实验6(2)计数器及应用

课题计数器及其应用需要两个小时教育目的要求1 .掌握中等规模常用集成电路计数器的逻辑功能测试和使用方法2 .掌握任意二进制计数器的设计方法和原理3 .掌握中等规模常用计数器芯片的应用。教育把重点放在了解中型常用集成电路计数器的逻辑功能测试和使用方法教育难点掌握任意二进制计数器的设计方法和原理教案作成日年月日教育内容和教育过程提示和补充一、实验前准备用于实验的仪器、实验报告书、板书实验内容二、组织实验教室1 .按实验人数合理分组2 .学生签名(签字表交替签名)3 .说明这次的实验方法、要求三、实验指导主要介绍实验目的、实验原理、实验步骤及其实验注意事项等四、实验原理1 .计数器是对输入脉冲进行“计数”的时序逻辑电路。 计数器不仅可用于计数，还可用于实现分频、定时、节拍脉冲、顺序脉冲等。2 .计数器分类：1 )分为二进制计数器和非二进制计数器两种。 最常见的十进制计数器是非二进制计数器。2 )在计数方法中，包括加法计数器(计数值根据计数脉冲的发送者而增加)和减法计数器(计数值根据计数脉冲的输出者而减小)的增减计数器(具有加法和减法的计数功能的计数器)3 )根据计数脉冲的引入方式，可分为以下几种同步计数器：通过同一计数脉冲(CP )，计数器的触发器同时改变状态。缺点是计数比特数越多的电路越复杂，工作频率越高异步计数器：根据同一计数脉冲(CP )，计数器的触发状态的变化不同同时发生。 优点是电路结构简单，缺点是频率低，容易发生竞争冒险现象。(一)基本实验任务；1. 74LS161逻辑功能测试74LS161是4位二进制同步计数器，包括计数、预设、保留和清除功能。(a )引脚排列(b )逻辑符号图6-1 74LS161针脚阵列和逻辑符号74LS161端子功能说明：Mr :归零端子、低电平有效CP :计数脉冲输入端P0P3 :并行数据输入端TC :计数进位端Q0Q3 :数据输出侧PE :预置数使能端、低电平有效CET、CEP计数使能端子、高电平有效3 .任意二进制计数器设计1 )复位脉冲反馈法：通过对归零端子施加触发电平，强制输出端子的输出全部为零。如图6-3的部分(a )所示，六进制计数器包括复位脉冲反馈法。(a )复位脉冲反馈法(b )设定脉冲反馈法图6-3复位脉冲反馈法当6脉冲连续地被输入至CP侧时，变为D4D3D2D1=0110，D2D3连接至“与非”门的两个输入端，并且“与非”门的输出变为0，计数器被执行归零操作，所有输出变为0，并且计数从0开始。 当输入到CP侧的脉冲的数量小于6时，在与门的电容输入侧至少存在一个零，并且与门输出都为1，所述计数器不执行清零操作。2 )置位脉冲反馈法：使计数器的数据输入端子全部为零，通过在预置数上加上触发电平，使数据输入端子的数量进入计数器，从零开始重新计数计数器。 如图6-3(b )所示，在设定脉冲反馈方法中，nand门的输出端变为计数器的设定端PE ，在计数到0110时，nand门的输出从1跳变为0，计数器以该低电平进行设定动作，并行数据输入端的0000(二)扩充任务在74LS161上设计数字秒表(099S )，要求启动、暂停、归零功能。数字秒表电路的原理框图如图6-4所示。设计要求：当电路接通电源时显示“00”，只有在按下sp (开始暂停)键时，秒表才开始计数，第二次按下sp键，计数暂停，只有在再次按下sp键时，秒表继续计数最初的计数结果，何时电路中的两个数字编码管采用共同的数字编码管，“开始停止控制电路”能够通过触发器电路实现。 CP脉冲采用实验箱中的连续可变脉冲源，无需单独设计，sp和Clean为触摸按钮。图6-4数字秒表的原理框图使用74LS190设计倒计数计数器，要求倒计数值可在0-99之间任意设定。图6-5倒计时计数器如图6-5所示，可以通过向下计数设置键s、模式切换键m、模式切换键s和m键在设置变量控制电路中实现向下计数设置与向下计数功能的切换，并且可以通过使用零重置键c在任意时刻将计数结果重置为零。设计要求：电路接通电源后，初始状态为倒计数设定状态，按s键即可实现设定数，倒计数数在0-99之间可任意设定的电路从设定模式切换为倒计数模式时，计数器自动开始倒计数，计数停止到00 模式状态提示用不同颜色的LED灯显示(例如，绿灯红灯表示设置模式，绿灯红灯表示倒计时)。五、实验预习熟悉74LS161和74LS190芯片的针脚排列和针脚功能。2 .预习任何二进制计数器的设计方法和原理。利用Multisim仿真软件仿真基本任务，描绘与基本任务第3项中的2种反馈脉冲法对应的实验布线电路，设计对应的实验测试数据用表。4 .选择扩展任务，利用Multisim仿真软件进行电路设计和仿真，绘制仿真电路图，直到电路功能完全正常为止(电路图采用模块化绘制法，实现某种功能的单元电路)。将其中的所有部件一起描绘成一个模块，模块间的电路连接通过网络标签方法实现，可仿照实验04“图4-7时序逻辑电路3”描绘，列出电路所需的部件列表，设计了实验测试用数据表。六、实验器材1 .数字电路实验箱2 .数字万用表3 .集成电路芯片1)74LS161 6只2)74LS48 6只3 )共阴数字电码管6根4)74LS190 2只5 )其他栅极电路有几个6 )一块面包实验板7 )导线若干。七、实验内容和程序(一)基本实验任务；1.74LS161逻辑功能测试。以图6-1所示的74LS161引脚排列，在CEP、CET、PE 、Mr 、P0P3上分别连接逻辑电平开关S1 S8、CP侧接收脉冲插座、Q0Q3、TC侧分别连接逻辑电平显示灯D1D5，分别测试表6-1，并记入表6-1。表6-1测试74ls 161逻辑功能的双曲馀弦值输出功能项目CPCEPCET公司PE Mr P0P1P2P3q3.q3Q2q1.q1Q0TC1011001000002啊0110013啊01101104啊01101015啊106啊1111注意：测试项目6的连续输入脉冲数为16个以上2.74LS190逻辑功能测试。按照图6-2所示的74LS190引脚排列，在ce 、pl 、U/D、P0P3上分别连接逻辑电平开关S1 S7、CP侧接受订货脉冲插座、Q0Q3、RC 、TC上分别连接逻辑电平显示灯D1D6，在表6-1中分别进行测试，记入表6-1表6-2测试74ls 190逻辑功能测试项目的双曲馀弦值输出功能CPpl ce U/DP0P1P2P3q3.q3Q2q1.q1Q0RC TC1001102113啊1004啊101注意：项目3、4连续输入脉冲至少为10个3 .任意二进制计数器设计。布线按照预习要求制作的实验电路布线图，测试按照预习要求制作的测试表，将测试结果填入自制的测试表中。(二)扩展实验任务；将预先设计的电路连接到实验箱和面板上，按照自制的实验顺序测试电路，并将测试结果填入自制的测试表中。注：扩展任务2的状态指示灯可以用实验箱的逻辑水平指示灯替换。七、注意事项1 .实验电路的接线事先用测试仪的“二极管”检查，保证连接电路的接线完整，在正式连接实验电路之前，必须对所使用的芯片进行逻辑功能的验证，保证存取电路的芯片功能完整。2 .将刀片插入插座或从插座拔出时，应使力均匀，避免力不均匀引起的刀片销弯曲变形或折断。3 .要注意集成芯片在插座上的安装方向不要相反，请牢固插入设备和接线，仔细检查芯片各引脚的功能，将芯片的电源引脚和接地引脚分别连接到5V正极和负极，剩馀的引脚也不要弄错。4 .芯片输出侧不允许并联使用(不是OC门)，不允许直接接地或电源连接，为了提高电路的抗噪声性，