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数字电子技术完整教案
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综合实验指导书
山东建筑大学信息与电气工程学院
一、实验目的
本实验课程的目的，旨在通过综合实验实践教学，使学生巩固和运用所学的数字电子技术理论知识和实验技能，掌握一般数字电子系统的分析、组装、调试和设计方法，培养学生的动手能力、综合运用所学理论知识独立分析和解决实际问题的能力，为以后从事有关数字电子系统的设计和研究开发工作打下基础。
二、实验前预习
每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的、要求；明确实验步骤、测试数据及需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。
三、实验注意事项
1．实验开始前，应先检查本组的仪器设备是否齐全完备，了解设备使用方法及线路板的组成和接线要求。
2．实验时每组同学应分工协作，轮流接线、记录、操作等，使每个同学受到全面训练。
3．接线前应将仪器设备合理布置，然后按电路图接线。实验电路走线、布线应简洁明了、便于测量。
4．完成实验系统接线后，必须进行复查，按电路逐项检查各仪表、设备、元器件的位置、极性等是否正确。确定无误后，方可通电进行实验。
5．实验中严格遵循操作规程，改接线路和拆线一定要在断电的情况下进行。绝对不允许带电操作。如发现异常声、味或其它事故情况，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。
6．测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。使用仪器仪表要符合操作规程，切勿乱调旋钮、档位。注意仪表的正确读数。
7．未经许可，不得动用其它组的仪器设备或工具等物。
8．实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可拆除线路。最后，应清理实验桌面，清点仪器设备。
9．爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应及时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。
10．自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。
四、实验总结
每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括：
1．实验目的；
2．实验仪器设备（名称、型号）；
3．实验原理；
4．实验主要步骤及电路图；
5．实验记录（测试数据、波形、现象）；
6．实验数据整理（按每项实验的&实验报告要求&进行计算、绘图、误差分析等）；
7．回答每项实验的有关问答题。
& 智力竞赛抢答器
一、实验目的
1、学习数字电路中D触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源等单元电路的综合运用。
2、理解智力竞赛抢赛器的工作原理。
3、掌握简单数字系统实验、调试及故障排除方法。
二、实验原理
图1－1为供四人用的智力竞赛抢答装置线路，用以判断抢答优先权。
图1－1智力竞赛抢答装置原理图
图中F1为四D触发器74LS175，它具有公共置0端和公共CP端,引脚排列见附录；F2为双4输入与非门74LS20；F3是由74LS00组成的多谐振荡器；F4是由74LS74组成的四分频电路，F3、F4组成抢答电路中的CP时钟脉冲源，抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S，74LS175的输出Q1～Q4全为0，所有发光二极管LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过与非门F2送出信号锁住其余三个抢答者的电路，不再接受其它信号，直到主持人再次清除信号为止。
三、实验仪器和设备
1．网络型电子学综合实验装置（或数字电子实验箱）&&&&&
2．数字万用表&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
3．导线& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&若干
四、预习要求
1．复习数字电路中D触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源等单元电路的知识。
2．若在图1－1电路中加一个计时功能，要求计时电路显示时间精确到秒，最多限制为2分钟，一旦超出限时，则取消抢答权，电路如何改进。
五、实验内容及步骤
1．测试各触发器及各逻辑门的逻辑功能
测试方法参照数字电子技术实验有关内容，判断器件的好坏。
2．按图1－1接线，抢答器五个开关接实验装置上的逻辑开关、发光二极管接逻辑电平显示器。
3．断开抢答器电路中CP脉冲源电路，单独对多谐振荡器F3及分频器F4进行调试，调整多谐振荡器10K电位器，使其输出脉冲频率约4KHz，观察F3及F4输出波形及测试其频率（参照数字电子技术实验有关内容）。
4．测试抢答器电路功能
接通+5电源，CP端接实验装置上连续脉冲源，取重复频率约1KHz。
（1）抢答开始前，开关K1、K2、K3、K4均置“0”，准备抢答，将开关S置“0”，发光二极管全熄灭，再将S置“1”。抢答开始，K1、K2、K3、，K4某一开关置“1”，观察发光二极管的亮、灭情况，然后再将其它三个开关中任一个置“1”，观察发光二极的亮、灭有否改变。
（2）重复（1）的内容，改变K1、K2、K3、K4任一个开关状态，观察抢答器的工作情况。
（3）整体测试
断开实验装置上的连续脉冲源，接入F3及F4，再进行实验。
六、实验报告要求
1．分析智力竞赛抢答装置各部分功能及工作原理。
2．总结数字系统的设计、调试方法。
3．分析实验中出现的故障及解决办法。
& 电子秒表
一、实验目的
1、学习数字电路中基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数、译码显示等单元电路的综合应用。
2、掌握电子秒表的调试方法。
二、实验原理
图2－1为电子秒表的电原理图。按功能分成四个单元电路进行分析。
电子秒表原理图
1．基本RS触发器
图2－1中单元I为用集成与非门构成的基本RS触发器。属低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能。
它的一路输出作为单稳态触发器的输入，另一路输出Q作为与非门5的输入控制信号。
按动按钮开关K2（接地），则门1输出＝1；门2输出Q＝0，K2复位后Q、状态保持不变。再按动按钮开关K1 ,则Q由0变为1，门5开启, 为计数器启动作好准备。由1变0，送出负脉冲，启动单稳态触发器工作。
基本RS触发器在电子秒表中的职能是启动和停止秒表的工作。
2．单稳态触发器
图2－1中单元Ⅱ为用集成与非门构成的微分型单稳态触发器，图2－2为各点波形图。
单稳态触发器的输入触发负脉冲信号vi 由基本RS触发器端提供，输出负脉冲vO 通过非门加到计数器的清除端R。
静态时，门4应处于截止状态，故电阻R必须小于门的关门电阻ROff 。定时元件RC取值不同，输出脉冲宽度也不同。当触发脉冲宽度小于输出脉冲宽度时，可以省去输入微分电路的RP 和CP 。
单稳态触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号。
图2－2单稳态触发器波形图&&&&&&&&& 图2－3& 74LS90引脚排列
3．时钟发生器
图2－1中单元Ⅲ为用555定时器构成的多谐振荡器，是一种性能较好的时钟源。
调节电位器 RW ，使在输出端3获得频率为50HZ的矩形波信号，当基本RS触发器Q＝1时，门5开启，此时50HZ脉冲信号通过门5作为计数脉冲加于计数器①的计数输入端CP2。
4．计数及译码显示
二—五—十进制加法计数器74LS90构成电子秒表的计数单元，如图2－1中单元Ⅳ所示。其中计数器①接成五进制形式，对频率为50HZ的时钟脉冲进行五分频，在输出端QD 取得周期为0.1S的矩形脉冲，作为计数器②的时钟输入。计数器②及计数器③接成8421码十进制形式，其输出端与实验装置上译码显示单元的相应输入端连接，可显示0.1～0.9秒；1～9.9秒计时。
注：集成异步计数器74LS90
74LS90是异步二—五—十进制加法计数器，它既可以作二进制加法计数器，又可以作五进制和十进制加法计数器。
图2－3为74LS90引脚排列，表2－1为功能表。
通过不同的连接方式，74LS90可以实现四种不同的逻辑功能；而且还可借助R0(1)、R0(2)对计数器清零，借助S9(1)、S9(2)将计数器置9。其具体功能详述如下：
(1) 计数脉冲从CP1输入，QA作为输出端，为二进制计数器。
(2) 计数脉冲从CP2输入，QDQCQB作为输出端，为异步五进制加法计数器。
(3) 若将CP2和QA相连，计数脉冲由CP1输入，QD、QC、QB、QA作为输出端，则构成异步8421码十进制加法计数器。
(4) 若将CP1与QD相连，计数脉冲由CP2输入，QA、QD、QC、QB作为输出端，则构成异步5421码十进制加法计数器。
(5) 清零、置9功能。
a)异步清零
当R0(1)、R0(2)均为“1”；S9(1)、S9(2)中有“0”时，实现异步清零功能，即QDQCQBQA＝0000。
当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即QDQCQBQA＝1001。
三、实验仪器和设备
1．网络型电子学综合实验装置（或数字电子实验箱）&&&&&
2．数字万用表&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
3．导线&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
四、预习要求
1．复习数字电路中RS触发器，单稳态触发器、时钟发生器及计数器等部分内容。
2．除了本实验中所采用的时钟源外，选用另外两种不同类型的时钟源，可供本实验用。画出电路图，选取元器件。
3．列出电子秒表单元电路的测试表格。
4．列出调试电子秒表的步骤
五、实验内容及步骤
由于实验电路中使用器件较多，实验前必须合理安排各器件在实验装置上的位置，使电路逻辑清楚，接线较短。
实验时，应按照实验任务的次序，将各单元电路逐个进行接线和调试，即分别测试基本RS触发器、单稳态触发器、时钟发生器及计数器的逻辑功能，待各单元电路工作正常后，再将有关电路逐级连接起来进行测试……，直到测试电子秒表整个电路的功能。
这样的测试方法有利于检查和排除故障，保证实验顺利进行。
1．基本RS触发器的测试
测试方法参照数字电子技术实验有关内容。
2．单稳态触发器的测试
(1)静态测试
用直流数字电压表测量A、B、D、F各点电位值。记录之。
(2)动态测试
输入端接1KHZ连续脉冲源，用示波器观察并描绘D点（vD、）F点（v0）波形，如嫌单稳输出脉冲持续时间太短，难以观察，可适当加大微分电容C（如改为0.1μ）待测试完毕，再恢复4700P。
3．时钟发生器的测试
测试方法参考数字电子技术实验有关内容，用示波器观察输出电压波形并测量其频率，调节RW，使输出矩形波频率为50Hz。
4．计数器的测试
(1)计数器①接成五进制形式，RO(1)、RO(2)、S9(1)、S9(2)接逻辑开关输出插口，CP2接单次脉冲源,CP1接高电平“1”，QD～QA接实验设备上译码显示输入端D、C、B、A,按表2－1测试其逻辑功能，记录之。
(2)计数器②及计数器③接成8421码十进制形式，同内容（1）进行逻辑功能测试。记录之。
(3)将计数器①、②、③级连，进行逻辑功能测试。记录之。
5．电子秒表的整体的测试
各单元电路测试正常后，按图2－1把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体测试。
先按一下按钮开关K2，此时电子秒表不工作，再按一下按钮开关K1，则计数器清零后便开始计时，观察数码管显示计数情况是否正常，如不需要计时或暂停计时，按一下开关K2，计时立即停止，但数码管保留所计时之值。
6．电子秒表准确度的测试
利用电子钟或手表的秒计时对电子秒表进行校准。
六、实验报告要求
1．总结电子秒表整个调试过程。
2．分析调试中发现的问题及故障排除方法。
& 拔河游戏机
一、实验目的
1、学习编码、整形、译码、控制、胜负显示、复位、计数等单元电路的综合应用。
2、掌握拔河游戏机的调试方法。
二、实验原理
拔河游戏机需用15个（或9个）发光二极管排列成一行，开机后只有中间一个点亮，以此作为拔河的中心线，游戏双方各持一个按键，迅速地、不断地按动产生脉冲，谁按得快，亮点向谁方向移动，每按一次，亮点移动一次。移到任一方终端二极管点亮，这一方就得胜，此时双方按键均无作用，输出保持，只有经复位后才使亮点恢复到中心线。
显示器显示胜者的盘数。
1．实验电路框图
如图3－1所示。
图3－1& 拔河游戏机线路框图
2．整机电路图
如图3－2所示。
图 3－2& 拔河游戏机整机线路图
可逆计数器CC40193原始状态输出4位二进制数0000，经译码器输出使中间的一只发光二极管点亮。当按动A、B两个按键时，分别产生两个脉冲信号，经整形后分别加到可逆计数器上，可逆计数器输出的代码经译码器译码后驱动发光二极管点亮并产生位移，当亮点移到任何一方终端后，由于控制电路的作用，使这一状态被锁定，而对输入脉冲不起作用。如按动复位键，亮点又回到中点位置，比赛又可重新开始。
将双方终端二极管的正端分别经两个与非门后接至二个十进制计数器CC4518的允许控制端EN，当任一方取胜，该方终端二极管点亮，产生一个下降沿使其对应的计数器计数。这样，计数器的输出即显示了胜者取胜的盘数。
三、实验仪器和设备
1．网络型电子学综合实验装置（或数字电子实验箱）&&&&&
2．数字万用表&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
3．导线&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
四、预习要求
复习编码、整形、译码、控制、胜负显示、复位、计数等等单元电路的知识。
五、实验内容及步骤
图3－2为拔河游戏机整机线路图。
1．编码电路
编码器有二个输入端，四个输出端，要进行加 / 减计数，因此选用CC40193双时钟二进制同步加 / 减计数器来完成。
2．整形电路
CC40193是可逆计数器，控制加减的CP脉冲分别加至5脚和4脚，此时当电路要求进行加法计数时，减法输入端CPD 必须接高电平；进行减法计数时，加法输入端CPU 也必须接高电平，若直接由A、B键产生的脉冲加到5脚或4脚，那么就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。加一整形电路，使A、B二键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，这样就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。整形电路由与门CC4081和与非门CC4011实现。
3．译码电路
选用4－16线CC4514译码器。译码器的输出Q0～Q14 分接15个（或9个）个发光二极管，二极管的负端接地，而正端接译码器；这样，当输出为高电平时发光二极管点亮。
比赛准备，译码器输入为0000，Q0
输出为“1”，中心处二极管首先点亮，当编码器进行加法计数时，亮点向右移，进行减法计数时，亮点向左移。
4．控制电路
为指示出谁胜谁负，需用一个控制电路。当亮点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效。此电路可用异或门CC4030和非门CC4011来实现。将双方终端二极管的正极接至异或门的两个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，异或门输出为“1”，经非门产生低电平“0”，再送到CC40193计数器的置数端，于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端A、B、C、D和输出端QA、QB、QC、QD对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对输入脉冲不起作用。
5．胜负显示
将双方终端二极管正极经非门后的输出分别接到二个CC4518计数器的EN端，CC4518的两组4位BCD码分别接到实验装置的两组译码显示器的A、B、C、D插口处。当一方取胜时，该方终端二极管发亮，产生一个上升沿，使相应的计数器进行加一计数，于是就得到了双方取胜次数的显示，若一位数不够，则进行二位数的级联。
为能进行多次比赛而需要进行复位操作，使亮点返回中心点，可用一个开关控制CC40193的清零端R即可。
胜负显示器的复位也应用一个开关来控制胜负计数器CC4518的清零端R，使其重新计数。
六、实验报告要求
1．分析拔河游戏机各部分功能及工作原理。
2．总结数字系统的设计、调试方法。
3．分析实验中出现的故障及解决办法。
1、CC40193同步递增/递减二进制计数器引脚排列及功能
参照CC40192。
2、CC4514& 4线－16线译码器引脚排列及功能
A0～A3 — 数据输入端
INH — 输出禁止控制端
LE — 数据锁存控制端
Y0～Y15 — 数据输出端
①输出状态锁定在上一个LE＝“1”时，A0～A3的输入状态
3、CC4518双十进制同步计数器引脚排列及功能
1CP、2CP — 时钟输入端
1R、2R — 清除端
1EN、2EN — 计数允许控制端
1Q0～1Q3 — 计数器输出端
2Q0～2Q3 — 计数器输出端
全部为“0”
& 数字频率计
一、实验目的
1、学习控制、微分、整形、延时、自动清零等单元电路的综合应用。
2、掌握数字频率计的调试方法。
二、实验原理
脉冲信号的频率就是在单位时间内所产生的脉冲个数，其表达式为 f＝N／T，其中f为被测信号的频率，N为计数器所累计的脉冲个数，T为产生N个脉冲所需的时间。计数器所记录的结果，就是被测信号的频率。如在1S内记录1000个脉冲，则被测信号的频率为1000Hz。
本实验课题仅讨论一种简单易制的数字频率计，其原理方框图如图19－1所示。
图4－1数字频率计原理框图
晶振产生较高的标准频率，经分频器后可获得各种时基脉冲（1ms，10ms，0.1s，1s等），时基信号的选择由开关S2控制。被测频率的输入信号经放大整形后变成矩形脉冲加到主控门的输入端，如果被测信号为方波，放大整形可以不要，将被测信号直接加到主控门的输入端。时基信号经控制电路产生闸门信号至主控门，只有在闸门信号采样期间内（时基信号的一个周期），输入信号才通过主控门。若时基信号的周期为T，进入计数器的输入脉冲数为N，则被测信号的频率f＝N / T，改变时基信号的周期T，即可得到不同的测频范围。当主控门关闭时，计数器停止计数，显示器显示记录结果。此时控制电路输出一个置零信号，经延时、整形电路的延时，当达到所调节的延时时间时，延时电路输出一个复位信号，使计数器和所有的触发器置0，为后续新的一次取样作好准备，即能锁住一次显示的时间，使保留到接受新的一次取样为止。
当开关S2改变量程时，小数点能自动移位。
若开关S1，S3配合使用，可将测试状态转为“自检”工作状态（即用时基信号本身作为被测信号输入）。
1．控制电路
控制电路与主控门电路如图4－2所示。
图4－2& 控制电路及主控门电路
主控电路由双D触发器CC4013及与非门CC4011构成。CC4013(a)的任务是输出闸门控制信号，以控制主控门(2)的开启与关闭。如果通过开关S2 选择一个时基信号，当给与非门(1)输入一个时基信号的下降沿时，门1就输出一个上升沿，则CC4013（a）的 Q1 端就由低电平变为高电平，将主控门2开启。允许被测信号通过该主控门并送至计数器输入端进行计数。相隔1s（或0.1s，10ms，1ms）后，又给与非门1输入一个时基信号的下降沿，与非门1输出端又产生一个上升沿，使CC4013（a）的Q1 端变为低电平，将主控门关闭，使计数器停止计数，同时端产生一个上升沿，使CC4013（b）翻转成Q2＝1，＝0，由于＝0，它立即封锁与非门1不再让时基信号进入CC4013（a），保证在显示读数的时间内 Q1 端始终保持低电平，使计数器停止计数。
利用Q2端的上升沿送到下一级的延时、整形单元电路。当到达所调节的延时时间时，延时电路输出端立即输出一个正脉冲，将计数器和所有D触发器全部置0。复位后，Q1＝0，＝1，为下一次测量作好准备。当时基信号又产生下降沿时，则上述过程重复。
2．微分、整形电路
电路如图4－3所示。
图4－3& 微分、整形电路
CC4013（b）的Q2 端所产生的上升沿经微分电路后，送到由与非门CC4011组成的斯密特整形电路的输入端，在其输出端可得到一个边沿十分陡峭且具有一定脉冲宽度的负脉冲，然后再送至下一级延时电路。
3．延时电路
延时电路由D触发器CC4013（c）、积分电路（由电位器RW1和电容器C2 组成）、非门（3）以及单稳态电路所组成，如图4－4所示。由于CC4013（c）的D3端接VDD ，因此，在P2 点所产生的上升沿作用下，CC4013（c）翻转，翻转后＝0，由于开机置“0”时或门（1）（见图4－5）输出的正脉冲将CC4013（c）的 Q3
端置“0”，因此＝1，经二极管2AP9迅速给电容C2充电，使C2 二端的电压达“1”电平，而此时＝0，电容器C2 经电位器RW1 缓慢放电。当电容器 C2 上的电压放电降至非门（3）的阈值电平VT 时，非门（3）的输出端立即产生一个上升沿，触发下一级单稳态电路。此时，P3
点输出一个正脉冲，该脉冲宽度主要取决于时间常数Rt Ct 的值，延时时间为上一级电路的延时时间及这一级延时时间之和。
由实验求得，如果电位器RW1用510Ω的电阻代替，C2 取3μf，则总的延迟时间也就是显示器所显示的时间为3s左右。如果电位器RW1用2MΩ的电阻取代，C2 取22μf，则显示时间可达10s左右。可见，调节电位器RW1可以改变显示时间。
图4－4& 延时电路
4．自动清零电路
P3 点产生的正脉冲送到图4－5所示的或门组成的自动清零电路，将各计数器及所有的触发器置零。在复位脉冲的作用下，Q3＝0，＝1，于是端的高电平经二极管2AP9再次对电容C2电，补上刚才放掉的电荷，使C2两端的电压恢复为高电平，又因为CC4013(b)复位后使 Q2 再次变为高电平，所以与非门1又被开启，电路重复上述变化过程。
图4－5& 自动清零电路
三、实验仪器和设备
1．网络型电子学综合实验装置（或数字电子实验箱）&&&&&
2．数字万用表&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
3．导线&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
&&&&&&&若干
四、预习要求
复习数字电路中控制、微分、整形、延时、自动清零等单元电路的知识。
五、实验内容及步骤
使用中、小规模集成电路设计与制作一台简易的数字频率计。应具有下述功能：
计4位十进制数
计数位数主要取决于被测信号频率的高低，如果被测信号频率较高，精度又较高，可相应增加显示位数。
第一档：最小量程档，最大读数是9.999KHz，闸门信号的采样时间为1s。
第二档：最大读数为99.99KHz，闸门信号的采样时间为0.1s。
第三档：最大读数为999.9KHz，闸门信号的采样时间为10ms。
第四档：最大读数为9999KHz，闸门信号的采样时间为1ms。
3、显示方式
(1)用七段LED数码管显示读数，做到显示稳定、不跳变。
(2)小数点的位置跟随量程的变更而自动移位。
(3)为了便于读数，要求数据显示的时间在0.5s～5s内连续可调。
4、具有“自检”功能。
5、被测信号为方波信号。
6、画出设计的数字频率计的电路总图。
7、组装和调试
(1)时基信号通常使用石英晶体振荡器输出的标准频率信号经分频电路获得。为了实验调试方便，可用实验设备上脉冲信号源输出的1KHz方波信号经3次10分频获得。
(2)按设计的数字频率计逻辑图在实验装置上布线。
(3)用1KHz方波信号送入分频器的CP端，用数字频率计检查各分频级的工作是否正常。用周期为1s的信号作控制电路的时基信号输入，用周期等于1ms的信号作被测信号，用示波器观察和记录控制电路输入、输出波形，检查控制电路所产生的各控制信号能否按正确的时序要求控制各个子系统。用周期为1s的信号送入各计数器的CP端，用发光二极管指示检查各计数器的工作是否正常。用周期为1s的信号作延时、整形单元电路的输入，用两只发光二极管作指示，检查延时、整形单元电路的输入，用两只发光二极管作指示，检查延时、整形单元电路的工作是否正常。若各个子系统的工作都正常了，再将各子系统连起来统调。
8、调试合格后，写出综合实验报告。
1、若测量的频率范围低于1MHz，分辩率为1Hz，建议采用如图19－6所示的电路，只要选择参数正确，连线无误，通电后即能正常工作，无需调试。有关它的工作原理留给同学们自行研究分析。
2、CC4553三位十进制计数器引脚排列及功能
Q0～Q3 ＝0
六、实验报告要求
1．分析数字频率计各部分功能及工作原理。
2．总结数字系统的设计、调试方法。
3．分析实验中出现的故障及解决办法。
& 交通灯控制器
一、实验目的
1、学习EWB仿真软件的应用。
2、掌握用EWB仿真软件设计和调试交通灯控制器的方法。
二、实验原理
交通信号灯自动定时控制器用中小规模数字集成电路实现非常方便，而且便于在EWB内进行仿真实验。利用计算机和EWB仿真软件将使系统的分析过程大大简化，而且更加直观。
设系统工作的十字路口由主、支两条干道构成，4路口均设红、黄、绿三色信号灯和用于计时的2位由数码管显示的十进制计数器，其示意图如图5—1所示。
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图5-1 十字路口交通信号灯控制示意图
根据交通规则，交通信号灯自动定时控制器所需实现的功能如下：
(1)主、支干道交替通行，通行时间均可在0 ~ 99 s内任意设定。
(2)每次绿灯换红灯前，黄灯先亮较短时间(也可在0 ~ 99 s内任意设定)，用以等待十字路口内滞留车辆通过。
(3)主支干道通行时间和黄灯亮的时间均可由同一计数器按减计数方式计数(零状态瞬间进行状态的转换，视为无效态)。
(4)在减计数器回零瞬间完成十字路口通行状态的转换(换灯)。
(5)计数器的状态由EWB显示器件库中的带译码器七段数码管显示，红、黄、绿三色信号灯由EWB显示器件库中的指示灯模拟。
1．系统工作流程图
设主干道通行时间为N1，支干道通行时间为N2，主、支干道黄灯亮的时间均为N3，通常设置为N1&N2&N3。系统工作流程图如图5-2所示。
图5-2 系统工作流程
2．系统硬件框图
硬件结构框图如图5－3所示。
图5－3& 硬件结构框图
3．系统单元电路
(1) 状态控制器
由流程图可见，系统有4种不同的工作状态，选用4位二进制递增计数器74163作为状态控制器，取低两位输出作状态控制器的输出，状态编码分别为00、01、10、11。
74163与74161一样，也是十六进制同步加法计数器，管脚排列也相同，所不同的是，它的清零端为同步清零方式，而74161为异步清零方式。74163功能表如表1所示。
(2) 状态译码器
以状态控制器输出作译码器的输入变量，根据4个不同通行状态实现对主、支干道三色信号灯的控制要求，6盏灯控函数真值表如表2所示。
由真值表得灯控函数逻辑表达式
根据灯控函数逻辑表达式，可画出状态译码器电路，将状态控制器、译码器以及模拟三色信号灯相连接，构成信号灯转换控制电路如图5－4所示。
图5－4& 信号灯转换控制电路图
(3) 递减计时系统
计数器选用集成电路74190较简便。74190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。74190功能表如表3所示。
选用两片74190时间控制可逆计数器，两片计数器之间采用异步级连方式，利用个位计数器的借位输出脉冲直接作为十进制计数器的计数脉冲，个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。选用两只带译码功能的七段显示数码管实现两位十进制数显示，电路如图5－5所示。
图5－5& 信号灯递减计数器电路图
构成2位十进制可预置数的递减计数器如图5－6所示。两片计数器之间采用异步级连方式，利用个位计数器的借位输出脉冲(RCO，)直接作为十位计数器的计数脉冲(CLK)，个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。选用两只带译码功能的七段显示数码管实现两位十进制数显示。Dl、C1、B1、A1和Do,、Co、Bo、Ao 是十位和个位计数器的8421码置数输入端。由74190功能表可知，该计数器在零状态时RCO，端输出低电平。将个位与十位计数器的RCO’端通过或门控制两片计数器的置数控制端LOAD’(低电平有效)，从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数的要求。通过8421码置数输入端，可以选择100以内的数值，实现0—100秒内自由选择的定时要求。
图5－6& 可预置数的递减计数器
(4) 递减计数器的分时置数控制
为使系统简化，用同一递减计数器分时显示主、支干道通行时间(即主、支干道绿灯亮的时间)和主支干道通行转换中黄灯亮的时间，必须解决好分时置数问题。选用3片74465 八路单向三态传输门(功能表如表4所示)实现的递减计数器分时置数控制电路如图5－7所示。
三片74465输入端分别以8421BCD码形式设定主、支干道通行时间和黄灯亮的时间，输出端分别按高、低位对应关系并联后按D7～D0由高位到低位排列后，接到递减计数器的置数输入端。
三片74465的选通控制端G2’分别命名为AG、Ag和AY，由主、支干道的绿灯和黄灯分别选通(低电平有效)，完成对递减计数器的预置数。三片74465任何时刻只能有一片选通，其他两片输出端均处于高阻态。
图5－7& 递减计数器的分时置数控制电路图
(5) 秒脉冲发生器
秒脉冲发生器可由555多谐振荡器构成，为简化电路，可直接选用秒脉冲信号源代替秒脉冲发生器。
4．系统电路
交通灯控制器系统电路如图5-8所示。
图5－8& 交通灯控制器系统电路图
三、实验仪器和设备
1．PC机&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
2．EWB仿真软件&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
四、预习要求
复习数字电路中数码管译码、计数器、555多谐振荡器等单元电路的知识。
五、实验内容及步骤
在一个具有主、支干道的十字路口，调试一个交通信号灯自动定时控制器系统。根据交通规则，系统所需实现的功能如下：
① 主、支干道交替通行，通行时间均可在0 ~ 99 s内任意设定。
每次绿灯换红灯前，黄灯先亮较短时间(也可在0 ~ 99 s内任意设定)，用以等待十字路口内滞留车辆通过。
主支干道通行时间和黄灯亮的时间均可由同一计数器按减计数方式计数(零状态瞬间进行状态的转换，视为无效态)。
在减计数器回零瞬间完成十字路口通行状态的转换(换灯)。
⑤ 计数器的状态由EWB显示器件库中的带译码器七段数码管显示，红、黄、绿三色信号灯由EWB显示器件库中的指示灯模拟。
1．系统单元电路组装调试测试
(1) 状态控制和状态译码器单元电路组装调试
按图5－4组装调试状态控制和状态译码器单元电路，完成功能要求。
(2) 递减计时系统单元电路组装调试
按图5－6组装调试可预置数的递减计数器单元电路，完成功能要求。
(3) 递减计数器的分时置数控制组装调试
按图5－7组装调试递减计数器的分时置数控制单元电路，完成功能要求。
(4) 秒脉冲发生器组装调试
用555多谐振荡器完成秒脉冲发生器单元电路的组装调试，完成功能要求。
2．系统组装与调试
在EWB主界面内，用粘贴的方法将上述4部分单元电路置于同一界面内，再按照各自对应关系相互连接和调试。
在系统安装调试中，首先将各单元电路调试正常，然后再进行各单元电路之间的连接，要特别注意电路之间的高、低电平配合。若系统组装完毕，“通电测试”工作不正常，仍可将各单元电路拆开，引人秒脉冲单独调试。&
很明显采用了EWB仿真调试方法，使系统电路大大简化并且实验结果直观。
3．绘制完整的系统电路原理图
用EWB仿真软件绘制完整的交通灯控制器系统仿真电路图并打印。
六、实验报告要求
1．分析交通灯控制器装置各部分功能及工作原理。
2．绘制打印完整的交通灯控制器系统仿真电路图。
3．分析实验中出现的故障及解决办法。}