電子電路分析與調(diào)試-毛玉青課件 情境8 數(shù)字鐘

數(shù)字鐘學(xué)習(xí)目標(biāo)能借助資料讀懂集成電路的型號(hào)，明確各引腳功能。會(huì)識(shí)別并測(cè)試常用集成計(jì)數(shù)器。能常用集成計(jì)數(shù)器產(chǎn)品設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。能完成120秒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試。知識(shí)目標(biāo)能力目標(biāo)了解計(jì)數(shù)器的基本概念；掌握二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器常用集成產(chǎn)品的功能及其應(yīng)用。掌握任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法。掌握數(shù)字電子鐘的電路組成與工作原理。計(jì)數(shù)器在運(yùn)行時(shí)，所經(jīng)歷的狀態(tài)是周期性的，即總是在有限個(gè)狀態(tài)中循環(huán)，將一次循環(huán)所包括的狀態(tài)總數(shù)稱(chēng)作計(jì)數(shù)器的“容量”或“?！?。計(jì)數(shù)器：累計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)功能的時(shí)序電路。除計(jì)數(shù)功能外，計(jì)數(shù)器還可用于定時(shí)、分頻、測(cè)速、程序控制等。

[知識(shí)鏈接]計(jì)數(shù)器及應(yīng)用計(jì)數(shù)器的分類(lèi)按CP脈沖輸入方式可分為:

同步計(jì)數(shù)器、異步計(jì)數(shù)器按邏輯功能可分為：

加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器、可逆計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)的進(jìn)制可分為：

二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)集成度可分為：

小規(guī)模集成計(jì)數(shù)器、中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器876543210二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)規(guī)律舉例二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)規(guī)律舉例“000–1”不夠減，需向相鄰高位借“1”，借“1”后作運(yùn)算“1000–1=111”。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器按二進(jìn)制計(jì)數(shù)進(jìn)位規(guī)律進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器按十進(jìn)制計(jì)數(shù)進(jìn)位規(guī)律進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)規(guī)律Q0Q1Q2Q3計(jì)數(shù)器狀態(tài)計(jì)數(shù)順序10019000181110701106101050010411003010021000100001000000集成異步計(jì)數(shù)器的功能分析及應(yīng)用常用集成異步計(jì)數(shù)器芯片型

號(hào)功

能74LS290二—五—十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS2934位二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS390雙二—五—十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS393雙4位二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器Q0Q1Q2Q3CT74LS290M=5CP0M=2CP1CP0CP1Q0Q1Q2Q3R0AR0BS9AS9B集成異步二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CT74LS290R0AR0B異步置0端

(結(jié)構(gòu)圖中未畫(huà)出)S9AS9B異步置9端內(nèi)含一個(gè)1位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。M=2M=5二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入端，下降沿觸發(fā)。

二進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出端五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入端，下降沿觸發(fā)。五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出端，從高位到低位依次為Q3、Q2、Q1。

①異步置0功能：當(dāng)R0=R0A·R0B=1、S9=S9A·S9B=0

時(shí)，計(jì)數(shù)器異步置0。CT74LS290的功能

②異步置9功能：當(dāng)S9=S9A·S9B=1、R0=R0A·R0B=0

時(shí)，計(jì)數(shù)器異步置9。

③計(jì)數(shù)功能：當(dāng)R0A·R0B=0且S9A·S9B=0時(shí)，在

時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)00置91001×10置00000×01Q0Q1Q2Q3CPS9A·S9BR0A·R0B說(shuō)明輸出輸入××CT74LS290的基本應(yīng)用Q0Q1Q2Q3CT74LS290CP0CP1R0AR0BS9AS9B輸出計(jì)數(shù)輸入1構(gòu)成1位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器Q0Q1Q2Q3CT74LS290CP0CP1R0AR0BS9AS9B輸出1構(gòu)成異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)輸入什么功能？什么功能？輸出從高位到低位依次為Q3、Q2、Q1、Q0Q0Q1Q2Q3CT74LS290CP0CP1R0AR0BS9AS9B計(jì)數(shù)輸入74LS290構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器9秒計(jì)時(shí)器三、實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法

利用現(xiàn)有的成品計(jì)數(shù)器外加適當(dāng)?shù)碾娐房蛇B接成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法有：

反饋清零法：適用于有清零輸入端的集成計(jì)數(shù)器。原理是不管輸出處于哪一狀態(tài)，只要在清零輸入端加一有效電平電壓，輸出會(huì)立即從那個(gè)狀態(tài)回到0000狀態(tài)，清零信號(hào)消失后，計(jì)數(shù)器又可以從0000開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。

反饋置數(shù)法：適用于具有預(yù)置功能的集成計(jì)數(shù)器。對(duì)于具有預(yù)置數(shù)功能的計(jì)數(shù)器而言，其計(jì)數(shù)過(guò)程中，可以將它輸出的任意一個(gè)狀態(tài)通過(guò)譯碼，產(chǎn)生一個(gè)預(yù)置數(shù)控制信號(hào)反饋至預(yù)置數(shù)控制端，在下一個(gè)CP脈沖作用后，計(jì)數(shù)器會(huì)把預(yù)置數(shù)輸入端A、B、C、D的狀態(tài)置入輸出端。預(yù)置數(shù)控制信號(hào)消失后，計(jì)數(shù)器就從被置入的狀態(tài)開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。用異步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計(jì)數(shù)器(如74ls290)：寫(xiě)出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼；求歸零邏輯，即求異步清零端或置數(shù)控制端信號(hào)的邏輯表達(dá)式；3）畫(huà)連線圖。用同步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計(jì)數(shù)器：寫(xiě)出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼；求歸零邏輯，即同步清零端或置數(shù)控制端信號(hào)的邏輯表達(dá)式；3）畫(huà)連線圖。用74ls290分別設(shè)計(jì)24秒計(jì)時(shí)器和60秒計(jì)時(shí)器常用集成同步計(jì)數(shù)器芯片功能型號(hào)功能74LS1604位十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（異步清除）74LS1904位十進(jìn)制可逆同步計(jì)數(shù)器74LS1614位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（異步清除）74LS1914位二進(jìn)制可逆同步計(jì)數(shù)器74LS1624位十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（同步清除）74LS1924位十進(jìn)制可逆同步計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘）74LS1634位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（同步清除）74LS1934位二進(jìn)制可逆同步計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘）型號(hào)CT74LS161和CT74LS163CT74LS161CPQ0Q1Q2Q3COD0CT74LS161和CT74LS163邏輯功能示意圖CT74LS163CTTCTPCRLDD1D2D3CRLD計(jì)數(shù)狀態(tài)輸出端,從高位到低位依次為Q3、Q2、Q1、Q0進(jìn)位輸出端置數(shù)數(shù)據(jù)輸入端，為并行數(shù)據(jù)輸入。計(jì)數(shù)脈沖輸入端，上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)控制端，高電平有效。CR

為置0控制端，

低電平有效。LD為同步置數(shù)控制端，低電平有效。

集成同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CT74LS161和CT74LS163CT74LS161的功能表CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計(jì)數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說(shuō)明輸出輸入d0d1d2d3d0d1d2d301

當(dāng)

CR=1、LD=0

，在CP

上升沿到來(lái)時(shí)，并行輸入的數(shù)據(jù)d3~d0被置入計(jì)數(shù)器。00

當(dāng)

CR=LD=1，且CTT和CTP中有0

時(shí)，狀態(tài)保持不變。00000

CR=0

時(shí)，不論有無(wú)CP

和其他信號(hào)輸入，計(jì)數(shù)器被置0。

當(dāng)

CR=LD=CTT=CTP=1

時(shí)，在計(jì)數(shù)脈沖的上升沿進(jìn)行4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。CO在計(jì)數(shù)至“1111”時(shí)出高電平，在產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)輸出下降沿。CT74LS161的主要功能：

(1)異步置0

功能(CR低電平有效)(2)同步置數(shù)功能(LD低電平有效)(3)計(jì)數(shù)功能(LR=LD=CTT=CTP=1)(4)保持功能(LR=LD=1，CTT

和CTP

中有0)CT74LS161的功能表CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計(jì)數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說(shuō)明輸出輸入CT74LS161與CT74LS163的功能比較CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

同步置00保持×××××0×11保持××××××011計(jì)數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000×××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說(shuō)明輸出輸入CT74LS163CO=CTT·Q3Q2Q1Q0CO=Q3Q2Q1Q0CO=CTT·Q3Q2Q1Q0

異步置00保持×××××0×11保持××××××011計(jì)數(shù)××××1111d0d1d2d3d0d1d2d3××0100000××××××××0COQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPCTTCTPLDCR

說(shuō)明輸出輸入CT74LS161

CT74LS161與CT74LS163的差別是：“161”為異步置0，“163”為同步置0。其他功能及管腳完全相同。CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP計(jì)數(shù)輸入輸出端11&××××S6=0110[例]用74LS161構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

根據(jù)S6

和CR的有效電平寫(xiě)出③畫(huà)連線圖①寫(xiě)出S6

的二進(jìn)制代碼S6=0110②寫(xiě)出反饋置0函數(shù)CT74LS161Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP異步反饋歸零法：預(yù)置數(shù)法:利用同步置數(shù)控制端LD和預(yù)置數(shù)端DCBA實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)回零的，與反饋歸零法的區(qū)別在于，計(jì)數(shù)過(guò)程中不存在過(guò)渡狀態(tài)，所以與非門(mén)各條連線的權(quán)值之和應(yīng)等于要求的計(jì)數(shù)模值N再減去1，可記為反饋數(shù)

=計(jì)數(shù)模N

-1

74LS161預(yù)置數(shù)法構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器邏輯電路及狀態(tài)圖

[例]試用74LS161芯片采用預(yù)置數(shù)法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，要求計(jì)數(shù)初始狀態(tài)為3即(0011)2。

解：計(jì)數(shù)模為6，且計(jì)數(shù)初始值為3，則有反饋數(shù)-3=6-1可得到反饋數(shù)=8=(1000)2

所以應(yīng)將QD端經(jīng)過(guò)一個(gè)反相器（非門(mén)）與LD端相連，預(yù)置數(shù)端DCBA應(yīng)為0011，其邏輯電路及對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖如右圖所示。

若計(jì)數(shù)狀態(tài)不是從0000開(kāi)始，可按以下公式計(jì)算為反饋數(shù)-預(yù)置數(shù)

=計(jì)數(shù)模N–1

進(jìn)位輸出置最小數(shù)法：是利用同步置數(shù)控制端LD和進(jìn)位輸出端OC，將OC端的輸出經(jīng)非門(mén)送到LD端，令預(yù)置數(shù)端DCBA輸入計(jì)數(shù)狀態(tài)中的最小數(shù)M所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)由M到15的計(jì)數(shù)，其中M=24-N（N為計(jì)數(shù)器的模）。

例如，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器N=10，若計(jì)數(shù)狀態(tài)中的最小數(shù)M=24-10=6=(0110)2，即預(yù)置數(shù)端DCBA=0110，則利用進(jìn)位輸出置最小數(shù)法構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器及其狀態(tài)圖如下所示，計(jì)數(shù)過(guò)程中也不會(huì)出現(xiàn)過(guò)渡狀態(tài)。

[例]試用74LS161芯片，進(jìn)位輸出置最小數(shù)法實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

解：計(jì)數(shù)模為6，所以最小數(shù)M=24–6=10=(1010)2，即DCBA=1010。進(jìn)位輸出OC端經(jīng)非門(mén)與同步置數(shù)控制端LD相連，當(dāng)計(jì)數(shù)到1111時(shí)，LD有效為低電平，將重新置最小數(shù)1010。進(jìn)位輸出置最小數(shù)法構(gòu)成的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖

(a)所示，圖

(b)為其狀態(tài)圖。

[例]用兩片CT74LS161構(gòu)成8位二進(jìn)制(256進(jìn)制)同步計(jì)數(shù)器。當(dāng)計(jì)至“15”時(shí)，CO低

=1，允許高位片計(jì)數(shù)，這樣，第16個(gè)脈沖來(lái)時(shí)，低位片返回“0”，而高位片計(jì)數(shù)一次。在低位片計(jì)至“15”之前，CO低

=0，禁止高位片計(jì)數(shù)；每逢16的整數(shù)倍個(gè)脈沖來(lái)時(shí)，低位片均返回“0”，而高位片計(jì)數(shù)一次。因此，實(shí)現(xiàn)了8位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。28=256CPCOD0CTTCTPCRLDD1D2D3Q0低Q1低Q2低Q3低11CT74LS161

(低位)1××××COD0CTTCTPCRLDD1D2D3Q0高Q1高Q2高Q3高1CT74LS161

(高位)1××××計(jì)數(shù)輸入例如，用74LS161構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因計(jì)數(shù)模N=24>16，故需要兩片74LS161芯片。采用反饋歸零法實(shí)現(xiàn)的二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下圖所示，將24/16=1余8，把商“1”作為高位輸出，余數(shù)“8”作為低位輸出，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的清零信號(hào)同時(shí)送到兩個(gè)芯片的Cr端，從而實(shí)現(xiàn)二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)。

81

測(cè)試訓(xùn)練1．測(cè)試74LS161的邏輯功能并構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器用74LS161構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161功能測(cè)試圖2．測(cè)試74LS390的邏輯功能。參考74LS161功能測(cè)試圖，自己畫(huà)出74LS390的功能測(cè)試接線圖，分別完成74LS390的二進(jìn)制、五進(jìn)制、十進(jìn)制計(jì)數(shù)等功能測(cè)試。提示3．用74LS390構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。4．計(jì)數(shù)、譯碼和顯示電路綜合應(yīng)用。abcdefgdpabcdef

gGNDGNDdp譯碼顯示電路注意：哪個(gè)腳是計(jì)數(shù)器的高位。74LS48的管腳排列圖燈測(cè)試輸入：=0時(shí)，數(shù)碼管的七段同時(shí)點(diǎn)亮，以檢查該數(shù)碼管各段能否正常發(fā)光。平時(shí)應(yīng)置為高電平。滅零輸入：主要用來(lái)熄滅不希望顯示的零。如0013.2300，顯然前兩個(gè)零和后兩個(gè)零均無(wú)效，則可使用使之熄滅，顯示13.23。

雙重功能的端子，既可作為輸入信號(hào)又可以作為輸出信號(hào)。作為輸入端使用時(shí)，稱(chēng)