《電子線路》異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器教案

1、異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器【教學(xué)目標(biāo)】教 學(xué) 目 的 1、知識(shí)目標(biāo)：（1）理解異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能；（2）掌握異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)；（3）理解異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的工作原理。2、能力目標(biāo)：（1）提高實(shí)踐動(dòng)手能力；（2）提高思考問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力。3、情感目標(biāo)：激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。【教學(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：（1）異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能；（2）異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)；難點(diǎn)：（1）儀器使用、實(shí)踐技能；（2）異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的工作原理?！臼谡n方式】理實(shí)一體化【教學(xué)過(guò)程】【復(fù)習(xí)引入】這節(jié)課我們來(lái)學(xué)習(xí)一種常見(jiàn)的時(shí)序邏輯電路，叫做計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器是怎樣構(gòu)成的，它能實(shí)現(xiàn)什么功能呢？今天我們通過(guò)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓大家從實(shí)驗(yàn)中來(lái)發(fā)

2、現(xiàn)和總結(jié)計(jì)數(shù)器的功能和工作原理。做實(shí)驗(yàn)之前，我們首先來(lái)復(fù)習(xí)一下JK邊沿觸發(fā)器及其邏輯功能： JKQn功能00Qn保持11翻轉(zhuǎn)010置0101置1 1、觀察圖中符號(hào)，CP脈沖的有效觸發(fā)邊沿是它的什么邊沿？（下降沿）2、置0端和置1端是什么電平或脈沖有效？（低電平）觸發(fā)器正常工作時(shí)，置0端和置1端應(yīng)給予高電平還是低電平？（高電平）3、TTL數(shù)字集成電路輸入端懸空可視為輸入什么？（高電平）4、JK觸發(fā)器的邏輯功能？填入上表。特別注意當(dāng)JK輸入都為1時(shí)，觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的是什么功能？【新課】一、實(shí)踐準(zhǔn)備：（一）實(shí)驗(yàn)器材：異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)電路板一塊、EE1640C函數(shù)信號(hào)發(fā)生器/計(jì)數(shù)器一臺(tái)、YJ56-1雙

3、路穩(wěn)壓電源一臺(tái)、萬(wàn)用表一架、導(dǎo)線、電烙鐵及焊錫。（二）認(rèn)識(shí)電路板：1、雙JK觸發(fā)器集成電路74LS112的管腳排列：2、請(qǐng)同學(xué)們對(duì)照管腳排列圖理解元件接線圖：（1）電源正極和電源負(fù)極接線夾腳及分布線；（2）兩個(gè)集成塊里包含著四個(gè)JK邊沿觸發(fā)器：四組JK輸入端和直接置1端接高電平；四個(gè)直接置0端（直接復(fù)位端）相連并與復(fù)位開(kāi)關(guān)相連；四個(gè)CP脈沖輸入的位置；四個(gè)Q輸出的位置；（3）四個(gè)發(fā)光二極管及其限流電阻3、電路板實(shí)物圖：（三）儀器準(zhǔn)備：1、調(diào)節(jié)電源：打開(kāi)雙路穩(wěn)壓電源，取其中一路，用萬(wàn)用表調(diào)出準(zhǔn)確的5V電源電壓。2、調(diào)節(jié)信號(hào)源：采用單脈沖輸出打開(kāi)信號(hào)發(fā)生器，輸出電纜線接“單脈沖輸出”端，波形選擇方

4、波，其它所有旋鈕和按鈕全部置于關(guān)閉或不作用的狀態(tài)。（輸出的單脈沖幅度為5V，該波形參數(shù)為內(nèi)部設(shè)定，與儀器板面顯示參數(shù)無(wú)關(guān)。）按動(dòng)信號(hào)源上的單脈沖按鈕，注意觀察單脈沖按鈕上方的指示燈，燈亮表示此時(shí)輸出高電平，燈滅表示此時(shí)輸出低電平，當(dāng)燈從滅到亮?xí)r出現(xiàn)了一個(gè)上升沿，當(dāng)燈從亮到滅時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)下降沿。（四）電路板接線：1、供給電源：用兩根鱷魚(yú)夾導(dǎo)線分別將調(diào)好的一路電源的正極接線柱與電路板的正極連接，負(fù)極接線柱與電路的負(fù)極連接。2、輸入CP：將信號(hào)源輸出電纜線的紅色鱷魚(yú)夾與電路板的正極連接，黑色鱷魚(yú)夾與電路板的負(fù)極連接。二、單個(gè)JK觸發(fā)器的計(jì)數(shù)功能：（一）實(shí)踐操作1、復(fù)位按鈕的作用：多次重新連接CP脈沖

5、輸入，每次都按一下復(fù)位按鈕，可看到什么現(xiàn)象？可見(jiàn)復(fù)位按鈕起什么作用？（解釋常開(kāi)開(kāi)關(guān)）2、手動(dòng)輸入CP脈沖，填寫(xiě)工作狀態(tài)表：CP個(gè)數(shù)JKQ01101111211031114110觀察當(dāng)電路板的輸入CP脈沖出現(xiàn)上升沿時(shí)，發(fā)光二極管的亮滅情況有沒(méi)有變化？當(dāng)輸入CP脈沖出現(xiàn)下降沿時(shí)呢？這說(shuō)明了什么？（二）思考：1、此時(shí)觸發(fā)器J、K端輸入什么電平？觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)什么功能？答：JK端輸入高電平；觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能。2、觀察電路板，完成以下原理圖：3、根據(jù)電路原理圖，完成工作波形圖，觀察對(duì)比實(shí)驗(yàn)記錄的工作狀態(tài)表和工作波形圖，兩者是否一致？（三）小結(jié)：JK觸發(fā)器通過(guò)翻轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)CP脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)，即每來(lái)一個(gè)脈沖

6、，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。但單個(gè)JK觸發(fā)器只能實(shí)現(xiàn)一位二進(jìn)制數(shù)的記錄，即只能記錄0到1個(gè)CP脈沖輸入，可被視為一個(gè)最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制一位計(jì)數(shù)器。（四）問(wèn)題：怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)更多個(gè)CP的計(jì)數(shù)呢？提示：二進(jìn)制數(shù)逢二進(jìn)一，進(jìn)位后需要多1個(gè)位數(shù)來(lái)表示數(shù)值，如十進(jìn)制數(shù)（2）10就需要一個(gè)二位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示成（10）2。三、用2個(gè)JK觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器：（一）實(shí)踐操作：1、改裝電路：用一根短導(dǎo)線將IC1的第5腳和第13腳相連接。2、復(fù)位（清零）。3、手動(dòng)輸入CP，填寫(xiě)工作狀態(tài)表：CP個(gè)數(shù)Q1Q0N0000101121023113400050116102（二）思考：1、觀察電路板，兩個(gè)JK觸發(fā)器各輸入輸出端是怎樣連接的？完成

7、電路原理圖并思考，高位觸發(fā)器FF1的CP由哪里提供？?jī)蓚€(gè)觸發(fā)器是否受統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制？狀態(tài)變化都是同時(shí)發(fā)生的嗎？ 答：由低位觸發(fā)器FF0的輸出Q0提供，兩個(gè)觸發(fā)器不受統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖控制，狀態(tài)變化不是同時(shí)發(fā)生的。2、根據(jù)電路原理圖，完成工作波形圖，觀察對(duì)比實(shí)驗(yàn)記錄的工作狀態(tài)表和工作波形圖，兩者是否一致？Q1是在什么情況下翻轉(zhuǎn)的？答：Q1是在Q0出現(xiàn)下降沿的時(shí)候翻轉(zhuǎn)的。3、把Q1、 Q0看作一個(gè)二位二進(jìn)制數(shù)，在工作狀態(tài)表中把該二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)N，填入最后一列。觀察N與CP脈沖個(gè)數(shù)有什么關(guān)系？這說(shuō)明該電路對(duì)CP脈沖個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)了什么功能？并且其結(jié)果是怎樣表示的？答：N與CP脈沖個(gè)數(shù)一致，這說(shuō)明電

8、路對(duì)CP脈沖個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)功能，并且其結(jié)果是用一個(gè)二位二進(jìn)制數(shù)表示的。（三）小結(jié)：把2個(gè)JK觸發(fā)器連接起來(lái)，使高位觸發(fā)器FF1的CP1脈沖由低位觸發(fā)器FF0的輸出Q0提供。兩個(gè)觸發(fā)器不受同一時(shí)鐘脈沖控制，觸發(fā)器的狀態(tài)不在同一時(shí)刻發(fā)生，因此這是一個(gè)異步的時(shí)序邏輯電路。當(dāng)?shù)?個(gè)脈沖輸入后，F(xiàn)F0的輸入Q0在由1變0的同時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)進(jìn)位信號(hào)（即下降沿），給FF1使其翻轉(zhuǎn)，Q1由0變1。計(jì)數(shù)器的輸出顯示為（），即的二進(jìn)制數(shù)表示方法。計(jì)數(shù)器通過(guò)進(jìn)位的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)1個(gè)以上CP個(gè)數(shù)的記錄，記錄結(jié)果用一個(gè)二位二進(jìn)制數(shù)表示，并且數(shù)值的變化呈遞增順序。這樣的計(jì)數(shù)器稱(chēng)為一個(gè)異步二進(jìn)制二位加法計(jì)數(shù)器。（四）問(wèn)題：如

9、果說(shuō)秒表類(lèi)似于一個(gè)加法計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)遞增計(jì)數(shù)，那么假如我們需要一個(gè)定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)的功能，則此時(shí)計(jì)數(shù)器應(yīng)該實(shí)現(xiàn)什么變化順序的計(jì)數(shù)？應(yīng)該怎么設(shè)計(jì)電路？提示：遞減順序計(jì)數(shù)，減法計(jì)數(shù)器四、減法計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)：（一）思考：1、如果要構(gòu)成一個(gè)二進(jìn)制二位減法計(jì)數(shù)器，也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)二位二進(jìn)制遞減順序的計(jì)數(shù)，需要幾個(gè)觸發(fā)器？各個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)應(yīng)該怎樣變化？嘗試填寫(xiě)工作狀態(tài)表：CP個(gè)數(shù)Q1Q0N00001113210230114000511361022、根據(jù)工作狀態(tài)表，試著完成工作波形圖。仔細(xì)觀察和的波形：的波形與加法計(jì)數(shù)器中的波形圖有沒(méi)有不同？波形的變化與加法計(jì)數(shù)器中波形的變化有什么不同？是在什么情況下翻轉(zhuǎn)的？

10、答：的波形與加法計(jì)數(shù)器中的波形沒(méi)有不同；加法計(jì)數(shù)器的波形是在波形出現(xiàn)下降沿的時(shí)候翻轉(zhuǎn)的；而此時(shí)波形是在波形出現(xiàn)上升沿的時(shí)候翻轉(zhuǎn)的。如果高位觸發(fā)器FF1的CP1脈沖由低位觸發(fā)器FF0的0輸出提供，那么電路的工作過(guò)程和實(shí)現(xiàn)的功能會(huì)有什么不同？1、根據(jù)以上提示完成電路原理圖：2、根據(jù)電路原理圖，完成工作波形圖，觀察對(duì)比實(shí)驗(yàn)記錄的工作狀態(tài)表和工作波形圖，兩者是否一致？Q1是在什么情況下翻轉(zhuǎn)的？3、根據(jù)工作波形圖填寫(xiě)狀態(tài)工作表：（二）小結(jié)：將低位觸發(fā)器FF0的0連接到高位觸發(fā)器FF1的CP1脈沖，就構(gòu)成了一個(gè)實(shí)現(xiàn)遞減計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，稱(chēng)為減法計(jì)數(shù)器。一個(gè)十進(jìn)制二位減法器能實(shí)現(xiàn)從3到0的倒計(jì)數(shù)。（三）問(wèn)題：一

11、個(gè)由三個(gè)觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器可以記錄多少個(gè)CP或?qū)崿F(xiàn)多少個(gè)CP的倒計(jì)數(shù)？四個(gè)或者更多個(gè)呢？提示：三個(gè)觸發(fā)器三位十進(jìn)制數(shù)表示0到7四個(gè)觸發(fā)器四位十進(jìn)制數(shù)表示0到15五、多位計(jì)數(shù)器：（一）思考：假如用四個(gè)JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)0到15的計(jì)數(shù)，那么四個(gè)觸發(fā)器的輸出應(yīng)怎樣變化？填寫(xiě)工作狀態(tài)表：CP個(gè)數(shù)Q3Q2Q1Q0N10001120010230011340100450101560110670111781000891001910101010111011111211001213110113141110141511111516000001700011（二）實(shí)踐操作：1、調(diào)節(jié)信號(hào)源：采用連續(xù)脈沖輸出輸出電纜線接“連續(xù)

12、脈沖輸出”端，波形選擇方波，頻率調(diào)節(jié)為1Hz，幅度調(diào)節(jié)為5V（p-p），衰減選擇0dB。其它無(wú)關(guān)的旋鈕和按鈕全部置于關(guān)閉或不作用的狀態(tài)。2、接線：用一根短導(dǎo)線將IC2的第5腳和第13腳相連接，用一根長(zhǎng)導(dǎo)線將IC1的第9腳和IC2的第1腳相連。3、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論分析是否一致？【總結(jié)】1、功能特點(diǎn)：利用觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能，異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)加法或減法計(jì)數(shù)，記錄結(jié)果用若干位十進(jìn)制數(shù)表示，N位計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)0到（2N1）個(gè)CP脈沖的計(jì)數(shù)。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖CP由低位觸發(fā)器的輸出Q或提供。3、工作原理：異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的工作特點(diǎn)是：高位觸發(fā)器在低一位觸發(fā)器的輸出信號(hào)Q出現(xiàn)下降沿的時(shí)候翻轉(zhuǎn)；異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的工作特點(diǎn)是：高位觸發(fā)器在低一位觸發(fā)器的輸出信號(hào)出現(xiàn)下降沿的時(shí)候翻轉(zhuǎn)?！咀鳂I(yè)】1、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2、畫(huà)出異步二進(jìn)制四位加法計(jì)數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)原理圖?！景鍟?shū)設(shè)計(jì)】一、實(shí)踐準(zhǔn)備：（一）