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数字逻辑实验报告9  

2011-01-22 01:47:19|  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

1.掌握集成计数器的逻辑功能测试方法及其应用。

   2.运用集成计数器构成任意进制计数器。 

   3.掌握同步计数器74LS162的级连应用方法。

   4.熟悉数码管的使用。

二、实验器件、仪器和设备

1.异步计数器74LS90                      1片

   2.同步十进制计数器74LS162                 2片

   3.与非门74LS00                       1片

   4.   双4输入与非门74LS20                1片

   5.  数字信号显示仪          

   6.  GOS-6051示波器        

   7.  数字万用表UT56                        1台

   8.  TDS-4数字系统综合实验平台

三、实验步骤和测试分析

实验原理:

计数器是一个用以实现计数功能的时序逻辑部件,它不仅可以用来对脉冲进行计数,还常用做数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能。

数器的种类很多。按构成计数器中的各触发器是否使用一个时钟脉冲源来分有:同步计数器和异步计数器;根据计数进制的不同分为:二进制、十进制和任意进制计数器;根据计数的增减趋势分为:加法、减法和可逆计数器;还有可预置数和可编程功能计数器等。

目前,TTL和CMOS集成计数器都有较齐全的品种。使用者只需借助于器件手册提供的功能表和引脚排列图,就能正确地运用这些器件。

 

1.74LS162功能测试

测试74LS162功能,给出芯片逻辑功能表。

1)单拍测试

令CLR、ENP、ENT、LOAD、D、C、B、A接逻辑电平,CLK接单脉冲,QAQBQCQD接指示灯。

①当清零端接低电平时,指示灯全不亮。

②当清零端接高电平时,

(1)ENP、ENT接低电平且LOAD端接高电平时,指示灯不改变状态。

(2)LOAD端接低电平时,指示灯显示DCBA的逻辑电平。例如D=0,C=1,B=0,A=1时,指示灯状态为:灭亮灭亮。

(3)ENP、ENT、LOAD端都接高电平时,进入了计数状态。

状态转移表如下所示:

时钟

个数

 

PS(现态)

QB

QC

QD

NS(次态)

QD

QC

QB

QA

QD

QC

QB

QA

1

0

0

0

0

0

0

0

1

2

0

0

0

1

0

0

1

0

3

0

0

1

0

0

0

1

1

4

0

0

1

1

0

1

0

0

5

0

1

0

0

0

1

0

1

6

0

1

0

1

0

1

1

0

7

0

1

1

0

0

1

1

1

8

0

1

1

1

1

0

0

0

9

1

0

0

0

1

0

0

1

10

1

0

0

1

0

0

0

0

状态转移图如下所示:

2)动态测试

令CLR、ENP、ENT、LOAD、D、C、B、A接逻辑电平,CLK接固定频率时钟源1MHZ,QA、QB、QC、QD、RCO接到输出。

从图中的白线可以看出各个输出同步,并且符合十进制输出,RCO具有超前进位输出。

通过以上测试,可以汇总得:

8421BCD计数器74LS162功能表

/CLR

ENP.ENT

/LOAD

CLK

D    C   B    A

QD   QC  QB  QA

0

X

X

X X X X

0000

1

0

1

X

X X X X

保持原状态

1

X

0

a b c d

a b c d

1

1

1

X X X X

计数

2.74LS162芯片应用

用74LS162设计构成任意进制计数器,并进行单拍和连续两种方法测试。

测试和结果分析要求

①用一片74LS162等芯片采用置位法构成一个模7计数器。用单脉冲做计数时钟测试,检验设计和接线是否正确,并记录。用连续脉冲(CP频率要求0.1MHz)做计数时钟,观察并记录CP、 QD、QC、 QB和QA的的输出波形。

置位法设计:

单脉冲测试数据:

时钟

个数

 

PS(现态)

QB

QC

QD

NS(次态)

QD

QC

QB

QA

QD

QC

QB

QA

1

0

0

1

1

0

1

0

0

2

0

1

0

0

0

1

0

1

3

0

1

0

1

0

1

1

0

4

0

1

1

0

0

1

1

1

5

0

1

1

1

1

0

0

0

6

1

0

0

0

1

0

0

1

7

1

0

0

1

0

0

1

1

连续脉冲测试数据:

设计符合要求,实验有效。

 

②用一片74LS162和与非门采用复位法构成一个模7计数器。用单脉冲做计数时钟测试,检验设计和接线是否正确,并记录。用连续脉冲(CP频率要求0.1MHz)做计数时钟,观察并记录CP、 QD、QC、QB和QA的输出波形。

单脉冲测试数据:

时钟

个数

 

PS(现态)

QB

QC

QD

NS(次态)

QD

QC

QB

QA

QD

QC

QB

QA

1

0

0

0

0

0

0

0

1

2

0

0

0

1

0

0

1

0

3

0

0

1

0

0

0

1

1

4

0

0

1

1

0

1

0

0

5

0

1

0

0

0

1

0

1

6

0

1

0

1

0

1

1

0

7

0

1

1

0

0

0

0

0

连续脉冲测试数据:

设计符合要求,实验有效。

 

③用2片74LS162和与非门构成一个模60计数器(级联等方法)。用单脉冲做计数时钟,也可用两位数码管数字变化,检验设计和接线是否正确。

逻辑图如下所示:

设计理念:

用两片74LS162十进制计数器通过级联方式构成模为60的计数器,电路图如上图所示。首先第一篇芯片不做改动,为十进制芯片,每十次计数向第二篇芯片提供一次进位。采用复位法把第二个芯片变成模为6的计数器,故当QDQCQBQA的值为0101时,与非门构成的判别门就会产生一个信号输给第二篇芯片的置零端,从而完成10*6=60进制的计数。经过综合分析可画出模为60的计数器的电路图如上所示。

测试分析:利用单脉冲作为时钟输入值,通过两位数码管可以观察模模60的计数器的输出值,通过观察数码管的输出显示值可知所设计的电路是正确的,可以正确的显示00-59六十个数字。

 

3. 74LS90芯片功能测试和应用

 

将R01R02R91R92接逻辑电平开关,CPACPB 接单脉冲P0P1,QDQCQBQA 接指示灯。

1)当R01R02为高电平,R91R92其中一个为1时,指示灯全灭。

2)当R01R02其中一个为1,R91R92为高电平时,指示灯依次为亮灭灭亮。

3)当R02 R92 CPB为低时,一拍一拍按动P0,得到如下数据:

时钟

个数

 

PS(现态)

QB

QC

QD

NS(次态)

QD

QC

QB

QA

QD

QC

QB

QA

1

0

0

0

0

0

0

0

1

2

0

0

0

1

0

0

0

0

若将QDQCQBQA接入信号显示仪,CPA接0.1MHZ,得到图形如下:

4)当R02R91CPA为低时,一拍一拍按动P1,得到如下数据:

时钟

个数

 

PS(现态)

QB

QC

QD

NS(次态)

QD

QC

QB

QA

QD

QC

QB

QA

1

0

0

0

0

0

0

1

0

2

0

0

1

0

0

1

0

0

3

0

1

0

0

0

1

1

0

4

0

1

1

0

1

0

0

0

5

1

0

0

0

0

0

0

0

若将QDQCQBQA接入信号显示仪,CPB接0.1MHZ,得到图形如下:

5)当R01R92为低时,且将QA的输出接到CPB上,一拍一拍按动P0,得到如下数据:

时钟

个数

 

PS(现态)

QB

QC

QD

NS(次态)

QD

QC

QB

QA

QD

QC

QB

QA

1

0

0

0

0

0

0

0

1

2

0

0

0

1

0

0

1

0

3

0

0

1

0

0

0

1

1

4

0

0

1

1

0

1

0

0

5

0

1

0

0

0

1

0

1

6

0

1

0

1

0

1

1

0

7

0

1

1

0

0

1

1

1

8

0

1

1

1

1

0

0

0

9

1

0

0

0

1

0

0

1

10

1

0

0

1

0

0

0

0

若将QDQCQBQA接入信号显示仪,CPA接0.1MHZ,得到图形如下:

6)当R01R91为低时,且将QD的输出接到CPA上,一拍一拍按动P1,得到如下数据:

时钟

个数

 

PS(现态)

QB

QC

QD

NS(次态)

QD

QC

QB

QA

QD

QC

QB

QA

1

0

0

0

0

0

0

0

1

2

0

0

0

1

0

0

1

0

3

0

0

1

0

0

0

1

1

4

0

0

1

1

0

1

0

0

5

0

1

0

0

1

0

0

0

6

1

0

0

0

1

0

0

1

7

1

0

0

1

1

0

1

0

8

1

0

1

0

1

0

1

1

9

1

0

1

1

1

1

0

0

10

1

1

0

0

0

0

0

0

若将QDQCQBQA接入信号显示仪,CPB接0.1MHZ,得到图形如下:

 

所以综上测验可以得出74LS90功能表的功能表如下所示:

R01 R02

R91 R92

CPA CPB

QD   QC   QB   QA

说明

1     1
1     1

0    ×
×    0

×  ×
×  ×

0    0    0    0
0    0    0    0

异步置0
异步置0

0    ×
×    0

1    1
1    1

×  ×
×  ×

1    0    0    1
1    0    0    1

异步置9
异步置9

×   0

×   0

↓  0

二进计数

由QA输出

×   0

0    ×

0    ↓

五进计数

由QDQCQB输出

0    ×

×   0

↓  QA

8421码十进计数

QDQCQBQA输出

0    ×

0    ×

QD   ↓

5421码十进计数

QAQDQCQB输出

8421码: 权重:8、4、2、1。 无效码(伪码):1010~1111

5421码: 权重:5、4、2、1。 无效码:0101,0110,0111,1101,1110,1111

 

四、问题回答和实验小结

1.利用集成计数器芯片构成任意(模M)进制计数器方法?构成方法复位法和置位法的基本思想及关键点? 

答:

置位法——几乎所有的中规模计数器都有预置功能。因而,可以通过预置法即设定不同的预置使值来构成任意模进制计数器。其基本思想是:使计数器从某个预置状态开始计数,到达满足满足模值为M的终止状态时,产生一个预置控制信号,加到预置控制端/LD进行预置控制,并重复以上过程,实现模值M的计数器。在实际构成模值M的计数器时,常选用计数器到达最大模值的状态为终止状态,因为这时会产生一个进位信号,利用这个进位信号作为预置控制信号。省去了外加逻辑门产生预置控制信号。

 

复位法——没有预置功能的中规模计数器都有清零端,因而可以通过复位法来构成任意进制计数器。其基本思想是:计数从某个状态开始,到达满足M的终止状态时,产生复位信号,使计数器恢复到初试状态,然后进行重复。此时需要外加逻辑门电路对终止状态进行检测。

 

2. 在不加门电路的情况下用74LS90采用复位法设计模9的计数器,要求用两种方案实现,画出逻辑电路图,并给出状态转移图。

答:

设计逻辑图如下所示:

状态转移图如下:

3.说明用2片74LS162和1片74LS00设计模60计数器逻辑电路方法。

答:逻辑图设计如下所示:

设计理念:采用预置法把低位变成模为6的计数器,故此时所设初值为0100.此时第一个芯片(模为6)的有效状态为01001001,每当从1001状态转变成0100状态时会产生一个进位信号RCO1,此时将RCO1取反便可获得预置控制信号。使得模6计数器进入下一个计数循环。同时RCO进位信号(高电平)将会使第二个模10计数器计数控制(高电平有效)有效,使其开始进入进入计数循环(有效状态为00001001)每当到1001时会产生一个向外输出的进位进位信号RCO2.

4.实验过程遇到的问题、现象及是否解决?怎样解决?

在进行74LS162芯片应用实验的时候,出现了显示仪(计算机)上只出现两路信号的情况,也就是CLK和QA有输出,其他都是高电平,与我们当初设想的输出不一致。于是我们重新分析了我们的设计理念,检查了电路的接线情况以及仪器的一些工作环境,都没有找到解决的方法,输出依然没有达到要求。这样我们就剩下检查硬件的一些问题,经过很长时间才慢慢的找出是一根线出现的问题,其实在之前的实验中就发生过此类事情,由于线的问题,造成了断路情况,在重新换一根好的线之后,输出的波形就符合要求了。

实验小结:

通过本次实验,掌握了集成计数器的逻辑功能测试方法及其应用,运用了集成计数器构成多个进制的计数器,掌握了同步计数器74LS162的级连应用方法,熟悉了数码管的使用,同时通过解决实验中的问题,使自己掌握了更多的知识,也提醒自己在做实验中更要胆大心细,沉着冷静,同时这也是做人的细则。

 

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