實驗6(2)--計數(shù)器及應用

1、課 題 計數(shù)器及其應用需 2課時教 學目 的要 求1掌握中規(guī)模常用集成電路計數(shù)器的邏輯功能測試及使用方法；2掌握任意進制計數(shù)器的設(shè)計方法和原理；3掌握中規(guī)模常用計數(shù)器芯片的應用。教 學重 點理解掌握中規(guī)模常用集成電路計數(shù)器的邏輯功能測試及使用方法；教 學難 點掌握任意進制計數(shù)器的設(shè)計方法和原理；教案編寫日期年 月 日教 學 內(nèi) 容 與 教 學 過 程提示與補充一、 實驗前準備實驗所用儀器、實驗報告、板書實驗內(nèi)容二、 組織實驗課堂1. 根據(jù)實驗人數(shù)合理分組2. 學生簽名（簽到表輪流簽名）3.講解本次實驗方法、要求三、實驗指導主要講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟及其實驗的注意事項等；四、實驗原理1

2、所謂計數(shù)器就是對輸入的脈沖進行“數(shù)數(shù)”的時序邏輯電路。計數(shù)器不僅可用來計數(shù)，還可用來實現(xiàn)分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖、序列脈沖等。2計數(shù)器分類：1）按進制分為二進制計數(shù)器和非二進制計數(shù)器兩大類。最常用的十進制計數(shù)器屬于非二進制計數(shù)器。2）按計數(shù)方法可分為：加法計數(shù)器（計數(shù)值隨計數(shù)脈沖的輸人而遞增）；減法計數(shù)器（計數(shù)值隨計數(shù)脈沖的輸人而遞減）；可逆計數(shù)器（具有加法和減法計數(shù)功能的計數(shù)器）3）按計數(shù)脈沖引入方式不同分為：同步計數(shù)器：在同一計數(shù)脈沖（CP）的作用下，計數(shù)器中的觸發(fā)器同時改變狀態(tài)。缺點是計數(shù)位數(shù)越多電路越復雜，優(yōu)點是工作頻率較高；異步計數(shù)器：在同一計數(shù)脈沖（CP）的作用下，計數(shù)器中的觸發(fā)器

3、狀態(tài)改變不是同時發(fā)生。優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，缺點作頻率較低，容易產(chǎn)生競爭-冒險現(xiàn)象。（一）基本實驗任務1. 74LS161邏輯功能測試74LS161是四位二進制同步計數(shù)器,具有計數(shù)、預置、保持、清除功能。 （a）引腳排列 （b）邏輯符號 圖6-1 74LS161引腳排列及邏輯符號74LS161引腳功能說明：MR：清零端，低電平有效；CP：計數(shù)脈沖輸入端；P0P3：并行數(shù)據(jù)輸入端；TC：計數(shù)進位端；Q0Q3：數(shù)據(jù)輸出端；PE：預置數(shù)使能端，低電平有效；CET、CEP計數(shù)使能端，高電平有效；3. 任意進制計數(shù)器設(shè)計1）復位脈沖反饋法：通過給清零端加一個觸發(fā)電平，強制輸出端輸出全為零。如圖6-3（a）

4、圖所示，為復位脈沖反饋法構(gòu)成的六進制計數(shù)器。 （a）復位脈沖反饋法 （b）置位脈沖反饋法 圖6-3 復位脈沖反饋法當CP端連續(xù)輸入6脈沖后，D4D3D2D1=0110，其中D2D3接到一個與非門的兩輸入端，與非門的輸出端與清零端MR相連，此時與非門輸出為0，計數(shù)器產(chǎn)生清零動作，所有輸出端全為零，計數(shù)又從零開始。當CP端輸入的脈沖數(shù)少于6個時，與非門的量輸入端至少有一個為零，與非門輸出均為1，計數(shù)器不產(chǎn)生清零動作。2）置位脈沖反饋法：將計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入端全置零，通過給預置數(shù)端加一個觸發(fā)電平，將數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)置入計數(shù)器，這樣迫使計數(shù)器重新從零計數(shù)。置位脈沖反饋法如圖6-3（b）圖所示，與非門的輸出

5、端改接到計數(shù)器的置位端PE，當計數(shù)到0110時，與非門輸出由1跳變?yōu)?，計數(shù)器在此低電平作用下產(chǎn)生置位動作，將并行數(shù)據(jù)輸入端的0000送至輸出端，使得輸出全被置為0，計數(shù)又從零開始。 （二）擴展任務1. 用74LS161設(shè)計一個數(shù)字秒表（099S），要求具有啟動、暫停和清零功能。數(shù)字秒表電路原理框圖如圖6-4所示。設(shè)計要求：電路上電時顯示“00”，只有當SP（開始暫停）鍵按下后，秒表開始計數(shù)，第二次按下SP鍵，計數(shù)暫停，再次按下SP鍵時，秒表接著第一次計數(shù)結(jié)果繼續(xù)計數(shù)；任何時候按下Clean鍵，都能實現(xiàn)清零。電路中兩只數(shù)碼管采用共陰極數(shù)碼管，“開始暫?？刂齐娐贰笨捎秒p穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路實現(xiàn)。CP脈沖

6、采用實驗箱中的連續(xù)可調(diào)脈沖源，不用單獨設(shè)計，SP和Clean均為輕觸按鍵。圖6-4 數(shù)字秒表原理框圖2. 用74LS190設(shè)計一個倒計時計數(shù)器，要求倒計時數(shù)值能在0-99之間任意設(shè)定。圖6-5 倒計時計數(shù)器如圖6-5所示，按鍵S為倒計時數(shù)設(shè)置鍵，M為模式切換鍵，S和M鍵通過模式切換、置數(shù)控制電路實現(xiàn)倒計時數(shù)的設(shè)定和倒計時功能的切換，C為清零鍵，在任意時刻都能實現(xiàn)對計數(shù)結(jié)果進行清零。設(shè)計要求：電路上電后，初始狀態(tài)為倒計時數(shù)設(shè)置狀態(tài)，按下S鍵可實現(xiàn)置數(shù)，倒計時數(shù)能在0-99之間任意設(shè)定；電路由置數(shù)模式切換至倒計時模式后，計數(shù)器開始自動倒計時，直到00時，計數(shù)停止。模式狀態(tài)提示分別用兩只不同顏色的L

7、ED燈來表示（例如綠燈亮紅燈滅表示置數(shù)模式，綠燈滅紅燈亮表示倒計時）。五、實驗預習1熟悉74LS161和74LS190芯片引腳排列及引腳功能。2預習任意進制計數(shù)器的設(shè)計方法及原理。3利用Multisim仿真軟件對基本任務進行仿真測試，并畫出基本任務第3項中兩種反饋脈沖法對應的實驗接線電路，設(shè)計出相應的實驗測試數(shù)據(jù)用表格。4任選一項擴展任務，并利用Multisim仿真軟件進行電路設(shè)計和仿真調(diào)試，直至電路功能完全正常為止，畫出仿真電路圖（電路圖使用模塊化畫法，即實現(xiàn)某一功能的單元電路中所有元件畫在一起作為一個模塊，模塊之間的電路連接用網(wǎng)絡標號方法實現(xiàn)，可仿照實驗04“圖4-7 時序邏輯電路3”來畫

8、），列出電路所需元件清單，設(shè)計出實驗測試用數(shù)據(jù)表格。六、實驗器材1數(shù)字電路實驗箱 2數(shù)字萬用表3集成電路芯片1）74LS161 6只；2）74LS48 6只；3）共陰數(shù)碼管 6只；4）74LS190 2只；5）其它門電路若干；6）面包實驗板 1塊；7）導線若干。七、實驗內(nèi)容與步驟（一）基本實驗任務174LS161邏輯功能測試。按圖6-1所示74LS161引腳排列，CEP、CET、PE、MR、P0P3分別接邏輯電平開關(guān)S1 S8，CP端接單脈沖插孔，Q0Q3、TC端分別接邏輯電平指示燈D1D5，按表6-1分別進行測試，并填入表6-1。表 6-1 74LS161邏輯功能的測試輸 入輸 出功能項目C

9、PCEPCETPEMRP0P1P2P3Q3Q2Q1Q0TC1××011001000002××01100130×1101104×01101015××10××××61111注意：測試項目6時，連續(xù)輸入脈沖數(shù)不少于16個274LS190邏輯功能測試。按圖6-2所示74LS190引腳排列，CE、PL、U/D、P0P3分別接邏輯電平開關(guān)S1 S7，CP端接單脈沖插孔，Q0Q3、RC、TC分別接邏輯電平指示燈D1D6，按表6-1分別進行測試，并填入表6-1。表 6-2 74LS190邏輯

10、功能的測試測試項目輸 入輸 出功能CPPLCEU/DP0P1P2P3Q3Q2Q1Q0RCTC1×0××01102×11×××××3100××××4101××××注意：項目3、4連續(xù)輸入脈沖至少10個3任意進制計數(shù)器設(shè)計。按預習要求畫好的實驗電路接線圖連線，并按預習要求擬定的測試表格進行測試，將測試結(jié)果記入自擬的測試表格中。（二）擴展實驗任務根據(jù)事先設(shè)計好的電路在實驗箱或面包板上連線，按自擬實驗步驟對電路進行測試，并將測試結(jié)果記

11、入自擬的測試表格中。注：擴展任務2中的狀態(tài)指示燈可使用實驗箱中邏輯電平指示燈代替。七、注意事項1實驗電路連線事先用萬用表“二極管”擋進行檢測，保證連接電路的連線完好，正式連接實驗線路前，必須對所用芯片進行邏輯功能的驗證，保證接入電路的芯片功能完好。2將芯片插入插座，或者從插座上拔出芯片時，用力要均勻，避免用力不均導致芯片引腳彎曲變形甚至折斷。3注意集成芯片在集成芯片插座上的安裝方向不要弄反，器件和連線要插牢，仔細核對芯片各引腳功能，先將芯片的電源引腳和地引腳分別接至5V正、負極上，其余引腳也不能接錯。4芯片輸出端不允許并聯(lián)使用（非OC門），更不允許直接接地或接電源，為了提高電路的抗干擾能力，電路中多余輸入端最好不要懸空。5實驗中