑。
－09－10－11－12－13－14－15－16－ 17－18－19－20－21－22－23－00 • 减计数状态流程 • 23－22－21－20－19－18－17－16－15 －14－13－12－11－10－09－08－07－ 06－05－04－03－02－01－00－23
器件选择与电路设计
• 选择两片74LS192分为高位和地位。 • 高位计数0 － 2 三个状态 • 低位有0－9 • 采用置数法实现，选择192的PL控制端 • 加计数到“23”经7400译码产生置数信
电路图3
电路3说明
• 利用一个移位寄存器和两个与非门实现 1 左右电路由转弯信号通过与非门选择完 成。 2 移位方向由转弯信号控制，SL=/Q1 SR=/Q2 3 LED驱动输出信号低电平有效。 4 刹车闪烁由移位寄存器置数实现，左右 电路同时被选中。
电路图4
电路4说明
1 原理与图3相同，省略了左右选择电路， 使电路大大简化。
2 由转弯信号作为LED的驱动电源控制完 成左右转弯选择。
3 电路的LED驱动输出低电平有效。 4 当转弯信号都为低时指示灯全灭。
采用驱动表2的电路
实验报告
• 写出设计要求和选择的方案 • 画出设计电路，标出器件名称、引
脚名称和编号。 • 描述电路原理。 • 自行设计表格记录测试结果。 • 思考题：如果要使用12伏较大功率
组合电路设计
设计步骤：
1、将实际问题简化成数字逻辑问题。设开关接 通为“1”，断开为“0”，则顺序导通过程为： 000 100 110 111 否则报警。 2、写出逻辑表达式，Y=000+100+110+111 3、逻辑化简变成与非关系。 4、画出逻辑表达式的电路图。 5、安装并调试电路的逻辑功能。表格自己设计
设计步骤
• 逻辑抽象
a 确定输入输出变量数和状态数，b 确定逻辑状 态的含义并编号，c 按题意列出状态转换图。
• 状态简化 将等价状态合并得到最简状态图 • 选择器件 选择出器件类型和控制信号 • 画出逻辑电路 • 测试电路功能
状态流程
• 加计数状态流程 • 00 －01 －02－03－04－05－06－07－08