實驗四 集成計數(shù)器及其應(yīng)用

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1、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗實驗四集成計數(shù)器及其應(yīng)用實驗性質(zhì)：設(shè)計性一、實驗?zāi)康蘑攀煜ぜ捎嫈?shù)器的邏輯功能及各控制端的作用。⑵掌握用集成計數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計數(shù)器的方法。二、實驗原理計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中必不可少的組成部分，它不僅用來計輸入脈沖的個數(shù)，還大量用于分頻、程序控制及邏輯控制等。計數(shù)器種類繁多，其分類方式大致有以下三種：第一種：按計數(shù)器的進(jìn)制分。通常分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和N進(jìn)制計數(shù)器。第二種：按計數(shù)脈沖輸入方式不同，可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器兩大類。同步計數(shù)器是指內(nèi)部的各個觸發(fā)器在同一時鐘脈沖作用下同時

2、翻轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生進(jìn)位信號。其計數(shù)速度快、工作頻率高、譯碼時不會產(chǎn)生尖峰信號。而異步計數(shù)器中的計數(shù)脈沖是逐級傳送的，高位觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)必須等低一位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后才發(fā)生。其計數(shù)速度慢，在譯碼時輸出端會出現(xiàn)不應(yīng)有的尖峰信號，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，連線少，成本低，因此，在一般低速場合中應(yīng)用。第三種：按計數(shù)加減分類。則有遞減、遞加計數(shù)器和可逆計數(shù)器。其中可逆計數(shù)器又有加減控制式和雙時鐘輸入式兩種。針對以上計數(shù)器的特點，我們在設(shè)計電路時，可根據(jù)任務(wù)要求選用合適器件。一些常用的計數(shù)器如表4-4-1所示。表4-4-1序號名稱型號

3、說明1十進(jìn)制同步計數(shù)器74LS160同步預(yù)置、異步清零2四位二進(jìn)制同步計數(shù)器74LS161同步預(yù)置、異步清零3十進(jìn)制同步計數(shù)器74LS162同步預(yù)置、同步清零4四位二進(jìn)制同步計數(shù)器74LS163同步預(yù)置、同步清零5十進(jìn)制同步加/減計數(shù)器74LS190異步置數(shù)、無清零端、單時鐘輸入74LS192異步置數(shù)、異步清零、雙時鐘輸入6四位二進(jìn)制同步加/減計數(shù)器74LS191異步置數(shù)、無清零端、單時鐘輸入74LS193異步置數(shù)、異步清零、雙時鐘輸入7異步二—五—十進(jìn)制計數(shù)器74LS290異步清零、異步置9下面我們

4、以74LS160、74LS161、74LS190、74LS193、74LS290為例，介紹計數(shù)器的一般使用方法，對于表中的其它器件更詳細(xì)功能介紹請參閱有關(guān)手冊。1.四位二進(jìn)制同步計數(shù)器74LS161其功能見表4-4-2所示,計數(shù)范圍0~15。表4-4-2輸入輸出功能CTPCTTCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30xxxxxxxx10xx↑d0d1d2d30000d0d1d2d3異步清零同步預(yù)置1111↑xxxx加計數(shù)110xxxxxx保持禁止計數(shù)11x0xxxxx保持禁止計數(shù)15數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實

5、驗CP:時鐘輸入端，上升沿有效；Q0~Q3：計數(shù)器輸出端；CO:進(jìn)位輸出端；D0~D3:并行數(shù)據(jù)輸入端；CTT,CTP:計數(shù)控制端；:同步并行置入控制端，低電平有效；:異步清除輸入端，低電平有效。該器件具有異步清零、同步預(yù)置數(shù)功能。當(dāng)=0時，計數(shù)器清零，Q3Q2Q1Q0=0000，與CP無關(guān)；當(dāng)=1、=0時，在CP脈沖上升沿的作用下，D3~D0輸入的數(shù)據(jù)d3d2d1d0被置入計數(shù)器，即Q3Q2Q1Q0=d3d2d1d0.進(jìn)位輸出CO=Q3Q2Q1Q0。當(dāng)CTT=CTP===1時，在CP脈沖上升沿作用下

6、進(jìn)行加計數(shù)。而在CTT和CTP中有低電平時，計數(shù)器保持原狀態(tài)不變。因此，利用CTT、CTP和CO可級聯(lián)成多級計數(shù)器。當(dāng)計到最大數(shù)15時（Q3Q2Q1Q0=1111），CO=1,而小于15時，CO=0，所以CO可作后級計數(shù)器CTT、CTP端的控制信號，從而實現(xiàn)多級計數(shù)器間的級聯(lián)。下面介紹幾個用74LS161構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器的方法。⑴利用異步清零功能構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器利用異步清零功能構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器時，當(dāng)計到N個CP脈沖時，將Q0~Q3中的高電平通過與非門將輸出的低電平加到異步清零端上，使計數(shù)器回到初始的O

7、狀態(tài)，從而實現(xiàn)了N進(jìn)制。這時并行數(shù)據(jù)輸入端D0~D3可接任意數(shù)據(jù)。用74LS161構(gòu)成的十一進(jìn)制計數(shù)器，其電路如圖4-4-1所示。圖4-4-1反饋清零法⑵利用同步預(yù)置功能構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器利用同步預(yù)置功能構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器時，并行數(shù)據(jù)輸入端D0~D3應(yīng)接計數(shù)起始數(shù)據(jù)。通常從0開始計數(shù)，這時D0~D3應(yīng)接低電平。當(dāng)計到(N-1)個CP脈沖時，將Q0~Q3中的高電平通過與非門將輸出的低電平加到同步置入控制端上，這樣當(dāng)輸入第N個CP脈沖時，計數(shù)器將被置數(shù)到0，回到初始的計數(shù)狀態(tài)，從而實現(xiàn)了N進(jìn)制計數(shù)。用74LS

8、161構(gòu)成的十一進(jìn)制計數(shù)器，其電路如圖4-4-2所示。圖4-4-2置數(shù)歸零法還可以用預(yù)置補數(shù)法構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器。電路連接方式見圖4-4-3所示（兩電路功能相同）。此電路的工作狀態(tài)為5~15。預(yù)置端D3D2D1D0=0101，輸出端Q3Q2Q1Q0=1111（此時CO=1）。這樣，計數(shù)器從5開始計數(shù)，到15后回到5。由于74LS15數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實驗161為16進(jìn)制，對模N計數(shù)器可利用預(yù)置（16-N）的方法實現(xiàn)。也可利用0~15中任一段11個狀態(tài)來實現(xiàn)