《電子線路》異步二進制計數(shù)器教案

1、異步二進制計數(shù)器【教學(xué)目標】教 學(xué) 目 的 1、知識目標：（1）理解異步二進制計數(shù)器的功能；（2）掌握異步二進制計數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)；（3）理解異步二進制計數(shù)器的工作原理。2、能力目標：（1）提高實踐動手能力；（2）提高思考問題、分析問題的能力。3、情感目標：激發(fā)學(xué)習(xí)興趣?！窘虒W(xué)重難點】重點：（1）異步二進制計數(shù)器的功能；（2）異步二進制計數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)；難點：（1）儀器使用、實踐技能；（2）異步二進制計數(shù)器的工作原理?！臼谡n方式】理實一體化【教學(xué)過程】【復(fù)習(xí)引入】這節(jié)課我們來學(xué)習(xí)一種常見的時序邏輯電路，叫做計數(shù)器。計數(shù)器是怎樣構(gòu)成的，它能實現(xiàn)什么功能呢？今天我們通過做一個實驗，讓大家從實驗中來發(fā)

2、現(xiàn)和總結(jié)計數(shù)器的功能和工作原理。做實驗之前，我們首先來復(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，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，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JK輸入都為1時，觸發(fā)器實現(xiàn)的是什么功能？【新課】一、實踐準備：（一）實驗器材：異步二進制計數(shù)器實驗電路板一塊、EE1640C函數(shù)信號發(fā)生器/計數(shù)器一臺、YJ56-1雙

3、路穩(wěn)壓電源一臺、萬用表一架、導(dǎo)線、電烙鐵及焊錫。（二）認識電路板：1、雙JK觸發(fā)器集成電路74LS112的管腳排列：2、請同學(xué)們對照管腳排列圖理解元件接線圖：（1）電源正極和電源負極接線夾腳及分布線；（2）兩個集成塊里包含著四個JK邊沿觸發(fā)器：四組JK輸入端和直接置1端接高電平；四個直接置0端（直接復(fù)位端）相連并與復(fù)位開關(guān)相連；四個CP脈沖輸入的位置；四個Q輸出的位置；（3）四個發(fā)光二極管及其限流電阻3、電路板實物圖：（三）儀器準備：1、調(diào)節(jié)電源：打開雙路穩(wěn)壓電源，取其中一路，用萬用表調(diào)出準確的5V電源電壓。2、調(diào)節(jié)信號源：采用單脈沖輸出打開信號發(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)無關(guān)。）按動信號源上的單脈沖按鈕，注意觀察單脈沖按鈕上方的指示燈，燈亮表示此時輸出高電平，燈滅表示此時輸出低電平，當燈從滅到亮?xí)r出現(xiàn)了一個上升沿，當燈從亮到滅時出現(xiàn)了一個下降沿。（四）電路板接線：1、供給電源：用兩根鱷魚夾導(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，負極接線柱與電路的負極連接。2、輸入CP：將信號源輸出電纜線的紅色鱷魚夾與電路板的正極連接，黑色鱷魚夾與電路板的負極連接。二、單個JK觸發(fā)器的計數(shù)功能：（一）實踐操作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？可見復(fù)位按鈕起什么作用？（解釋常開開關(guān)）2、手動輸入CP脈沖，填寫工作狀態(tài)表：CP個數(shù)JKQ01101111211031114110觀察當電路板的輸入CP脈沖出現(xiàn)上升沿時，發(fā)光二極管的亮滅情況有沒有變化？當輸入CP脈沖出現(xiàn)下降沿時呢？這說明了什么？（二）思考：1、此時觸發(fā)器J、K端輸入什么電平？觸發(fā)器實現(xiàn)什么功能？答：JK端輸入高電平；觸發(fā)器實現(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，觀察對比實驗記錄的工作狀態(tài)表和工作波形圖，兩者是否一致？（三）小結(jié)：JK觸發(fā)器通過翻轉(zhuǎn)功能實現(xiàn)對CP脈沖個數(shù)的計數(shù)，即每來一個脈沖

6、，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。但單個JK觸發(fā)器只能實現(xiàn)一位二進制數(shù)的記錄，即只能記錄0到1個CP脈沖輸入，可被視為一個最簡單的二進制一位計數(shù)器。（四）問題：怎樣實現(xiàn)對更多個CP的計數(shù)呢？提示：二進制數(shù)逢二進一，進位后需要多1個位數(shù)來表示數(shù)值，如十進制數(shù)（2）10就需要一個二位二進制數(shù)來表示成（10）2。三、用2個JK觸發(fā)器組成的計數(shù)器：（一）實踐操作：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、手動輸入CP，填寫工作狀態(tài)表：CP個數(shù)Q1Q0N0000101121023113400050116102（二）思考：1、觀察電路板，兩個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？兩個觸發(fā)器是否受統(tǒng)一的時鐘脈沖控制？狀態(tài)變化都是同時發(fā)生的嗎？ 答：由低位觸發(fā)器FF0的輸出Q0提供，兩個觸發(fā)器不受統(tǒng)一的時鐘脈沖控制，狀態(tài)變化不是同時發(fā)生的。2、根據(jù)電路原理圖，完成工作波形圖，觀察對比實驗記錄的工作狀態(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)下降沿的時候翻轉(zhuǎn)的。3、把Q1、 Q0看作一個二位二進制數(shù)，在工作狀態(tài)表中把該二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)N，填入最后一列。觀察N與CP脈沖個數(shù)有什么關(guān)系？這說明該電路對CP脈沖個數(shù)實現(xiàn)了什么功能？并且其結(jié)果是怎樣表示的？答：N與CP脈沖個數(shù)一致，這說明電

8、路對CP脈沖個數(shù)實現(xiàn)了計數(shù)功能，并且其結(jié)果是用一個二位二進制數(shù)表示的。（三）小結(jié)：把2個JK觸發(fā)器連接起來，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。兩個觸發(fā)器不受同一時鐘脈沖控制，觸發(fā)器的狀態(tài)不在同一時刻發(fā)生，因此這是一個異步的時序邏輯電路。當?shù)?個脈沖輸入后，F(xiàn)F0的輸入Q0在由1變0的同時，產(chǎn)生了一個進位信號（即下降沿），給FF1使其翻轉(zhuǎn)，Q1由0變1。計數(shù)器的輸出顯示為（），即的二進制數(shù)表示方法。計數(shù)器通過進位的方式實現(xiàn)了對1個以上CP個數(shù)的記錄，記錄結(jié)果用一個二位二進制數(shù)表示，并且數(shù)值的變化呈遞增順序。這樣的計數(shù)器稱為一個異步二進制二位加法計數(shù)器。（四）問題：如

9、果說秒表類似于一個加法計數(shù)器，可以實現(xiàn)遞增計數(shù)，那么假如我們需要一個定時器來實現(xiàn)倒計時的功能，則此時計數(shù)器應(yīng)該實現(xiàn)什么變化順序的計數(shù)？應(yīng)該怎么設(shè)計電路？提示：遞減順序計數(shù)，減法計數(shù)器四、減法計數(shù)器的實現(xiàn)：（一）思考：1、如果要構(gòu)成一個二進制二位減法計數(shù)器，也就是說實現(xiàn)二位二進制遞減順序的計數(shù)，需要幾個觸發(fā)器？各個觸發(fā)器的狀態(tài)應(yīng)該怎樣變化？嘗試填寫工作狀態(tài)表：CP個數(shù)Q1Q0N00001113210230114000511361022、根據(jù)工作狀態(tài)表，試著完成工作波形圖。仔細觀察和的波形：的波形與加法計數(shù)器中的波形圖有沒有不同？波形的變化與加法計數(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：的波形與加法計數(shù)器中的波形沒有不同；加法計數(shù)器的波形是在波形出現(xiàn)下降沿的時候翻轉(zhuǎn)的；而此時波形是在波形出現(xiàn)上升沿的時候翻轉(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，那么電路的工作過程和實現(xiàn)的功能會有什么不同？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，觀察對比實驗記錄的工作狀態(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)成了一個實現(xiàn)遞減計數(shù)的計數(shù)器，稱為減法計數(shù)器。一個十進制二位減法器能實現(xiàn)從3到0的倒計數(shù)。（三）問題：一

11、個由三個觸發(fā)器組成的計數(shù)器可以記錄多少個CP或?qū)崿F(xiàn)多少個CP的倒計數(shù)？四個或者更多個呢？提示：三個觸發(fā)器三位十進制數(shù)表示0到7四個觸發(fā)器四位十進制數(shù)表示0到15五、多位計數(shù)器：（一）思考：假如用四個JK觸發(fā)器實現(xiàn)0到15的計數(shù)，那么四個觸發(fā)器的輸出應(yīng)怎樣變化？填寫工作狀態(tài)表：CP個數(shù)Q3Q2Q1Q0N10001120010230011340100450101560110670111781000891001910101010111011111211001213110113141110141511111516000001700011（二）實踐操作：1、調(diào)節(jié)信號源：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，用一根長導(dǎo)線將IC1的第9腳和IC2的第1腳相連。3、觀察實驗現(xiàn)象與理論分析是否一致？【總結(jié)】1、功能特點：利用觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)功能，異步二進制計數(shù)器可以實現(xiàn)加法或減法計數(shù)，記錄結(jié)果用若干位十進制數(shù)表示，N位計數(shù)器可實現(xiàn)0到（2N1）個CP脈沖的計數(shù)。2、結(jié)構(gòu)特點：高位觸發(fā)器的時鐘脈沖CP由低位觸發(fā)器的輸出Q或提供。3、工作原理：異步二進制加法計數(shù)器的工作特點是：高位觸發(fā)器在低一位觸發(fā)器的輸出信號Q出現(xiàn)下降沿的時候翻轉(zhuǎn)；異步二進制減法計數(shù)器的工作特點是：高位觸發(fā)器在低一位觸發(fā)器的輸出信號出現(xiàn)下降沿的時候翻轉(zhuǎn)?！咀鳂I(yè)】1、完成實驗報告。2、畫出異步二進制四位加法計數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)原理圖?！景鍟O(shè)計】一、實踐準備：（一）