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数字逻辑实验报告8  

2011-01-22 01:44:54|  分类: 数字逻辑实验报告 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一:实验目的

掌握时序电路的实验分析方法和测试方法。

二、实验器件、仪器和设备

1.双JK负沿触发器74LS73          2片

2.4位通用寄存器74LS194           1片

3.双4输入与非门74LS20             1片

4. 非门74LS04                       1片

5. 数字万用表UT56  

6.数字信号显示仪

7.GOS-6051示波器

8. TDS-4数字系统综合实验平台

     

三、实验步骤和测试分析

1.用JK触发器分别构成3位同步和3位异步二进制计数器,分析计数器的计数和分频器特性。

1)三位同步二进制计数器

逻辑图如下所示,它由3个JK触发器组成。计数器的模M=23=8。

将线路如逻辑图接好,需要注意以下问题:

①由于实验室提供的74LS73为下沿触发,在此实验中要求的是上沿触发,需要在实验中引起注意。

②由于实验器材中没有提供二输入与门,只提供了一片双四输入与非门和一片非门,所以在此需要进行芯片的灵巧转换。

转换方法1:将双四输入与非门的一个四输入中的1A接Q0,1B接Q1,1C、1D接高电平,之后再通过一个非门输出。需要双4输入与非门74LS20、非门74LS04共两片芯片。

转换方法2:将双四输入与非门的一个四输入中的1A 接Q0,1B接Q1,1C、1D接高电平,之后再将输出输入到下一个四输入的2A中,2B、2C、2D接高电平,再输出。只需要一片芯片

通过比较,由于转换方法2只需一个芯片,转换方法1需要两个芯片,基于使电路简单方便及省芯片的原则,选择转换方法2。

①单拍测试方法:

CLK接单拍脉冲源,Q0、Q1、Q2接指示灯。通过一拍一拍的按动单脉冲,得到以下状态转移表:

状态转移图为:

从数据中可以看出:M=8,符合三位二进制计数原则。

②动态测试方法:

将CLK接在1MHZ固定频率时钟源上,接好输出,得到以下波形:

从图中的白线(竖线)可以明显看出,三个输出之间没有间隙,即同步。而且8个周期一循环,符合三位同步二进制输出。

小结:通过动静态测试方式,得出数据符合实验要求,从而实现了三位同步二进制计数器,故此设计有效。

 

分频情况:

将CLK输入和各Q端输出一一通过示波器读出频率,截图如下所示:

CLK=100.014KHZ(输入)           Q0=50.0070KHZ(二分)

Q1=25.0035KHZ(四分)          Q2=12.5017KHZ(八分)

从图和数据可以看出,此同步二进制计数器具有良好的分频功能。

 

2)三位异步二进制计数器

逻辑图如下所示:各级的JK输入端接上逻辑高电平(交替方式),除第一级时钟输入端接时钟源外,其他各级的时钟取自上一级触发器的输出。

 

①静态测试:

CLK接单拍脉冲源,Q0、Q1、Q2接指示灯。通过一拍一拍的按动单脉冲,得到以下表格:

状态转移表:                       状态转移图:

时钟个数

PS(现态)

NS(次态)

Q2

Q1

Q0

Q2

Q1

Q0

1

0

0

0

0

0

1

2

0

0

1

0

1

0

3

0

1

0

0

1

1

4

0

1

1

1

0

0

5

1

0

0

1

0

1

6

1

0

1

1

1

0

7

1

1

0

1

1

1

8

1

1

1

0

0

0

从数据中可以看出:M=8,符合三位二进制计数原则。

②动态测试:

将CLK接在1MHZ固定频率时钟源上,接好输出,得到以下波形:

从图中的白线(竖线)可以明显看出,三个输出之间存在空隙,即异步输出。此处涉及到翻转时间问题。对触发器FF0来说,仍以CLK做时间基准,从下降沿开始,经FF0翻转再到FF1翻转结束,需要2tp时间。同理,对FF2来说,翻转结束需要3tp时间。因此我们可以得 出,若使用n个触发器,求的输入CLK的最大时钟频率为:

分频测试结果:

通过示波器频率显示(截图不在此显示),得到如下表格:

端口

频率

分频度

CLK

100.012KHZ

原频率

Q0

50.0060KHZ

二分频

Q1

25.0030KHZ

四分频

Q2

12.5015KHZ

八分频

小结:通过动静态测试方式,得出数据符合实验要求,从而实现了三位异步二进制计数器,故此设计有效,而且可以引申做分频器(分频度极其准确)。

2.自启动扭环移存型计数器

用74LS194芯片构成下图扭环移存型计数器,对电路进行测试、分析和记录。

测试电路方式和步骤:

①单拍测试:

将CLK接单拍脉冲源,QA、QB、QC、QD接指示灯,先将工作方式控制端S1=S0=1接逻辑电平开关,进行置数,将74LS194 QAQBQCQD置初始值1010。之后再将S1S0=01进入右移工作模式。通过一拍一拍的按动单脉冲,使电路实现右移,记录QAQBQCQD状态转移表,如下表格所示:

时钟

个数

 

PS(现态)

QB

QC

QD

NS(次态)

QA

QB

QC

QD

QA

QB

QC

QD

1

1

0

1

0

1

1

0

1

2

1

1

0

1

0

1

1

0

3

0

1

1

0

1

0

1

1

4

1

0

1

1

0

1

0

1

5

0

1

0

1

0

0

1

0

6

0

0

1

0

1

0

0

1

7

1

0

0

1

0

0

0

0

8

0

0

0

0

1

0

0

0

9

1

0

0

0

1

1

0

0

10

1

1

0

0

1

1

1

0

11

1

1

1

0

1

1

1

1

12

1

1

1

1

0

1

1

1

13

0

1

1

1

0

0

1

1

14

0

0

1

1

0

0

0

1

15

0

0

0

1

0

0

0

0

16

0

0

0

0

1

0

0

0

状态转移图如下所示:

从图中可以看出:0000->1000->1100->1110->1111->0111->0011->0001->0000才是有效的循环,也即是M=8;无效状态为:1010、1101、0110、1011、0101、0010、1001。

②连续方式测试:

将工作方式控制端S1S0=01接逻辑电平开关, CLK端接连续脉冲0.1MHz, 将CLK端和QAQBQCQD接逻辑数字信号显示仪对波形显示观察分析,记录有效计数波形图。

从图中可以容易的看出循环状态。

③分析测试结果指出电路逻辑功能,并分析该扭环移存型计数器与上次实验七中的扭环移存型计数器功能的同异,此电路的优点?

小结:通过以上分析,可以得出此电路具有计数功能,模M=8,与上次实验七中欧个的扭环移存型计数器相比,具有检验装置,可以从无效码跳转到有效状态,也即是说此装置可以自启动。

 

3.异步十进制计数器电路分析(选作)

①静态测试:

状态转移表:          状态转移图:

1

0

0

0

0

2

0

0

0

1

3

0

0

1

0

4

0

0

1

1

5

0

1

0

0

6

0

1

0

1

7

0

1

1

0

8

0

1

1

1

9

1

0

0

0

10

1

0

0

1

从图中可以看出,M=10,符合10进制设计,循环有效。

②动态测试:

将CLK接在1MHZ上,再将CLK和各输出接逻辑数字信号显示仪对波形显示观察分析,记录有效计数波形图如下所示:

从图中的波形可以明显看出,在Q0Q1Q2Q3=1001时,下一个状态本应为1010,所以Q1和Q3有点小毛刺,此时判别的四输入与非门产生了一个下跳,将计数器清零了。从图中可以看出Q0Q1Q2Q3的占空比分别为50%、50%、%50、20%。

 

小结:BCD码十进制异步计数器,由4位异步二进制计数器改造得来。当计数器状态变成BCD码1001(9)以后,需要跳过1010—1111这6个数,下一个状态理应是BCD码0000,而不是二进制码1010.由于BCD码只有0000(0)--1001(9)十个数,不能出现1010,所以二进制码1010应变成BCD码的0000.为此,通过四输入与非门对1010状态进行检测译码,其输出/CLR信号使4个触发器清0,即变成BCD码0000。事实上,在出现1010的刹那间(第10个脉冲后沿),与非门输出的/CLR信号变低,用强置清0端/CLR使计数器状态变成0000,即十进制数0,重新开始计数。

 

四、问题回答和实验小结

各实验结果以及电路分析总结均见实验内容中。

实验小结:

计数器归纳

在本次实验中,掌握了时序电路的实验分析方法和测试方法,分别分析了三位同步二进制计数器、三位异步二进制计数器、自启动扭环移存型计数器以及异步十进制计数器的循环状态以及计数情况等,深刻的体会了时序电路的功能,是一次很不错的实验。

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