东南大学电工电子实验中心
实验报告
课程名称:数字逻辑电路实验
第五次实验
实验名称:时序逻辑电路设计
院(系):电气工程 专业:电气工程及自动化 姓名: 学号:
实验室: 104 实验时间:2013年12月13日 评定成绩:审阅教师:
一、 实验目的
1. 2. 3. 4.
掌握时序逻辑电路的一般设计过程;
掌握时序逻辑电路的时延分析方法,了解时序电路对时钟信号相关参数的基本要求; 掌握时序逻辑电路的基本调试方法;
熟练使用示波器和逻辑分析仪观察波形图,并会使用逻辑分析仪做状态分析。
二、 实验原理
1. 时序逻辑电路的特点(与组合电路的区别):
——具有记忆功能,任一时刻的输出信号不仅取决于当时的输出信号,而且还取决于电路原来的值,或者说还与以前的输入有关。
2. 时序逻辑电路的基本单元——触发器(本实验中只用到D触发器)
触发器实现状态机(流水灯中用到) 3. 时序电路中的时钟
1) 同步和异步(一般都是同步,但实现一些任意模的计数器时要异步控制时钟端) 2) 时钟产生电路(电容的充放电):在内容3中的32768Hz的方波信号需要自己通过
电路产生,就是用到此原理。
4. 常用时序功能块
1) 计数器(74161)
a) 任意进制的同步计数器:异步清零;同步置零;同步置数;级联 b) 序列发生器
——通过与组合逻辑电路配合实现(计数器不必考虑自启动)
2) 移位寄存器(74194)
a) 计数器(一定注意能否自启动)
b) 序列发生器(还是要注意分析能否自启动)
三、 实验内容
1. 广告流水灯
a. 实验要求
用触发器、组合函数器件和门电路设计一个广告流水灯,该流水等由8个LED组成,工作时始终为1暗7亮,且这一个暗灯循环右移。
① 写出设计过程,画出设计的逻辑电路图,按图搭接电路。 ② 将单脉冲加到系统时钟端,静态验证实验电路。 ③ 将TTL连续脉冲信号加到系统时钟端,用示波器和逻辑分析仪观察并记录时钟脉冲
CLK、触发器的输出端Q2、Q1、Q0和8个LED上的波形。 b. 实验数据 ①设计电路。 1) 问题分析
流水灯的1暗7亮对应8个状态,故可采用3个触发器实现;而且题目要求输出8个信号控制8个灯的亮暗,故可以把3个触发器的输出加到3-8译码器的控制端,对应的8个译码器输出端信号控制8个灯的亮暗。 2) 状态转化图如下:
卡诺图如下:
Q1Q0 Q2 0 1 电路图如下:
00 001 101 01 010 110 11 100 000 10 011 111
经实验论证,可实现功能。 逻辑分析如下:
2. 序列发生器 实验要求
用触发器设计一个具有自启动功能的01011序列发生器。
1) 写出设计过程,画出设计的逻辑电路图。 An Bn Cn Dn An+1 B n+1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 C n+1 1 1 0 1 0 D n+1 1 0 1 0 1 用Multisim进行化简处理,得: An+1=Bn;Bn+1=Cn;Cn+1=Dn Dn+1=An'+Dn'=(An+Dn)'
电路设计如下:
波形图如下:
3. 智力竞赛抢答器 设计图如下:
0 1 0 1 1 0 1 0 1 1
经实验论证,可实现所有功能。 逻辑图如下表: S1 S2 S3 C 0 X 1 0 0 0 X 0 1 0 0 X 0 0 1 0 1 0 0 0 Led1 0 0 1 0 0 Led2 0 0 0 1 0 Led3 0 0 0 0 1 -+
+++++++++++++++++++++