数字逻辑-时序逻辑电路二——沐雨先生

一、实验目的

(1)熟悉计数器的逻辑功能及特性。

(2)掌握计数器的应用。

(3)掌握时序逻辑电路的分析和设计方法。

二、实验仪器及材料

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三、实验原理

1、集成4位计数器74LS161(74LS160)简介

74LS161是4位二进制计数器, 74LS160是十进制计数器。74LS161和 74LS160芯片引脚排列相同。
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(1)异步清零功能

当CLR=0时,无论其他输入端状态如何(包括时钟信号CLK),4位输出~全为零。

(2)同步并行预置数功能

当CLR=1、LOAD=0且有时钟脉冲CLK的上升沿作用时,DCBA输入端的数据将分别被~接收。

(3)保持功能

当CLR=LOAD=1且ENP=0、ENT=1时,计数器将保持原有状态不变(停止计数);
当CLR=LOAD=1且ENT=0时,计数器将保持原有状态不变(停止计数),但这时进位输出C=0。

(4)同步计数功能

当CLR=LOAD=ENP=ENT=1时,计数器处于计数状态。
从0000状态开始,对74LS161连续输入16个脉冲时,电路将从1111状态返回0000状态,进位输出PCO从高电平跳变到低电平。
从0000状态开始,对74LS160连续输入10个脉冲时,电路将从1001状态返回0000状态,进位输出PCO从高电平跳变到低电平。
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2、用集成计数器设计N进制计数器的方法

若有M进制计数器,要构成N进制计数器,有两种情况:

(1)M>N,从M个状态中任选N个状态构成N 进制计数器。

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(2)M<N,采用多片M进制计数器,构成M’计数器,使M’>N

3、设计举例:试用74LS161和适当的门电路构成7进制计数器。

(1)分析:74LS161为4位二进制计数器,M=16,N=7,M>N,因此可以使用反馈清零法或反馈置数法进行设计。

(2)状态转换图:

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(3)反馈清零法:

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(4)反馈置数法:

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4、74LS151简介

74LS151为互补输出的8选1数据选择器,引脚排列和功能表如图所示。
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四、实验内容及步骤

1、用集成4位二进制计数器(74LS161)组成十进制计数器

(1)画出状态转换图

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(2)选择具体设计方案(清零法或置数法)

反馈清零法
令 ENP=ENT=1,
LOAD=1,
CLR=S10’=(QDQC’QBQA’)’
作图如下图所示:

(3)画出电路图

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(4)数据测试,用逻辑分析仪观察并记录CLK、 Q A Q_A QA Q B Q_B QB Q C Q_C QC Q D 、 Q_D、 QDPCO的时序图

用标尺截取N个时钟,观察每个时钟对应的状态,如果状态是按照N进制加法计数器的状态转换图变化,则设计正确,记录时序图。
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2、序列信号发生器

在数字信号的传输和数字系统的测试中,有时需要用到一组特定的串行数字信号。通常将这种串行数字信号称为序列信号。产生序列信号的电路称为序列信号发生器。

(1)右图所示为一个序列信号发生器电路。图中芯片使用74LS160同步计数器。

①在CLK端加时钟信号,使用逻辑分析仪观察芯片CLK、 Q A Q_A QA Q B Q_B QB Q C Q_C QC Q D Q_D QD、Y的状态变化,并记录时序图。
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②通过观察时序图,说明电路在CLK的作用下Y端能输出什么样的脉冲序列?
Y= 0011010101

(2)若希望输出端能周期性的输出=1001001110的脉冲序列,则电路应该怎样改接?试实验之。

分析:序列信号发生器的构成方法有多种。一种比较简单、直观的方法是用计数器和数据选择器构成。观察的数据可知,序列位数为10,计数器仍然选择十进制计数器74LS160,再搭配一个8选1数据选择器(可选择74LS151)即可完成改接。
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