三人多数表决电路

59实验十九三人多数表决电路的设计一、设计目的1、掌握用门电路设计组合逻辑电路的方法。2、掌握用中规模集成组合逻辑芯片设计组合逻辑电路的方法。3、要求同学们能够根据给定的题目，用几种方法设计电路。二、设计要求1、用三种方法设计三人多数表决电路。2、分析各种方法的优点和缺点。3、思考四人多数表决电路的设计方法。要求用三种方法设计一个三人多数表决电路。要求自拟实验步骤，用所给芯片实现电路。三、参考电路设按键同意灯亮为输入高电平（逻辑为1），否则，不按键同意为输入低电平（逻辑为0）。输出逻辑为1表示赞成；输出逻辑为0表示表示反对。根据题意和以上设定，列逻辑状态表如表19-1。表19-1ABCF00000010010001111000101111011111由逻辑状态表可知，能使输出逻辑为1的只有四项：第4、6、7、8项。故，表决器的辑逻表达式应是：从化简后的逻辑表达式可知，前一项括号中表达的是一个异或门关系。因此，作逻辑图如下。60经常用来设计组合逻辑电路的MSI芯片主要是：译码器和数据选择器。设计步骤前几步同上，写出的逻辑函数表达式可以不化简，直接用最小项之和的形式，然后根据题目要求选择合适的器件，并且画出原理图实现。四、实验设备与器件本实验的设备和器件如下：实验设备：数字逻辑实验箱，逻辑笔，万用表及工具；实验器件：74LS00、74LS20、74LS138、74LS153等。五、实验报告要求1、写出具体设计步骤，画出实验线路。2、根据实验结果分析各种设计方法的优点及使用场合。图19—1三人表决电路61实验二十序列脉冲检测器的设计一、设计目的1、学习时序逻辑电路的设计与调试方法。2、了解序列脉冲发生器和序列脉冲检测器的功能区别及设计方法。二、设计要求及技术指标1、设计一个序列脉冲检测器，当连续输入信号110时，该电路输出为1，否则输出为0。2、确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较。自拟设计步骤，写出设计过程，选择合适的芯片，完成画出电路图。3、组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。注意：还需设计一个序列脉冲产生器，作为序列脉冲检测器的输入信号。4、用示波器观察实验中各点电路波形，并与理论值相比较，分析实验结论。三、设计说明与提示图20-1串行输入序列脉冲检测器原理框图。它的功能是：对输入信号X逐位进行检测，若输入序列中出现“110”，当最后的“0”在输入端出现时，输出Z为“1”；若随后的输出信号序列仍为“110”，则输出端Z仍为“1”。其他情况下，输出端Z为“0”。其输入输出关系如下：时钟CP12345678输入X01101110输出Z00010001调试要点：1、分块调试，即先调试出序列脉冲产生器的电路，再调试序列脉冲检测器的电路。2、序列脉冲产生器和序列脉冲检测器应保证同步。脉冲发生器电路的形式很多，为使电路简单化，可以用十进制计数器的最高位作为输出。四、实验设备与器件本实验的设备和器件如下：实验设备：数字逻辑实验箱、双踪示波器、逻辑笔，万用表及工具；实验器件：74LS00、74LS112、74LS290、555定时器和电阻电容若干。四、设计报告要求1、画出总体原理图及总电路框图。2、单元电路分析。3、测试结果及调试过程中所遇到的故障分析。CPZ序列检测器XQDQCQBQA十进制计数CPCP图20-1串行输入序列脉冲检测器原理框图62实验十一多路智力抢答装置一、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、熟悉多路智力抢答装置的工作原理。3、了解简单数字系统实验、调试及故障排除方法。二、实验原理图11-1为供四人用的智力抢答装置线路，用以判断抢答优先权。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、实验设备与器件1、+5V直流电源；2、逻辑电平开关；3、逻辑电平显示器；4、双踪示波器；5、数字频率计；6、直流数字电压表；7、74LS175、74LS20、74LS74和74LS00。四、实验内容与步骤图11-1智力抢答装置原理图631、测试各触发器及各逻辑门的逻辑功能。2、图11-1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。4、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。五、实验预习要求若在图11-1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。六、实验报告1、分析智力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。64实验十二数字电子秒表一、实验目的1、学习数字电路中JK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、学习电子秒表的调试方法。二、实验原理图12-1为电子秒表的电原理图。按功能分成三个单元电路进行分析。1、控制电路图12-1中单元Ⅰ为用集成JK触发器组成的控制电路为三进制计数器，图12-2为三进制计数器的状态转换图。其中00状态为电子秒表保持状态,01状态为电子秒表清零状态,10状态为电子秒表计数状态。JK触发器在电子秒表中的职能是为计数器提供清零信号和计数信号。注意：调试的时候先对JK触发器清零。2、时钟发生器图12-1中单元Ⅱ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JK触发器Q2＝1时，门5开图12-1电子秒表原理图65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12-1中单元Ⅲ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Q3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74LS9074LS90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12-3为74LS90引脚排列，表12-1为功能表。表12-1输入输出功能清0置9时钟Q3Q2Q1Q0R0(1)、R0(2)S9(1)、S9(2)CP1CP2110××0××0000清00××011××1001置90××00××0↓1Q0输出二进制计数1↓Q3Q2Q1输出五进制计数↓QAQ3Q2Q1Q0输出8421BCD码十进制计数QD↓Q0Q3Q2Q1输出5421BCD码十进制计数11不变保持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，Q0作为输出端，为二进制计数器。00011011图12-2JK触发器组成的三进制状态转换图图12-374LS90引脚排列66(2)计数脉冲从CP2输入，Q3Q2Q1作为输出端，为异步五进制加法计数器。(3)若将CP2和Q0相连，计数脉冲由CP1输入，Q3、Q2、Q1、Q0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Q3相连，计数脉冲由CP2输入，Q0、Q3、Q2、Q1作为输出端，则构成异步二五混合进制计数器。(5)清零、置9功能。1）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Q3Q2Q1Q0＝0000。2）置9功能当S9(1)、S9(2)均为“1”；R0(1)、R0(2)中有“0”时，实现置9功能，即Q3Q2Q1Q0＝1001。三、实验设备1、＋5V直流电源；2、双踪示波器；3、直流数字电压表；4、数字频率计；5、单次脉冲源；6、连续脉冲源；7、逻辑电平开关；8、逻辑电平显示器；9、译码显示器；10、74LS00×2、555×1、74LS90×3和74LS112、电位器、电阻和电容若干。四、实验内容与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、控制电路（JK触发器）的测试测试方法为:加三个单脉冲,看是否完成类似图12-2的三个有效状态的一次循环。2、时钟发生器的测试测试方法参考实验十五，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50Hz3、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”，Q3～Q0接实验设备上译码显示输入端D、C、B、A,按表12-1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。4、电子秒表的整体测试67各单元电路测试正常后，按图12-1把几个单元电路连接起来，进行电子秒表的总体测试。加三个单脉冲,观察是否工作在三个有效循环状态（清零、计数、停止）。注意：三个有效循环状态的顺序不能错。5、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。五、预习报告1、复习数字电路中JK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。六、实验报告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。