《数字电子技术》教案 课题名称 模块三 32时序逻辑电路的分析 授课Word文档下载推荐.docx

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教学内容

备注

分析时序逻辑电路，就是分析给定电路的逻辑功能，即电路的状态和输出的状态在输入变量和时钟信号的作用下的变化规律。

组合逻辑电路+存储电路

时钟方程；

输出方程；

驱动方程；

状态方程；

状态表；

状态图和时序图。

（1）写方程

时钟方程；

（2）求状态方程

（3）状态表、状态图和时序图

（4）描述功能

【例1】时序电路如图所示，试分析其逻辑功能。

（图见教材）

解：

（1）分析逻辑图，写方程

时钟方程：

输出方程：

驱动方程：

将驱动方程带入触发器的特性方程中即可写出状态方程。

状态方程：

（4）描述功能

该电路是可以自启动的三进制计数器。

组合逻辑电路和时序逻辑电路分析方法比较。

模块四数字逻辑电路的设计4.1组合逻辑电路的设计方法

1.了解本模块教学要求

2.掌握组合逻辑电路的设计方法

组合逻辑电路的设计方法

无

【复习引入】

4.1组合逻辑电路的设计方法

4.1.1组合逻辑电路设计方法

1.组合逻辑电路的设计：

已知逻辑问题，画出逻辑图

2.设计步骤

4.1.2组合逻辑电路设计类型

1.单端输出组合逻辑电路的设计

【例1】设计A具有否决权的三人多数表决电路

（先一起讨论真值表；

学生各自完成逻辑图。

找出典型电路画在黑板上，讨论优劣及工程实际意义。

）

2.多端输出组合逻辑电路的设计

【例2】试设计“密码锁控制电路”

（要求电路最简）

讲授法、讨论研究式、问题教学法、实例教学法

作业：

P49-习题20；

预习P122

讲稿

模块四数字逻辑电路的设计

主要内容：

本模块介绍组合逻辑电路的设计方法和时序逻辑电路的设计方法。

。

教学基本要求：

（1）熟练掌握小规模组合逻辑电路的设计方法。

（2）了解时序逻辑电路的设计方法。

重点：

1.组合逻辑电路的设计

组合逻辑电路设计的主要任务是根据给定的逻辑问题，画出能实现该逻辑功能的逻辑图。

可分为小规模集成电路设计和中规模集成电路设计，这里介绍用小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法。

①依据命题，设定变量，状态赋值。

②列写真值表。

③写出逻辑表达式并化简（或转换）。

④画逻辑电路图。

下面举例说明组合逻辑电路的设计方法。

组合逻辑电路的设计可分为小规模组合逻辑电路的设计和中规模组合逻辑电路的设计。

这里，我们只介绍前者。

小规模组合逻辑电路可分为单端输出和多端输出。

【例1】试设计A具有否决权的三人多数表决电路。

有A、B、C三人参与表决，A具有一票否决的权利，只有包含A在内的二人或三人同意时，提案可以通过；

否则不与通过。

设A、B、C三个变量，其中A具有否决权，输出为Y；

变量A、B、C，同意视为“1”，否则为“0”；

提案通过时输出Y为“1”，否则为“0”。

②列写真值表（如下）。

③写出逻辑函数的最小项之和形式。

④化简，即最简与或式。

⑤画逻辑电路图。

（让学生画出来）

⑥用与非门实现：

首先将与或式转换成与非-与非式，然后画逻辑图。

注：

与实践结合说明转换的意义

【例2】设L、M、N为某密码锁的3个按键，当L单独按下时，所既不打开也部报警；

只有当L、M、N或L、M或L、N同时按下时，锁打开，部报警；

否则锁不打开并报警。

试用与非门设计此逻辑电路。

分析：

（1）依据命题，设定变量，状态赋值。

设变量A（L）、B（M）、C（N），按下为1，否则为0。

两个输出函数，开锁信号F,开为1，否则为0；

报警信号G，报警为1，不报警为0。

（2）列写真值表：

（3）化简并转换成与非-与非式：

（4）逻辑图：

上右图

先一起讨论真值表；

讨论两种电路的最简程度；

所用芯片的的情况。

逻辑图的布局

模块四数字逻辑电路的设计4.2同步时序逻辑电路的设计

了解时序逻辑电路的设计步骤

时序逻辑电路的设计与组合逻辑电路设计的异同点

组合逻辑电路的设计步骤

4.2同步时序逻辑电路的设计方法

时序逻辑电路的设计：

4.2.1同步时序逻辑电路设计方法

步骤：

4.2.2同步时序逻辑电路设计举例

【例1】设计一个同步五进制加法计数器。

说明：

1.用JK触发器和D触发器设计时区别之处）。

2.异步时序逻辑电路设计简介

讲授法、问题教学法、实例教学法

预习P54-59

模块五常用集成电路的应用5.1编码器5.2译码器

1.了解本模块教学基本要求及重点；

2.了解编码器；

3.掌握译码器及其应用；

译码器及其应用

芯片功能表的理解

本模块教学基本要求及重点

5.1编码器

5.1.1编码器及其分类

5.1.2优先编码器74LS148

1.逻辑符号

2.功能表

5.2译码器

5.2.1二进制译码器

1.74LS138逻辑符号

5.2.3显示译码器

5.2.4用74LS138实现组合逻辑函数

1.原理

2.举例

【例题】试用74LS138和与非门实现组合逻辑函数

用二进制译码器可以方便地实现单端输出或多段输出的组合逻辑函数。

P803-26；

预习：

实验内容

模块五常用集成电路的应用

本模块介绍各类中规模集成电路的功能及其应用。

（1）熟练掌握74LS138、74LS151、74LS161和74LS160等重点芯片的应用。

（2）理解74LS148、74LS248等芯片的功能表。

（1）用74LS138、74LS151、74LS153实现组合逻辑电路。

（2）用74LS161和74LS160构成任意进制计数器。

编码是将字母、数字、符号等信息编成一组二进制代码的过程。

实现编码操作的数字电路称为编码器。

编码器的输入为被编信号（m个），输出为二进制代码（n位），输入端与输出端的数目应满足m<

2n。

编码器有二进制编码器、二-十进制编码器；

普通编码器和优先编码器。

优先编码器是当多个输入端同时有信号时,电路只对其中优先级别最高的输入信号进行编码。

3位二进制编码器有8个输入端（优先级别不同）和3位二进制代码输出端，故常称为8线-3线优先编码器。

如74LS148和CC4532。

（1）74LS148逻辑功能示意图

（2）74LS148功能表：

（略）

译码器是将的二进制代码转换成特定输出信号的功能。

有二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器。

其输入为二进制代码。

将输入的n位二进制代码转换成2n个对应的输出信号的电路称为二进制译码器。

常见的有3线-8线译码器（74LS138）和4线-16线译码器（74LS159）

3.74LS148输出表达式：

（i=0,1,2,…,7）

将二进制代码表示的数字、文字、符号翻译成人们习惯的形式直观地显示出来的电路，称为显示译码器。

1.七段数码显示器。

显示器件的种类很多，在数字电路中最常见的显示器是半导体显示器（又称为发光二极管显示器LED）和液晶显示器（LCD）。

LED主要用于显示数字和字线，LCD可以显示数字、字母、文字和图形等。

数码管的外形结构如下：

数码管中的7个发光二极管有共阴极和共阳极两种接法,对于共阴极的显示器，某一段接高电平时发光；

对于共阳极的显示器，某一段接低电平时发光。

使用时每个二极管要串联一个约100Ω的限流电阻。

2.BCD七段数码显示译码器。

设输入信号为8421BCD码,也就是四位二进制数（A3、A2、A1、A0）,输出a～g是驱动7段数码管（共阴极）相应显示段的信号。

根据数码管的显示原理,可列出驱动共阴极数码管的7段显示译码器的真值表，最终可得到相应的逻辑图。

常用集成芯片是74LS248（74LS48）。

1.基本原理

二进制译码器是最小项译码器，可以提供代码输入端变量的所有最小项。

而组合逻辑函数是可以展开成最小项之和的形式，因此可以用二进制译码器实现组合逻辑函数。

2.基本步骤

1）将函数展开成最小项之和的形式

2）写出与非-与非式

3）对照比较找对应关系

4）画逻辑图

举例：

【例1】用3线-8线译码器74LS138和与非门实现逻辑函数：

【例2】用3线-8线译码器74LS138和与非门实现逻辑函数：

该芯片是实践性强，将在实训环节中给予强化，但不作为理论课的重点

模块五常用集成电路的应用实践三用译码器实现组合逻辑函数

数字电子实验室

①掌握译码器功能的测试方法。

②掌握用二进制译码器实现组合逻辑函数的方法。

③搭建显示译码电路并测试。

一、实验目的

二、实验设备与器件

电子课程设计实验箱，74LS20、74LS138、74LS248、数码管

三、实验内容

1、验证3线-8线译码器74LS138的功能

1）连接测试电路。

2）验证3线-8线译码器74LS138的功能。

2、用3线-8线译码器74LS138和门电路设计全加器

1）连接电路。

2）测试逻辑功能。

3、显示译码电路

指导教学法、讨论法、实例教学法

电子课程设计实验箱，芯片

实验报告；

P62-64

模块五常用集成电路的应用5.3数据选择器与数据分配器

1.理解数据选择器的原理；

2.掌握数据选择器及其应用；

3.了解数据分配器；

数据选择器及其应用

5.3数据选择器

5.3.1双4选1数据选择器

2.输出表达式

3.功能表

4.逻辑符号

5.3.28选1数据选择器

1.逻辑符号

2.功能表

3.输出表达式

5.3.3数据分配器简介

5.3.4用数据选择器实现组合逻辑函数

1.原理及步骤

2.举例

【例1】试用74LS151实现组合逻辑函数：

【例2】试用双4选174LS153实现组合逻辑函数：

比较异同点。

P803-27；

数据选择器能够根据地址选择码从多路数据输入中选择一路，送到输出端。

常见的有4选1、8选1、16选1等类型。

1路-4路数据分配器：

（1）真值表

（2）输出逻辑表达式功能表

（3）逻辑图

（1）基本原理

数据选择器的输出包含了地址端变量的所有最小项，因此可以实现组合逻辑函数。

（2）基本步骤

2）写出数据选择器的输出表达式

2.分析举例

用数据选择器实现组合逻辑函数有两种方式。

方式一：

变量数目等于地址选择码端数目

【例1】试用8选1数据选择器74LS151实现逻辑函数

方式二：

变量数目比地址选择码端数目多一

【例2】试用4选1数据选择器74LS151实现逻辑函数

模块五常用集成电路的应用实践四用数据选择器实现组合逻辑函数

①掌握数据选择器功能的测试方法。

②掌握用数据选择器实现组合逻辑函数的方法。

数据选择器功能的测试及应用电路搭建并测试。

电子课程设计实验箱，74LS04、74LS151、74LS153

1、测试8选1数据选择器74LS151的功能

2）验证功能。

2、用8选1数据选择器74LS151设计三变量多数表决电路。

3、测试双4选1数据选择器74LS153的功能

4、双4选1数据选择器74LS153应用电路

P64-67

模块五常用集成电路的应用5.4加法器

1.理解半加器、全加器、多位加法器；

2.理解全减器；

3.了解数値比较器；

全减器真值表的理解

5.4加法器

5.4.1半加器

1.定义

2.真值表

4.逻辑图

5.4.2全加器

4.逻辑图

1）用门电路实现

2）用译码器实现

5.4.3多位加法器

1.串行进位加法器

2.超前进位加法器

5.4.4数值比较器

1.1位数值比较器

2.4位数值比较器

P803-24；

P104

加法器能够实现两个二进制数求和的电路。

1.定义：

实现两个1位二进制数相加而不考虑低位进位的运算电路。

其中：

输出分别是本位和和向相邻高位发出的进位输出信号。

4.逻辑图：

如图

考虑低位进位时的两个1位二进制数相加的运算电路。

输出分别是本位和和向相邻高位发出的进位输出信号；

是相邻低位的进位输入。

3.输出表达式：

1）用门电路实现（如图）

输出函数的最小项表达式：

转化成与非-与非式：

找对应关系：

画逻辑图：

（运算速度慢）

2.超前进位加法器74LS238

数值比较器是实现对两个相同位数的二进制整数进行数值比较的电路。

（1）1位数值比较器：

（2）真值表：

（3）输出逻辑表达式：

（4）逻辑图：

（比较的方法：

从高位开始比较，当高位相等时才需比较次高位）

讲思路，留给同学。

模块五常用集成电路的应用5.5计数器

1.理解集成计数器的功能表；

2.掌握集成计数器的应用

用集成计数器构成任意进制计数器

功能表的理解

5.5计数器

概述：

计数器、计数器的容量、计数器的分类

5.5.1集成4位二进制同步加法计数器74LS161

5.5.2集成同步加法计数器74LS160

5.5.3集成计数器的应用——构成任意进制计数器

方法：

反馈清零法（复位法）

反馈置数法（置位法）

1.N<

M

2.N＞M

P1295-20；

计数器及其容量、计数器的分类（按计数进制、按计数增减、按是否同步、）按开关器件）

4位二进制同步加法计数器，共有16种状态，可以统计16个CP脉冲的个数。

可见，74LS161有异步清零、同步置数、保持和计数功能。

（74LS163与74LS161的功能只有一点不同，即74LS163是同步清零。

5.5.2集成同步加法计数器

74LS160是同步十进制加法计数器，每输入10个计数脉冲，计数器工作一个循环，并在输出端给出一个进位信号。

1.逻辑符号（同上）

2.功能表（同上）

74LS160具有异步清零、同步置数、计数功能、保持功能。

74LS162与74LS160的功能只有一点不同，即74LS162是同步清零。

【例1】分析状态转换图，判断是几进制计数器？

【例2】试用74LS161设计9进制计数器。

1.反馈清零法步骤：

1）写出状态码SN=S9=1001

2）写出反馈清零函数

3）画连线图

2.反馈置数法步骤：

1）写出状态码SN-1=S8=1000

2）写出反馈置数函数

【例3】用74LS161设计53进制计数器

解：

1.反馈清零法

（1）SN=S53=00110101

（2）

（3）连线图：

也可以采用反馈清零法。

在上图上改动。

模块五实践五计数器及其应用

①学习并掌握集成计数器功能的测试方法。

②掌握集成计数器应用电路的搭建与测试方法。

集成计数器及其应用。

同步置数与异步清零

电子课程设计实验箱，74LS161，74LS160，74LS20

1、测试74LS161的逻辑功能

2）测试功能并记录。

2、用74LS161实现十进制计数器

2）观察计数、译码、显示过程。

3）画出状态转换图。

3、用两片74LS161设计二十一进制计数器

2）观察计数过程。

4、用74LS160重复测试（有时间的同学）

准备综合实践考核