实验:计数器功能及其应用 下载本文

实验 计数器功能及其应用

实验目的:

通过实验,熟悉中规模集成计数器的功能及应用,掌握利用中规模集成电路计数器构成任意进制计数器的方法,学会综合测试的方法,让学生加深对相关理论知识的理解。 实验原理:

计数器对输入的时钟脉冲进行计数,来一个CP脉冲计数器状态变化一次。根据计数器 计数循环长度M,称之为模M计数器(M进制计数器)。通常,计数器状态编码按二进制数的 递增或递减规律来编码,对应地称之为加法计数器或减法计数器。 一个计数型触发器就是一位二进制计数器。N个计数型触发器可以构成同步或异步N位 二进制加法或减法计数器。当然,计数器状态编码並非必须按二进制数的规律编码,可以给 M进制计数器任意地编排M个二进制码。

在数字集成产品中,通用的计数器是二进制和十进制计数器。按计数长度、有效时钟、 控制信号、置位和复位信号的不同有不同的型号。74LS161是集成TTL四位二进制加法计数器,其符号和管脚分布分别如下图所示:

表 8-1为74LS161的功能表: 表8-1

0 × × × 1 1 1 1 0 1 1 1 × × 0 × × 0 1 1 A B C D × ×××× 0 0 0 0 ↑ A B C D A B C D × ×××× 保持 × ×××× 保持 ↑ ×××× 计数

从表1可以知道74LS161在为低电平时实现异步复位(清零CR)功能,即复位不需要时钟信号。在复位端高电平条件下,预置端LD为低电平时实现同步预置功能,即需要有效时钟信号才能使输出状态 等于并行输入预置数A B C D。在复位和预置端都为无效电平时,两计数使能端输入使能信号,74LS161实现模16加法计数功能,;两计数使能端输入禁止信号,

,集成计数器实现状态保持功能,。在

时,进位输出端OC=1。

在数字集成电路中有许多型号的计数器产品,可以用这些数字集成电路来实现所需要的计数功能和时序逻辑功能。

用M进制集成计数器构成任意N进制计数器: 1、M>N,需一片M进制计数器

一种为反馈清零法,另一种为反馈置数法。 (1)反馈清零法

反馈清零法是利用反馈电路产生一个给集成计数器的复位信号,使计数器各输出端为零(清零)。反馈电路一般是组合逻辑电路,计数器输出部分或全部作为其输入,在计数器一定的输出状态下即时产生复位信号,使计数电路同步或异步地复位。反馈清零法的逻辑框图见图1。

图1 反馈清零法框图

(2)反馈置数法

反馈置数法将反馈逻辑电路产生的信号送到计数电路的置位端,在滿足条件时,计数电路输出状态为给定的二进制码。反馈置数法的逻辑框图如图2所示。

图 2 反馈置数法框图

1、M

如用两片74161构成60进制计数器(异步级联):如图3所示

(1100)B=(12)D M1=12

& (0101)B=(5)D M2=5 CP Q0 Q1 Q2 Q3 P T CO CP 74161 LD CR 1 Q0′Q1Q2Q3 ′ ′′ P CO T CP 74161 LD CR & 1 图 3

实验设备及元器件:

1、数电实验箱、数字万用表。 2、74LS161 四位二进制同步计数器 1片 74LS00 二输入端四与非门 1片

74LS20 四输入端二与非门 1片 74LS47(或CD4511) 显示译码器 1片

实验步骤:

1、测试74LS161的逻辑功能。

2、用74LS161四位二进制同步加法计数器组成一个同步十二进制计数器,cp端送入单次脉冲,输出Q依次与发光二极管相连,送入脉冲的同时观察二极管的亮灭并记录分析其计数状态(利用反馈清零法设计)。

分析提示:74LS161从Q3Q2Q1Q0=0000开始计数,经M-1个时钟脉冲(M为模,本例为12)状态对应二进制数最大,下一个CP后计数器应复位,开始新一轮模M计数。因为是异步清零,所以复位信号不应在M-1个CP时产生,而应在M个CP时产生。所以复位信号在Q3Q2Q1Q0=1100时,使计数器复位Q3Q2Q1Q0=0000。状态从1100→0000是异步变化的,不受时钟CP控制,所示状态1100持续的时间很短暂,仅几级门的传输延迟而已。由状态1100产生低电平复位信号可用与非门实现。 1)画出电路连接图。 2)画出状态转移图。

3)按照电路图连线,通过发光二极管观察所设计电路的计数状态是否为十二进制。 3、用74LS161组成十进制计数器,cp端送入100KHz的脉 冲,用示波器双踪观察并记录计数的时序波形图(利用反馈置数法设计)。 分析提示:反馈置数法是通过反馈产生置数信号LD,將预置数ABCD预置到输出端。74LS161是同步置数的,需CP和LD都有效才能置数,因此LD应先于CP出现。所以M-1个CP后就应产生有效LD信号。若用四位二进制数前10个数作为计数状态,预置数QAQBQCQD=0000,应在QAQBQCQD=1001时预置端变为低电平。

1)画出用74LS161所设计的十进制计数器的电路连接图。 2)画出状态转移图。 3)按照电路图连线。

4、用74LS161设计一个60进制计数器,并以十进制数的形式显示出来。