数字电路-集成计数器与移位寄存器

1、实验五实验五 集成计数器与移位寄存器的设计与应用集成计数器与移位寄存器的设计与应用 熟悉中规模集成计数器的逻辑功能及使用方法熟悉中规模集成计数器的逻辑功能及使用方法 一、实验目的一、实验目的 学习计数器的功能扩展学习计数器的功能扩展 了解集成译码器及显示器的应用了解集成译码器及显示器的应用 实验设备：数字电路实验箱实验设备：数字电路实验箱1 1台台 实验器件：实验器件：74LS0074LS00、74LS16174LS161、74LS19174LS191、74LS19474LS194各各1 1片片 二二. . 实验仪器及器件实验仪器及器件 掌握用掌握用74LS194设计任意模值的扭环计数器的方法

2、设计任意模值的扭环计数器的方法 74LS161的逻辑功能示意图的逻辑功能示意图 74LS161的管脚排列的管脚排列 74LS161功能表功能表 三、实验原理三、实验原理 集成四位同步二进制加法计数器集成四位同步二进制加法计数器74LS161 74LS161时序波形图时序波形图 利用利用161实现任意进制加法计数器实现任意进制加法计数器 MSCR 1）清零法）清零法 74LS161是异步清零，根据设计要求写反馈清零函数是异步清零，根据设计要求写反馈清零函数 上式中：上式中： “M”为所求计数器的模值，为所求计数器的模值，“”为反馈的二进制代为反馈的二进制代 码码 例：采用清零法，用例：采用清零法

3、，用161设计一个模设计一个模11的加法计数器的加法计数器 1M SLD 2）置数法）置数法 当置数出初值为当置数出初值为0时，时， 由于由于74LS161是同步置数，是同步置数， 根据设计要求写反馈置数函数根据设计要求写反馈置数函数 “M”为计数器的模值。为计数器的模值。 例：采用置数法，用例：采用置数法，用 161设计一个设计一个0-9的加的加 法计数器法计数器 返回返回 当置数的初值不为当置数的初值不为0 时，画出所要求的全部时，画出所要求的全部 状态，在最后一个状态取反馈使状态，在最后一个状态取反馈使LD为为0即即 可。可。 如：使用如：使用74LS161设计设计4-9的加法计数器。的

4、加法计数器。 4位二进制可逆（加减）计数器位二进制可逆（加减）计数器74LS191 74LS191是集成是集成4位同步二进制加减计数器，可以执位同步二进制加减计数器，可以执 行十六进制加行十六进制加/减法计数及异步置数功能。减法计数及异步置数功能。 详细引脚功能参见课本详细引脚功能参见课本 231页页 74LS191功能表功能表 加计数器设计时，使用 与非门，取1反馈 减计数器设计时，使用 或门，取0反馈 在只提供在只提供 二输入与二输入与 非门的情非门的情 况下，如况下，如 何替代或何替代或 门？门？ i.移位寄存器的功能：移位寄存器的功能： 在数字系统中能寄存二进制信在数字系统中能寄存二进

5、制信 息，并进行移位的逻辑部件称为移位寄存器。息，并进行移位的逻辑部件称为移位寄存器。 Ii. 集成移位寄存器集成移位寄存器74LS194功能：功能： 具有具有 左移位、左移位、 右移位、清零、数据并入右移位、清零、数据并入/并出、并并出、并 入入/串出等多种功能。串出等多种功能。 移位寄存器的移位寄存器的74LS194 iii、74LS194的功能表的功能表 d0 0 0 0 保保 持持01 左移输入左移输入00Q3Q2Q111 左移输入左移输入11Q3Q2Q11011 右移输入右移输入0Q2Q1Q000 101 右移输入右移输入1Q2Q1Q011 101 并行置数并行置数d3d2d1d0d

6、3d2d1111 保保 持持01 置零置零00000 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0DSRDSLCPM0M1CR 说明说明 输输 出出输输 入入 Q3Q2Q1Q0 M1 M0 DSLDSR CP CR CT74LS194 D3D2D1D0CR 74LS194构成的顺序脉冲发生器及其波形构成的顺序脉冲发生器及其波形 iviv. . 移位寄存器的应用移位寄存器的应用 ： 移位寄存器构成的计移位寄存器构成的计 数器在实际工程中经常用数器在实际工程中经常用 到。到。 如用移位存器构成如用移位存器构成环环 形计数器形计数器、扭环形计数器扭环形计数器 和和顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器等。等。 74LS1

7、94构成的七进制扭环形计数器构成的七进制扭环形计数器74LS194构成的六进制扭环形计数器构成的六进制扭环形计数器 请根据移位原理，自行推导其工作过程请根据移位原理，自行推导其工作过程 13进制扭环进制扭环 计数器及其计数器及其 状态转换表状态转换表 移位寄存器的级联移位寄存器的级联 V.双向移位寄存器设计双向移位寄存器设计 工作原理：工作原理： 当当X=1X=1时，时，M1=0M1=0，M0=1M0=1， 执行右移功能；执行右移功能； n=3n=3，其模值，其模值M=2M=23=63=6； 当当X=0X=0时时，M1=1M1=1，M0=0M0=0， 执行左移功能。执行左移功能。 n=3n=3

8、，其模值，其模值M=2M=23-3- 1=51=5。 n n ：代表环内包围的输出端的个数；：代表环内包围的输出端的个数； 如果是通过二输入与非门取反馈作移入数据，则为奇数模，如果是通过二输入与非门取反馈作移入数据，则为奇数模，M=2n-1M=2n-1 如果是通过非门取反馈作移入数据，则为偶数模，如果是通过非门取反馈作移入数据，则为偶数模，M=2nM=2n。 显示及译码显示及译码 计数器输出端的状态反映了计数脉冲的多少计数器输出端的状态反映了计数脉冲的多少 ，通，通 过译码器和显示器把计数器的输出显示为相应的数过译码器和显示器把计数器的输出显示为相应的数。 LED发光二极管也用作计数器状态显示

9、，但读取发光二极管也用作计数器状态显示，但读取 状态时不如数码管直观。状态时不如数码管直观。 二二-十进制译码器用于将二十进制译码器用于将二-十进制代码译成十十进制代码译成十 进制数字，去驱动十进制的数字显示器件，显示进制数字，去驱动十进制的数字显示器件，显示0 9十个数字。数码管是一种常用的数字显示器件。十个数字。数码管是一种常用的数字显示器件。 数码管段结构数码管段结构计数、译码、显示接口图计数、译码、显示接口图 实验箱上已将译码器芯片和数码管连接好，实验时只实验箱上已将译码器芯片和数码管连接好，实验时只 要将十进制计数器的输出端要将十进制计数器的输出端Q3Q2Q1Q0直接连接到译直接连接

10、到译 码器的相应输入端码器的相应输入端DCBA，即可显示数字，即可显示数字09 。 数码管显示方式数码管显示方式 LED显示方式显示方式 二进制计数器的输出端二进制计数器的输出端Q3Q2Q1Q0 直接连接四个直接连接四个LED灯，通过灯，通过LED灯灯 的亮灭，即可反映计数器的状态的亮灭，即可反映计数器的状态 。 2 Q 1 Q 0 Q 3 Q 计数器 CP 数码管只能显示数码管只能显示0-9对应的二进制信息对应的二进制信息 LED能显示任意的二进制信息能显示任意的二进制信息 计数器又称分频器，计数器又称分频器，N进制计数器的进位输出脉冲就进制计数器的进位输出脉冲就 是输入脉冲的是输入脉冲的N

11、分频。分频。 N进制计数器可直接作进制计数器可直接作N分频器。分频器。 计数器的有效状态数、模数和分频系数是同一含义。计数器的有效状态数、模数和分频系数是同一含义。 分频器分频器 计数器的计数器的Q3Q2Q1Q0输出分别对应输出分别对应16分频、分频、8分频、分频、 4分频、分频、2分频、分频、 四、设计任务与要求四、设计任务与要求 3. 用用74LS191及及74LS00设计一个设计一个94的减法计数的减法计数 器。通过器。通过LED或数码管观察并记录实验结果；或数码管观察并记录实验结果； 4.用用74LS194及及74LS00设计一双向移位扭环形计设计一双向移位扭环形计 数器，要求右移时数

12、器，要求右移时M=7，左移时，左移时M=8，通过，通过LED观观 察并记录实验结果。察并记录实验结果。 1. 用用74LS161及及74LS00设计一个设计一个3B的加法计数的加法计数 器，通过器，通过LED并记录实验结果；并记录实验结果； 2. 用用74LS191及及74 LS00设计一个设计一个29的加法计数的加法计数 器。通过器。通过LED或数码管观察并记录实验结果；或数码管观察并记录实验结果； 在只提供二输入与非在只提供二输入与非 门的情况下，如何替门的情况下，如何替 代三输入与非门？代三输入与非门？ 注：为便于观察记录实验现象，注：为便于观察记录实验现象，CPCP可选用可选用1Hz1Hz、2Hz2Hz连续脉冲，或选用单次脉冲；连续脉冲，或选用单次脉冲； 一、如何用二输入与非门代换三输入与非门？一、如何用二输入与非门代换三输入与非门？ 二、如何用与非门替代或门？二、如何用与非门替代或门？ CABABCF BABABAF 注意：在实验室只提供了注意：在实验室只提供了74LS0074LS00二输入与非门，若设二输入与非门，若设 计中出现了三输入与非门，或者或门，均需适当变换表达计中出现了三输入与非门，或者或门，均需适当变换表达 式，通过二输入与非门式，通过二输入与非门74LS0074LS00实现。实现。 五、思考题五、思考题 2片片161最大可以实现多少分频？最大