实验二第7次课(计数器+寄存器)

1、2021/8/141计数与分频电路实验计数与分频电路实验存储器和移位寄存器存储器和移位寄存器2021/8/142主要授课内容：主要授课内容：一、移位寄存器一、移位寄存器(P97 3)二、二、计数与分频电路计数与分频电路(P88 2、3)2021/8/143主要授课内容：主要授课内容：二、用二、用7419474194双向移位寄存器设计一个序列信号双向移位寄存器设计一个序列信号发生器，其输入信号为时钟发生器，其输入信号为时钟CPCP，输出信号为序列，输出信号为序列码码F F。实验任务要求是：。实验任务要求是： 1.1.序列发生器模值序列发生器模值M=6M=6： 2.2.各个码位上的码值为各个码位上

2、的码值为101001; 101001; 3. 3.测量时钟信号测量时钟信号CPCP和和F F的波形。的波形。 一、介绍一、介绍7419474194双向移位寄存器的管脚和功能表双向移位寄存器的管脚和功能表三、用预置法设计一个计数电路。实验要求是：三、用预置法设计一个计数电路。实验要求是：M=7M=7，并且具有自启动特性；测试出其各个，并且具有自启动特性；测试出其各个输出端波形的时间关系；测试其自启动特性。输出端波形的时间关系；测试其自启动特性。2021/8/144一、一、P97 3v74LS194是四位双向移位寄存器是四位双向移位寄存器(电工电子实验手电工电子实验手册册P92图图448管脚图，表

3、管脚图，表423功能表功能表)v测试时测试时Vcc与与GND间接通间接通5V电源（电源（16脚接脚接+5V，8脚接地），脚接地），v作静态测试：作静态测试：M1、M0、D0D3、RSR、RSL、CR 分分别接实验箱别接实验箱K1K8，Q3Q0数据输出端接实验箱逻数据输出端接实验箱逻辑电平显示中任四个，辑电平显示中任四个，CP用单脉冲信号。按照用单脉冲信号。按照电工电子实验手册电工电子实验手册P92表表423功能表检测其逻辑功能表检测其逻辑功能。功能。测试测试74LS194的逻辑功能。的逻辑功能。 2021/8/1451 1、管脚图、管脚图注意注意: :左移左移 右移的说法。右移的说法。 右移：

4、右移：Q Q0 0 Q Q3 3（0 to 30 to 3的移位）；的移位）； 左移：左移：Q Q0 0 Q Q3 3 （3 downto 03 downto 0的移位）。的移位）。一、介绍一、介绍7419474194双向移位寄存器的管脚和功能表双向移位寄存器的管脚和功能表2021/8/146功能功能输入输入输出输出CR M1M0CPSLSRA B C DQAQBQCQD清除清除0 0000保持保持10 保持保持送数送数111a b cdabcd右移右移1011 1QAnQBnQCn右移右移1010 0QAnQBnQCn左移左移1101 QBnQCnQDn1左移左移1100 QBnQCnQDn

5、0保持保持100 保持保持2021/8/147当当M M1 1M M0 0= 00 = 00 时，执行保持操作；时，执行保持操作；当当M M1 1M M0 0= 01 = 01 时，执行右移操作；时，执行右移操作；当当M M1 1M M0 0 = 10 = 10 时，执行左移操作；时，执行左移操作；当当M M1 1M M0 0 = 11 = 11 时，执行并入操作；时，执行并入操作；2021/8/148P97 3P97 3：试用：试用7419474194附加门电路设计附加门电路设计101001101001序列信序列信号发生器，用实验验证，用示波器双踪观察并记号发生器，用实验验证，用示波器双踪观

6、察并记录时钟和输出波形。录时钟和输出波形。解：设计思路：解：设计思路：1 1、根据序列长度确定所使用的位数。、根据序列长度确定所使用的位数。 取取N=6 101001N=6 101001，101001101001，1 0 11 0 10 1 00 1 01 0 01 0 00 0 10 0 10 1 10 1 11 1 01 1 02021/8/1492 2、建立状态转移表、建立状态转移表0 00 01 11 10 01 11113 3、求解、求解D DSRSR电路具有自启动性，无关电路具有自启动性，无关项项000一定要圈成一定要圈成1。000得得1，进入，进入001无关项无关项111一定不能

7、圈。一定不能圈。111得得0，进入，进入1102021/8/14104 4、画电路图、画电路图2021/8/14111115 5、门电路较为复杂，改用、门电路较为复杂，改用7415174151实现实现D DSRSR2021/8/14126、采用左移、采用左移DSL2021/8/14135 5、预测波形、预测波形2021/8/1414举例一：通过实验验证下图所示四位环形计举例一：通过实验验证下图所示四位环形计数器的自启动性能数器的自启动性能, ,画出完全状态流图。画出完全状态流图。 2021/8/141511011001000010110100Q4Q3 Q2Q1 Q 1n+12021/8/141

8、62)优点：优点： 电路结构极为简单电路结构极为简单,不需要另加译码器电路。不需要另加译码器电路。3)缺点：缺点：为了实现模值为了实现模值M=n的计数器，就要使用的计数器，就要使用n 个个FF(触发器触发器)，FF的利用率不高。的利用率不高。2021/8/1417解：设计思路：解：设计思路：1 1、根据序列长度确定所使用的位数。、根据序列长度确定所使用的位数。 取取N=8 00011101N=8 00011101，0001110100011101，0 0 00 0 00 0 10 0 10 1 10 1 11 1 11 1 11 1 01 1 01 0 11 0 1举例二：举例二：用用7419

9、474194双向移位寄存器设计一个序列信号发双向移位寄存器设计一个序列信号发生器，其输入信号为时钟生器，其输入信号为时钟CPCP，输出信号为序列码，输出信号为序列码F F。实验。实验任务要求是：任务要求是：1.1.序列发生器模值序列发生器模值M=8M=8： 2.2.各个码位上的码值为各个码位上的码值为00011101; 00011101; 3. 3.测量时钟信号测量时钟信号CPCP和和F F的波形。的波形。0 1 00 1 01 0 01 0 02021/8/14182 2、建立状态转移表、建立状态转移表3 3、求解、求解D DSRSR检查自启动检查自启动:可以自启动可以自启动2021/8/1

10、4194 4、画电路图、画电路图( (方法一方法一) )（1 1）用）用74HC19474HC194和门电路实现和门电路实现2021/8/1420（2 2）用）用74HC19474HC194和和74HC15174HC151电路实现电路实现2021/8/1421v用双踪示波器同时观测用双踪示波器同时观测CP和和F 的波形。触的波形。触发信源应选择发信源应选择F 的通道。至少显示的通道。至少显示F一个一个完整的周期。完整的周期。v记录波形时必须注意记录波形时必须注意CP和和F波形对应的时波形对应的时间关系。间关系。CP FT2021/8/1422使用数字示波器注意事项使用数字示波器注意事项使用数字

11、示波器同时观测两路数字信号时应遵循以下基使用数字示波器同时观测两路数字信号时应遵循以下基本操作规则：本操作规则：v各通道的输入耦合方式置各通道的输入耦合方式置“直流直流” v两路信号分上、下半屏显示，勿重叠。认清各通道的两路信号分上、下半屏显示，勿重叠。认清各通道的横坐标位置。横坐标位置。v各通道的垂直偏转灵敏度置各通道的垂直偏转灵敏度置1V2V /div。v水平偏转灵敏度应调整到最大周期水平偏转灵敏度应调整到最大周期 信号至少能显示一信号至少能显示一个完整的周期。个完整的周期。v内触发信源应选择显示最大周期内触发信源应选择显示最大周期 信号的通道。必要时信号的通道。必要时可采用可采用“脉宽脉

12、宽”触发方式。触发方式。v触发电平（触发电平（LEVEL）标志线应调整到最大周期）标志线应调整到最大周期 信号信号的波形上。的波形上。2021/8/1423四：计数与分频电路四：计数与分频电路P88 2、374LS16174LS161是同步置数，异步清零十六进制（是同步置数，异步清零十六进制（M=16M=16）计数器，其功能表如下计数器，其功能表如下CLRLOADPTCLKQ3 Q2 Q1 Q0功能功能01 0 0 0 0异步清零异步清零10 D B C A同步并入同步并入1111000011118421计数计数110 1Qn3 Qn2 Qn1 Qn0 保持保持QCC=QCCn110Qn3 Q

13、n2 Qn1 Qn0保持保持QCC= 02021/8/14242021-12-1624用预置法设计一个用预置法设计一个模模7 7的计数电路。的计数电路。 实验要求是：实验要求是： M=7M=7，并且具有自启动特性；，并且具有自启动特性； 测试出其各个输出端波形的时间关系；测试出其各个输出端波形的时间关系； 测试其自启动特性。测试其自启动特性。设计举例说明设计举例说明2021/8/14252021-12-1625用用74161构成模构成模M计数器的示意图计数器的示意图74LS161A B C DCPQ3 Q2 Q1 Q0 QCCP T CR反馈函数反馈函数LD预置数预置数“1”设计过程设计过程:

14、 :2021/8/14262021-12-16261.1.置置“0 0”法法 同步预置数为全同步预置数为全“0 0”。对于同步预置加计数。对于同步预置加计数器，器，反馈状态为（反馈状态为（M M1 1），本例中反馈状态为），本例中反馈状态为7 71=61=6，即计数器从，即计数器从“000000”计到计到“01100110”。反馈。反馈函数函数L LD D=Q=Q2 2Q Q1 12021/8/14272021-12-1627预测波形预测波形: :2021/8/1428用示波器画输出波形：用示波器画输出波形：2021/8/1429用示波器画输出波形：用示波器画输出波形：2021/8/1430用

15、示波器画输出波形：用示波器画输出波形：2021/8/14312021-12-16312.2.置最大数法置最大数法( (非非84218421码码) ) 反馈状态为（反馈状态为（M M2 2），本例中反馈状态为），本例中反馈状态为7 72=52=5，即计数器从，即计数器从“11111111”计到计到“01010101”。反馈。反馈函数函数L LD D=Q=Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 02021/8/14322021-12-1632预测波形预测波形: :2021/8/14332021-12-16333 3. .置最小数法置最小数法( (非非84218421码码) ) 同步预置最小数，最

16、小数同步预置最小数，最小数= =N NM M。本例中最小。本例中最小数数=16-7=9=16-7=9，即计数器从，即计数器从“10011001”计到计到“11111111”。可利用可利用“Q QCCCC”经反相后置数。电路最简单。经反相后置数。电路最简单。2021/8/14342021-12-1634预测波形预测波形: :2021/8/14352021-12-1635v以置以置“0”法为例：法为例：v用双踪示波器同时观测、记录用双踪示波器同时观测、记录CP和和QC的波的波形。触发信源应选择形。触发信源应选择QC的通道。至少显示的通道。至少显示QC一个完整的周期，并注意查验、确认一个完整的周期，

17、并注意查验、确认QC一个的周期的起始位置。一个的周期的起始位置。v将观测将观测CP的探头依次分别观测、记录的探头依次分别观测、记录QB 、 QA波形。波形。 在示波器上在示波器上QB 、 QA 一个的周一个的周期的起始位置和期的起始位置和QC的起始位置相同。的起始位置相同。v记录波形时必须注意记录波形时必须注意CP、 QC 、 QB 、 QA各波形的时间关系。各波形的时间关系。调测调测2021/8/14362 2、设计一个分频比、设计一个分频比N=5N=5的整数分频电路，观察的整数分频电路，观察并记录时钟和输出波形。并记录时钟和输出波形。解：解： 搞清分频的概念。搞清分频的概念。 首先分频是一

18、个大的概念，它可以用加法首先分频是一个大的概念，它可以用加法计数器实现，也可以用减法计数器实现。但通计数器实现，也可以用减法计数器实现。但通常人们习惯于用加法计数器实现分频。常人们习惯于用加法计数器实现分频。 本题用置本题用置“00法设计法设计M=5M=5的加法计数器。的加法计数器。则其反馈函数按则其反馈函数按S SM M-1-1状态书写：状态书写： M 1=5 1= 4 =(0100)M 1=5 1= 4 =(0100)2 2; ;P88 2、32021/8/1437即：即： S SM M-1=-1=（01000100）2 2。2021/8/1438预测输出波形：预测输出波形：2021/8/

19、14393 3、设计一个、设计一个 “ “10101”10101”的序列信号发生器，观的序列信号发生器，观察并记录时钟和输出波形。察并记录时钟和输出波形。常规的分析方法通常是：常规的分析方法通常是： 先分析序列长度，即：序列长度先分析序列长度，即：序列长度=5=5； 再根据序列长度确定计数器的模长，再根据序列长度确定计数器的模长，M=5M=5。 选择选择7415174151数据选择器实现序列码。数据选择器实现序列码。设计思路：设计思路： 7416174161用置用置“0”0”法设计一个法设计一个M=5M=5的加法计数器的加法计数器; ; 采用采用7415174151芯片，实现芯片，实现“101

20、01”10101”序列码。序列码。2021/8/1440设计步骤：设计步骤：2021/8/1441预测输出波形：预测输出波形：2021/8/14422021-12-1642思考题：思考题：1 1、用预置法设计、用预置法设计M=9M=9的计数电路。的计数电路。 同步预置数为全同步预置数为全“0 0”。对于同步预置加计数。对于同步预置加计数器，器，反馈状态为（反馈状态为（M M1 1），本例中反馈状态为），本例中反馈状态为9 91=81=8，即计数器从，即计数器从“00000000”计到计到“10001000”。反馈。反馈函数函数L LD D=Q=Q3 32021/8/14432021-12-16

21、43M=9M=9的输出波形图：的输出波形图：2021/8/14442021-12-16442 2、试用、试用7416174161和门电路设计循环顺序为和门电路设计循环顺序为0,1,2, 0,1,2, 5,6,7,0,15,6,7,0,1的模长为的模长为6 6的计数电路。要求电路具的计数电路。要求电路具有自启动能力，写出设计过程，画出电路原理图。有自启动能力，写出设计过程，画出电路原理图。解：解：1 1、列出状态转移表、列出状态转移表 2 2、在考虑自启动的基础上写出反馈函数、在考虑自启动的基础上写出反馈函数 3 3、写出数据端的数据、写出数据端的数据 D D2 2=D=D0 0=1=1，D D

22、3 3=D=D1 1=0=02021/8/14453.3.示波器的输入耦合方式中直流和交流有什么区别？示波器的输入耦合方式中直流和交流有什么区别？请分别举一个实际应用的例子加以说明。请分别举一个实际应用的例子加以说明。解解: :直流耦合：信号的交直流成分都能显示；例如：直流耦合：信号的交直流成分都能显示；例如：数字电路中时钟信号的测量。数字电路中时钟信号的测量。交流耦合：信号的交流成分能正常显示，直流成分交流耦合：信号的交流成分能正常显示，直流成分不能显示。例如：测量直流稳压电源中的纹波。不能显示。例如：测量直流稳压电源中的纹波。 4.4.判断题判断题(1)(1)示波器同时观察示波器同时观察M=7M=7计数器的时钟信号计数器的时钟信号cpcp和进和进位信号位信号F F时触发源应该选择为时触发源应该选择为F F。 （）(2) (2) 示波器耦合方式中的示波器耦合方式中的DCDC耦合是指直流耦合，耦合是指直流耦合，只有直流分量能够通过示波器显示出来。（只有直流分量能够通过示波器显示出来。（X X）2021/8/14465.5.示波器在双踪使用时，为了使两个通道的波示波器在双踪使用时，为了使两个通道的波形稳定的显示在屏幕上，在什么情况下使用信形稳定的显示在屏幕上，在什么情况下使用信号强的信号作为触