實驗九--計數(shù)器的設(shè)計(共32頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 實驗九 計數(shù)器的設(shè)計 實驗?zāi)康氖煜-K觸發(fā)器的邏輯功能，掌握J(rèn)-K觸發(fā)器構(gòu)成異步計數(shù)器和同步計數(shù)器。一、 實驗儀器及器件1、 試驗箱，萬用表，示波器2、 74LS73, 74LS00，74LS08，74LS20二、 實驗原理（1）74LS194移位寄存器 芯片74LS194是一種移位寄存器，具有左移、右移，并行送數(shù)、保持和清除五項功能。移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出。CrS1S0工作狀態(tài)01111X0011X0101置零保持右移左移并行送

2、數(shù)MBD3D0D1CPGVccDSRD2Q0Q3Q2Q1MBCrDSL74LS194 功能表74LS194 引腳圖（2）雙J-K觸發(fā)器 74LS73 74LS73 引腳圖CP1VccK1R1J2Q1GCP2R2J1Q1K2Q2Q2 74LS73 是一種雙J-K觸發(fā)器（下降沿觸發(fā)），它只有在時鐘脈沖的狀態(tài)發(fā)生變化是，發(fā)生在時鐘脈沖的下降沿。并且只有在下降沿的轉(zhuǎn)換瞬間才對輸入做出響應(yīng)。本實驗采用集成J-K觸發(fā)器74LS73構(gòu)成時序電路。 表達(dá)式：Q n+1=J（Qn）+KQn1、K觸發(fā)器設(shè)計16進(jìn)制異步計數(shù)器，用邏輯分析儀分析觀察CP和各輸出波形步驟一：列出真值表：步驟二：選擇門電路：我認(rèn)為可以用

3、四個74LS93，來實現(xiàn)這一功能，所有的，都接入高電平，此時表達(dá)式變從而四級觸發(fā)器就會有四級分頻。同時由于要求異步計數(shù)器所以，把上一級的輸出接入下一級的輸入，實現(xiàn)異步計數(shù)器，相應(yīng)的由于分頻的原因，的頻率逐次減少為上一級一半，從而實現(xiàn)十六進(jìn)制。步驟三：列出理論的波形圖片：步驟四：用proteus仿真步驟五：用邏輯分析儀觀察波形1、 用JK觸發(fā)器設(shè)計一個16進(jìn)制同步計數(shù)器，用邏輯分析儀觀察CP和各輸出的波形步驟一：列出真值表：步驟二：選擇門電路：我認(rèn)為可以用四個74LS93，來實現(xiàn)這一功能，第一級的，都接入高電平。同時由于要求同步計數(shù)器所以，所以一定要同時接入四個計數(shù)器的輸入端，然后仿照異步計數(shù)器

4、的思想，我們還是需要把第二級的頻率做二分，這個很簡單，我們可以把作為輸入接入，這樣當(dāng)時鐘下降沿來到，并且是高電平時第二級是翻轉(zhuǎn)狀態(tài)于是第二級輸出高電平，實現(xiàn)了二分頻率；對于第三級我們需要它四分頻率，也就是要一起控制第三級，也就是接入一個與門，讓都是時才改變第三級的輸出，同理對于第四級需要一起控制，就還是要兩輸入與門一個輸入是一個輸入是即可。步驟三：列出理論的波形圖片：步驟四：用proteus仿真步驟五：用邏輯分析儀分析2、 用JK觸發(fā)器和門電路設(shè)計一個具有置零，保持，左移，右移，并行送數(shù)功能的二進(jìn)制四位計數(shù)器模仿74LS194功能。步驟一：列出真值表：CrS1S0工作狀態(tài)01111X0011X

5、0101置零保持右移左移并行送數(shù)步驟二：寫出邏輯表達(dá)式如下：步驟三：化簡邏輯表達(dá)式又由JK觸發(fā)器的特性方程：表達(dá)式：Q n+1=J（Qn）KQn；所以可得：J3=K3=QA J2=K2=QBJ1=K1=Qc J0=K0=QD步驟四：選用門電路輸入為ABCD，輸出為QAQBQCQD，s1s0控制功能，對于開關(guān)的關(guān)閉與打開分別接入電平和高電平，輸出連接示波器以及；核心部分是四組倆個輸入與門，每一組都是負(fù)責(zé)控制一個觸發(fā)器工作狀態(tài)，相當(dāng)于四選一的選擇開關(guān)。下面接入一個四輸入與非門，對于每個觸發(fā)器，A清除狀態(tài)就是接入低電平，所以就是串聯(lián)接入一個開關(guān)即可；B 并行送數(shù)就是輸出的數(shù)據(jù)與輸入的開關(guān)所表示的數(shù)據(jù)

6、一致，開關(guān)變化輸出也變化，所以需要在，之間接入一個反相器，使得JK反向，輸入是0則J為0；K為1；于是輸出0 。輸入是1則J為1，K為0，輸出為1；實現(xiàn)了同步控制。C而保持狀態(tài)則是使得此狀態(tài)時，4個兩數(shù)入與門中只有一個工作并且，那個與門的結(jié)果由這一個JK觸發(fā)器上次的輸出來決定，從而上次輸出什么這次還是輸出什么，保持不變；D左移，首先需要有一個補(bǔ)充的數(shù)據(jù)輸入開關(guān)，連接到最右邊的JK觸發(fā)器，之后每當(dāng)時鐘下降沿到達(dá)之后左邊的JK觸發(fā)器數(shù)據(jù)都會等于右邊JK觸發(fā)器的數(shù)據(jù)，也就是右邊的輸出接入4個兩輸入與門對應(yīng)的左移控制門中，之后最右邊的左移輸入控制門接入一個輸入數(shù)據(jù)開關(guān)。E右移，首先需要有一個補(bǔ)充的數(shù)據(jù)

7、輸入開關(guān)，連接到最左邊的JK觸發(fā)器，之后每當(dāng)時鐘下降沿到達(dá)之后右邊的JK觸發(fā)器數(shù)據(jù)都會等于左邊JK觸發(fā)器的數(shù)據(jù)，也就是左邊的輸出接入4個兩輸入與門對應(yīng)的右移控制門中，之后最左邊的右移輸入控制門接入一個輸入數(shù)據(jù)開關(guān)。步驟五：仿真電路圖如下4、用JK觸發(fā)器和門電路設(shè)計一個特殊的12進(jìn)制同步計數(shù)器，其十進(jìn)制的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為：步驟一： 列出真值表如下所示步驟二：按照真值表來畫出卡諾圖：步驟三：經(jīng)過整理后最終的邏輯表達(dá)式為步驟四：選用合適的門電路，實驗箱中沒有或門所以我用三個與非門代替一個或門，第一個JK觸發(fā)器JK連接高電平；第二個JK觸發(fā)器JK連接Q0，之后的或門比如Q1Q0+Q3Q2就是Q1Q0接一個

8、與非門；Q3Q2接一個與非門；之后前面兩個與非門的輸出接入一個新的與非門就可以了；步驟五：在仿真軟件下仿真如下：步驟六：得到仿真結(jié)果波形圖如下：三、 實驗內(nèi)容內(nèi)容一：用JK觸發(fā)器設(shè)計16進(jìn)制異步計數(shù)器，用邏輯分析儀分析觀察CP和各輸出波形 內(nèi)容二：用JK觸發(fā)器設(shè)計一個16進(jìn)制同步計數(shù)器，用邏輯分析儀觀察CP和各輸出的波形 內(nèi)容三：用JK觸發(fā)器和門電路設(shè)計一個具有置零，保持，左移，右移，并行送數(shù)功能的二進(jìn)制四位計數(shù)器模仿74LS194功能。 4、用JK觸發(fā)器和門電路設(shè)計一個特殊的12進(jìn)制同步計數(shù)器，其十進(jìn)制的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為：5. 實驗分析及總結(jié)1、K觸發(fā)器設(shè)計16進(jìn)制異步計數(shù)器，用邏輯分析儀分析觀

9、察CP和各輸出波形步驟一：列出真值表：步驟二：選擇門電路：我認(rèn)為可以用四個74LS93，來實現(xiàn)這一功能，所有的，都接入高電平，此時表達(dá)式變從而四級觸發(fā)器就會有四級分頻。同時由于要求異步計數(shù)器所以，把上一級的輸出接入下一級的輸入，實現(xiàn)異步計數(shù)器，相應(yīng)的由于分頻的原因，的頻率逐次減少為上一級一半，從而實現(xiàn)十六進(jìn)制。步驟三：列出理論的波形圖片：步驟四：用proteus仿真步驟五：用邏輯分析儀觀察波形步驟六：實驗結(jié)果分析：在實際進(jìn)行實驗前需要把原理弄懂還有注意事項都要考慮到位，對于實驗的現(xiàn)象要能夠解釋，對于實驗過程中一些奇怪的結(jié)果需要自己找出問題并解決，比如某個輸出和真值表不同，這時應(yīng)該停下來觀察分析

10、自己的電路，找出錯誤并改正過來。觀察輸出波形可見，這是一個明顯的十六進(jìn)制的輸出波形，而且并沒有明顯的競爭冒險現(xiàn)象，所以我覺得實驗很成功，與預(yù)計的試壓結(jié)果基本一致，2、JK觸發(fā)器設(shè)計一個16進(jìn)制同步計數(shù)器，用邏輯分析儀觀察CP和各輸出的波形步驟一：列出真值表：步驟二：選擇門電路：我認(rèn)為可以用四個74LS93，來實現(xiàn)這一功能，第一級的，都接入高電平。同時由于要求同步計數(shù)器所以，所以一定要同時接入四個計數(shù)器的輸入端，然后仿照異步計數(shù)器的思想，我們還是需要把第二級的頻率做二分，這個很簡單，我們可以把作為輸入接入，這樣當(dāng)時鐘下降沿來到，并且是高電平時第二級是翻轉(zhuǎn)狀態(tài)于是第二級輸出高電平，實現(xiàn)了二分頻率；

11、對于第三級我們需要它四分頻率，也就是要一起控制第三級，也就是接入一個與門，讓都是時才改變第三級的輸出，同理對于第四級需要一起控制，就還是要兩輸入與門一個輸入是一個輸入是即可。步驟三：列出理論的波形圖片：步驟四：用proteus仿真步驟五：用邏輯分析儀分析步驟六、實驗結(jié)果分析：觀察輸出波形可見，這是一個明顯的十六進(jìn)制的輸出波形，而且并沒有明顯的競爭冒險現(xiàn)象，所以我覺得實驗很成功，與預(yù)計的試壓結(jié)果基本一致，示波器的調(diào)節(jié)關(guān)乎到波形是否穩(wěn)定和是否好觀測實驗結(jié)果，探頭為10:1，實驗中應(yīng)先調(diào)至穩(wěn)定可觀測波形，可以調(diào)節(jié)觸發(fā)源、周期、分度值等。面對一些十分復(fù)雜的電路時要冷靜分析，保持頭腦清醒，畫真值表、卡諾

12、圖等來進(jìn)行分析運(yùn)算。保持耐心的心態(tài)和細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。3、 用JK觸發(fā)器和門電路設(shè)計一個具有置零，保持，左移，右移，并行送數(shù)功能的二進(jìn)制四位計數(shù)器模仿74LS194功能。步驟一：列出真值表：CrS1S0工作狀態(tài)01111X0011X0101置零保持右移左移并行送數(shù)步驟二：寫出邏輯表達(dá)式如下：步驟三：化簡邏輯表達(dá)式又由JK觸發(fā)器的特性方程：表達(dá)式：Q n+1=J（Qn）KQn；所以可得：J3=K3=QA J2=K2=QBJ1=K1=Qc J0=K0=QD步驟四：選用門電路輸入為ABCD，輸出為QAQBQCQD，s1s0控制功能，對于開關(guān)的關(guān)閉與打開分別接入電平和高電平，輸出連接示波器以及；核

13、心部分是四組倆個輸入與門，每一組都是負(fù)責(zé)控制一個觸發(fā)器工作狀態(tài)，相當(dāng)于四選一的選擇開關(guān)。下面接入一個四輸入與非門，對于每個觸發(fā)器，A清除狀態(tài)就是接入低電平，所以就是串聯(lián)接入一個開關(guān)即可；B 并行送數(shù)就是輸出的數(shù)據(jù)與輸入的開關(guān)所表示的數(shù)據(jù)一致，開關(guān)變化輸出也變化，所以需要在，之間接入一個反相器，使得JK反向，輸入是0則J為0；K為1；于是輸出0 。輸入是1則J為1，K為0，輸出為1；實現(xiàn)了同步控制。C而保持狀態(tài)則是使得此狀態(tài)時，4個兩數(shù)入與門中只有一個工作并且，那個與門的結(jié)果由這一個JK觸發(fā)器上次的輸出來決定，從而上次輸出什么這次還是輸出什么，保持不變；D左移，首先需要有一個補(bǔ)充的數(shù)據(jù)輸入開關(guān)，

14、連接到最右邊的JK觸發(fā)器，之后每當(dāng)時鐘下降沿到達(dá)之后左邊的JK觸發(fā)器數(shù)據(jù)都會等于右邊JK觸發(fā)器的數(shù)據(jù)，也就是右邊的輸出接入4個兩輸入與門對應(yīng)的左移控制門中，之后最右邊的左移輸入控制門接入一個輸入數(shù)據(jù)開關(guān)。E右移，首先需要有一個補(bǔ)充的數(shù)據(jù)輸入開關(guān)，連接到最左邊的JK觸發(fā)器，之后每當(dāng)時鐘下降沿到達(dá)之后右邊的JK觸發(fā)器數(shù)據(jù)都會等于左邊JK觸發(fā)器的數(shù)據(jù)，也就是左邊的輸出接入4個兩輸入與門對應(yīng)的右移控制門中，之后最左邊的右移輸入控制門接入一個輸入數(shù)據(jù)開關(guān)。步驟五：仿真電路圖如下步驟六、實驗結(jié)果模擬開關(guān)輸入01111、 s1=s0=1時并行送數(shù)，輸入數(shù)據(jù)為0110輸出如下所示分析與討論：試驗中我觀察LED

15、的閃爍情況，結(jié)果很好，觀察波形結(jié)果也很好，基本成功了2、 s1=0，s0=1時，右移分析與討論：此次實驗，加深了對組合電路中競爭與冒險現(xiàn)象的理解，而且，學(xué)會了如何簡單地消除這種現(xiàn)象，如用接入濾波電路、引入選通脈沖、修改邏輯設(shè)計等方法。觀察第一行的黃色波谷，對比第二三四行可見其不斷向右移動，所以成功了。3、 s1=1,s0=0時，左移分析與討論在組合邏輯電路中，分析了組合邏輯電路競爭冒險的產(chǎn)生，及其判斷和消除的方法，其產(chǎn)生原因包括：門電路開關(guān)電平的時間差和門電路延遲時間。競爭冒險可以通過代數(shù)法、卡諾圖法、仿真法和實驗法進(jìn)行判斷，采用引入選通脈沖、引入封鎖脈沖、增加冗余項、接入濾波電容等手段以消除

16、競爭冒險。觀察第一行最右邊的黃色波峰，對比第二三四行可見其不斷向左移動，所以成功了。4、 CR=0時置零分析與討論：面對一些十分復(fù)雜的電路時要冷靜分析，保持頭腦清醒，畫真值表、卡諾圖等來進(jìn)行分析運(yùn)算。保持耐心的心態(tài)和細(xì)致、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。觀察波形可見，所有波形全都是波谷，與預(yù)料的一樣所以成功了。5、 s1=s0=0時保持先是輸入0101之后使其處于保持狀態(tài)然后改變輸入數(shù)據(jù)觀察結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)不論怎么改變輸入，比如輸入1111,1110但是輸出仍為下圖：分析與討論：問題：連接電線時線路太多弄混了。忘記每根線的意義了解決方法：在根據(jù)仿真電路圖用實驗箱實際連接電路時，需要連的線很多，比較容易混淆和弄錯，

17、最好的方法是在有比較難連的線時，要在草稿紙上先列出那個點(diǎn)連到哪個點(diǎn)（例如Y1>A'）心得體會：要在紙上標(biāo)記好每部分導(dǎo)線的作用這個結(jié)果與預(yù)料的一樣所以成功了4、用JK觸發(fā)器和門電路設(shè)計一個特殊的12進(jìn)制同步計數(shù)器，其十進(jìn)制的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為：步驟一： 列出真值表如下所示步驟二：按照真值表來畫出卡諾圖：步驟三：經(jīng)過整理后最終的邏輯表達(dá)式為步驟四：選用合適的門電路，實驗箱中沒有或門所以我用三個與非門代替一個或門，第一個JK觸發(fā)器JK連接高電平；第二個JK觸發(fā)器JK連接Q0，之后的或門比如Q1Q0+Q3Q2就是Q1Q0接一個與非門；Q3Q2接一個與非門；之后前面兩個與非門的輸出接入一個新的與

18、非門就可以了；步驟五：在仿真軟件下仿真如下：步驟六：得到仿真結(jié)果波形圖如下：試驗中得到的結(jié)果如下：分析：問題：我發(fā)現(xiàn)實驗箱中缺少或門解決方法：運(yùn)用公式找到替代門電路即可。心得體會：遇到的非門較多，而實驗箱中只有與非門，連線時需要一定的耐心。 在根據(jù)仿真電路圖用實驗箱實際連接電路時，需要連的線很多，比較容易混淆和弄錯，最好的方法是在有比較難連的線時，要在草稿紙上先列出那個點(diǎn)連到哪個點(diǎn)（例如Y1>A'）1、在組合邏輯電路中，分析了組合邏輯電路競爭冒險的產(chǎn)生，及其判斷和消除的方法，其產(chǎn)生原因包括：門電路開關(guān)電平的時間差和門電路延遲時間。競爭冒險可以通過代數(shù)法、卡諾圖法、仿真法和實驗法進(jìn)行判斷，采用引入選通脈沖、引入封鎖脈沖、增加冗余項、接入濾波電容等手段以消除競爭冒險。2、在根據(jù)仿真電路圖用實驗箱實際連接電路時，需要連的線很多，比較容易混淆和弄錯，最好的方法是在有比較難連的線時，要在草稿紙上先列出那個點(diǎn)連到哪個點(diǎn)（例如Y1>A'）3、在實際進(jìn)行實驗前需要把原理弄懂還有注意事項都要考慮到位，對于實驗的現(xiàn)象要能夠解釋，對于實驗過程中一些奇怪的