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电子技术基础实验 实验七 实验题目 专业班级 实验人 合作者 实验地点 实验台号 日期 计数器设计与调试 EDA实验室 一 实验目的 1 做一个简单计数译码电路实验 通过这个实验了解计数器 译码器 数码管的基本结构和功能以及使用方法 2 在熟悉和掌握计数器的基础上 学会利用MSI集成计数器实现任意模计数器的方法 实验目的 做什么 二 实验原理 1 计数电路计数器是一个用以实现计数功能的时序部件 它不仅可用来计脉冲数 还常用作数字系统的定时 分频和执行数字运放以及其他特定的逻辑功能 计数器种类很多 根据计数制的不同 分为二进制计数器 十进制和任意进制计数器 目前无论是TTL还是CMOS集成电路都有品种较齐全的中规模集成计数电路 本实验计数电路选用74LS192 74LS192是一种较典型的且常用的TTL电路同步计数器 可实现十进制计数 实验原理 74LS192 74LS193 是同步可拟计数器 具有双时钟输入 并具有清除和置数等功能 区别 74LS192是十进制计算器 74LS193 是十六进制计算器 74ls192 74LS192管脚封装结构图74LS192的管脚符号含义 P0 P3 并行数据输入端Q0 Q3 数据输出端 CP 加法计数脉冲输入端CP 减法计数脉冲输入端MR 清零 复位 端 高电平有效 CLEAR 置数控制端 低电平有效 加法计数时 进位输出端 低电平有效 减法计数时 借位输出端 低电平有效 实验原理 CP CP CLEAR LOAD 异步清零 异步置数 74LS192的时序图分析 MR 异步置0端 计数器复位 置零 置数控制端 低电平有效 CP 为高电平 计数脉冲从CP 端输入 进位输出 借位输出 CP 为高电平 计数脉冲从CP 端输入 十进制及任意进制计数器的设计 用集成计数器构成任意进制计数器 在用M进制构成N进制计数器 当M N时 用一个M进制计数器即可 而当M N时则需要多个 例如 用一个十进制计数器设计一个六进制计数器 六进制计数器的变化规律是000 001 010 011 100 101 110 当计数计到110时立即清零 异步的特点 使计数器返回000初始状态开始重新计数 计数清零有两种方法 一是清零法 二是置位法 在这个实验中我们采用清零法 即利用110中的两位去清零 110分别对应的是QCQBQA 则QCQB取的 1 去清零 因74LS90的清零需用 1 清零后计数器开始重新计数 因此 就实现了六进制计数 实验原理 74LS192计数方式 加法计数 减法计数 复位法 任意进制计数的实现 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 图六进制计数 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0110 用两个74LS192构成100进制计数器 计数器的级联使用 利用进位输出控制高一位的CPU端构成的加数级联图 计数开始时 先在RD端输入一个正脉冲 此时两个计数器均被置为0状态 此后在端输入 1 RD端输入 0 则计数器处于计数状态 在个位的74LS192 1 的CU端逐个输入计数脉冲CP 个位的74LS192开始进行加法计数 在第10个CP脉冲上升沿到来后 个位74LS192的状态从1001 0000 同时其进位输出从0 1 利用74LS192实现100进制计数器 想一想 将多个74LS192级联可以构成高位计数器 例如 用两个74LS192可以组成100进制计数器 此上升沿使十位的74LS192 2 从0000开始计数 直到第100个CP脉冲作用后 计数器由10011001恢复为00000000 完成一次计数循环 特殊12进制计数器1 12 置位法 设计任意进制计数器 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0110 2 译码电路 译码电路是一个多输入 多输出的组合逻辑电路 他的作用是把给定的代码进行 翻译 变成相应的状态 使输出通道中相应的一路有信号输出 不同的功能可选用不同种类的译码器 译码器可分为通用译码器和显示译码器两大类 本实验箱上选用的是通用译码器74LS42和显示译码器74LS48 共阴极 如右图 书上的显示译码器74LS247为共阳极 低电平输出 译码输出是a f 译码输入是A B C D 灯测试输入端灭灯输入端灭零输入端 实验原理 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 显示译码器74LS48 1 灯试输入端 用来检验数码管的七段数码显示是否正常工作 当 1 日 0时 无论QA QB QC QD为任何状态 输出a f均为 1 数码管七段将全亮 显示 8 字 2 灭灯输入端 用来控制关闭七段数码显示 即当 0 无论其他输入信号为何状态 输出a f均为 0 七段数码显示全灭 无显示 3 灭0输入端 当 1 1 0 只有当QA QB QC QD 0000时 输出a f均为 0 不显示 0 字 这时 如果 1 则译码器正常输出 显示 0 当QA QB QC QD为其他组合时 不论为0或1 译码器均可正常输出 此输入控制信号常用来消除无效0 其各项功能如74LS48逻辑功能表所示 输入十六进制数在七段数码管上的显示如下图 实验原理 74LS48逻辑功能表 实验原理 3 数码显示电路 七段发光二极管 LED 数码管 构成它的基本单元是PN结 现在常用的是用磷砷化镓做成的PN结 当给PN结加上正向电压 它就发出明亮的光 LED数码管是目前最常用的数字显示器 有共阴和共阳两种数码管显示原理电路 如下图6 1 a b 所示 一个LED数码管可用来显示一位0 9十进制数和一个小数点 小型数码管 0 5寸和0 36寸 每段发光二极管的工作电压为1 5 3V 工作电流为几毫安到几十毫安 通常可显示光为红 绿 黄 橙色几种 实验原理 a b c d e f g a b c d e f g ab gf c ed 3 1 译码显示测试电路图 根据测试需要及器件的性能 结构 把相应的管脚连接 即 把74LS48的输出a g接到数码管 Vcc接电源 5V GND接电源地 其它各输入端接到电平开关 就完成了测试电路的接线 ab gf c ed C B A GND e c b a VCC 74LS48 5V GND D d g f 实验内容与方法 a c e g b d f 三 实验内容 3 2 测试74LS192计数功能 2 用手动开关作二进制计数器 将清零端CLEAR接低电平 CP 接高电平 CP 接手动正脉冲 QD QC QB QA接LED电平显示器 首先按动复位按钮QD QC QB QA 0 LED不亮 然后按动手动脉冲按钮多次 向CP1输入计数脉冲 观察LED的变化情况 实验内容与方法 3 3 将74LS192接成六进制测试 4 用十进制改六进制计数器 将QD QC QB QA接LED电平显示器 R端接复位正脉冲 CP1接手动正脉冲 首先按动复位脉冲按钮 使QDQCQBQA 0000 相应的LED都不亮 然后慢慢按动手动脉冲按钮多次 观察输出端所接LED的变化情况 记录在下表 书中表6 2 问题1 若在实验中将CP端接高频连续脉冲时 数码显示器将出现何种现象 分析产生这种现象的原因 实验内容与方法 3 4 计数 译码 显示实验 搭建测试电路 把实验箱上的74LS192接到译码显示电路上 即按右图的示意进行连线 连线结束进行如下测试 1 置 0 功能实验 按下RD端 显示器为 0 表示置 0 端功能正常 2 用单脉冲发生器在CP端逐个输入脉冲 观察显示结果 3 在CP端接入脉冲发生器 观察显示器显示数字的变化 用万用表测量进位端 记录当数字由9变为0时 是否有进位脉冲输出 问题3 观察图6 4中 电路是处于工作状态 还是非工作状态 请说明理由 为什么 实验内容与方法 A D 3 1 计数译码驱动 显示 电路 根据计数 译码 显示电路的原理 只须将计数器74LS90的计算输出的QA QB QC QD接到译码的输入端A B C D即可 74LS48 5V GND e c b a VCC d g f 5V GND 实验内容与方法 C B GND 四 实验要点 区分器件 74LS192为十计数器 16脚 74LS48为译码器 16脚 共阴极 接线检验 应把要接入的线先连接到电平指示灯与电源 5V之间 如指示灯亮 说明线是好的 即可接入电路 接线次序 首先接入电源 5V和地 GND 然后以信号传输次序从输入到输出接好 输入接到电平输入开关 指拨开关 前一级的输出接到下一级的输入 最后的输出接到电平显示灯 注意 本次实验是一个实验 即 计算 译码 显示实验 分三步进行 1 计算实验 2 译码 显示实验 3 计算 译码 显示实验 在完成一个实验后不要拆掉接线 因 3 实验是 1 和 2 的综合 即把 1 和 2 的输出与输入相连就完成了 3 的实验接线 问题检查 接线结束后实验 如不能出现正确的实验结果 可先看电源是否连接正确 接线是否接触良好 压紧 其次检查器件是否损坏 实验要点 五 实验器件 本次实验需利用实验箱上的电平显示灯 电平输入开关 数码显示管 手动脉冲按钮 5V电源 实验器件为74LS192两片 74LS48一片 电平输入开关 手动脉冲按钮 电平显示灯 LED灯 实验器件 电源 5V与GND 数码显示管 六 实验报告 1 画出实验线路图 总结调试计数器 译码器的方法和步骤 2 对实验结果进行分析和讨论 3 计数译码显示电路能测CP脉冲的频率吗 如何才