数电实验用与非门设计的一开关报警控制电路

与非门设计开关报警控制电路设计要求：1.某设备有A,B,C三只开关，只有在开关A接通的情况下，开关B才能接通，而开关C只有在开关B接通的情况下才能接通，违反这一操作规程，则发出报警信号。2.写出设计步骤并画出所设计的逻辑电路图。3.安装电路并测试电路的逻辑功能。4.观察与分析电路中的竞争冒险现象并采取措施消除之。除此主要功能外，电路还存在一些拓展功能。当开关B接电源Vcc且开关C接地时，将开关A接时钟脉冲信号，则电路将会输出与输入时钟脉冲反向的脉冲信号。关键词：与非门，与门，反相器，声光报警电路。．相关元器件的功能及简介1.1与非门实验设计电路的与非门选用芯片74LS00。74LS00为四2输入与非门，其逻辑表达式为：L=AB。其功能表如表1-1所示，其管脚图如图1-1所示，其中1A－4A，1B－4B为输入端，1Y－4Y为输出端。ABL001011101110表1-174ls00功能表1.2非门实验设计电路的非门选用芯片74LS04。74LS04为六反相器，其逻辑表达式为：L=A。其功能表如表1-2所示，其管脚图如图1-2所示，其中1A－6A为输入端，1Y－6Y为输出端。AL0110表1-274ls04功能表1.3与门实验设计电路的与门选用芯片74LS08。74ls08为双输入四与门，其逻辑表达式为：L=AB。其功能表如表1-3所示，其管脚图如图1-3所示，其中1A－4A，1B－4B为输入端，1Y－4Y为输出端。ABL000010100111表1-374LS08功能表或门或门又称“或电路”。执行“或”运算的基本门电路，有几个输入端，只有一个输出端。只要输入中有一个为“1”电平时，输出就为“1”电平，只有当所有的输入全为“0”电平时，输出才为“0”电平。“或”门用“OR”表示。实验设计电路的或门选用二输入或门。或门表达式为∶F=A+B，其功能表如表1-4所示。ABL000011101111表1-4或门功能表1.5蜂鸣器及发光二极管蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。发光二极管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能，常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。本实验设计电路选用蜂鸣器及发光二极管共同构成声光报警电路。电路的设计根据题要求，用逻辑门来实现电路功能。首先规定：开关开用逻辑高电平1来表示，开关断用逻辑低电平0来表示。用Y来表示报警信号。当Y=0时表示操作正确，若操作错误W=1即报警。根据以上我们可以得到如下的真值表：ABCY00000011010101111000101111001110由真值表得到的A,B,C与W的逻辑关系：0,0,1,01,1,1,0========ABCCABCBACBACBABCACBACBA根据真值表列写卡诺图，如下所示：01110100化简卡诺图可得：BACBCBBACBABCACBACBAW•=+=+++=的逻辑表达式，将其用与非门表示出来，得到的初步逻辑电路图如图3-1所示：图3-1初步逻辑电路图其中，单刀双掷开关用来接高低电平，发光二极管用来显示报警信号。通过测试，该电路基本符合设计要求。但是由以上的表达式BACBCBBACBABCACBACBAW•=+=+++=知道，表达式之中出现了互补信号BB与，当其跳变时电路将会产生竞争冒险现象，其表现为一尖脉冲，如图3-2所示。这就是我们平常所说的尖峰脉冲。实际上，信号通过连线及集成门都有一定的延迟时间，也可能有前后快慢的差异。由于从输入到输出的过程中，不同通路上门的级数不同，或者门电路平均延迟时间的差异，使信号从输入经不同通路传输到输出级的时间不同。因而引起了上面的情况。解决竞争冒险，一是加滤波电路，二是加选通信号，三是增加冗余项。在这里，我们将通过为其增加冗余项来解决竞争冒险现象。根据其卡诺图可知，CACBBAW++=，其中，CA叫做该表达式的冗余项。根据此逻辑表达式连接电路图，得到改进的电路图如图3-2所示。按照以上改进的电路图，进行仿真，发现当B跳变时，尖峰脉冲不再出现，因此可以确定，竞争冒险消除了。操作正确即电路不报警时，电路的输出波形如下图3-3所示。操作错误即电路报警时，电路的输出波形如下图3-4所示。综上分析，可知改进后的电路满足要求。电路扩展对电路图进行改动，将开关A接时钟脉冲信号，开关B接电源Vcc，开关C接地，则输出Y的波形即为一与输入时钟脉冲反向的脉冲信号。拓展电路图如下图4-1所示。其输出波形如下图4-2所示。设计心得通过这几天对用与非门设计一开关报警控制电路的设计，使我对数字电子技术基础课程有了更深一步的了解，同时发现了自己的很多不足，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还亟需提高。同时，经过这次课程设计，我们对前面的路有了更多的信心，因为在这个过程中，我们学到了不少实用的东西，对于一些专业基础课有了更深层次的掌握，并且提高了动手能力和独立解决问题的能力。此次的基础强化训练，不仅让我加深了对数字电子电路理论知识的理解，同时熟悉了proteus软件应用。诸多在此次学习到的知识或是能力必将有用于之后的学习或是将来的工作，这也是此次的基础强化训练的目的所在。总而言之，此次的基础强化训练不但锻炼了我们最基本的数字电路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了数字电子技术基础课程在实际中的应用。参考文献[1]伍时和主编.数字电子技术基础.武汉理工大学出版社，2009[2]康华光主编.电子技术基础—数字部分.高等教育出版社，2000[3]罗中华等主编.数字电路与逻辑设计.清华大学出版社，2004[4]周新民主编.工程实践与训练教程武汉理工大学出版社，2009[5]熊幸明主编.电工电子技能训练.电子工业出版社，2004