实验6计数器及应用

1、课题计数器及其应用需2课时教学 目的 要求1 掌握中规模常用集成电路计数器的逻辑功能测试及使用方法；2 掌握任意进制计数器的设计方法和原理；3 掌握中规模常用计数器芯片的应用。教学 重点理解掌握中规模常用集成电路计数器的逻辑功能测试及使用方法；教学 难点掌握任意进制计数器的设计方法和原理；教案编写日期年 月曰教学容与教学过程提示与补充一、实验前准备实验所用仪器、实验报告、板书实验容二、组织实验课堂1根据实验人数合理分组2.学生签名（签到表轮流签名）3讲解本次实验方法、要求三、实验指导主要讲解实验目的、实验原理、实验步骤及其实验的注意事项等；四、实验原理1 所谓计数器就是对输入的脉冲进行数数”的

2、时序逻辑电路。计数器不仅可用来计数，还可用来实现分频、定时、产生节拍脉冲、序列脉冲等。2 计数器分类：1 ）按进制分为二进制计数器和非二进制计数器两大类。最常用的十进制计数 器属于非二进制计数器。2） 按计数方法可分为：加法计数器（计数值随计数脉冲的输人而递增）；减法计数器（计数值随计数脉冲的输人而递减）；可逆计数器（具有加法和减法计数功能的计数器）3）按计数脉冲引入方式不同分为：同步计数器：在同一计数脉冲（CP ）的作用下，计数器中的触发器同时改变状态。缺点是计数位数越多电路越复杂，优点是工作频率较高；异步计数器：在同一计数脉冲（CP ）的作用下，计数器中的触发器状态改变不是同时发生。优点是

3、电路结构简单，缺点作频率较低，容易产生竞争-冒险现象。（一）基本实验任务1.74LS161逻辑功能测试74LS161是四位二进制同步计数器，具有计数、预置、保持、清除功能。913 451116LPq Pi p?P37CEPV(x = PIN 16TC10 CETGND = PIN82 CPMR Oq 01O31 1 11114 13 1211(b )逻辑符号V£C TC On Oi O2 O3 CET PE.-一 I词 冋 11 _ 匝邑)74LS161LULlIUJIjJLJLlILjJLlJmR cp Pd P1 fa cep gnd(a)引脚排列图6-174LS161引脚排列及

4、逻辑符号74LS161引脚功能说明：MR /：清零端，低电平有效；CP:计数脉冲输入端；P0P3 :并行数据输入端；TC :计数进位端；QoQ3：数据输出端；PEJ预置数使能端，低电平有效；CET、CEP计数使能端，高电平有效；3. 任意进制计数器设计1) 复位脉冲反馈法：通过给清零端加一个触发电平，强制输出端输出全为零。 如图6-3 (a)图所示，为复位脉冲反馈法构成的六进制计数器。(a)复位脉冲反馈法(b)置位脉冲反馈法图6-3复位脉冲反馈法当CP端连续输入6脉冲后，D4D3D2Di=0110，其中D2D3接到一个与非门的两 输入端，与非门的输出端与清零端MR /相连，此时与非门输出为0,

5、计数器产生清零动作，所有输出端全为零，计数又从零开始。当CP端输入的脉冲数少于 6个时，与非门的量输入端至少有一个为零，与非门输出均为1,计数器不产生清零动 作。2）置位脉冲反馈法：将计数器的数据输入端全置零，通过给预置数端加一个触发电平，将数据输入端的数置入计数器，这样迫使计数器重新从零计数。置位脉冲反馈法如图6-3 （b）图所示，与非门的输出端改接到计数器的置位端PE，,当计数到0110时，与非门输出由1跳变为0,计数器在此低电平作用下产生置位动作， 将并行数据输入端的 0000送至输出端，使得输出全被置为0,计数又从零开始。（二）扩展任务1. 用74LS161设计一个数字秒表（099S）

6、,要求具有启动、暂停和清零功能。 数字秒表电路原理框图如图6-4所示。设计要求：电路上电时显示 “ 00”，只有当S/ P （开始/暂停）键按下后，秒表开始计数，第二次按下S/P键，计数暂停，再次按下S/P键时，秒表接着第一次计数结果继 续计数；任何时候按下 Clean键，都能实现清零。电路中两只数码管采用共阴极数码管，“开始/暂停控制电路”可用双稳态触发电路实现。CP脉冲采用实验箱中的连续可调脉冲源，不用单独设计，S/ P和Clean均为轻触按键。图6-4数字秒表原理框图2. 用74LS190设计一个倒计时计数器，要求倒计时数值能在0-99之间任意设定。如图6-5所示，按键S为倒计时数设置键

7、，M为模式切换键，S和M键通过模 式切换、置数控制电路实现倒计时数的设定和倒计时功能的切换，C为清零键，在任意时刻都能实现对计数结果进行清零。设计要求：电路上电后，初始状态为倒计时数设置状态，按下S键可实现置数，倒计时数能在 0-99之间任意设定；电路由置数模式切换至倒计时模式后，计数器 开始自动倒计时，直到00时，计数停止。模式状态提示分别用两只不同颜色的LED灯来表示（例如绿灯亮红灯灭表示置数模式，绿灯灭红灯亮表示倒计时）。五、实验预习1. 熟悉74LS161和74LS190芯片引脚排列及引脚功能。2 预习任意进制计数器的设计方法及原理。3 .利用Multisim仿真软件对基本任务进行仿真

8、测试，并画出基本任务第3项中两种反馈脉冲法对应的实验接线电路，设计出相应的实验测试数据用表格。4. 任选一项扩展任务，并利用Multisim仿真软件进行电路设计和仿真调试，直至电路功能完全正常为止，画出仿真电路图（电路图使用模块化画法，即实现某一功能的单元电路中所有元件画在一起作为一个模块，模块之间的电路连接用网络标号方法实现，可仿照实验04 “图4-7时序逻辑电路3”来画），列出电路所需元件清单，设计出实验测试用数据表格。六、实验器材1 数字电路实验箱2 .数字万用表3集成电路芯片1）74LS1616 只；2）74LS486 只；3） 共阴数码管6只；4）74LS1902 只；5）其它门电路

9、若干；6） 面包实验板1块；7）导线若干。七、实验容与步骤（一）基本实验任务1 . 74LS161逻辑功能测试。按图6-1所示74LS161引脚排列，CEP、CET、PE，、MR/、PoP3分别接逻辑电平开关S1 S8, CP端接单脉冲插孔，QoQ3、TC端分别接逻辑电平指示灯 D1D5,按表6-1分别进行测试，并填入表 6-1。表6-1 74LS161逻辑功能的测试输入输出功能项目CFCEPCETPE，MRP0P1P2P3Q3Q2Q1Q0TC1XX011001000002XX01100130X1101104X01101015fXX10XXXX6f1111注意：测试项目6时，连续输入脉冲数不少

10、于 16个2. 74LS190逻辑功能测试。按图6-2所示74LS190引脚排列，CE/、PL/、U/D、P。P3分别接逻辑电平开 关Si S7, CP端接单脉冲插孔，QoQ3、RC“ TC分别接逻辑电平指示灯 DiD6, 按表6-1分别进行测试，并填入表6-1。表6-2 74LS190逻辑功能的测试测试 项目输入输出功能CPPL /CE，U/DP0P1P2P3Q3Q2Q1Q0RCTC1X0XX01102X11XXXXX3f100XXXX4f101XXXX注意：项目3、4连续输入脉冲至少10个3. 任意进制计数器设计。按预习要求画好的实验电路接线图连线，并按预习要求拟定的测试表格进行测试，将测

11、试结果记入自拟的测试表格中。（二）扩展实验任务根据事先设计好的电路在实验箱或面包板上连线，按自拟实验步骤对电路进行 测试，并将测试结果记入自拟的测试表格中。注：扩展任务2中的状态指示灯可使用实验箱中逻辑电平指示灯代替。七、注意事项1 实验电路连线事先用万用表二极管”挡进行检测，保证连接电路的连线完好，正式连接实验线路前，必须对所用芯片进行逻辑功能的验证，保证接入电 路的芯片功能完好。2 将芯片插入插座，或者从插座上拔出芯片时，用力要均匀，避免用力不均 导致芯片引脚弯曲变形甚至折断。3 .注意集成芯片在集成芯片插座上的安装方向不要弄反，器件和连线要插牢，仔细核对芯片各引脚功能，先将芯片的电源引脚和地引脚分别接至5V正、负极上，其余引脚也不能接错。4芯片输出端不允许并联使用（非0C门），更不允许直接接地或接电源，为了提高电路的抗干扰能