數(shù)電實(shí)驗(yàn)計(jì)數(shù)器電路

1、實(shí)驗(yàn) 5 計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)電路1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沼?jì)數(shù)器的工作原理及特性 采用觸發(fā)器及集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器2 實(shí)驗(yàn)儀器與元器件實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱、數(shù)字萬用表、示波器2.2 芯片74LS00/74ls04 74LS4874LS161 共陰數(shù)碼管 電位器 電阻等其它元件若 干3 預(yù)習(xí)要求預(yù)習(xí)計(jì)數(shù)器相關(guān)內(nèi)容。作出預(yù)習(xí)報(bào)告。4 實(shí)驗(yàn)原理計(jì)數(shù)器是用來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件 , 它能夠計(jì)脈沖數(shù) , 還可以實(shí)現(xiàn)定 時(shí)、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列等。計(jì)數(shù)器的種類很多，按時(shí)鐘脈沖輸入 方式的不同，可以分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。按進(jìn)位體制不同，可以分二 進(jìn)制和非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 按計(jì)數(shù)的增減趨勢， 可分加法或

2、減法計(jì)數(shù)器等。 目前， 無論是TTL還是CMO集成電路，都有品種齊全的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)電路。作為 使用者可以借助器件手冊提供的功能表和工作波形以及引腳分布圖， 就能正確 地使用這些器件。異步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器是指計(jì)數(shù)脈沖不是直接加到所有觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖端。這樣,當(dāng)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖作用后， 計(jì)數(shù)器中某些觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生變化，而其它觸發(fā)器保持原來狀態(tài)，即計(jì)數(shù)器中各觸發(fā)器狀態(tài)的更新與輸入時(shí)鐘脈沖異步。在設(shè)計(jì)模為整數(shù)N的異步計(jì)數(shù)器時(shí)，如果 N 2K，則為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，例 如設(shè)計(jì)一個(gè)4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，N 24 16，K=4,用4個(gè)觸發(fā)器級聯(lián)即可。 如果N不等于2的整次冪，則是非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這時(shí)，可將N寫N=2

3、k * N,其中Ni為奇數(shù)，這樣由模為2k和模為Ni的兩個(gè)計(jì)算器級聯(lián)而成，其中模為Ni 的計(jì)數(shù)器通常用反饋的方法構(gòu)成例如設(shè)計(jì)一個(gè)異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可令2K=21, Ni=5,就是用一個(gè)模2計(jì)數(shù)器和一個(gè)模5計(jì)數(shù)器級聯(lián).圖所示集成觸發(fā)器74LS74構(gòu)成的異步十六進(jìn)制四位加法計(jì)數(shù)器 .QQQQS聯(lián)接特點(diǎn)是將各個(gè)觸發(fā)器的 Q與該觸發(fā)器的D輸入端連接,就把每個(gè)D觸發(fā)器 接成T觸發(fā)器,再由低位觸發(fā)器的Q端和高一位的CP端相連接而成。同步計(jì)數(shù)器RD謂同步就是計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)連接在各位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端，當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖來到時(shí)，應(yīng)該翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器在 同一時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。因此，同步計(jì)數(shù)器的工作速度比異步計(jì)數(shù)器快。同步計(jì)數(shù)器的

4、設(shè)計(jì)可按“狀態(tài)表+ 卡諾圖+寫出各觸發(fā)器控制輸入端的邏輯方程”，進(jìn)行，然 后畫出邏輯電路。也可以根據(jù)狀態(tài)表中各觸發(fā)器輸出的變化規(guī)律，直接寫出各觸發(fā)器控制輸入端的邏輯方程，最后畫出邏輯電路圖。例如設(shè)計(jì)一個(gè)同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表所示。采用雙JK觸發(fā)器74LS76,通過分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，可得到各觸發(fā)器控制輸入端的邏輯方程如下表十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表計(jì)數(shù)脈沖數(shù)進(jìn)制數(shù)1ooooooo1o2ooo1oo1o13oo1ooo1124oo11o1oo35o1ooo1o146o1o1o11o57o11oo11168o1111ooo791ooo1oo181oo1oooo9(1) 第一位觸發(fā)器Qo

5、，每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖CP,其狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，則Jo Ko 1(2) 第二位觸發(fā)器Qi，在Qo 1時(shí)，來一個(gè)時(shí)鐘脈沖 CP,其狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次， 而在Q3 1時(shí)不翻轉(zhuǎn)，故Ji QoQ3，Ki Qo.。(3) 第三位觸發(fā)器Q2，在Q1 Qo 1時(shí)再來一個(gè)時(shí)鐘脈沖CP其狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)， 故 J 2 K2 Q1Qo。(4) 第四位觸發(fā)器Q3，在Q2 Q1 Qo 1時(shí)，再來一個(gè)鐘脈沖 CP其狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)，并在第十個(gè)CP觸發(fā)后，Q3應(yīng)由1翻轉(zhuǎn)為0，故J3 Q2Q1Q。， K3 Qo。由 此畫出的邏輯電路如圖所示。集成計(jì)數(shù)器實(shí)際工作中，人們很少使用中、小規(guī)模觸發(fā)器構(gòu)成各種計(jì)數(shù)器，而是直接選用集成電路計(jì)數(shù)器產(chǎn)品。集成計(jì)數(shù)器

6、的類型很多，例如有丄S/HC系列和CMOS序列的2X 5進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器 74LS90、74LS390 (雙2X 5), 2X6進(jìn)制異步計(jì) 數(shù)器74LS92,可預(yù)置同步4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS161/C40161,可預(yù)置雙時(shí)鐘同步可逆BCD計(jì)數(shù)器74LS192/C40192等。下面介紹集成計(jì)數(shù)器 74LS161。(1)集成計(jì)數(shù)器74LS16174LS161是4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器。圖是它的引腳分布圖，其中RD是異步清零端，LD是預(yù)置數(shù)控制端，A、B、C D是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，EP和ET是計(jì) 數(shù)使能(控制)端，RCO( ETQaQbQcQd )是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集 成計(jì)數(shù)器的級聯(lián)提供了方

7、便。它的邏輯功能見表表74LS161的功能表清零FD預(yù)置LD使能EPet時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入A B CD輸出Q Q bQ QdLXXXXXXXXL L LLHLXXA B CDA B CDHHL XXXXXX保持HHX LXXXXX保持HHH HXXXX計(jì)數(shù)根據(jù)表可知，74LS161具有下列功能. 異步清零 當(dāng)R=0時(shí)，不管其它輸 的狀態(tài)如何（包括時(shí)鐘信號 CP）,計(jì)數(shù) 出將被直接置零，稱為異步清零。 同步并行預(yù)置數(shù)當(dāng)R=1, LD=0R）116VccCP215RCOA314QAB413QBC574LS7412QC入端D611QDEP710ET器輸GND89LD集成計(jì)數(shù)器74161引腳 時(shí)鐘A B

8、、C D輸入端的LD=0也不能脈沖CP的上升沿到達(dá)時(shí)，不管其它控制信號什么狀態(tài)，數(shù)據(jù)將分別被 QQ所接收。如果沒有時(shí)鐘脈沖上升沿到達(dá)，盡管將預(yù)置數(shù)據(jù)置入QQ。所以這個(gè)置數(shù)操作要與CP上升沿同步，且AD的數(shù)據(jù)同時(shí)置入計(jì)數(shù)器，稱為同步并行預(yù)置數(shù)。 保持在FD=LD=1的條件下，當(dāng)ET EP=0,即兩個(gè)計(jì)數(shù)使能端中有 0時(shí)，不管有 無CP脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變，停止計(jì)數(shù)，需要說明的是，當(dāng) EP=0, ET=1時(shí)，進(jìn)位輸出 RCO也保持不變。而當(dāng) ET=0時(shí)，不管EP狀態(tài)如何， 進(jìn)位輸出RCO=0 計(jì)數(shù)當(dāng)RD二LD二EP二ETM時(shí)，隨著CP脈沖，按8421碼循環(huán)計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)狀態(tài)達(dá)到111

9、1時(shí)，其RCO=1產(chǎn)生進(jìn)位輸出。用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器雖然集成計(jì)數(shù)器的種類很多，也不可能包羅任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，當(dāng)需要用到某進(jìn)制的計(jì)數(shù)器時(shí)，可以利用計(jì)數(shù)器所特定的功能外加適當(dāng)?shù)碾娐穪順?gòu)成。下面介紹兩種情況的實(shí)現(xiàn)方法，其一是反饋清零法，其二是反饋置數(shù)法。441反饋清零法反饋清零法用于有清零輸入端的集成計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)數(shù)器的清零端加低電平 時(shí)，不管計(jì)數(shù)器處于狀態(tài)，計(jì)數(shù)器回到全零狀態(tài)。又可以重新進(jìn)行計(jì)數(shù)。如圖 所示。就是用反饋清零法將74LS161構(gòu)成九進(jìn)制加計(jì)數(shù)器。工作原理自行分析。圖 用反饋清零法將74161接成九進(jìn)制計(jì)數(shù)器反饋置數(shù)法反饋置數(shù)法適用于具有預(yù)置數(shù)功能的集成計(jì)數(shù)器。對于具有同步預(yù)置數(shù)功 能的計(jì)數(shù)器來說，在計(jì)數(shù)過程中，可以將它輸出的任何一個(gè)狀態(tài)通過譯碼，產(chǎn) 生一個(gè)預(yù)置數(shù)控制信號反饋到預(yù)置數(shù)控制端，當(dāng)下一個(gè)CP脈沖作用后，計(jì)數(shù)器就會把預(yù)置數(shù)輸入信號狀態(tài)置入輸出端，預(yù)置信號消失后，計(jì)數(shù)器就從被置入的狀態(tài)幵始重新計(jì)數(shù)。如圖所示，采用反饋置數(shù)法，工作原理自行分析。規(guī)模集成計(jì)數(shù) 的邏輯功能 驗(yàn)步驟以及測 集成計(jì)數(shù)器 功能用的表格。5實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測試中器 74LS161自擬實(shí)試中規(guī)模圖用反饋置數(shù)法構(gòu)成九進(jìn)制加計(jì)數(shù)74LS161的邏輯用74LS161構(gòu)成10進(jìn)制的加法計(jì)數(shù)器，并進(jìn)行數(shù)碼