模M可逆計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)、仿真與實(shí)驗(yàn)

1、課題三 模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)、仿真與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)：熟悉常用MSI集成計(jì)數(shù)器的功能和應(yīng)用，掌握利用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的一般設(shè)計(jì)方法；學(xué)會(huì)利用EDA軟件（Proteus）對(duì)模M的可逆計(jì)數(shù)器電路進(jìn)行仿真；掌握可逆計(jì)數(shù)器電路的安裝及調(diào)試方法。一、任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)具有手控和自動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)功能的電路，利用數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)器的值。掌握用“反饋清零法”和“反饋置數(shù)法”構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)方法；用Proteus軟件仿真；實(shí)驗(yàn)測(cè)試邏輯功能。 1 具體要求如下：（1）手控方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器。即控制端E=1時(shí)，進(jìn)行模M的加法計(jì)數(shù)；控制端E=0時(shí)，進(jìn)行模M的

2、減法計(jì)數(shù)。（2）自動(dòng)方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器。即加法計(jì)數(shù)到最大值時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)；減法計(jì)數(shù)到最小值時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。（3）M可為2位數(shù)或3位數(shù)，集成計(jì)數(shù)器采用74LS192。（4）寫(xiě)出設(shè)計(jì)步驟，畫(huà)出最簡(jiǎn)的邏輯電路圖。（5）對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真、修改，使仿真結(jié)果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。（6）安裝并測(cè)試電路的邏輯功能。2二、課題分析及設(shè)計(jì)思路 （1）手控方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)思路以M=125為例，即125進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器。分析以上設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，設(shè)計(jì)思路如下：第一步：將三片74LS192進(jìn)行級(jí)聯(lián)，用“反饋清零法”設(shè)計(jì)一個(gè)125進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器， 反饋清零信號(hào)取自計(jì)數(shù)器的輸出

3、端Q0 Q3 ；第二步：將三片74LS192進(jìn)行級(jí)聯(lián)，用“反饋置數(shù)法”設(shè)計(jì)一個(gè)125進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，反饋置數(shù)信號(hào)取自計(jì)數(shù)器最高位的借位端TCD。3二、課題分析及設(shè)計(jì)思路 （1）手控方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)思路第三步：將上述加、減計(jì)數(shù)器電路結(jié)合起來(lái)，即初步構(gòu)成一個(gè)加/減125進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。 余下的問(wèn)題就是在加/減可逆計(jì)數(shù)條件下，如何切換計(jì)數(shù)器最低位的計(jì)數(shù)脈沖輸入端CPD、CPU的信號(hào)。經(jīng)過(guò)分析，它們應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下功能：手控信號(hào)E計(jì)數(shù)方式CPUCPD1加法CP10減法1CP這一功能通過(guò)一片數(shù)據(jù)選擇器即可實(shí)現(xiàn)。4輸出端Q0借位端TCD反饋清零信號(hào)形成電路預(yù)置數(shù)據(jù)端D74LS192（百位）

4、74LS192（十位）74LS192（個(gè)位）反饋置數(shù)信號(hào)形成電路 加/減計(jì)數(shù)控制電路CPDCPUCP手控信號(hào)E輸出端Q1輸出端Q0Q2手控可逆計(jì)數(shù)器電路的設(shè)計(jì)框圖 ：5（2）自動(dòng)方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)自動(dòng)方式的一種加/減可逆計(jì)數(shù)順序如下： 01212312412312212從上述圖中可以看出，當(dāng)加計(jì)數(shù)到最大值124后自動(dòng)進(jìn)行減計(jì)數(shù)；當(dāng)減計(jì)數(shù)到最小值0后自動(dòng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)，如此不斷循環(huán)。6 自動(dòng)方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器可以在手控方式的電路基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。 但需解決的關(guān)鍵問(wèn)題是：電路如何自動(dòng)產(chǎn)生加/減計(jì)數(shù)控制信號(hào)E？ 其中的一種設(shè)計(jì)思路如下： 加/減計(jì)數(shù)控制電路CPCP

5、U CPD加/減計(jì)數(shù)控制信號(hào)加/減計(jì)數(shù)控制信號(hào)產(chǎn)生電路計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)到0自動(dòng)產(chǎn)生的借位脈沖信號(hào)TCD計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)到124產(chǎn)生的脈沖信號(hào)ME7加/減計(jì)數(shù)控制信號(hào)自動(dòng)產(chǎn)生電路的原理圖如下： 對(duì)于電路的其它部分，也要相應(yīng)作一些改動(dòng)： 取消輸出端反饋清零信號(hào)（因?yàn)榧佑?jì)數(shù)到124后，下一計(jì)數(shù)狀態(tài)不是0）和借位端反饋置數(shù)信號(hào)（因?yàn)闇p計(jì)數(shù)到0后，下一計(jì)數(shù)狀態(tài)不是124）。 8三、集成電路及元件選擇 “加/減計(jì)數(shù)控制電路”部分采用一片數(shù)據(jù)選擇器74LS157;集成計(jì)數(shù)器采用74LS192;“顯示譯碼電路”部分采用74LS48或CD4511;“加/減計(jì)數(shù)控制信號(hào)自動(dòng)產(chǎn)生電路”部分采用集成D觸發(fā)器74LS74和集成

6、門(mén)電路74LS11、74LS32、74LS04等。LED數(shù)碼管采用共陰極數(shù)碼管。9四、原理圖繪制與電路仿真 用proteus軟件繪制出該電路的原理圖，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修改，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。五、電路安裝與調(diào)試 （1）電路布局 熟悉電路實(shí)驗(yàn)板的結(jié)構(gòu)；安排好電源正、負(fù)引出線在實(shí)驗(yàn)板上的位置；做好主要元器件的布局。 10五、電路安裝與調(diào)試（2）安裝與調(diào)試方法 電路安裝前，要先檢測(cè)所用集成電路及其它元器件的好壞。安裝完成后，要用萬(wàn)用表檢測(cè)電路接觸是否可靠、電源電壓大小、極性是否正確。一切正常后才能通電調(diào)試。11五、電路安裝與調(diào)試 （2）安裝與調(diào)試方法調(diào)試過(guò)程中

7、，最好分步或分塊進(jìn)行。 首先調(diào)試手控方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器電路: 在該電路的調(diào)試過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)下面兩個(gè)問(wèn)題：（1）借位TCD反饋置數(shù)不正常：顯示的數(shù)比預(yù)置端的數(shù)始終少1。解決辦法：將TCD信號(hào)通過(guò)兩個(gè)反相器延時(shí)后送入計(jì)數(shù)器的置數(shù)端。（2）輸出端反饋清零不正常：計(jì)數(shù)到123后下一狀態(tài)為0（正常時(shí)應(yīng)為124）。解決辦法：將形成反饋清零信號(hào)的4輸入與門(mén)更換為兩個(gè)4輸入與非門(mén)。 12五、電路安裝與調(diào)試（2）安裝與調(diào)試方法 然后將上述手控方式的可逆計(jì)數(shù)器電路改為自動(dòng)方式的可逆計(jì)數(shù)器電路: 在該電路的調(diào)試過(guò)程中:第一步調(diào)試“加/減計(jì)數(shù)控制信號(hào)自動(dòng)產(chǎn)生電路”，使其工作正常；第二步進(jìn)行整體調(diào)試 .13六、設(shè)計(jì)、仿真及實(shí)驗(yàn)問(wèn)題研究 1、分別說(shuō)明集成計(jì)數(shù)器74LS192正常計(jì)數(shù)、置數(shù)和清零的條件？并舉例說(shuō)明同步清零（置數(shù)）與異步清零（置數(shù)）有什么不同？2、對(duì)于手控方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器電路，如果改變M的值，在電路中要作哪些改動(dòng)？3、對(duì)于自動(dòng)方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器電路，通電開(kāi)始工作時(shí)，首先作加法計(jì)數(shù)還是減法計(jì)數(shù)？為什么？4、對(duì)于自動(dòng)方式模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器電路，如果改變M的值，