時序邏輯電路設(shè)計

1、時序邏輯電路的設(shè)計、實驗目的1. 熟悉集成計數(shù)器的邏輯功能和各控制端的作用。2. 掌握計數(shù)器的使用方法。3. 掌握任意進制計數(shù)器的設(shè)計方法。4. 了解 8421BCD 和 5421BCD 的編碼規(guī)則。二、實驗器材集成計數(shù)器 74LS90 、四 2 輸入與非門 74LS00 、雙 4 輸入與非門 74LS20 、 四異或門 74LS86 、六非門 74LS04 、顯示譯碼器 7447/7448 、七段數(shù)碼 管三、實驗任務與要求1. 設(shè)計要求（ 1） 用 1 片 74LS90 和 1 片與非門設(shè)計一個 5 進制計數(shù)器。（2）用 2 片 74LS90 和 1 片與非門設(shè)計一個四十以內(nèi) （十以上） 的

2、任意 進制計數(shù)器。2. 實驗內(nèi)容（1） 測試所用芯片 74LS90 的邏輯功能（置 0 、置 9、8421BCD 計數(shù) 輸出功能）。（ 2） 組裝所設(shè)計的時序邏輯電路，并驗證其功能是否正確。 提示：計數(shù)器的狀態(tài)輸出端分別接在實驗箱上的顯示譯碼器的輸入端，用 七段數(shù)碼管顯示計數(shù)狀態(tài)值。 CP 接實驗箱上的可調(diào)連續(xù)脈沖四、實驗原理1.74LS90的邏輯功能CPn|NC|Q(* Qj1 *GND Q1 114U.312Jp 9廠集成計數(shù)器74LS90的引卿圖Qi84二進iW時23五進制清*輸時黑信號VCC R9(i)R9(2)CPI RO(1)R0(2)NC4_L二進制時鐘輸出CPOQ0001J11

3、2n03*十進制2,五進制Bi#<TI和輸出CPOQOffliSQ上Q0DaQ001A0a02Rtn001J3A00114RnQ10J5nDi01 6nr n011J7R0111丄810091001110RR0000復位輸入輸岀RiRg StEQd Qg Qb- qH H L XL L L LH H汽LL L L LX X R HH L L HX L X L計數(shù)LXLX計數(shù).冥XLth數(shù)X L L X計數(shù)74LS90是二五十進制異步計數(shù)器。(1) R9(1)=R9(2)=“ 1”，Q3Q2Q1Q0=1001 ，置 9;(2) R0(1)=R0(2)=“ 1 ”，R9(1) l|R9(2)

4、= “ 0”，Q3Q2Q1Q0=0000, 置 0;(3) 計數(shù)脈沖由CPo端輸入，輸出由Q0端引出，即得二進制計數(shù)器；(4) 計數(shù)脈沖由CPi端輸入，輸出由Q3,Q2,Q1端引出，即得五進制計 數(shù)器；(5 )將Q0和CPi相連，計數(shù)脈沖由 CPq端輸入，輸出由Q3,Q2,Q1,Q0端引出，即得8421BCD碼十進制計數(shù)器；2.時序邏輯電路的基本設(shè)計方法Step 1 :明確設(shè)計電路功能，作出基于功能涉與到的所有編碼排序的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；Step 2 :判斷電路是否有輸入或輸出變量，并根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表；Step 3 :根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，分離出各觸發(fā)器輸出量 QqQm(m=1、2、3)、 輸

5、出變量Y的卡諾圖并化簡，得到各個觸發(fā)器的狀態(tài)方程；Step 4 :選用恰當?shù)挠|發(fā)器（一般選用 JK觸發(fā)器），通過將每個觸發(fā)器的 輸出量Qi變形并與所選觸發(fā)器的特征方程比對， 得到各觸發(fā)器的控制函數(shù);Step 5 :畫電路圖。根據(jù)選用的各個觸發(fā)器的控制函數(shù)與輸出函數(shù)，借助邏輯門電路連接電路圖；Step 6 :根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，判斷所設(shè)計的電路能否自啟動。五、實驗電路（1 ）設(shè)計一個5進制計數(shù)器利用74LS90自帶的5進制計數(shù)器，即可設(shè)計一個 5進制計數(shù)器（2）設(shè)計一個四十以內(nèi)（十以上）的任意進制計數(shù)器這是一個25（ 5*5 ）進制計數(shù)器使用兩片74LS90，兩片都實現(xiàn)五進制，再將兩片進行級聯(lián)即可，

6、設(shè)計 個25進制計數(shù)器 六、總結(jié)調(diào)試過程所遇到的問題與解決方法 問題（ 1）74LS90 的五進制輸出 8,9 端無法跳變，只有 11 端能正常跳變 解決方法經(jīng)老師提醒，我更換了新的芯片，把芯片安裝在不同的位置，均出現(xiàn)上述 結(jié)果，最后更換了已完成實驗的同學所使用的實驗箱，才有正常的五進制 輸出問題（ 2）連接 25 進制計數(shù)器時，發(fā)現(xiàn)顯示進位的數(shù)碼管無法顯示解決方法我使用實驗箱上的高低電平測試端，測試發(fā)現(xiàn)芯片的 VCC 輸入端沒有信 號，因此可以確定導線斷路，更換導線后數(shù)碼管能正常顯示問題（ 3） 我在測試高低電平以與幫助其他同學時，發(fā)現(xiàn)導線之間接觸不良現(xiàn)象頻繁 發(fā)生解決方法 實驗室當中的儀器

7、使用時間過長，學生應當設(shè)計一個較為簡單的電路，以 便減少儀器問題和方便檢測電路故障七、思考題1. 還可采用哪些中規(guī)模數(shù)字邏輯器件實現(xiàn)實驗要求的任意進制計數(shù)器？畫出邏輯電路圖并說明原理型號名稱功能TTL岸步二去-十進制計數(shù)署雙讓哉轎人，百施覲久 百挺活害片歩：八汁八迪潮計辿齊直接活手.可賴置敖，琪時神74L&L6D同步4粒十址制計數(shù)器冋步預置殖，異摒清至同齒4射一進制計敷器并步淸同步預置數(shù)7US163同歩斗住一講制計數(shù)祜冋步請事同步皿養(yǎng)數(shù)74LS11同步可湖4隹 進制計垃爲弄妙頂査數(shù)，花加衣拄制71LS192同涉可草卜講劄計數(shù)祜71LSIW同第町護4帝二講制計機春幷步湄導r界毋陳宵裁趣時

8、鐘CC4024伍二講制串行耳唸器帝淸零有亍平分頻輸出CC4O4»対檢-講制串行計栽器帯清零端，有12嚇分噸輪甜CC451S雙列步十講刮削吐計數(shù)器界歩猜寥 CPJHt申町最用止奐伽拭CCI5»觀細歩4忖二進®1計數(shù)富同上CC451B同步可逆十地制計數(shù)器異步猜專預宜st可at聯(lián)C04SU同步叫頑4咗二講制計馥器M±CC4O1MJ同歩十堪時數(shù)藩冋步預置數(shù)，異步淸零CC401H阿歩4輕一迸制計數(shù)養(yǎng)冋步/置數(shù)，異步清零任意進制計數(shù)器設(shè)計方案一：采用反饋置數(shù)法來設(shè)計任意進制計數(shù)器此方法適用于某些具有預置數(shù)的計數(shù)器，它是采用預置數(shù)控制端LOAD來實現(xiàn)。對于74LS16

9、0屬于同步式預置數(shù)的計數(shù)器來說，當 LOAD出現(xiàn)有效 電平低電平后待下一個時鐘脈沖信號到來后計數(shù)器輸出端的狀態(tài) Q3Q2Q1Q0二D3D2D1D0. 使其跳過某些狀態(tài)來設(shè)計任意進制計數(shù)器。下面就以74LS160為例，用并行置數(shù)法設(shè)計23進制計數(shù)器，其中預 置數(shù)端D3D2D1D0 可以置零，也可以置十以內(nèi)的任意四位二進制數(shù)。那 么此電路在其置數(shù)時十位和個位的D3D2D1D0 置入（）8421BCD 碼=（66）10,而反饋代碼十位和個位為（）8421BCD碼二（88）10,相當于十進制數(shù)的88.由此分析可得到計數(shù)器的模為（88-66 ） +1=23，故計數(shù)器為 23進制計數(shù)器，其設(shè)計電路圖如圖

10、5所示。由此可以得到置數(shù)法的設(shè)計要點為： 反饋代碼轉(zhuǎn)換成的十進制數(shù)-預置數(shù)端的代碼轉(zhuǎn)換成的十進制數(shù) +1=所設(shè)計的計數(shù)器的模。741 SlewU3JL 74LW0DOSirQJD?0?1卄OJUcoENP 41.0 ADMRDOQOil01t)?WR.GOLMT<LK 丨 Ofl flMRj|i任意進制計數(shù)器設(shè)計方案二：任意進制計數(shù)器M小于N的情況假定已有的是N進制計數(shù)器，需要得到的是 M進制計數(shù)器。這時就有M小于N和M大于N兩種情況。例題為用74LS192設(shè)計一個八進制計數(shù)器:在N進制的計數(shù)器的計數(shù)順序中，使計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)跳過N-M的狀態(tài)，就可以得到M進制計數(shù)器，如例，74LS192

11、是一個十進制計數(shù)器， 如想得到八進制計數(shù)器，輸出狀態(tài)QAQBQCQD需要從0000 T110狀態(tài), 跳過0001與1001這兩個狀態(tài)。實現(xiàn)跳躍的方法有置零法和置數(shù)法這兩 個方法。置零法的方式為在輸入第 M個計數(shù)脈沖CP后，利用計數(shù)器當前的輸出狀態(tài)SM進行譯碼產(chǎn)生清零信號加到清零端上，使計數(shù)器清零，即實現(xiàn)了 M進制計數(shù)器。在計數(shù)器的有效循環(huán)中不包括狀態(tài)SM，所以狀態(tài)SM 只在極短的時間內(nèi)出現(xiàn)稱為過渡狀態(tài)。對于本例題來說，在輸入第八個時 鐘脈沖后，當前的輸出狀態(tài) QAQBQCQD 為 0001 ，通過計數(shù)器輸出端 QD 的高電平信號給 CLR 清零端，將計數(shù)器置零，回到 0000 狀態(tài)。根據(jù) 以上

12、原理設(shè)計出的邏輯圖如下圖所示。任意進制計數(shù)器設(shè)計方案三：任意進制計數(shù)器 M 大于 N 的情況例題為用 74LS192 設(shè)計一個 24 進制的計數(shù)器。設(shè)計任意進制計數(shù)器 M 大于 N 的情況時必須要使用兩個以上的 N 進 制集成電路進行組合來完成 M 進制計數(shù)器的設(shè)計，各個集成電路之間的 連接方式可分為串行進位，并行進位，整體置零，整體置數(shù)等幾種方法。整體置零法就是將兩片 N 進制計數(shù)器級聯(lián)成大于 M 進制的計數(shù)器， 然后在計數(shù)器輸出到達 M 狀態(tài)時，通過輸出狀態(tài)譯碼出清零信號同時送 達兩個計數(shù)器的清零端，使兩個計數(shù)器同時清零，從而實現(xiàn) M 進制，此 方法類似于 M 小于 N 的置零法原理。 對

13、于 74LS192 來說， 就是在兩片集 成計數(shù)器輸出端 QAQBQCQD 到達 0010 （第一片低位） 0100 （第二片高 位）狀態(tài)時，譯出清零信號同時送到兩個計數(shù)器的清零端。根據(jù)以上設(shè)計 原理設(shè)計出下面的邏輯電路圖整體置數(shù)法的工作原理等同于 M小于N的置數(shù)法原理，首先就是將 兩片N進制計數(shù)器聯(lián)成大于 M進制的計數(shù)器，然后選定所設(shè)計的 M進制 狀態(tài)，譯碼出置數(shù)端的有效工作信號，使N進制計數(shù)器置入置數(shù)輸入端規(guī)定的信號，跳過剩余的不用的狀態(tài)，從而實現(xiàn)M進制。用整體置數(shù)法使兩片74LS192完成24進制的設(shè)計方法可以參考 M小于N的置數(shù)法以與以上的設(shè)計例題。2.給出用74LS161實現(xiàn)20進制

14、（輸出能用七段數(shù)碼管顯示 0019 ）vcc -psv計數(shù)器的電路圖呼我 AE4J 匚c'1.U1為低位片（十進制計數(shù)器），U5為高位片（二進制計數(shù)器）。U1有從q上1010 ”通過與2（非門0000 ”至U “1001 ”十個狀態(tài)，下一個狀態(tài)CLR為低電平，此時U1清零。通過兩片74LS161同步式連接，使得 U5 中的ENT、ENP為高電平，在下一個脈沖到來時，幵始計數(shù)。U5有從“ 0000 ”到“ 0001 ”兩個狀態(tài)，下一個狀態(tài)“0 010 ”通過與非門 U6， 使得U5的CLR為低電平，U5清零。U1每10個狀態(tài)，U5有1個狀態(tài)。 所以數(shù)碼管從00幵始計數(shù)，顯示19后，又從00