实验十三计数器

实验十三计数器一、实验目的1．掌握8421BCD码计数器的工作原理，熟悉其工作波形。２.熟悉中规模数字集成电路的外引线排列及使用方法。３.熟悉移位寄存器型计数器的使用方法。二、实验设备1．THD-1型数字实验器一台;2．SS-7802双踪示波器一台。1．中规模集成计数器的使用在中规模集成计数器中，二进制或十进制（8421码）加法计数器较为常见。如74HC160是比较典型的中规模同步计数器，可实现二－十分频功能，采用8421BCD码计数，为单时钟脉冲输入。74HC160除了计数功能外，还有预置数、保持、异步置零等功能。三、实验原理EP5D01413Q0D316C38CP7VCC2GND6114ET1510Q1129Q2Q374HC160D21D1LDRD图2-4-174HC160管脚图4位同步十进制计数器74HC160功能表输入输出CPLDRDEPETQ**L**全“Ｌ”LH**预置数HHHH计数*HHL*保持*HH*L保持采用异步置零法接成的六进制计数器进位输出计数输入D0D1D2D3EPETCPCLDRDQ0Q1Q2Q3＆＆G1CP174160当计数器从0000（S0）计成Q3Q2Q1Q0＝0110（即SM）状态时，担任译码器的门G输出低电平信号给端，将计数器置零，回到0000状态。由于置零信号随着计数器被置零而立即消失，所以置零信号持续时间极短，如果触发器的复位速度有快有慢，则可能动作慢的触发器还未来得及复位，置零信号已经消失，导致电路误动作。因此，这种接法的电路可靠性不高。图2-4-2进位输出计数输入D0D1D2D3EPETCPCLDRDQ0Q1Q2Q3＆＆G11CP174160＆G2G3QQ图2-4-2电路的改进图2-4-3改进电路图中的与非门G1起译码器的作用，当电路进入0110状态时，它输出低电平信号，与非门G2和G3组成了基本RS触发器，用其Q端输出的低电平作为计数器的置零信号。若计数器从0000状态开始计数，则第6个计数输入脉冲上升沿到达时计数器进入0110状态，G1输出低电平，将基本RS触发器置1，Q端的低电平立刻将计数器置零。这时虽然G1输出的低电平信号随之消失了，但基本RS触发器的状态仍保持不变，因此计数器的置零信号得以维持。直到计数脉冲回到低电平以后，基本RS触发器被置零，Q端的低电平信号才消失。可见，加到计数器RD端的置零信号宽度与输入计数脉冲高电平持续时间相等。同时，进位输出脉冲也可以从基本RS触发器的Q端引出。这个脉冲的宽度与计数脉冲高电平宽度相等。有些计数器产品中，将G1，G2，G3组成的附加电路直接制作在计数器芯片上，这样在使用时就不用外接附加电路了。若用两块74HC160集成块连接，可得到N100的任一进制计数。图2-4-4十二进制计数器计数输入EPETCPCLDRDQ0Q1Q2Q374160(1)D2D0D1D3＆＆＆EPETCPCLDRDQ0Q1Q2Q374160(1)D2D0D1D3１１１CPG1G2G3QQ进位输出2．移位寄存器型计数器的设计移位寄存器型计数器中，通常有环形计数器、扭环形计数器和最大长度移位计数器等类型。它们的基本电路一般都不能实现自启动，所以实现自启动是设计移位寄存器型计数器的关键。四、实验内容及步骤1.测试中规模同步计数器74HC160的逻辑功能（1）按图2-4-1接线，将A、B、C、D、RD、EP、ET、LD分别插入八个逻辑开关，计数脉冲接单次脉冲，由CP输入，输出端QA、QB、QC、QD接发光二极管显示输出状态，并将它们连接到数码管的输入端，用于显示十进制数。按表2-4-2的要求测试，将结果填入表中。LDDREPETDCBADQCQBQLDDREPETDCBADQCQBQAQ表2-4-2测试74HC160的逻辑功能输入输出计数脉冲LDRDEPETDCBAQDQCQBQA数码管显示**0**011001**0110*110*0001*11*00001**0******11111****21111****表2-4-2测试74HC160的逻辑功能（续）输入输出计数脉冲LDRDEPETDCBAQDQCQBQA数码管显示31111****41111****51111****61111****71111****81111****91111****（2）计数脉冲CP接连续脉冲，用示波器观察QA～QD的波形，了解计数器的分频功能，将波形记录在图2-4-5中。０００００tttttCPAQAQBQCQD图2-4-5十进制计数器的波形图2.测试由中规模计数器组成十二进制计数器的逻辑功能（1）将二块74HC160和一块74LS00按图2-4-4连接电路，将各Q端分别连接到发光二极管，显示输出状态，并将它们连接到数码管的输入端，用于显示十二进制数。（2）在计数器输入端输入单次脉冲，测试逻辑功能，并观察数码管的显示情况。将结果记入表2-4-3中。计数脉冲十位个位数码管显示QDQCQBQAQDQCQBQA0123456表2-4-3DQCQBQAQDQCQBQAQ表2-4-3（续）计数脉冲十位个位数码管显示QDQCQBQAQDQCQBQA789101112133．分析一个能自启动的三位环形计数器，验证其逻辑功能，检查能否自启动。将两块74LS74和一块74LS00集成块按图2-4-6所示接好线路。74LS74、74LS00管脚图见图2-3-4和图2-3-1所示。将Q1～Q3分别接至三个发光二极管，先清零，在计数器输入端加入单次脉冲CP，借助发光二极管来检测计数器状态。再使计数器分别进入各无效状态，检查计数器能否自启动，并将测试结果填入表2-4-4中。（注：将各SD端接逻辑开关，通过SD作用使计数器进入各无效状态。）QQDF3QQDF2QQDF1＆＆●●●●●●Q3SDQ2Q1SDSDRDCP图2-4-6三位环形计数器表2-4-4三位环形计数器CP脉冲二进制数（现态）二进制数（次态）000001010100无效状态110111011101nQ3nQ2nQ111nQ13nQ12nQ四、实验报告要求1．画出实验电路图。2．整理实验数据。3．画出内容3的状态图（包括所有无效状态）。