启停与时序电路实验预习报告

班 级:

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学 号: 预 习 报 告

2008级网络工程一班 ** **********

一、实验名称：启停与时序电路实验

二、实验目的： 通过该实验，加深自己对计算机“时标系统”相关知识的理解与把握，

深入了解计算机能够得以自动化工作的基础。同时，利于对于计算机及类似设备的“时标系统”的问题特殊性、解决问题的基本思路、可用方法与技术等有着系统的理解与把握。

实验内容：1、设计启停电路，实现手动停机和单指周期停机。

2、设计出实现如图3-6所示工作波形的时序电路。

与实验相关的知识结构：

（1）时序电路的有关知识 （2）触发器的有关知识

（3）各种相关电子元器件的引角。 （4）各类逻辑门电路的有关知识 （5）计数器的有关知识

（6）维持—阻塞电路的有关知识

三、实验电路的逻辑原理分析：（附维持—阻塞功能的启停线路）

M’ F6 A 维持线 YF4 YF5 YF3 阻塞线B

YF2 YF1 Q

M’ A! “ 单周期“·M4

具有维持—阻塞功能的启停线路

〈一〉、1. “停止”工作状态

当实验电路处于“停止”工作状态时，“维持阻塞电路”中的“启停触发器”处于“停机”状态，“维持阻塞电路”输出“清0”信号到“二进制计数器” ，使计数器清0，M1～M8 均为无效状态，所有显示灯均不亮。由于“维持阻塞电路”不输出M’到“二进制计数器” ，计数器不计数。

2. “单周期”工作状态

在实验电路处于“停止”工作状态时，若“单周期/连续”开关被拨到“单周期”位置，按 A1，电路即处于“单周期”工作状态。

当“维持阻塞电路”收到 A1 信号后，“启停触发器” （见图 3－2）被置为“启动”状态，“维持阻塞电路”向“二进制计数器”发出“清0”无效和系列M’ 。在这两个信号的共同作用下，“二进制计数器”开始计数，“组合译码网络”的输出使相应的显示灯显示设定的时序信号序列。

当“二进制计数器”的计数使“组合译码网络”产生 M4（见下一节的相关说明）时，图 3－3中的“与非”门输出变为“0” 。此信号一方面使实验台上的“停机”相关电路工作，结束 M’ 的发送，同时，使“维持阻塞电路”中的“启停触发器”的状态由“启动”变为“停机”状态。这使得“维持阻塞电路”发送给“二进制计数器”的“清0”信号变为“有效” ，而使 M’变为“无效” 。在其作用下，“二进制计数器”被清0。电路由此变为“停止”工作状态。 3. “连续”工作状态

当“单周期/连续”开关被拨到“连续”位置，并按一下 A1 微动开关后，实验电路被置于“连续”工作状态。

在“维持阻塞电路”中的“启停触发器”在 A1 信号的作用下被置为“启动”状态后，“维持阻塞电路”连续地向“二进制计数器”发出信号，使之进行计数，如“单周期”状态那样，“组合译码网络”依序输出系列时序控制信号，相应的显示灯被规则的点亮。

在“二进制计数器”的计数使“组合译码网络”产生 M4（见下一节的相关说明）时，由于图3－3 中的“与非”门的连接到“单周期/连续”开关的一端被置为低电位，其输出不能使“维持阻塞电路”中的“启停触发器”改变状态，因而“二进制计数器”继续处于计数状态，当其计到 1111后，继续从 0000计数， “组合译码网络”输出下一个系列的时序控制信号。 在实验电路“连续”工作的过程中，若将“单周期/连续”开关拨到“单周期” ，则仅当本工作周期中的M4 出现时才能使“维持阻塞电路”中的“启停触发器”的状态发生变化，由此，如“单周期”工作方式那样，使电路变为“停止”工作状态。

这就是说，当一个序列的时序控制信号开始产生后，不管人们在什么时候将“单周期/连续”开关拨到“单周期”位置（相当于实际机器中的“停机”信号），电路都必须等到一个周期的时序控制信号全部发出后才能停止时序控制信号的发出。

四、实验电路的整体结构框图

M1 M2 M3 M4 M5 M6 Ｍ7 M8

⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ 8个显示灯

组 合 译 码 网 络 清0 二 进 制 计 数 器

计数脉冲

停机 维 持 阻 塞 电 路

M’ A1 单周期

/ 连续

五、实验电路的工程逻辑图

M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

清0 10 8 12 08 11 3 08 08 6 11-1 8 12 11-1 8 11-1 11-1 6 37-3 04 11 9 10 11-1 1 12 2 12 13 1 2 4 5 10 11 9 13 1 2 11 10 9 3 4 5 3 6 37-3 37-3 1 2 4 5

11 6 8 37-3 11-1 08 12 13 3 5 10 9 4

11 8 37-2 37-2 13 12 10 9 6 8 04 04 04 1 5 9 11 37-1 12 13 6 3 37-2 37-2 3 4 5 6 1 2 4 5 2 1/2 74LS393 1 A1 开关 M4 M’

六、实验电路所用的主要器件：（1）74LS 393 （1 片）；（2） 74LS 37 （3 片）；

（3）74LS 08 （1 片）； （4） 74LS 11 （2 片）； （5）74LS 04 （1 片）。

各器件的主要功能极其引脚分布：

1. 74LS 393 —— 双 4 位 二进制计数器 （1）该器件为 14 引脚的双列直插式集成电路，内部包含 2 个4 位的二进制计数器。 （2）器件所含每个计数器有 2 个输入 、4 个输出，2 个输入分别为： ① CR — 清0 输入。

CR = 1，计数器清 0（由此使4 个输出端都为低电位）；

CR = 0，计数器每输入一个正脉冲，计数器的值即加 1。 ② A — 脉冲输入端。

计数器的 4 个输出端按由高位至低位的顺序排列分别为 QD、QC、QB 和 QA 。 （3）器件所含的2 个计数器的引出端分别占用器件的1～6 和 8～13引脚，其分布为： A — 1（13） CR — 2（12） QA — 3（11）

QB — 4（10） QC — 5（9） QD — 6（8）

2. 74LS 37 —— 2 输入 4 路与非缓冲器

（1）该器件为 14 引脚的双列直插式集成电路，内部包含 4 个 二输入端的与非门。

（2）4 个与非门所占器件的引脚分别为：

输入1 1 4 9 12 输入2 2 5 10 13 输出 3 6 8 11

3. 74LS 08 —— 2 输入 4 路正与门

（1）该器件为 14 引脚的双列直插式集成电路，内部包含 4 个 二输入端的正与门。 （2）4 个与门所占器件的引脚分别为： 输入1 1 4 9 12 输入2 2 5 10 13 输出 3 6 8 11 4. 74LS 11 —— 3 输入 3 正与门 （1）该器件为 14 引脚的双列直插式集成电路，内部包含 3 个 三输入端的正与门。 （2）器件所含 3 个正与门的每一个都有且仅有 3 个输入端、1 个输出端。 （3）器件所含各与门的引脚占用情况为： 序号 1 2 3 输入1 1 3 11 输入2 2 4 10 输入3 13 5 9 输出 12 6 8 5. 74LS 04 —— 6 倒相器

（1）该器件为 14 引脚的双列直插式集成电路，内部包含 6 个非门。 （2）器件所含各非门的引脚占用情况为： 输入 1 3 5 9 11 13 输出 2 4 6 8 10 12 七、实验电路的连线表 〈一〉、器件内连线

1. 74LS 37 －2： 2 —— 6， 3 —— 4 —— 13， 8 —— 12， 10 —— 11 2. 74LS 37 －3： 1 —— 11， 2 —— 6 —— 9 —— 10， 3 —— 4 3. 74LS 08： 3 —— 4， 5 —— 13

4. 74LS 11 －1： 2 —— 6 —— 12， 3 —— 11

5. 74LS 11 －2： 1 —— 9， 2 —— 4， 3 —— 11 —— 13 〈二〉、器件 －开关连线：

74LS 37 －1：2 —— K1（假设使用K1 作为“单周期”/“连续”开关） 〈三〉、器件 － 实验台插孔连线：

1. M’ 插孔 —— 74LS 37 －2：9 —— 74LS 37 －3：5 2. A1 插孔 —— 74LS 37 －2：1 3. “停机”插孔 —— 74LS 37 －1：3 〈四〉、器件 － 显示灯

假设取实验台“组件插座及数据开关”部分最上面一行左起8个LED 灯（分别

记为 LED1 ～ LED8）作为 M1～M8 的显示灯，则有：

1. 74LS 11－1： 12 —— LED1（M1） 2. 74LS 08： 11 —— LED2（M2） 3. 74LS 08： 3 —— LED3（M3） 4. 74LS 08： 6 —— LED4（M4） 5. 74LS 11－1： 8 —— LED5（M5） 6. 74LS 11－2： 12 —— LED6（M6） 7. 74LS 11－2： 8 —— LED7（M7） 8. 74LS 11－2： 6 —— LED8（M8） 〈五〉、器件间的连线

1. 74LS 37－1：3 —— 74LS 37－2：5 2. 74LS 37－1：11 —— 74LS 11－1：9

3. 74LS 37－2：3（4、13）—— 74LS 37－3：13 4. 74LS 37－2：8（12）—— 74LS 37－3：12 5. 74LS 37－3：3（4）—— 74LS 04：11

6. 74LS 37－3：8 —— 74LS 08：13（5） —— 74LS 393：1

7. 74LS 04：1 —— 74LS 393：3 ——74LS 08：2—— 74LS 11－1：10 8. 74LS 04：2 —— 74LS 08：10 —— 74LS 11－1：1

9. 74LS 04：5 —— 74LS 393：5 —— 74LS 11－1：4—— 74LS 37－1：12 —— 74LS 11－2：10 10. 74LS 04：6 —— 74LS 11－2：1（9）

11. 74LS 04：9 —— 74LS 393：6 —— 74LS 11－1：5

——74LS 37－1：13 —— 74LS 11－2：5 12. 74LS 04：8 —— 74LS 11－2：1（9） 13. 74LS 04：10 —— 74LS 393：2

14. 74LS 11－1：6（2、13）—— 74LS 08：1 15. 74LS 11－1：12 —— 74LS 08：12

16. 74LS 11－1：3（11）—— 74LS393：4 —— 74LS 08：9 17. 74LS 11－2：13（11、3）—— 74LS 08：8

八、实验的预期结果

1、电路启动时电路输出的第一个一定是完整的M’脉冲，不会发出一个不完整的。 2、将工作的电路拨向“单周期”时，电路在发出一个完整的脉冲波形后才停止工作。 3、在由“连续”转为“单周期”或“单周期”转为“连续”都能保证相应的信号执行完后再转换。

九、实验数据与对应的结果

1、 数据：各输入输出端的波形：（图四） M’

QA QB QC QD M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7

（图四）

2、相应的结果：

a、电路启动时实验台上与M1—M8相连的显示灯与上面的波形图所示那样一一点亮 b、电路听机时，输出一个完整的脉冲波形即最后一个脉冲M4的显示灯亮了之后才停止工作

c、电路由“连续”转为“单周期”工作时，最后一个M4显示灯亮后才转为单周期电路由“单周期”转为“连续”工作时，当本周期的M4出现时才能使其状态发生改变。

十、实验电路的操作步骤

1. 检查实验台的基本工作情况（特别是直流稳压电源连接情况、通电以后m’ 信号发出的情况和频率调整特性、“脉冲源与时序电路”部分的m1～m8 发光二极管显示灯的显示情况等），以便有效地排除实验太可能存在的问题。

2. 检查实验电路所用器件是否齐全，并相应画出器件分布图（指出在实验台的“组件插

座及数据开关”部分的IC 插座中，实验电路所含器件的位置，以便于查错— —通常，在学生进行实验前实验室人员已将器件插好）。

3. 利用“逻辑测试笔”的电位/脉冲检查功能将所需的连线检查一遍（一头靠在M’ 插孔上，

另一头靠在“测试笔”插孔上，看“测试笔”旁的LED 灯是否亮），以便确认连线都是良好的。实践表明，许多实验未通过的原因就是存在少量内部已断开的连线所致。

4. 对实验所涉器件（至少是所涉主要器件，如“启停与时序电路实验”中的 74LS393、

74LS37 等）进行功能测试，以确保实验所用器件的正确性— 这也可起着使学生熟悉器件的作用，对于顺利通过实验是有益的。

5. 对于“启停与时序电路实验”来说，电路所含主要器件是 74LS393 和 74LS37，其次是

“组合译码网络”所含的“与门” （74LS11 和 74LS08），基于上述，应在进行电路连接以前对之进行功能测试。

对于74LS393的测试可按以下方式进行：

⊙ ⊙ ⊙ ⊙ LED显示灯 QA QB QC QD CR M’ A 74LS393

（1）电路连接如上图所示；

（2）闭合开关，查看LED 上的显示是否符合二进制规则（若显示灯变化太快活太慢，可调整M’ 的频率）；

（3）断开开关，LED 灯应全部熄灭。

74LS37 所含的各“与非”门可按如下方式进行功能测试：

LED显示灯

（1）可如上图所示将“与非”门的输出接到一个LED 显示灯，通过观测其亮/不亮（亮—输

出为高电位）来确知相应输入下的输出，以测定门的功能；

（2）从“GND”接一根导线，当用之碰任一引脚对应的插孔时，LED 灯都应当亮，而当此线

未触及任一引脚对应的插孔时，LED 灯应当不亮。 类似地，可按此对 74LS 08/11 所含“与”门。当然，LED 灯的亮暗与“与非”门正好相反。 6. 进行电路连线。对于“启停与时序电路实验”来说，在进行电路连线时，较好的做法是： （1）首先将所有器件的片内连线都全部接好；

（2）暂时将计数器的输出直接接到 4 个 LED 灯上；

（3）先接好“维持阻塞电路”部分的连线，在对这部分电路进行测试确认其无错后（可

通过 4 个 LED 灯来确认这部分电路工作的正确性 — 建议分别进行“单周期”和“连续”的测试，先“连续”后“单周期”），再连其它线（注意拆掉暂时连接的 4 个 LED 显示灯），最后进行整体测试。

7. 对接好的电路进行整体测试。先进行“连续”工作方式的测试，在“连续”方式测试通过后，再进行“单周期”工作方式的测试。

8. 排除测试过程中发现的各种问题，直至电路完全满足问题要求为止。

十一、实验过程

在进行“启停与时序电路”实验的过程中，当实验电路的连线工作全部完成后，就要对实验电路进行整体测试（调试）。测试（调试）应分别按两种工作方式进行。进行这两种工作方式测试的基础是，在电路接通电源、未按A1 “启动”时，应处于“停止”工作状态。

1. “停止”工作状态与电路测试。

2. “单周期”工作状态与电路测试。 3. “连续周期”工作状态与电路测试。

4. “单周期”与“连续周期”工作状态电路测试。

预期观测点结果

检查导线时，如果没有断线，则LED显示灯会亮。

检查74LS393时，闭合开关，LED 上的显示符合二进制规则，开开关，LED 灯应全部熄灭。

检查74LS37时，从“GND”接一根导线，当用之碰任一引脚对应的插孔时，LED 灯都应当亮，而当此线未触及任一引脚对应的插孔时，LED 灯应当不亮。

整体检查时，由“连续”到“单周期”或由“单周期”到“连续”过程中，每个脉冲信号都会完整。