項目二 同步計數(shù)器電路設計

1、P3同步計數(shù)器電路的制作與調(diào)試學習目標會敘述觸發(fā)器和計數(shù)器的邏輯功能及原理。能使用數(shù)字儀器儀表測試觸發(fā)器邏輯功能。能運用數(shù)字集成電路制作與調(diào)試各種同步計數(shù)器。能區(qū)分同步計數(shù)器與異步計數(shù)器。能通過集成電路手冊或上網(wǎng)查詢數(shù)字集成電路資料。工作任務1D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器邏輯功能的測試。2用D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器實現(xiàn)同步計數(shù)器。3用集成計數(shù)器實現(xiàn)任意進制計數(shù)器。計數(shù)器是一種能累計脈沖數(shù)目的數(shù)字電路，在計時器、交通信號燈裝置、工業(yè)生產(chǎn)流水線等中有著廣泛的應用。計數(shù)器電路是一種由門電路和觸發(fā)器構成的時序邏輯電路，它是對門電路和觸發(fā)器知識的綜合運用。通過計數(shù)器電路設計，進一步鞏固前一階段所學的知識，并為學習更

2、復雜的數(shù)字電路打下基礎。P3-M1用D觸發(fā)器制作同步加法計數(shù)器學習目標：能通過集成電路手冊或上網(wǎng)查詢集成D觸發(fā)器、集成反相器、集成異或門的外引線排列及主要參數(shù)。能測試觸發(fā)器的參數(shù)和邏輯功能。能描述觸發(fā)器構成計數(shù)器的原理。會用集成D觸發(fā)器等數(shù)字集成電路制作出各種計數(shù)器，并驗證邏輯功能。工作任務1測試集成D觸發(fā)器的參數(shù)。2測試集成D觸發(fā)器的邏輯功能。3用集成D觸發(fā)器制作四進制同步加法計數(shù)器。P3-M1.1D觸發(fā)器的邏輯功能測試圖3-1-1CC40174外引線排列圖看一看認識集成六D觸發(fā)器CC40174(1) 觀看集成六D觸發(fā)器CC40174的外形，并與圖3-1-1所示CC40174外引線排列圖進行

3、比較，正確區(qū)分六個D觸發(fā)器的信號輸入端（1D6D）、觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端（1Q6Q），時鐘脈沖信號輸入端CP、異步清零端（）、電源輸入端（VDD）和接地端（VSS）。(2) 表3-1-1為CC40147的功能表，從功能表可以看出CC40147內(nèi)的六個D觸發(fā)器是CP脈沖上升沿觸發(fā)的。表3-1-1CC40174功能表CPDQ0××0100111想一想從表3-1-1可以看出，集成六D觸發(fā)器CC40174，當時，無論CP、D為何種狀態(tài)，觸發(fā)器D的狀態(tài)均為 ，也就是說所有觸發(fā)器都將 ；而當時，在CP信號的 時刻，Q隨D發(fā)生變化，即D=1時，Qn+1= ，D=0時，Qn+1= 。看一看圖

4、3-1-2所示為D觸發(fā)器的邏輯功能測試原理圖，1清零信號、觸發(fā)信號D、時鐘脈沖信號CP分別由開關K1、K2、K3設定。K1合上，端接地，相當于=0（有清零信號）；K1斷開，端通過50k的限流電阻R1接電源，相當于=1（無清零信號）。K2合上，D端接電源，相當于D=1；K2斷開，D端通過電阻R2接地，相當于D=0。按鈕開關K3與時鐘脈沖輸入端CP相連接，按下K3瞬間，模擬輸入一個CP上升沿信號（CP由01用“”表示），松開（即斷開）K3瞬間，模擬輸入一個CP下降沿信號（CP由10用“”表示）。2輸出Q的狀態(tài)采用發(fā)光二極管LED來指示高低電平，發(fā)光二極管LED“亮”，表示D觸發(fā)器輸出為“高電平”(

5、即Qn+1=1)；發(fā)光二極管LED“暗”，表示D觸發(fā)器輸出為“低電平”(即Qn+1=0)。R4為限流電阻用以保護發(fā)光二極管，同時防止輸出端因過流而損壞集成電路。取電源電壓VDD=10V。圖3-1-2D觸發(fā)器的邏輯功能測試原理圖做一做D觸發(fā)器的邏輯功能測試1利用CC40174中的一個D觸發(fā)器，測試D觸發(fā)器的邏輯功能，根據(jù)圖3-1-2畫出圖3-1-3所示的D觸發(fā)器邏輯功能測試接線圖。2測試端的復位功能。(1) 合上K1，再分別合上或打開K2、K3，觀察發(fā)光二極管LED的狀態(tài)。(2) 斷開K1，再分別合上或打開K2、K3，觀察發(fā)光二極管LED的狀態(tài)。3測試D觸發(fā)器的邏輯功能。(1) 斷開K1后，合上

6、K2，觀察在按下和松開K3瞬間，觀察發(fā)光二極管LED的狀態(tài)。(2) 斷開K1后，斷開K2，觀察在按下和松開K3瞬間，觀察發(fā)光二極管LED的狀態(tài)。測試要求：按表3-1-2要求進行測試，并將測試結(jié)果填入表3-1-2中。圖3-1-3CC40174邏輯功能測試接線圖表3-1-2CC40174邏輯功能測試記錄DCP時時00×1×110說明：“×”表示任意狀態(tài)；“”表示CP上升沿，“”表示CP下降沿。P3-M1.2用六D觸發(fā)器CC40174制作四進制同步加法計數(shù)器讀一讀觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，在時鐘脈沖作用下，兩個穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換，所以可用來累計時鐘脈沖的個數(shù)，構成計數(shù)器。用

7、觸發(fā)器構成計數(shù)器的原理是用觸發(fā)器構成計數(shù)器時，觸發(fā)器的狀態(tài)隨著計數(shù)脈沖的輸入而變化，觸發(fā)器狀態(tài)變化的次數(shù)等于輸入的計數(shù)脈沖數(shù)。想一想一個觸發(fā)器有個穩(wěn)定狀態(tài)，可以構成進制計數(shù)器；兩個觸發(fā)器有個穩(wěn)定狀態(tài)，可以構成進制計數(shù)器；n個觸發(fā)器有個穩(wěn)定狀態(tài)，可以構成進制計數(shù)器。讀一讀 1四進制計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、真值表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是指在計數(shù)脈沖作用下，觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的順序圖。四進制計數(shù)器能累計4個時鐘脈沖，有4個有效狀態(tài)，因此用兩個D觸發(fā)器就能構成四進制計數(shù)器。設其分別用Q0和Q1表示。圖3-1-4所示為四進制計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，表3-1-3為其狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。圖3-1-4四進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表3-1-

8、3四進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表計數(shù)脈沖計數(shù)器現(xiàn)態(tài)計數(shù)器次態(tài)10001201103101141100計數(shù)器的現(xiàn)態(tài)是指計數(shù)脈沖到來前計數(shù)器的狀態(tài)；計數(shù)器的次態(tài)是指計數(shù)脈沖到來后計數(shù)器的狀態(tài)。例如：在圖3-1-4中，若狀態(tài)00是現(xiàn)態(tài)，則狀態(tài)01就是它的次態(tài)；若狀態(tài)01是現(xiàn)態(tài)，則狀態(tài)10就是它的次態(tài)，依次類推。2四進制同步加法計數(shù)器的邏輯圖圖3-1-5是用兩個D觸發(fā)器構成的四進制同步加法計數(shù)器的邏輯圖，這里采用了同步方案，即兩個觸發(fā)器用同一個時鐘觸發(fā)。圖3-1-5四進制同步加法計數(shù)器拓展性知識前面我們學習了同步計數(shù)器，在實際應用中，還有異步計數(shù)器，下面我們作簡單介紹。1同步時序電路與異步時序電路的區(qū)別同

9、步時序電路是指各個觸發(fā)器都受同一個時鐘脈沖（計數(shù)脈沖CP）控制，各觸發(fā)器的狀態(tài)變化都在同一時刻發(fā)生的時序電路。同步時序電路的工作速度較快。異步時序電路是指各個觸發(fā)器沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖（或沒有時鐘脈沖）控制，各觸發(fā)器的狀態(tài)變化不發(fā)生在同一時刻的時序電路。與同步時序電路相比異步時序電路的工作速度較慢。2同步計數(shù)器和異步計數(shù)器區(qū)別時序邏輯電路按觸發(fā)器狀態(tài)變化是否同步，可分為同步時序電路和異步時序電路。同理，計數(shù)器作為典型的時序邏輯電路，也分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。同步計數(shù)器中各觸發(fā)器共用同一個CP時鐘，即輸入的時鐘脈沖，各觸發(fā)器狀態(tài)變化同步，計數(shù)速度較快。異步計數(shù)器中各觸發(fā)器不共用同一個CP時鐘，

10、有的觸發(fā)器的CP信號就是輸入的時鐘脈沖，有的觸發(fā)器的CP信號來自其它觸發(fā)器的輸出，所以各觸發(fā)器狀態(tài)變化不同步，計數(shù)速度較慢。圖3-1-8所示電路中，CP0=CP2=CP，觸發(fā)器FF0、FF2狀態(tài)變化時刻為CP信號上升沿，而FF1狀態(tài)變化時刻為Q0信號下降沿，該電路就是一個異步計數(shù)器。圖3-1-8異步計數(shù)器做一做用CC40174制作四進制同步加法計數(shù)器在圖3-1-5所示四進制同步加法計數(shù)器中，而CC40174沒有輸出端，所以必須將輸出端Q加到反相器得到，反相器用CC4069六反相器，異或門用CC4070四2輸入異或門。根據(jù)圖3-1-5所示的四進制同步加法計數(shù)器電路圖及各集成電路的外引線排列圖，畫

11、出圖3-1-9所示的接線圖，并搭建實驗電路圖，CC40174內(nèi)部有六個D觸發(fā)器，這里只用了其中兩個。計數(shù)脈沖來自方波信號發(fā)生器，頻率調(diào)整為1Hz，觸發(fā)器狀態(tài)Q1、Q0分別用發(fā)光二極管LED1、LED0來指示高低電平。觀察發(fā)光二極管的亮滅情況，是否符合四進制計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。將觀察到的結(jié)果填入表3-1-5中。圖3-1-9CC40174構成的四進制加法計數(shù)器接線圖表3-1-5四進制同步加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換實驗記錄CP理論結(jié)果實驗驗證LED1LED0LED1LED00滅(0)滅(0)1滅(0)亮(1)2亮(1)滅(0)3亮(1)亮(1)4滅(0)滅(0)拓展性知識1復位端和置位端功能及使用方法。一般

12、觸發(fā)器和計數(shù)器都有復位端和置位端，分別用RD（或）和SD（或）表示。若復位和置位信號為低電平有效，當需要直接復位（置0）時，就在RD端加高電平（或端加低電平）；當需要直接置位（置1）時，就在SD端加高電平（或端加低電平）。若復位和置位信號為高電平有效，當需要直接復位或置位時，只要在相應復位或置位端加高電平信號即可。復位和置位方式又分為同步方式和異步方式。所謂同步方式，是指復位或置位信號必須與時鐘信號配合才能實現(xiàn)相應功能。所謂異步方式，是指只要有復位或置位信號，無須時鐘信號配合，就能實現(xiàn)相應功能。正常工作時，應使復位端和置位端處于無效狀態(tài)。2時序邏輯電路的分析方法所謂時序邏輯電路的分析是指根據(jù)給

13、定的時序電路，分析其邏輯功能。時序邏輯電路分析的一般步驟：(1) 求時鐘方程、驅(qū)動方程。(2) 將驅(qū)動方程代入特性方程，求狀態(tài)方程。(3) 根據(jù)狀態(tài)方程進行計算，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。(4) 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。(5) 分析其功能。例題分析圖3-1-12時序邏輯電路的功能。圖3-1-12解：(1) 求時鐘方程、驅(qū)動方程時鐘方程：CP3=CP2=CP3=CP（同步時序電路）驅(qū)動方程：(2) 將驅(qū)動方程代入特性方程，得狀態(tài)方程 (3) 根據(jù)狀態(tài)方程進行計算，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表依次設定電路的現(xiàn)態(tài)Q2Q1Q0，代入狀態(tài)方程計算，得到次態(tài)（如表3-1-7）。表3-1-7狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表計數(shù)脈沖CP0

14、00001001010010100011110100000101010110100111110(4) 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖3-1-13。圖3-1-13(5) 功能分析電路有四個有效狀態(tài)，四個無效狀態(tài)，為四進制加法計數(shù)器，能自啟動。所謂自啟動是指當電路的狀態(tài)進入無效狀態(tài)時，在CP信號作用下，電路能自動回到有效循環(huán)中，稱電路能自啟動，否則稱電路不能自啟動。上例中,狀態(tài)101、110、011、111均為無效狀態(tài)，一旦電路的狀態(tài)進入其中任意一個無效狀態(tài)時，在CP信號作用下，電路能的狀態(tài)均能自動回到有效循環(huán)中，所以電路能自啟動。例如若電路的狀態(tài)進入101或110時，只需一個CP上升沿，電

15、路的狀態(tài)就能回到010或100；若電路的狀態(tài)進入011或111時，只需兩個CP上升沿，電路的狀態(tài)就能回到100。想一想1根據(jù)電路結(jié)構的不同，D觸發(fā)器有幾種？各有何特點？2分析圖3-1-14所示時序電路構成了幾進制計數(shù)器，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。圖3-1-14P3-M2用JK觸發(fā)器制作計數(shù)器學習目標：能通過集成電路手冊或上網(wǎng)查詢集成JK觸發(fā)器的外引線排列圖及主要參數(shù)。會測試JK觸發(fā)器的邏輯功能。能描述用JK觸發(fā)器構成計數(shù)器的原理。會用集成JK觸發(fā)器等數(shù)字集成電路制作計數(shù)器并驗證邏輯功能。能用JK觸發(fā)器制作出各種分頻器。工作任務1測試集成JK觸發(fā)器的邏輯功能。2用集成JK觸發(fā)器制作四進制同步加法計數(shù)器。D

16、觸發(fā)器只有置0和置1的功能，而JK觸發(fā)器除了具有置0和置1的功能，還具有保持和翻轉(zhuǎn)的功能，這使得JK觸發(fā)器的應用比D觸發(fā)器更為廣泛。P3-M2.1JK觸發(fā)器的邏輯功能測試看一看認識集成雙JK觸發(fā)器CT74LS112(1) 觀看集成雙JK觸發(fā)器CT74LS112的外形，并與圖3-2-1所示CT74LS112外引線排列圖進行比較，正確區(qū)分兩個JK觸發(fā)器的信號輸入端（1J、2K、2J、2K），觸發(fā)器的狀態(tài)輸出端（1Q、2Q、），時鐘脈沖信號輸入端（1CP、2CP），異步清零端（、），異步置數(shù)端（、），電源輸入端（VCC）和接地端（GND）。由此我們可以看出，集成雙JK觸發(fā)器CT74LS112內(nèi)含兩個

17、獨立的JK觸發(fā)器，它們有各自獨立的時鐘信號CP，復位、置位信號輸入端（、），共用一個電源。(2) 表3-2-1為CT74LS112的功能表，從功能表可以看出CT74LS112內(nèi)的兩個JK觸發(fā)器是時鐘脈沖CP下降沿有效（用“”表示）。(3) 復位、置位信號為低電平有效，也就是說，異步清零端時，觸發(fā)器復位，即；異步置數(shù)端時，觸發(fā)器置位，即。，時，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)在CP下降沿到來瞬間隨觸發(fā)信號J、K而變化。圖3-2-1雙JK觸發(fā)器CT74LS112外引線排列圖表3-2-174LS112功能表CPJK功能說明01×××0清零10×××1置11

18、100保持11010置011101置11111翻轉(zhuǎn)想一想從表3-2-1可以看出，集成雙JK觸發(fā)器74LS112，當，時，無論CP、J、K為何種狀態(tài)，JK觸發(fā)器的狀態(tài)均為 ，也就是說所有觸發(fā)器都將 ；而當，時，CP信號在 時刻，Q隨J、K發(fā)生變化，即J=1，K=0時，Qn+1= ，J=0，K=1時，Qn+1= ，J=K=0時，Qn+1= ，J=K=1時，Qn+1= ?？匆豢磮D3-2-2所示為JK觸發(fā)器的邏輯功能測試原理圖，1JK觸發(fā)器的J、K信號輸入端分別由開關K2、K4設定，時鐘脈沖信號CP輸入端由按鈕開關K3設定，異步清零端由開關K1設定，異步置數(shù)端由開關K5設定。開關K1、K2、K4、K5

19、斷開時，對應端點通過10k的限流電阻接電源，相當于輸入為高電平“1”；開關K1、K2、K4、K5合上時，對應端點接地，相當于輸入為低電平“0”。K3為按鈕開關，按下K3瞬間，模擬輸入一個CP下降沿信號（用“”表示），松開（即斷開）K3瞬間，模擬輸入一個CP上升沿信號（用“”表示）。2輸出Q的狀態(tài)采用發(fā)光二極管LED來指示高低電平，發(fā)光二極管LED“亮”，表示D觸發(fā)器輸出為“高電平”(即Qn+1=1)；發(fā)光二極管LED“暗”，表示D觸發(fā)器輸出為“低電平”(即Qn+1=0)。R6為限流電阻用以保護發(fā)光二極管，同時防止輸出端因過流而損壞集成電路。圖3-2-2JK觸發(fā)器邏輯功能測試原理圖做一做圖3-2

20、-3CT74LS112的邏輯功能測試接線圖JK觸發(fā)器的邏輯功能測試1利用CT74LS112中的一個JK觸發(fā)器，測試JK觸發(fā)器的邏輯功能。根據(jù)圖3-2-2畫出圖3-2-3所示的JK觸發(fā)器邏輯功能測試接線圖，并由圖3-2-3搭建CT74LS112的邏輯功能測試電路。2測試復位端和置位端的功能。(1) 合上K1，打開K5后，再分別合上或打開K2、K4，在按下和松開K3瞬間，觀察發(fā)光二極管LED的狀態(tài)。(2) 斷開K1，合上K5后，再分別合上或打開K2、K4，在按下和松開K3瞬間，觀察發(fā)光二極管LED的狀態(tài)。注意：不能同時合上K1和K5 。3測試JK觸發(fā)器的邏輯功能。打開K1和K5后，分別合上或打開K

21、2與K4，觀察在按下和松開K3瞬間，發(fā)光二極管LED的狀態(tài)。測試要求：按表3-2-2的要求進行測試，并將測試結(jié)果填入表3-2-2中。表3-2-2CT74LS112的邏輯功能測試記錄JKCP時時01×××10×××1100011011P3-M2.2用CT74LS112雙JK觸發(fā)器制作四進制同步加法計數(shù)器看一看四進制計數(shù)器能累計4個時鐘脈沖，有4個有效狀態(tài)，因此用兩個JK觸發(fā)器就能構成四進制計數(shù)器。如圖3-2-6所示為用兩個JK觸發(fā)器構成的四進制同步加法計數(shù)器的邏輯圖。圖3-2-6JK觸發(fā)器構成四進制同步加法計數(shù)器邏輯圖圖3-2-6中J0

22、=K0=1時，根據(jù)JK觸發(fā)器的邏輯功能可知，左邊的觸發(fā)器在CP上升沿作用下，具有翻轉(zhuǎn)的功能；J1=K1=Q0，當Q0=0時，右邊的觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，當Q0=1時，右邊的觸發(fā)器狀態(tài)在CP上升沿作用下，具有翻轉(zhuǎn)的功能。于是得到圖3-2-6所示電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表3-2-3。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表3-2-3畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3-2-7，由圖3-2-7可知該電路實現(xiàn)了四進制加法計數(shù)器的邏輯功能。表3-2-3圖3-2-7電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表計數(shù)脈沖CP10001201103101141100圖3-2-7四進制同步加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖做一做圖3-2-8CT74LS112構成的四進制同步加法計數(shù)器接線圖1根據(jù)圖3

23、-2-6畫出用CT74LS112構成的四進制同步計數(shù)器的接線圖3-2-8。穩(wěn)壓電源給CT74LS112提供+5V電源，信號發(fā)生器提供計數(shù)脈沖，計數(shù)器的狀態(tài)用發(fā)光二極管指示。2根據(jù)圖3-2-8的接線圖搭建實驗電路圖，觀察計數(shù)功能。調(diào)整信號發(fā)生器的頻率為1Hz，觀察在CP下降沿時刻發(fā)光二極管的工作情況，發(fā)光二極管亮表示輸出Q為高電平（即Qn+1=1），發(fā)光二極管滅表示輸出Q為低電平（即Qn+1=0），并將觀察到的結(jié)果填表3-2-4。表3-2-4四進制加法計數(shù)器狀態(tài)表CP理論實際LED1LED0LED1LED00滅(0)滅(0)1滅(0)亮(1)2亮(1)滅(0)3亮(1)亮(1)4滅(0)滅(0)

24、拓展性知識同步計數(shù)器電路的設計方法前面我們直接根據(jù)給定的邏輯圖制作了同步計數(shù)器，下面我們介紹一下這樣的邏輯圖是怎樣設計出來的。所謂同步計數(shù)器電路的設計是指根據(jù)給定的要求（可以是一段文字描述或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖），用觸發(fā)器設計出滿足要求的電路。同步計數(shù)器電路設計的一般步驟：(1) 選擇觸發(fā)器。(2) 求狀態(tài)方程。(3) 求驅(qū)動方程。(4) 畫邏輯圖，檢查電路能否自啟動。下面通過例題來詳細介紹同步計數(shù)器的設計例題：用觸發(fā)器設計一四進制同步計數(shù)器電路，圖3-2-9為其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。圖3-2-9四進制同步加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖解：第一步選擇觸發(fā)器本例中選擇下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器第二步求狀態(tài)方程首先，根據(jù)狀態(tài)圖畫出

25、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如下表3-2-5四進制同步加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表計數(shù)脈沖計數(shù)器現(xiàn)態(tài)計數(shù)器次態(tài)CP0001011010111100其次，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表寫狀態(tài)方程，就是寫出次態(tài)為1時現(xiàn)態(tài)的組合，再化簡。由表可知，使得時，、的取值分別為0、1和1、0，使得=1時，、的取值分別為0、0和1、0。寫狀態(tài)方程時，若變量的取值為0時，就用反變量表示，若變量的取值為1時，就用原變量表示。于是得到狀態(tài)方程如下：第三步求驅(qū)動方程JK觸發(fā)器的特性方程為：比較狀態(tài)方程和特性方程：可得到驅(qū)動方程第四步按驅(qū)動方程畫出四進制同步加法計數(shù)器的邏輯圖圖3-2-10四進制同步加法計數(shù)器的邏輯圖想一想1JK觸發(fā)器的邏輯功能有哪些？2畫出圖

26、3-2-11中JK觸發(fā)器的Q端的波形，設初始狀態(tài)為0. 圖3-2-11P3-M3用集成十進制計數(shù)器構成任意進制計數(shù)器學習目標：能描述集成計數(shù)器的功能，會使用集成計數(shù)器。能用復位法構成任意進制計數(shù)器。能敘述提高歸零可靠性的原理。能用置數(shù)法構成任意進制計數(shù)器。工作任務1用集成計數(shù)器CC4518構成二十四進制計數(shù)器。2用集成計數(shù)器CC4518構成六十進制計數(shù)器。P3-M3.1用集成十進制計數(shù)器CC4518構成二十四進制計數(shù)器讀一讀用集成十進制計數(shù)器構成任意進制計數(shù)器的基本原理。獲得任意進制計數(shù)器的方法有兩種：一是用觸發(fā)器和門電路構成，前面已介紹；二是用集成計數(shù)器構成。集成計數(shù)器的函數(shù)關系已經(jīng)固化在芯

27、片中了，其狀態(tài)編碼多為自然態(tài)序碼，可以利用其清零或置數(shù)功能，讓電路跳過某些狀態(tài)而獲得任意進制計數(shù)器。下面我們就開始學習其相關知識。看一看CC4518為集成十進制（BCD碼）計數(shù)器，內(nèi)部含有兩個獨立的十進制計數(shù)器，兩個計數(shù)器可單獨使用，也可級聯(lián)起來擴大其計數(shù)范圍。圖3-3-1為CC4518集成十進制計數(shù)器的外引線排列，表3-3-1為其邏輯功能表，圖3-3-2為CC4518十進制計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。圖3-3-1CC4518外引線排列圖引腳說明：1VDD電源端（+5V），VSS接地端。21CP、2CP兩計數(shù)器的計數(shù)脈沖輸入端。31CR、2CR兩計數(shù)器的復位信號輸入端（高電平有效）。41EN、2EN兩

28、計數(shù)器的控制信號輸入端（高電平有效）。51QA1QD，2QA2QD兩計數(shù)器的狀態(tài)輸出端。功能說明：1CR=1時，無論CP、EN情況如何，計數(shù)器都將。2CR=0，EN=1時，CP上升沿計數(shù)，CR=0，CP=0 時，EN下降沿計數(shù)。表3-3-1CC4518的邏輯功能表CRCPEN功能1××復位01加計數(shù)00加計數(shù)0×保持0×保持00保持01保持圖3-3-2CC4518的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖想一想 1從CC4518的邏輯功能表可以看出CC4518的清零信號是什么？2從CC4518的邏輯功能表可以看出要使計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)，必須滿足什么條件？3用CC4518可以構成幾種進

29、制的計數(shù)器？看一看CC4518內(nèi)部含有兩個獨立十進制（BCD碼）計數(shù)器，要實現(xiàn)二十四進制計數(shù)，可以將兩片獨立的十進制計數(shù)器分別構成二進制計數(shù)器和四進制計數(shù)器，分別稱為十位片和個位片。狀態(tài)轉(zhuǎn)換分別如圖3-3-3和圖3-3-4所示。圖3-3-3十位片二進制計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖3-3-4個位片四進制計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖讀一讀圖3-3-3十位片二進制計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中復位信號的形成。當計數(shù)器的狀態(tài)變成0010，即一旦QB=1時，將QB的高電平信號作為復位信號，使計數(shù)器立即歸零。由于該狀態(tài)出現(xiàn)的時間極短，所以它是過渡狀態(tài)，電路的有效狀態(tài)只有0000和0001兩個，這就構成了二進制計數(shù)器，所以復位信號CR=QB

30、 。圖3-3-4個位片四進制計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中復位信號的形成。當計數(shù)器的狀態(tài)變成0100，即一旦QC=1時，將QC的高電平信號作為復位信號，使計數(shù)器立即歸零。由于該狀態(tài)出現(xiàn)的時間極短，所以它是過渡狀態(tài)，電路的有效狀態(tài)分別為0000、0001、0010、0011，這就構成了四進制計數(shù)器，所以復位信號CR=QC ?？匆豢?根據(jù)前面介紹的二進制和四進制計數(shù)器的構成原理畫出圖3-3-5所示用CC4518實現(xiàn)二十四進制計數(shù)器的邏輯圖。2圖3-3-5中1EN=1，計數(shù)脈沖從1CP輸入，每來一個CP上升沿，個位片計數(shù)一次；2CP=0，2EN=1QD，每來一個1QD下降沿，十位片計數(shù)一次。圖3-3-5用CC4

31、518集成計數(shù)器構成的二十四進制計數(shù)器邏輯圖讀一讀圖3-3-5所示二十四進制計數(shù)器的計數(shù)原理。計數(shù)脈沖輸入到個位片的CP端，當?shù)谑畟€計數(shù)脈沖上升沿到來時，1QD由1變0，作為下降沿送到2EN，使十位片計數(shù)一次，2QA由0變1；當?shù)诙畟€計數(shù)脈沖上升沿到來時，1QD又由1變0，作為下降沿送到2EN，使十位片又計數(shù)一次，2QA由1變?yōu)?，而2QB由0變1；當二十四個計數(shù)脈沖上升沿到來時，1QC由0變1，此時1QC、2QB同時為1，經(jīng)與非門送到1CR、2CR，使十位片、個位片同時復位，即使其個位片和十位片的輸出全部為0，從而完成一個計數(shù)循環(huán)。做一做1根據(jù)邏輯圖3-3-5畫出圖3-3-6所示用CC45

32、18集成計數(shù)器構成的二十四進制計數(shù)器接線圖。2根據(jù)圖3-3-6用CC5418搭建二十四進制計數(shù)器實驗電路，（可以在面包板上搭建也可在圖3-3-7所示印制板上焊接）并驗證其邏輯功能。這里所需要的兩個與非門采用了4011，有關其外引線排列和邏輯功能在P1-M1.2中已有介紹。3計數(shù)脈沖由信號發(fā)生器提供，穩(wěn)壓電源提供5V電壓，計數(shù)器的輸出狀態(tài)用八個發(fā)光二極管表示。調(diào)整信號發(fā)生器，使其輸出頻率為1Hz的方波，觀察發(fā)光二極管的工作情況是否符合二十四進制的計數(shù)規(guī)律。4圖3-3-7為CC5418構成的二十四進制計數(shù)器電路印制板圖，表3-3-2為其元件清單。圖3-3-6CC4518構成的二十四進制計數(shù)器接線圖

33、圖3-3-7CC5418構成的二十四進制計數(shù)器電路印制板圖圖3-3-7CC5418構成的二十四進制計數(shù)器印制板安裝電路3D圖表3-3-2CC5418構成的二十四進制計數(shù)器電路元件清單序號品名型號/規(guī)格數(shù)量配件圖號實測情況1數(shù)字集成電路CC45181U12數(shù)字集成電路CC40111U23發(fā)光二極管2EF108VD0VD74碳膜電阻RTX-0.5W-500-1R0R7想一想1開關K的作用是什么？2各信號的流向：個位片的計數(shù)脈沖從 （CC4518/CC4011）的第 腳輸入，十位片的計數(shù)脈沖來自 （CC4518/CC4011）的第 腳，個位片和十位片的復位信號來自 （CC4518/CC4011）的第

34、 腳，1QC、2QB的信號分別送到CC4011的8、9兩腳的作用是 。3指示個位片的計數(shù)的發(fā)光二極管有 ，指示十位片的計數(shù)的發(fā)光二極管有 。P3-M3.2用集成十進制計數(shù)器CC4518構成六十進制計數(shù)器讀一讀與二十四進制計數(shù)器的構成原理一樣，用CC4518中兩個獨立的十進制計數(shù)器分別構成六進制計數(shù)器和十進制計數(shù)器，則就能實現(xiàn)六十進制計數(shù)。圖3-3-9為六進制加法計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。圖3-3-9六進制計數(shù)器狀態(tài)圖想一想與二十四進制計數(shù)器復位信號的形成相似，在圖3-3-9中當計數(shù)器的狀態(tài)變成 ，即一旦QC和QB同時為 時，將形成復位信號，使計數(shù)器立即歸零。由于該狀態(tài)出現(xiàn)的時間極短，所以它是過渡狀態(tài)

35、，電路的有效狀態(tài) 、 、 、 、 、 ，這就構成了六進制計數(shù)器，所以復位信號為CR= 。做一做根據(jù)前面所學知識，畫出圖3-3-10所示用CC4518實現(xiàn)六十進制計數(shù)器的邏輯圖。圖3-3-10CC4518構成的六十進制計數(shù)器邏輯圖想一想與圖3-3-5所示二十四進制計數(shù)器的計數(shù)原理相似，圖3-3-10六十進制計數(shù)器的計數(shù)原理是計數(shù)脈沖輸入到 （個位片/十位片）的CP端，個位片本來就是十進制計數(shù)器，當每輸入十個計數(shù)脈沖的上升沿到來時，1QD都由 變 ，作為下降沿送到2EN，使 （個位片/十位片）計數(shù)一次。當?shù)诹畟€計數(shù)脈沖上升沿到來時，2QC、2QB同時為 ，經(jīng)與非門送到1CR、2CR，使十位片、個

36、位片同時 ，即使其 和 的輸出全部為0，完成一個計數(shù)循環(huán)。做一做1根據(jù)邏輯圖3-3-10畫出圖3-3-11所示的CC4518構成的六十進制計數(shù)器接線圖。2根據(jù)圖3-3-11用CC4518搭建六十進制計數(shù)器的實驗電路，并驗證其邏輯功能。3計數(shù)脈沖由信號發(fā)生器提供，穩(wěn)壓電源提供+5V電壓，計數(shù)器的輸出狀態(tài)用八個發(fā)光二極管表示。調(diào)整信號發(fā)生器，使其輸出頻率為1Hz的方波，觀察發(fā)光二極管的工作情況是否符合六十進制的計數(shù)規(guī)律。4圖3-3-12和圖3-3-13分別為CC5418構成的六十進制計數(shù)器電路印制板圖和安裝電路3D圖，表3-3-3為其元件清單。圖3-3-11CC4518構成的六十進制計數(shù)器接線圖圖

37、3-3-12CC5418構成的六十進制計數(shù)器電路印制板圖圖3-3-13CC5418構成的六十進制計數(shù)器印制板安裝電路3D圖表3-3-3CC5418構成的二十四進制計數(shù)器電路元件清單序號品名型號/規(guī)格數(shù)量配件圖號實測情況1數(shù)字集成電路CC45181U12數(shù)字集成電路CC40111U23發(fā)光二極管2EF108VD0VD74碳膜電阻RTX-0.5W-500-1R0R7想一想1開關K的作用是什么？2各信號的流向：個位片的計數(shù)脈沖從 （CC4518/CC4011）的第 腳輸入，十位片的計數(shù)脈沖來自 （CC4518/CC4011）的第 腳；個位片和十位片的復位信號來自 （CC4518/CC4011）的第

38、腳；2QB、2QC的信號分別送到CC4011的1、2兩腳的作用是 。3指示個位片的計數(shù)的發(fā)光二極管有 ，指示十位片的計數(shù)的發(fā)光二極管有 。拓展性知識1集成計數(shù)器的分類(1) 按數(shù)的進制分類二進制計數(shù)器是指按二進制數(shù)的運算規(guī)律進行計數(shù)的電路。例如74161為集成4位二進制同步加法計數(shù)器，其計數(shù)長度為16。十進制計數(shù)器是指按十進制數(shù)的運算規(guī)律進行計數(shù)的電路。例如CC4518為集成十進制同步加法計數(shù)器，其計數(shù)長度為10。任意進制計數(shù)器是指二進制計數(shù)器和十進制計數(shù)器以外其它進制計數(shù)器統(tǒng)稱為任意進制計數(shù)器。如十二進制計數(shù)器和六十進制計數(shù)器等。(2) 按計數(shù)時觸發(fā)器的狀態(tài)是遞增還是遞減分類加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。圖3-3-14、3-3-13分別為十進制加法、減法計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。(3) 按計數(shù)器中觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是否同步分類同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。(4) 按計數(shù)器中使用的開關元件類型分類TTL計數(shù)器和CMOS計數(shù)器。TTL計數(shù)器中電路元件均為晶體管，而CMOS計數(shù)器中電路元件均為場效應管。圖3-3-14十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖3-3-15十進制減法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2提高歸零可靠性的方法用歸零法構成任意進制計數(shù)器時，由于各觸發(fā)器的動態(tài)特性和帶負載情況不完全一