L
L3（A=B）
0
0
0
1
AB
1
0
1
1
图1数据选择器
3、设计一个数据选择器，逻辑框图如图1所示，D1，D2，D3为数据输入端，A，B为数据选择控制端。
当B=0A=0不选通（或禁止即L=0）；B=0A=1选通D1；
B=1A=0选通D2；B=1A=1选通D3。
四．设计提示
数字电路按逻辑功能的特点分为两大类，一类叫组合逻辑电路（简称组合电路），另一类叫时序逻辑电路（简称时序电路）。
组合电路由基本门电路组成，其特点是任一时刻的输出信号仅取决于同一时刻的输入信号。
而时序电路则由基本门电路加反馈网络组成，其特点是任一时刻的输出信号不仅取决于当时的输入信号，而且与电路原来的状态有关。
组合电路的设计是根据己知工作条件和所要求的逻辑功能，设计出最简逻辑电路图，其步骤可用图2来描述。
图2组合逻辑电路设计步骤示意框图
逻辑表达式化简是组合电路设计的关键，它关系到电路结构是否最佳，使用门的数量及种类是否最少，由于逻辑表达式不是唯一的，还需从实际出发，结合手边已有的集成门电路种类，将简化的表达式进行改写，使得逻辑功能最易实现。
设计举例：
【例1】设计一个半加器，并根据所设计的电路进行仿真实验，检查是否符合设计要求。
1、列出电路的真值表。
如表2
表2
⑵、根据真值表写逻辑表达式并简化
Si=Ai
+
Bi
Ci=Ai·Bi
⑶、根据逻辑表达式画出逻辑图。
如图3
⑷、拟定实验电路的接线图。
如图4
⑸、根据所设计的电路进行仿真实验，并将实验结果记录于表3中，检查是否符合设计要求。
表3
五、实验报告要求
1、列出各设计电路的真值表。
2、根据真值表写逻辑表达式并简化。
3、根据逻辑表达式画出逻辑图。
4、拟定实验电路的逻辑图和接线图。
5、根据所设计的电路进行仿真实验，检查是否符合设计要求。
六、总结思考与总结
总结组合逻辑电路的设计方法。
实验三集成触发器
本实验内容1、2验证性实验，实验内容3、4、5为设计性实验。
一、实验目的
1、熟悉JK和D触发器两种类型集成触发器的功能及使用方法。
2、熟悉触发器的应用。
二、预习要求
1、熟悉JK和D触发器的逻辑功能以及使用方法。
2、按设计要求，画出实验内容的逻辑图。
3、用EWB仿真所设计的逻辑图。
三、实验内容
1、JK触发器（74LS112）的功能测试：
JK触发器74LSll2的引脚排列及符号如图1所示。
（1）在通用电学实验台上将JK触发器74LS112的
和
端按照表1要求改变，观察和记录Q与
的状态。
回答下列问题：
A：
触发器在实现正常功能时，
和
应处于什么状态？
B：
欲使触发器状态Q=O，对直接置位、复位端应如何操作?
表1
Q
1
1
1
1→O
1
0→1
1→0
1
0→1
1
1→0
1→0
0→1
0→1
（2）按表2要求，测试记录触发器的逻辑功能（表中CP由单脉冲源供给）。
表2JK触发器的逻辑功能
JKCP
Qn+1
Qn=0Qn=1
01× × ×
10× × ×
1100↓
1101↓
1110↓
1111↓
（3）触发器处于计数状态（J=K=1），CP端输入f=100KHz的方波用示波器观察、记录CP、Q和
的工作波形。
根据波形回答下述问题：
A：
Q状态更新发生在CP的哪个边沿?
B：
Q与CP两信号的周期有何关系?
C：
Q与
的关系如何?
2、D触发器74LS74的功能测试：
双D触发器74LS74的引脚排列及符号如图2所示。
（1）按表3要求测试并记录D触发器74LS74的逻辑功能。
表3
（2）使触发器处于计数状态（Q与
）相连，CP端输入f=100KHz的方波，记录CP、Q和
的工作波形。
设计一个4人智力竞赛抢答电路
具体要求：
每个抢答人操纵一个微动开关，以控制自己的一个指示灯，抢先按动开关者能使自己的指示灯亮起，并封锁其余3人的动作（即其余3人即使再按动开关也不再起作用），主持人可在最后按“主持人”微动开关使指示灯熄灭，并解除封锁。
所用的触发器可选JK触发器74LS112，或D触发器74LS74；也可采用“与非”门构成基本触发器。
四、设计提示
1、触发器有三种输入端。
第一种是直接置位、复位端，用
和
表示，在
=0（或
=O）时，触发器将不受其它输入端所处状态影响，使触发器直接置1（或置O）；第二种是时钟脉冲输入端，用来控制触发器发生状态更新，用CP表示，若CP上升沿有效，则逻辑符号无小圈，若CP下降沿有效，则逻辑符号有小圈；第三种是数据输入端，它是触发器状态更新的依据。
2、D触发器最常见的触发方式是上升沿触发，其中74LS74便是，即触发器状态的更新发生在时钟脉冲的上升沿，可以有效地克服“空翻”现象。
D触发器的特征方程为：
Qn+1=D。
3、JK触发器也有边沿触发的，其中74LS112便是，即触发器状态的更新发生在时钟脉冲的下降沿。
4、实现智力竞赛抢答器设计的方法很多，这里仅举一例供参考，如图3所示。
5、D和JK触发器是两种应用最广泛的器件。
D触发器除用来组成计数器、锁存器、移位寄存器等时序电路外，还可用来实现某些特定功能：
产生同步单脉冲产生电路、分频电路。
JK触发器也应用较多，它具有很强的抗干扰能力，并且功能更强，使用更灵活。
除了用来组成计算器、移位寄存器等时序电路外，还可用来实现某些特定功能：
“1”检出电路、八度音产生电路。
五、实验仪器与器材
1、JD-2000通用电学实验台一台
2、CA8120A示波器一台
3、DT930FD数字多用表一块
4、主要器材：
74LS1122片、74LS041片、74LS201片、74LS742片、逻辑开关盒1个等。
六、实验报告要求
1、测试电路，记录数据，并对实验结果进行分析。
2、设计任务要有设计过程和设计逻辑图。
3、写出所设计的智力竞赛抢答器电路的工作原理及工作过程。
4、分析讨论实验中发生的现象和问题。
5、总结本次实验体会。
七、实验思考与总结
总结用触发器设计智力竞赛抢答器的方法。
实验四计数器的设计
（一）
一、实验目的
1、掌握计数器的设计方法。
2、熟悉计数器的工作原理。
二、预习提示
1、复习计数器的设计方法。
2、熟悉74LS112，74LS74的引脚图。
3、将所设计的逻辑图用EWB仿真，验证其正确性。
三、设计要求
1、用双JK触发器74LS112设计一个四进制的同步加法计数器。
2、用双JK触发器74LS112设计一个四位同步二进制加法计数器。
3、用D触发器74LS74设计一个四位异步二进制加法计数器。
四、设计提示
1、知识要点提示：
计数器是一种重要的时序电路，其类型很多，它可以进行加法计数器，也可以进行减法计数。
设计时序逻辑电路的设计原则是：
当选用小规模集成电路时，所用的触发器和逻辑门电路的数目应最少，而且触发器和逻辑门电路的输入端数目也应最少，所设计出的逻辑门电路应力求最简，其步骤可用下图表示：
二进制计数器的模值为2N，其中N代表位数。
2、设计举例：
如果发现电路不能自启动，而设计又要求电路能自启动，就必须回过头来重新修改设计了。
那么能否在前边的设计过程中就注意到电路能否自启动，并且在发现不能自启动时采取措施加以解决呢?
事实上这是可以做到的，下面通过一个例子来说明。
【例1】设计一个七进制计数器，要求它能够自启动。
已知该计数器的状态转换图及状态编码如图2所示。
解：
从图2的状态转换图画出所要设计电路的次态（Q1n+1Q2n+2Q3n+3）的卡诺图，如图3所示。
图中这七个状态以外的000状态为无效状态。
为清楚起见，将图3中的卡诺图分解为图4中的三个卡诺图，分别表示Q1n+1、Q2n+2、Q3n+3。
如果单纯地从追求化简结果最简单出发化简状态方程，则可得到：
在以上合并1的过程中，如果把表示任意项的×包括在圈内，则等于把×取作1了；如果把×画在圈外，则等于把×取为O。
这无形中已经为无效状态指定了次态。
如果这个指定的次态属于有效循环中的状态，那么电路是能自启动的。
反之，如果它也是无效状态，则电路将不能自启动。
在后一种情况下，就需要修改状态方程的化简方式，将无效状态的次态改为某个有效状态。
由图4可见，化简时将所有的×全都划在圈外了，也就是化简时把它们全取作0了。
这也就意味着把图3中000状态的次态仍旧定成了000。
这样，电路一旦进入000状态以后，就不可能在时钟信号作用下脱离这个无效状态而进入有效循环，所以电路不能自启动。
为使电路能够自启动，应将图3中的×××取为一个有效状态，例如取为010。
这时Q2n+1的卡诺图被修改为图5形式，化简后得到
Q2n+1=
+
•Q3
故式
（1）的状态方程修改为：
（2）
若选用JK触发器组成这个电路，则应将上式化成JK触发器的标准形式，于是得到：
（3）
由上式可知各触发器的驱动方程应为：
（4）
计数器的输出进位信号C由电路的011状态译出，故输出方程为：
C=
Q2Q3（5）
图5是依照式（4）和式（5）画出的逻辑图，它一定能够自启动，已无须再进行检验。
它的状态转换图示于图6中。
图5例1的逻辑图
图6图5的状态转换图
如果化简状态方程时把000状态的次态指定为010以外6个有效状态中的任何一个，所得到的电路也应能自启动。
究竟取哪个有效状态为000的次态为宜，应视得到的状态方程是否最简单而定。
在无效状态不止一个的情况下，为保证电路能够自启动，必须使每个无效状态都能直接的或间接地（即经过其他的无效状态以后）转为某一有效状态。
【例2】用双JK触发器74LS112设计一个四进制的同步加法计数器。
解：
按照计数器的设计步骤：
1、确定最简原始状态图：
S0S1S2S3
图7原始状态转换图
2、确定FF（触发器）级数，并进行状态编码：
∵N>=㏒24∴N取2
状态
编码
S0
00
S1
01
S2
10
S3
11
故编码为：
表1状态编码表
3、画出状态卡诺图，并写出状态方程和输出方程：
表2状态卡诺图
Q1n
Q2n
0
1
0
01
10
1
11
00
∴Q2n+1=Q2n
+
Q1n
Q1n+1=
C=Q1nQ0n
4、选择JK-FF，特性方程为：
Qn+1=J
+
Qn
比较可得：
J2=Q1n，K2=Q1n,J1=K1=1
5、逻辑图：
6、按图接线并进行电路测试，得出结论如表3所示。
表3实验结论
输入脉冲数
Q1n
Q0n
C
0
0
0
0
1
0
1
0
2
1
0
0
3
1
1
1
4
0
0
0
实验五多谐振荡器与单稳态触发器的设计
本实验为设计性实验。
一、实验目的
1、熟悉多谐振荡器的工作原理。
2、熟悉单稳态触发器的工作原理。
3、熟悉555的内部结构以及工作原理。
二、设计任务
1、用555设计多谐振荡器，要求振荡频率为500Hz,占空比为2/3；
2、用555设计单稳态触发器，要求振荡周期为0.1ms；
3、用555设计“警铃电路”。
三、设计方案
（一）555设计的多谐振荡器：
1、画出所设计的电路图；
2、确定R1、R2、C的值；
3、按所设计的电路接线，测试，并记录输出的电压波形；
4、在电路中，改变R1、R2、C的值，观察振荡周期的变化，并测出振荡周期，记入下表。
表1
R1
R2
C
T
1KΩ
13KΩ
0.1μF
20KΩ
4KΩ
0.1μF
（二）555设计的单稳态触发器：
1、画出所设计的电路图；
2、确定R、C（C取0.01μF、0.1μF或1μF）的值；
3、按所设计的电路接线，用示波器观察输出端的波形，并测出输出脉冲的宽度Tw；
4、若想使Tw=10μs怎样调整电路？
测出此时各有关的参数值。
（三）用两个555构成低频对高频调制的“救护车警铃电路”。
1、画出所设计的电路图；
2、按图接线，注意扬声器先不接；
3、用示波器观察输出波形并记录；
4、接上扬声器，调整参数到声响效果满意。
四、设计提示
1、利用闭合回路中的正反馈作用可以产生自激振荡，利用闭合回路中的延迟负反馈作用同样也能产生自激振荡，只要负反馈信号足够强。
2、由于门电路的传输延迟时间极短，TTL电路自有几十纳秒，所以想获得稍低一些的振荡频率是很困难的，而且频率不易调节。
3、在电路中接入RC电路可以有助于获得较低的振荡频率，而且通过改变R、C的数值可以很容易实现对振荡频率的调节。
4、单稳态触发器有稳态和暂稳态两个不同的工作状态。
5、在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，在自动返回稳态。
6、暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。
7、单稳态触发器的暂稳态通常是靠RC电路的充、放电过程来维持的。
根据RC电路的不同接法，把单稳态触发器分为微分型和积分型两种。
8、NE555定时器是一种电路结构简单、使用方便灵活、用途广泛的多功能电路。
9、多谐振荡器的周期只由R1、R2、C决定，占空比：
q=（R1+R2）/（R1+2R2）
10、设计举例：
【例1】：
用555定时器构成施密特触发器
将555定时器的vI1和vI2两个输入端连在一起作为信号输入端，如图1所示，即可得到施密特触发器。
由于比较器C1和C2的参考电压不同，因而基本RS触发器的置0信号（vc1=0）和置1信号（vc2=0）必然发生在输入信号vI的不同电平。
因此，输出电压vO由高电平变为低电平和由低电平变为高电平
所对应的vI值也不相同，这样就形成了施密特触发特性。
为提高比较器参考电压VR1和VR2的稳定性，通常在VCO端接有0．01μF左右的滤波电容。
图1用555定时器构成的施密特触发器
首先我们来分析vI从0逐渐升高的过程：
当vI<1/3Vcc时，vC1=1、vC2=0，Q=l，故vO=VOH；
当1/3Vcc当vI>2/3Vcc以后，vC1=0，vC2=1，Q=0，故vO=VOL。
因此，VT+=2/3VCC。
其次，再看vI从高于2/3VCC开始下降的过程：
当1/3VCC〈2/3VCC时，vC1=vC2=1，故vO=VOL不变；
当vI〈1/3VCC以后，vC1=1，vC2=0，Q=l，故vO=VOH。
因此，VT-=1/3VCC。
由此得到电路的回差电压为：
ΔVT=VT+-VT-=1/3VCC
图2图1电路的电压传输特性
图2是图1电路的电压传输特性，它是一个典型的反相输出施密特触发特性。
如果参考电压由外接的电压VCO供给，则不难看出这时VT+=VCO，VT-=1/2VCO，ΔVT=1/2VCO。
通过改变VCO值可以调节回差电压的大小。
【例2】：
用两个555构成低频对高频调制的“救护车警铃电路”。
参考电路为：
图3555组成的警铃电路
555定时器的电源电压范围较宽,可在+3--+18v范围内使用,电路的输出有缓冲器,因而有较强的带负载能力,双极性定时器最大的灌电流和拉电流都在200mA左右,因而可直接推动TTL或CMOS电路中的各种电路,包括能直接推动蜂鸣器等器件。
五、实验报告要求
1、测试电路，记录数据，并对实验结果进行分析。
2、设计任务要有设计过程。
3、分析讨论实验中发生的现象和问题。
4、总结本次实验体会。
六、实验思考与总结
1、思考题
a）据观察到的波形和测量结果，分析多谐振荡器输出波形的周期由什么决定？
b）单稳态触发器输出脉冲的宽度又有什么决定？
c）用NE555如何构成施密特触发器？
2、提出自己的设计观点。
用到的知识点总结。
实验六交通灯控制电路
一、实验目的
1、巩固数字逻辑电路的理论知识。
2、学习将数字逻辑电路灵活运用于实际生活。
二、预习要求
1、复习数字系统设计基础。
2、复习多路数据选择器、计数器的工作原理。
3、根据交通灯控制系统框图，画出完整的电路图。
三、设计任务与要求
1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求甲车道和乙车道两条交叉道路上的车辆交替运行，每次通行时间都设为25秒。
2、要求黄灯先亮5秒钟，才能变换运行车道；
3、黄灯亮时，要求每秒钟闪亮一次。
四、设计提示
在城镇街道的十字交叉路口，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮表示该条道路允许通行。
交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。
1、分析系统的逻辑功能，画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图1所示。
它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。
秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信
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