1、北方民族大学电气信息工程学院第 1 / 84 页数字电路与逻辑设计实训指导书制作人：丁黎明北方民族大学电气信息工程学院第 2 / 84 页目录项目一：数字电路的仿真 3一、目的要求 3二、教学内容 3三、技能训练 21项目二：Prote l 电路板的制作 22一、目的要求 22二、教学内容 22三、技能训练 59项目三：数字 电子设计内容 60一、 目的要求 60二、制作内容 60北方民族大学电气信息工程学院第 3 / 84 页项目一：数字电路的仿真一、目的要求1、 掌握 multisim 软件常用数字电路分析工具的使用。2、 了解 protues 软件的使用方法。二、教学内容1、multis
2、im 常用的数字电路分析工具（1）频率计（Frequency Counter）在仪器区找到频率计并把它放置到编辑区图 2-2-1 频率计连接成如下的电路原理图图 2-2-2 频率计仿真图双击原理图中的信号发生器设置为正弦波，频率为 1kHz，如下图北方民族大学电气信息工程学院第 4 / 84 页所示：图 2-2-3 频率计仿真图点击运行，双击示波器可以看到正弦波形，周期为 1ms，频率应该为周期的倒数是 1kHz。图 2-2-4 示波器波形双击电路中的频率计，可以看到频率计面板。北方民族大学电气信息工程学院第 5 / 84 页图 2-2-5 频率计面板在面板中点击频率（Frep）可以看到频率显
3、示，点击周期（Period）可以看到周期显示。在电路中如果想测量某部位的周期或频率，只要把频率计连接到该位置，选择面板上的频率或周期就可以实时查看结果。（2）数字信号发生器（Word Generator ）（3）逻辑分析仪（Logic Analyzer）逻辑分析仪可以同步记录和显示 16 路逻辑信号。它可以用于对数字逻辑信号的高速采集和时序分析。仿真电路如下图所示，其中74LS160 实现十进制循环计数，数码管显示计数内容，这里使用的是BCD 码数码管，从左到右分别接在 74LS160 的 QD，Q C，Q B，Q A 上。QD，Q C，Q B，Q A，RCO 分别接在逻辑分析仪的五个输入上，
4、点击运行可以看到数码管的输出。然后双击逻辑分析仪可以观察到QD，Q C，Q B，Q A 和 RCO 的输出波形。北方民族大学电气信息工程学院第 6 / 84 页图 2-2-6 逻辑分析仪仿真电路图 2-2-7 逻辑分析仪面板波形从逻辑分析仪面板波形图中可以看出，QDQBQCQA 从 0000（相当于十进制 0）递增到 1001（相当于十进制 9） ，然后再循环计数，计到 1001 时，产生一个进位信号。（4）逻辑转换仪（Logic Converter）北方民族大学电气信息工程学院第 7 / 84 页逻辑转换仪能够完成真值表、逻辑表达式和逻辑电路三者之间的相互转换。逻辑转换仪的面板如下：图 2-
5、2-8 逻辑转换仪面板 真值表转换为逻辑函数的方法点选输入变量 ABC，在 ABC 的下方会出现 ABC 所有可能组合，在输出变量的位置上输入在输入变量不同组合下的输出值。如下图所示：北方民族大学电气信息工程学院第 8 / 84 页图 2-2-9 逻辑转换仪真值表的输入点选面板右侧的真值表转换逻辑函数按钮可以看到下方的逻辑函数表达式。 逻辑函数转换为逻辑图的方法在上面图的面板上点击逻辑函数转换为逻辑函数按钮可以在编辑区看到转换后的电路图。北方民族大学电气信息工程学院第 9 / 84 页图 2-2-10 逻辑函数转换为逻辑图其它几种的实现方法和上面类似，同学们可以自己尝试。2、Proteus 软
6、件的使用（1）Proteus 软件的打开点击“开始”“所有程序” “Proteus 7 Professional” “ISIS 7 Professional”可以打开软件。（2）Proteus 软件的界面北方民族大学电气信息工程学院第 10 / 84 页图 2-2-11 Proteus 主界面主界面由菜单区，编辑区，工具箱和仿真按钮等组成。（3）仿真文件的建立 新建文件 拾取元器件以此按照下图的标号顺序点击“元件模式”“从库中选取”调出选取元件界面，在类别中选择“Resistors” （电阻）可变电阻，在子类别中选择“variable” （可变电阻） ，在右侧的列表区选择 POT-HG，点击确
7、定即可选择到可变电阻。然后按同样的方式选取 LAMP 和BATTERT 元件。在元件列表区域可以看到刚才选择的三中元件。北方民族大学电气信息工程学院第 11 / 84 页表 2-2-1 元件所属类及子类元件名称 所属类 所属子类LAMP Optoelectronics LampsBATTERY MiscellaneousPOT-HG Resistors Variable图 2-2-12 Proteus 元件选取界面 画电路图仿真在元件列表区选择一个元件，在编辑区点击鼠标左键就可以放置这一元件，把元件列表区的三个元件放置到编辑区，排列好各自的位置，连接线路。可以选择仪器区的电压电流探针放置到电路
8、上观察运行时北方民族大学电气信息工程学院第 12 / 84 页的电压和电流。图 2-2-13 Proteus 绘制电路图界面点击下面的仿真运行按钮，闭合开关，改变可变电阻的阻值可以观察此时电路中电压和电流的变化情况。3、Proteus 仿真数字电路（1）三态门仿真表 2-2-2 三态门元件所属类及子类元件名称 所属类 所属子类74LS125 TTL 74LS Series74LS00 TTL 74LS SeriesSW-SPDT Switches & Delays Switches电源和地取自终端库，电压表取自虚拟仪器库。北方民族大学电气信息工程学院第 13 / 84 页图 2-2-13 Pr
9、oteus 三态门仿真上图的三态门中，1 引脚是控制端，2 引脚是输入端，3 引脚是输出端。当 1 引脚为低电平时，输出才和输入连通，输入是低电平时输出为低电平，输入是高电平时输出是高电平，当 1 引脚为高电平时，输出输入之间是不连通的。三态门一般用于总线结构。（2）译码器74LS139 为 2 线 4 线译码器。E 为使能端，低电平有效，当 E 为低电平时，电路工作，当 E 为高电平是，电路不工作。4 路输出也为低电平有效，当输入 AB 为 00,01,10,11 时，Y0 ，Y1 ，Y2 和 Y3 分别输出低电平。北方民族大学电气信息工程学院第 14 / 84 页图 2-2-14 Prot
10、eus 译码器仿真（3）译码器的级联两个 2 线 4 线译码器可以构成一个 3 线 8 线译码器，利用使能端做扩展，当开关 K6 打向低电平时， U2：A 元件工作， U2：B 元件不工作。K4K5 只控制 U2：A 元件的输出；当开关 K6 打向高电平时，U2：B 元件工作，U2：A 元件不工作。K4K5 只控制 U2：A 元件的输出。最终实现的功能是：K6K4K5 从 000 递增到 111 时，U2 ：A 的Y0Y1Y2Y3 和 U2：B 的 Y0Y1Y2Y3 依次输出低电平。北方民族大学电气信息工程学院第 15 / 84 页图 2-2-15 Proteus 译码器的级联仿真（4）数据选
11、择器E 为使能端，低电平有效，当为低电平时芯片工作，当为高电平是芯片不工作。当 E 为低电平，AB 从 00 到 11 递增时，将分别选通X0X1X2X3 到输出端。示波器可以观察波形频率。北方民族大学电气信息工程学院第 16 / 84 页图 2-2-16 Proteus 数据选择器的仿真以下是用数据选择器构成的一位全加器仿真图。北方民族大学电气信息工程学院第 17 / 84 页图 2-2-17 Proteus 数据选择器构成全加器的仿真（5）同步二进制计数器北方民族大学电气信息工程学院第 18 / 84 页图 2-2-18 Proteus 同步二进制计数器的仿真可以通过时钟选择开关来选择时钟
12、模式，有单此脉冲发生器和连续脉冲两种类型。有个复位开关，用来对所有触发器进行复位。本例使用了标号的方式进行绘制电路图，所有标注相同的标号都是连通的，例如：所有的 RST 是连通的，所有的 CLK 是连通的。这样可以简化电路的绘制。（6）计数器芯片的使用74LS162 是 10 进制芯片，可以构成任意进制的计数器，以下是构成七进制的两种实现方法。北方民族大学电气信息工程学院第 19 / 84 页图 2-2-19 用复位法构成七进制计数器的仿真北方民族大学电气信息工程学院第 20 / 84 页图 2-2-20 用置位法构成七进制计数器的仿真也可以构成高于 10 进制的计数器，以下是 60 进制计数
13、器的实现。北方民族大学电气信息工程学院第 21 / 84 页图 2-2-21 60 进制计数器的仿真三、技能训练1、使用 multisim 软件仿真数字电路与逻辑设计实验的内容。2、使用 proteus 软件仿真数字电路与逻辑设计实验的内容。3、了解 proteus 常用元器件所在的类及子类。4、尝试使用 multisim 和 proteus 软件做一下数字电路的设计。北方民族大学电气信息工程学院第 22 / 84 页项目二：Protel 电路板的制作一、目的要求1、 掌握 protel 软件的使用方法。2、 掌握 protel 软件绘制电路原理图和 pcb 图的操作。二、教学内容1、prot
14、el 软件的使用（1）软件的打开依次点击“开始”“所有程序” “Protel 99 SE” “Protel 99 SE”可以打开 Protel 软件。（2）软件的界面图 2-3-1 Protel 软件的主界面北方民族大学电气信息工程学院第 23 / 84 页Protel 以数据库的方式管理工程项目，第一次使用该软件时，因为没有工程项目，所以界面很简洁。（3）新建数据库在上述主界面依次点击“File ”“New”出现新建数据库对话框，如下图所示：图 2-3-2 新建数据库对话框默认数据库类型不用修改，采用默认值；数据库名称可以修改为自己的实际设计名称，存储位置点击“Browse”设置到自己的存储
15、位置。设置完成后点击“OK ”就完成了设计数据库的新建。（4）新建原理图文件和 PCB 文件完成新建数据库文件之后，在主界面就多了一个以.ddb 为后缀的一个文件，点击其前面的“+ ”号，可以看到有 3 项子目录。北方民族大学电气信息工程学院第 24 / 84 页图 2-3-3 新建数据库之后的文件“Design Team”为设计小组设置，主要设置设计小组成员及密码等信息。“Recycle Bin”为回收站，主要是回收不用的文件，只要把右边的文件选中，用鼠标左键拉到回收站即可完成回收操作。“Documents”为文件夹，我们所做的任何设计文件和说明文档按照要求都应该放在这个文件夹目录下。新建原
16、理图文件在主界面点击“Document” ，然后点击菜单栏的 “File”“new”出现新文件类型的界面。北方民族大学电气信息工程学院第 25 / 84 页图 2-3-4 新建文件类型选中“Schematic Document”，点击“OK ”按钮就可完成原理图文件的新建。点击左边的“Documents”可以在右边看到刚才新建的原理图文件，在这里可以对这个文件进行修改文件名等操作。新建 PCB 文件在主界面点击“Document” ，然后点击菜单栏的 “File”“new”出现新文件类型的界面。选中“PCB Document”，点击“OK ”按钮就可完成 PCB 文件的新建。点击左边的“Doc
17、uments”可以在右边看到刚才新建的 PCB 文件，在这里可以对这个文件进行修改文件名等操作。新建其它文件我们在 Protel 的使用过程中，一般都要用到四个文件，除了上面的原理图文件和 PCB 文件之外，还有 PCB Library 和 Schematic Library 文件，这两个文件分别创建元件和元件封装。仿照上面的操作再新建这两个文件，如下图所示：北方民族大学电气信息工程学院第 26 / 84 页图 2-3-5 新建文件从上述文件的后缀名，我们可以看出各个文件的用途，一般以.SCh为后缀的文件是原理图文件，以.PCB 为后缀的是 PCB 文件，以.Lib 为后缀的是库文件。在编辑原
18、理图时有很多元件是标准库里没有的，这时我们要创建新元件，库文件就是放置这些新元件的地方。2、原理图文件的绘制双击上图中的原理图文件“Sheet.Sch”可以看到原理图文件的绘制界面：在右侧可以看到绘制图纸，用鼠标左键点击图纸中央，按键盘的“Page Up”和“Page Down”可以放大或缩小图纸。放大后，可以看到图纸的栅格。北方民族大学电气信息工程学院第 27 / 84 页图 2-3-6 新建的原理图文件（1）设计电路原理图的基本流程北方民族大学电气信息工程学院第 28 / 84 页新建原理图设置图纸信息载入元器件符号库进入原理图绘制工作区放置元器件符号调整元器件位置电气连接元器件编号 /
19、定义封装规则检查修正添加注释 、 修饰更新原理图中用到的符号进入元器件库修改元器件符号图 2-3-7 设计电路元露天基本流程设置图纸信息：主要设置原理图图纸的大小、方向及标题栏的外观，填写设计人姓名、单位组织及修改日期，还可以设置绘图栅格的大小及电气捕获栅格等选项。载入元器件符号库：根据设计需要将需要用到的元器件符号库载入到当前设计环境中，以便随时取用其中的元器件。放置元器件符号：根据原理图的绘制进程，按照清晰美观的设计要求，分阶段放置所需的元器件，并调整元器件的位置，设置元器件封装等北方民族大学电气信息工程学院第 29 / 84 页属性。电气连接：将放置好的元器件引脚通过具有电气意义的连线及
20、网络标号等连接起来，使电路原理图能够达到表达电路功能的目的。元器件编号和定义封装：要为每一个元器件赋予各自不同的唯一的编号，确定每个元器件的封装，在方便设计交流的同时为印刷电路板设计提供基础。规则检查、修正：根据设定的电气规则，设计者可以使用各种检验工具，对绘制的电路原理图进行检查，确保电路原理图不出现简单错误。添加注释、修饰：为提高电路原理图的可读性和美观性，设计者可以在电路原理图上添加一些相应的文字说明及图片等元素，对原理图进行补充说明。（2）简单原理图的绘制库的导入点击菜单“Place”“part ”出现导入元件的界面：图 2-3-8 Place Part 对话框点击“Browse”出现添加数据库界面：北方民族大学电气信息工程学院第 30 / 84 页图 2-3-9 Browse Libraries 对话框点击“Add/Remove”按钮，出现 Change Library File List 对话框，选择“Protel DOS Schematic Libraries”，点击“ Add”按钮，点击“OK”即可完成 Protel DOS Schematic Libraries 库的导入，其它库的导入过程和此类似操作。
