模块七 十进制可逆计数器

1 模快七模快七 十进制可逆计数器的设计十进制可逆计数器的设计 课时安排 理论 2 课时 实训 14 课时 电路设计仿真 2 课时 电路装配调试 12 课时 8 18 1 教学目的要求教学目的要求 8 1 1 掌握十进制可逆计数器设计方案和方案论证的方法 8 1 2 掌握十进制可逆计数器的设计方法 8 1 3 熟悉编码器 译码器 数码管的使用 8 1 4 学会电路的安装 焊接和调试方法 8 28 2 教学重点教学重点 十进制可逆计数器的方案设计及方案论证 8 38 3 教学难点教学难点 十进制可逆计数器的设计及参数计算 8 48 4 教学内容教学内容 8 4 1 十进制可逆计数器的方案设计及方案论证 8 4 2 十进制可逆计数器的设计及参数计算 8 4 3 编码器 译码器 数码管的使用 8 4 4 十进制可逆计数器的组装及功能调试 新课引入 模块题目 十进制可逆计数器的设计模块题目 十进制可逆计数器的设计 设计要求 1 可实现十进制计数的功能 2 可逆计数器 计数规律可按加法计数规律计数 也可按减法计数规律计数 由控制端决定 设计思路设计思路 计数器是用来累计时钟脉冲 CP 脉冲 个数的时序逻辑部件 它是数字系 统中用途最广泛的基本部件之一 几乎在各种数字系统中都有计数器 它不仅 可以计数 还可以对 CP 脉冲分频 以及构成时间分配器或时序发生器 对数 字系统进行定时 程序控制操作 此外 还能用它执行数字运算 1 计数器的特点 在数字电路中 把记忆输入 CP 脉冲个数的操作叫做计数 能实现计数状态的电 子电路称为计数器 2 特点为 1 该电路一般为 Moore 型电路 输入端只有 CP 信号 2 从电路组成看 其主要组成单元是时钟触发器 2 计数器分类 1 按 CP 脉冲输入方式分类 按 CP 脉冲输入方式 计数器分为同步计数器和异步计数器两种 同步计数器 计数脉冲引到所有触发器的时钟脉冲输入端 使应翻转的触发 器在外接的 CP 脉冲作用下同时翻转 异步计数器 计数脉冲并不引到所有触发器的时钟脉冲输入端 有的触发器 的时钟脉冲输入端是其它触发器的输出 因此 触发器不是同时动作 2 按计数增减趋势分类 按计数增减趋势 计数器分为加法计数器 减法计数器和可逆计数器三种 加法计数器 计数器在 CP 脉冲作用下进行累加计数 每来一个 CP 脉冲 计 数器加 1 减法计数器 计数器在 CP 脉冲作用下进行累减计数 每来一个 CP 脉冲 计 数器减 1 可逆计数器 计数规律可按加法计数规律计数 也可按减法计数规律计数 由 控制端决定 3 按数制分类 按数制分为二进制计数器和非二进制计数器 一般为 BCD 码十进制计数器 两类 二进制计数器 按二进制规律计数 最常用的有四位二进制计数器 计数范围 从 0000 到 1111 如例 5 1 中所示电路就是同步四位二进制加法计数器 例 5 4 中所示电路为异步四位二进制减法计数器 BCD 码十进制计数器 按二进制 规律计数 但计数范围从 0000 到 1001 如例 12 2 中所示电路为同步 BCD 码十 进制加法计数器 4 按计数器中使用的开关元件分类分为 TTL 计数器和 CMOS 计数器 设计方案设计方案 在十进制计数体制中 每位数都可能是 0 1 2 9 十个数码中的任意 一个 且 逢十进一 根据计数器的构成原理 必须由四个触发器的状态来表 3 示一位十进制数的四位二进制编码 而四位编码总共有十六个状态 所以必须 去掉其中的六个状态 至于去掉哪六个状态 可有不同的选择 这里考虑去掉 1010 1111 六个状态 即采用 8421BCD 码的编码方式来表示一位十进制数 8 5 1 8421BCD 码异步十进制加计数器 用 JK 主从触发器组成的一位异步十进 制加计数器如图所示 1 电路结构 由四个 JK 主从触发器组成 其中 FF0 始终处于计数状态 Q0 同时触发 FF1 和 FF3 Q3 反馈到 J1 Q2Q1 作为 J3 端信号 2 工作原理 1 工 作波形分析法由逻辑图可知 在 FF3 翻转以前 即从状态 0000 到 0111 为止 各触发器翻转情况与异步二进制递增计数器相同 第八个脉冲输入后 四个触 发器状态为 1000 此时 Q3 0 使下一个 FF0 来的负阶跃电压不能使 FF1 翻转 因而在第十个脉冲输入后 触发器状态由 1001 变为 0000 而不是 1010 从而 使四个触发器跳过 1010 1111 六个状态而复位到原始状态 0000 其工作波形 如图 8 b 所示 当第十个脉冲作用后 产生进位输出信号 C0 Q3Q0 4 2 状态方程分析法 首先列出各触发器驱动方程 触发器在异步工作时 若有 CP 触发沿输入 其状态由特征方程确定 否则维持 原态不变 这时触发器的特征方程可变为 Qn 1 JQn KQn CP QnCP 其中 CP 1 表示有 CP 触发沿加入 CP 0 表示没有 CP 触发沿加入 所以可以写出 以下状态方程 根据以上状态方程 即可列出计数器的状态转移表 如表 8 5 1 所示 表 8 5 1 异步十进制加计数器的状态转移表 以上两种方法均表明该逻辑电路具有 8421 码异步十进制递增计数的功能 系统组成框图 单元电路的设计 电子元件清单 元件名代号规格数量 个 电阻R110K2 电阻R22K2 电阻R3100K1 电阻R4 R17 330 14 集成块4510 2 集成块4511 2 集成块74LS112D 1 三极管NPN 1 数码管共阴2 5 U U6 6 4 45 51 10 0B BP P 5 5V V LDQ4 P4 P1 CI Q1 CO VSS RST U D Q2 P2 P3 Q3 CLK VDD U U1 1 4 45 51 10 0B BP P 5 5V V LDQ4 P4 P1 CI Q1 CO VSS RST U D Q2 P2 P3 Q3 CLK VDD U U3 3 4 45 51 11 1B BP P 5 5V V A1 A2 LT BI LE A3 A0 VSS YE YD YC YB YA YG YF VDD U U2 2 7 74 4L LS S1 11 12 2D D 1CLR 15 1J 3 1K 2 1CLK 1 1PRE 4 1Q 5 1Q 6 GND 8 2Q 7 2Q 9 2PRE 10 2CLK 13 2K 12 2J 11 2CLR 14 VCC 16 V VD DD D 5 5V V V VS SS S 0 0V V 1 1 2 2 V VS SS S 0 0V V V VD DD D 5 5V V V VS SS S 0 0V V V VD DD D 5 5V V 3 3 4 4 V VD DD D 5 5V V 1 12 2 V VC CC C 5 5V V R R1 1 1 10 0k k R R2 2 2 2k k 0 0 1 13 3 1 18 8 V VD DD D Q Q1 1 2 2N N2 22 21 19 9 2 20 0 0 0 V VS SS S 0 0V V 1 19 9 V VC CC C C C1 1 1 10 0n nF F V VD DD D R R3 3 1 10 00 0k k 2 29 9 XFG2 V VS SS S V VD DD D V VS SS S 2 28 8 U U4 4 A B C D E F G CK H R R1 10 0 3 33 30 0 R R1 11 1 3 33 30 0m m 6 6 R R1 12 2 3 33 30 0m m 7 7 R R1 13 3 3 33 30 0m m 8 8 R R1 14 4 3 33 30 0m m 9 9 R R1 15 5 3 33 30 0m m 1 10 0 R R1 16 6 3 33 30 0m m 1 11 1 3 36 6 3 37 7 3 38 8 3 39 9 4 40 0 4 41 1 4 42 2 V VS SS S U U5 5 A B C D E F G CK U U7 7 4 45 51 11 1B BP P 5 5V V A1 A2 LT BI LE A3 A0 VSS YE YD YC YB YA YG YF VDD R R4 4 3 33 30 0 1 14 4 R R5 5 3 33 30 0 R R6 6 3 33 30 0m m R R7 7 3 33 30 0m m R R8 8 3 33 30 0m m R R9 9 3 33 30 0m m R R1 17 7 3 33 30 0m m 1 15 5 1 16 6 1 17 7 2 21 1 2 22 2 2 23 3 2 25 5 2 26 6 2 27 7 3 30 0 3 31 1 3 32 2 3 33 3 3 34 4 3 35 5 4 43 3 4 44 4 V VD DD D V VS SS S 5 5 6 1 电路原理图的设计 1 根据设计要求选择合适的元器件 2 画出十进制可逆计数器电路的原理图 2 电路的制作与调试 1 根据原理图制作电路板 2 对电路板进行装配和调试 二 设计目的 1 通过设计 加深对 电子技术 知识理解 巩固和提高学过的理论与专业 知识 并予以适当的深化 2 掌握十进制可逆计数器设计的一般方法 包括元器件的选择 电路原理图 的设计和绘制 电路的制作与调试等 3 学会在项目开发时如何搜集和查阅资料 使用开发工具 进行方案论证与 设计 总结设计成果 撰写学术论文等 为今后工作打下良好基础 小结 十进制可逆计数器的设计 小结 十进制可逆计数器的设计 作业 设计方案 十进制可逆计数器电路图 作业 设计方案 十进制可逆计数器电路图 十进制可逆计数器设计仿真 十进制可逆计数器设计仿真 2 2 课时 课时 采用电子制图软件 PROTEL MULTISIM 7 十进制可逆计数器的安装与调试 十进制可逆计数器的安装与调试 1212 课时 课时 十进制可逆计数器实训设备及元器件十进制可逆计数器实训设备及元器件 1 焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试 需要时可设计一些临时电路用 于调试 2 测试电路时 必须要保证焊接正确 才能打开电源 以防元器件烧坏 4 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地 作业 作业 实训报告及要求 1 设计目的 2 设计要求 3 总体设计框图 并说明每个模块所实现的功能 4 功能模块 可有多个方案 并进行方案论证与比较 要有详细的原理说明 5 总电路图设计 有原理说明 6 实现仪器 工具 7 分析测量结果