實(shí)驗(yàn)：計(jì)數(shù)器功能及其應(yīng)用.doc

實(shí)驗(yàn) 計(jì)數(shù)器功能及其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^實(shí)驗(yàn)，熟悉中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器的功能及應(yīng)用，掌握利用中規(guī)模集成電路計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法，學(xué)會綜合測試的方法，讓學(xué)生加深對相關(guān)理論知識的理解。實(shí)驗(yàn)原理： 計(jì)數(shù)器對輸入的時鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，來一個CP脈沖計(jì)數(shù)器狀態(tài)變化一次。根據(jù)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)循環(huán)長度M，稱之為模M計(jì)數(shù)器（M進(jìn)制計(jì)數(shù)器）。通常，計(jì)數(shù)器狀態(tài)編碼按二進(jìn)制數(shù)的遞增或遞減規(guī)律來編碼，對應(yīng)地稱之為加法計(jì)數(shù)器或減法計(jì)數(shù)器。 一個計(jì)數(shù)型觸發(fā)器就是一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。N個計(jì)數(shù)型觸發(fā)器可以構(gòu)成同步或異步N位二進(jìn)制加法或減法計(jì)數(shù)器。當(dāng)然，計(jì)數(shù)器狀態(tài)編碼並非必須按二進(jìn)制數(shù)的規(guī)律編碼，可以給M進(jìn)制計(jì)數(shù)器任意地編排M個二進(jìn)制碼。在數(shù)字集成產(chǎn)品中，通用的計(jì)數(shù)器是二進(jìn)制和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。按計(jì)數(shù)長度、有效時鐘、控制信號、置位和復(fù)位信號的不同有不同的型號。74LS161是集成TTL四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，其符號和管腳分布分別如下圖所示： 表 8-1為74LS161的功能表：表8-1 A B C D 0 0 0 0 0 1 0 A B C D A B C D 1 1 0 保持 1 1 0 保持 1 1 1 1 計(jì)數(shù)從表1可以知道74LS161在為低電平時實(shí)現(xiàn)異步復(fù)位（清零）功能，即復(fù)位不需要時鐘信號。在復(fù)位端高電平條件下，預(yù)置端為低電平時實(shí)現(xiàn)同步預(yù)置功能，即需要有效時鐘信號才能使輸出狀態(tài) 等于并行輸入預(yù)置數(shù)A B C D。在復(fù)位和預(yù)置端都為無效電平時，兩計(jì)數(shù)使能端輸入使能信號，74LS161實(shí)現(xiàn)模16加法計(jì)數(shù)功能，；兩計(jì)數(shù)使能端輸入禁止信號， ，集成計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)保持功能，。在時，進(jìn)位輸出端OC=1。在數(shù)字集成電路中有許多型號的計(jì)數(shù)器產(chǎn)品，可以用這些數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)所需要的計(jì)數(shù)功能和時序邏輯功能。用M進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意N進(jìn)制計(jì)數(shù)器：1、MN，需一片M進(jìn)制計(jì)數(shù)器一種為反饋清零法，另一種為反饋置數(shù)法。 （1）反饋清零法 反饋清零法是利用反饋電路產(chǎn)生一個給集成計(jì)數(shù)器的復(fù)位信號，使計(jì)數(shù)器各輸出端為零（清零）。反饋電路一般是組合邏輯電路，計(jì)數(shù)器輸出部分或全部作為其輸入，在計(jì)數(shù)器一定的輸出狀態(tài)下即時產(chǎn)生復(fù)位信號，使計(jì)數(shù)電路同步或異步地復(fù)位。反饋清零法的邏輯框圖見圖1。 圖1 反饋清零法框圖 （2）反饋置數(shù)法 反饋置數(shù)法將反饋邏輯電路產(chǎn)生的信號送到計(jì)數(shù)電路的置位端，在滿足條件時，計(jì)數(shù)電路輸出狀態(tài)為給定的二進(jìn)制碼。反饋置數(shù)法的邏輯框圖如圖2所示。 圖 2 反饋置數(shù)法框圖1、MN，需多片M進(jìn)制計(jì)數(shù)器級連。如用兩片74161構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器(異步級聯(lián))：如圖3所示Q0Q1Q2CRLDPTCPQ3COCPCRLDPTCOCP11&7416174161(1100)B=(12)D M1=12(0101)B=(5)D M2=5Q0Q1Q3Q2 圖 3實(shí)驗(yàn)設(shè)備及元器件：1、數(shù)電實(shí)驗(yàn)箱、數(shù)字萬用表。 2、74LS161四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器 1片 74LS00 二輸入端四與非門 1片74LS20 四輸入端二與非門 1片74LS47(或CD4511) 顯示譯碼器 1片實(shí)驗(yàn)步驟：1、測試74LS161的邏輯功能。2、用74LS161四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器組成一個同步十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，cp端送入單次脈沖，輸出Q依次與發(fā)光二極管相連，送入脈沖的同時觀察二極管的亮滅并記錄分析其計(jì)數(shù)狀態(tài)（利用反饋清零法設(shè)計(jì)）。分析提示：74LS161從Q3Q2Q1Q0=0000開始計(jì)數(shù)，經(jīng)M-1個時鐘脈沖（M為模，本例為12）狀態(tài)對應(yīng)二進(jìn)制數(shù)最大，下一個CP后計(jì)數(shù)器應(yīng)復(fù)位，開始新一輪模M計(jì)數(shù)。因?yàn)槭钱惒角辶?，所以?fù)位信號不應(yīng)在M-1個CP時產(chǎn)生，而應(yīng)在M個CP時產(chǎn)生。所以復(fù)位信號在Q3Q2Q1Q0=1100時，使計(jì)數(shù)器復(fù)位Q3Q2Q1Q0=0000。狀態(tài)從11000000是異步變化的，不受時鐘CP控制，所示狀態(tài)1100持續(xù)的時間很短暫，僅幾級門的傳輸延遲而已。由狀態(tài)1100產(chǎn)生低電平復(fù)位信號可用與非門實(shí)現(xiàn)。 1）畫出電路連接圖。 2）畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。 3）按照電路圖連線，通過發(fā)光二極管觀察所設(shè)計(jì)電路的計(jì)數(shù)狀態(tài)是否為十二進(jìn)制。 3、用74LS161組成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，cp端送入100KHz的脈 沖，用示波器雙蹤觀察并記錄計(jì)數(shù)的時序波形圖（利用反饋置數(shù)法設(shè)計(jì)）。分析提示：反饋置數(shù)法是通過反饋產(chǎn)生置數(shù)信號，將預(yù)置數(shù)ABCD預(yù)置到輸出端。74LS161是同步置數(shù)的，需CP和都有效才能置數(shù)，因此應(yīng)先于CP出現(xiàn)。所以M-1個CP后就應(yīng)產(chǎn)生有效信號。若用四位二進(jìn)制數(shù)前10個數(shù)作為計(jì)數(shù)狀態(tài)，預(yù)置數(shù)QAQBQCQD=0000，應(yīng)在QAQBQCQD=1001時預(yù)置端變?yōu)榈碗娖健?）畫出用74LS161所設(shè)計(jì)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路連接圖。2）畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。3）按照電路圖連線。4、用74LS161設(shè)計(jì)一個60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，并以十進(jìn)制數(shù)的形式顯示出來。 注意事項(xiàng)：1、接插集成電路時，不允許方向插反；2、實(shí)驗(yàn)時必須要按照：先接線后通電，做完后，先斷電再拆線的步驟。3、測試電路時注意