集成觸發(fā)器及其應(yīng)用電路設(shè)計

1、華中科技大學(xué)電子線路設(shè)計、測試與實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)名稱：集成運(yùn)算放大器的基本應(yīng)用院（系）：自動化學(xué)院地點(diǎn)：南一樓東306實(shí)驗(yàn)成績：指導(dǎo)教師：汪小燕2014 年 6 月7 日一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解觸發(fā)器的邏輯功能及相互轉(zhuǎn)換的方法。（2）掌握集成JK觸發(fā)器邏輯功能的測試方法。（3）學(xué)習(xí)用JK觸發(fā)器構(gòu)成簡單時序邏輯電路的方法。（4）熟悉用雙蹤示波器測量多個波形的方法。（5）學(xué)習(xí)用Verliog HDL描述簡單時序邏輯電路的方法，以及EDA技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)元器件及條件雙JK觸發(fā)器 CC4027 2片；四2輸入與非門 CC4011 2片；三3輸入與非門 CC4023 1片；計算機(jī)、MAX+PLUSII 10

2、.2集成開發(fā)環(huán)境、可編程器件實(shí)驗(yàn)板及專用電纜。三、預(yù)習(xí)要求（1）復(fù)習(xí)觸發(fā)器的基本類型及其邏輯功能。（2）掌握D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器的真值表及JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)化成D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、觸發(fā)器的基本方法。（3）按硬件電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（4）（5），分別設(shè)計同步3分頻電路和同步模4可逆計數(shù)器電路。四、硬件電路實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）驗(yàn)證JK觸發(fā)器的邏輯功能。（2）將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器和D觸發(fā)器，并驗(yàn)證其功能。（3）將兩個JK觸發(fā)器連接起來，即第二個JK觸發(fā)器的J、K端連接在一起，接到第一個JK觸發(fā)器的輸出端Q，兩個JK觸發(fā)器的時鐘端CP接在一起，并輸入1kHz正方波，用示波器分別觀察和記錄CP、 的波形（注意它們之間

3、的時序關(guān)系），理解2分頻、4分頻的概念。（4）根據(jù)給定的器件，設(shè)計一個同步3分頻電路，其輸出波形如圖所示。然后組裝電路，并用示波器觀察和記錄CP、的波形。（5）根據(jù)給定器件，設(shè)計一個可逆的同步模4計數(shù)器，其框圖如圖所示。圖中，M為控制變量，當(dāng)M=0時，進(jìn)行遞增計數(shù)，當(dāng)M=1時，進(jìn)行遞減計數(shù)；、為計數(shù)器的狀態(tài)輸出，Z為進(jìn)位或借位信號。然后組裝電路，并測試電路的輸入、輸出波形。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析5.1 三分頻電路（1）根據(jù)三分頻電路的功能，得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表如下：000101011011100011得到激勵方程：輸出方程：按照上述分析，得到實(shí)驗(yàn)電路圖如下：（2）按照上述設(shè)計電路，插板實(shí)驗(yàn)得到示波器

4、的圖形如下：（3）結(jié)果分析 從圖上可以看出，同步三分頻電路較好的將原輸入信號的頻率減為原來的 1/3，且實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)真值表的功能。5.2 同步模4計數(shù)器（1）功能簡介、為計數(shù)器狀態(tài)，為輸入控制端，當(dāng)時，進(jìn)行遞增計數(shù)，當(dāng)時，進(jìn)行遞減計數(shù)。為輸出進(jìn)位或借位信號。（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表根據(jù)電路功能及觸發(fā)器的性質(zhì)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表如下： 0000100X1X0101001XX1100110X01X110001X1X10011111X1X111100X0X1101010X11X0110000XX1根據(jù)真值表作卡諾圖化簡得激勵方程為：輸出方程為：根據(jù)激勵方程及輸出方程，作出電路圖如下：（3）連接電路后，示波器觀

5、察的波形如下:當(dāng)時，波形實(shí)現(xiàn)了遞增計數(shù)功能，觸發(fā)方式選擇下降，得到實(shí)驗(yàn)波形如下，Q1，CP波形如下：Q1，Q0波形如下：Q1與進(jìn)位退位信號Z波形如下：當(dāng)時，波形有遞減計數(shù)功能，觸發(fā)方式選擇上升。Q1 與CP波形：Q1與Q0波形：Q1 與進(jìn)位信號Z波形：（4）注意事項1.實(shí)驗(yàn)中需觀察多個波形，故需選定某一波形為基準(zhǔn)信號，其他信號通過與該信號比對判斷結(jié)果是否錯誤。2.注意示波器觸發(fā)選項，為使觸發(fā)器從“零”開始工作，需要選擇觸發(fā)設(shè)置的信號端及觸發(fā)選項（上升、下降）。3.同步模4技術(shù)實(shí)驗(yàn)連線較復(fù)雜，需準(zhǔn)備足夠?qū)Ь€及相應(yīng)集成電路，連線時要有耐心。5.3、十進(jìn)制加減可逆計數(shù)器設(shè)計（附加實(shí)驗(yàn)題，未做）設(shè)計方

6、案 在十進(jìn)制計數(shù)體制中，每位數(shù)都可能是0，1，2，9十個數(shù)碼中的任意一個，且“逢十進(jìn)一”。根據(jù)計數(shù)器的構(gòu)成原理，必須由四個觸發(fā)器的狀態(tài)來表示一位十進(jìn)制數(shù)的四位二進(jìn)制編碼。而四位編碼總共有十六個狀態(tài)。所以必須去掉其中的六個狀態(tài)，至于去掉哪六個狀態(tài)，可有不同的選擇。這里考慮去掉10101111六個狀態(tài)，即采用8421BCD碼的編碼方式來表示一位十進(jìn)制數(shù)。 8421BCD碼異步十進(jìn)制加計數(shù)器: 用JK主從觸發(fā)器組成的一位異步十進(jìn)制加計數(shù)器如圖所示。 1、電路結(jié)構(gòu): 由四個JK主從觸發(fā)器組成，其中FF0始終處于計數(shù)狀態(tài)。Q0同時觸發(fā)FF1和FF3，Q3反饋到J1，Q2Q1作為J3端信號。 2、工作原理

7、: (1)工作波形分析法由邏輯圖可知，在FF3翻轉(zhuǎn)以前，即從狀態(tài)0000到0111為止，各觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)情況與異步二進(jìn)制遞增計數(shù)器相同。第八個脈沖輸入后，四個觸發(fā)器狀態(tài)為1000，此時Q30，使下一個FF0來的負(fù)階躍電壓不能使FF1翻轉(zhuǎn)。因而在第十個脈沖輸入后，觸發(fā)器狀態(tài)由1001變?yōu)?000，而不是1010，從而使四個觸發(fā)器跳過10101111六個狀態(tài)而復(fù)位到原始狀態(tài)0000，其工作波形如圖8(b)所示。 當(dāng)?shù)谑畟€脈沖作用后，產(chǎn)生進(jìn)位輸出信號C0=Q3Q0。 (2)狀態(tài)方程分析法: 首先列出各觸發(fā)器驅(qū)動方程： 3、觸發(fā)器在異步工作時，若有CP觸發(fā)沿輸入，其狀態(tài)由特征方程確定，否則維持原態(tài)不變。這

8、時觸發(fā)器的特征方程可變?yōu)镼n+1=(JQn+KQn)CP+QnCP，其中CP1表示有CP觸發(fā)沿加入，CP0表示沒有CP觸發(fā)沿加入。所以可以寫出 以下狀態(tài)方程： 根據(jù)以上狀態(tài)方程，即可列出計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。 七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)1、本次實(shí)驗(yàn)有模3、模4兩個實(shí)驗(yàn)，其中模3實(shí)驗(yàn)較簡單，連線不復(fù)雜，模4實(shí)驗(yàn)連線較復(fù)雜。模3實(shí)驗(yàn)可作為多波形觀察方法的入手實(shí)驗(yàn)，為模4實(shí)驗(yàn)中的波形觀察，示波器設(shè)置打基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)時，首先要注意示波器觸發(fā)時的信號源，一般選為周期最長的信號。其次，注意設(shè)置示波器觸發(fā)方式，在遞增計數(shù)時，選擇“下降觸發(fā)”，在遞減計數(shù)時，選擇“上升觸發(fā)”。2、書到用時方恨少，事非經(jīng)過不知難。實(shí)驗(yàn)課的效率和理論課的扎實(shí)水平是正相關(guān)的，在實(shí)驗(yàn)中遇到問題時，如果理論課扎實(shí)，很快就能排除問題，如果理論課不扎實(shí)，就會不知從何入手排查。課本上的永遠(yuǎn)是最簡單的，不經(jīng)過實(shí)踐，不能對知識形成強(qiáng)烈的印象。課本上的幾根毫不在意的導(dǎo)線，可能就是葬送自己實(shí)驗(yàn)的“陷阱”。3、這個實(shí)驗(yàn)橫跨五一，時間跨度可謂很長了。只記得自己還有一個模四的實(shí)驗(yàn)沒有驗(yàn)收，模三的實(shí)驗(yàn)還是比較簡單的。至于為什么在五一之前沒有把模四的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收掉的原因現(xiàn)在看來，估計是當(dāng)時哪里的一根線連錯了，直接導(dǎo)致了Z的輸出波形和參考的波形相差了四分之一個周期，再加上時間也不是很長了，