实验九--计数器的设计

1、实验九计数器的设计实验目的熟悉J-K触发器的逻辑功能，掌握J-K触发器构成异步计数器 和同步计数器。一、实验仪器及器件1、试验箱，万用表，示波器2、74LS73, 74LS00，74LS08, 74LS20二、实验原理174LS194移位存放器芯片74LS194是一种移位存放器，具有左移、右移，并行送数、 保持和去除五项功能。移位存放器中的数据可以在移位脉冲作用下 依次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串 行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行 输出。CrSSo工作状态0XX置零100保持101右移110左移111并行送数74LS194功能表74LS194

2、 引脚图功能盘林Hiqairt*刑件L X K X HILL H 1 H L If 1 L II H i El II H HL116®IILLII胖转2双J-K触发器74LS7374LS73是一种双J-K触发器下降沿触发，它只有在时钟脉冲 的状态发生变化是，发生在时钟脉冲的下降沿。并且只有在下降沿 的转换瞬间才对输入做出响应。本实验采用集成J-K触发器74LS73构成时序电路。表达式：Q n+1=JQ+K Q1、K触发器设计16进制异步计数器，用逻辑分析仪分析观察 CP和 各输出波形步骤一：列出真值表：B3B2B1B00000000100100011Q10Q0101011001111

3、0301001 101010111100_丄011110 1111 1步骤二：选择门电路：我认为可以用四个74LS93,来实现这一功能，所有的J,K都接入高电平，此时表达式变彳叫J便+疋灾从而四级JK触发器就会有四级分频。同时由于要求异步计数器所以，把上一级的输出接入下一级的输入，实现异步计数器，相应的由于分频的原因，QO,Q1,Q2,Q3的频率逐次减少为上一级一半，从而实现十六进制。步骤三：列出理论的波形图片:Cf jtrLTULrtrLnjuuuLruumn步骤四：用proteus仿真步骤五：用逻辑分析仪观察波形察CP和各输出的波形步骤一：列出真值表：B3B281BQ0000000100

4、n100011Q10001D101 110011110001001101010 111110_ 11 101111011 11步骤二：选择门电路：我认为可以用四个 74LS93,来实现这一功 能，第一级的J,K都接入高电平。同时由于要求同步计数器所 以，所以一定要elk同时接入四个计数器的输入端，然后仿照异 步计数器的思想，我们还是需要把第二级的频率做二分，这个很简 单，我们可以把Q0作为输入接入KI, J1这样当时钟下降沿来 到，并且Q0是高电平时第二级是翻转状态于是第二级输出高电 平，实现了二分频率；对于第三级我们需要它四分频率，也就是 Q0Q1要一起控制第三级，也就是接入一个与门，让Q0

5、Q1都 是1时才改变第三级的输出，同理对于第四级需要Q0Q1Q2一 起控制，就还是要两输入与门一个输入是Q3个输入是Q0Q1 即可。步骤三：列出理论的波形图片：d jmrLnnjLrLrLruuLruumrfu i_rLTLjLn_rLrum"if _ wlji mT'碍;1!1 1対步骤五：用逻辑分析仪分析步骤四：用proteus仿真Digital口scopeLTUrLThrLFUi_n_r"LLMl二r <H1-l MllPi CE E « rl2、用JK触发器和门电路设计一个具有置零，保持，左移，右移，并行送数功能的二进制四位计数器模仿74LS

6、194功能步骤一：列出真值表：CrSSo工作状态0XX置零100保持101右移110左移111并行送数步骤二：写出逻辑表达式如下：°人3* J /十$久Q-q f £人曲扌久久A 必二久£彳£轴"石°二久T人久Q-ff十彳久外十上沒p二天丄2p f 5t十仝必 + %、dD步骤三：化简逻辑表达式又由jk触发器的特性方程：表达式：q n+1=ja+ K Q；所以可得：J3=K3=QJ2=K2=QJ1=K=Qc J0=Ko=CD步骤四：选用门电路输入为ABCD输出为QQGQ), s1sO控制功能，对于开关的关闭与 翻开分别接入0电平和高电

7、平，输出连接示波器以及LED ;核心 局部是四组俩个输入与门，每一组都是负责控制一个JK触发器工 作状态，相当于四选一的选择开关。下面接入一个四输入与非门， 对于每个触发器，A去除状态就是CLR接入低电平，所以就是串联接入一个开关即 可;B 并行送数就是输出的数据与输入的开关所表示的数据一致，开关 变化输出LED也变化，所以需要在J,K之间接入一个反相器， 使得JK反向，输入是0那么J为0; K为1;于是输出0。输入是1 那么J为1, K为0,输出为1;实现了同步控制。C而保持状态那么是使得此状态时，4个两数入与门中只有一个工作并 且，那个与门的结果由这一个 JK触发器上次的输出来决定，从而上

8、 次输出什么这次还是输出什么,保持不变;D左移，首先需要有一个补充的数据输入开关，连接到最右边的JK触发器，之后每当时钟下降沿到达之后左边的JK触发器数据都会等于右边JK触发器的数据，也就是右边的输出接入 4个两输入与门对 应的左移控制门中，之后最右边的左移输入控制门接入一个输入数 据开关。E右移，首先需要有一个补充的数据输入开关，连接到最左边的 JK 触发器，之后每当时钟下降沿到达之后右边的 JK触发器数据都会等 于左边JK触发器的数据，也就是左边的输出接入 4个两输入与门对应的右移控制门中，之后最左边的右移输入控制门接入一个输入数 据开关。步骤五：仿真电路图如下4、用JK触发器和门电路设计

9、一个特殊的12进制同步计数器，其十 进制的状态转换图为：(J102030405-06070S-091011 12A步骤一：列出真值表如下所示qTqT Q 汽ft VV1/LJi0Jr hr:0'-Q11 00011 11o o J00 010 0 (Q0 1I0 " 0Qf 0iJ1V1 11|0 D1Q 00o d 1步骤二：按照真值表来画出卡诺图:J 二9W d 贾讦十云砧贰4灵慎斗亦面成貂 二心?處 +Qc二爲區硯亠磺蘭毙+龙角於J二丽"®：仗;斫+04 聞 步骤三：经过整理后最终的逻辑表达式为與k=k汗【j 严 a 二Ja_ti- ©|f

10、io +对皈h二与二血心偽虹步骤四：选用适宜的门电路，实验箱中没有或门所以我用三个与非 门代替一个或门，第一个JK触发器JK连接高电平；第二个JK触发器JK连接Q0之后的或门比方Q1Q0+Q3C就是Q1Q0®个与非门；Q3Q2接一个与非门；之后前面两个与非门的输出接入一个新的 与非门就可以了；步骤五：在仿真软件下仿真如下：步骤六：得到仿真结果波形图如下:三、实验内容iqita scilloscope_TL_n_rLChamwl CSourc 电G Dnviniiwi r_内容一：用JK触发器设计16进制异步计数器，用逻辑分析仪分析观察 CP和 各输出波形内容二：用JK触发器设计一个1

11、6进制同步计数器，用逻辑分析仪观察 CP和 各输出的波形内容三：用JK触发器和门电路设计一个具有置零，保持，左移，右移，并行送数功能的二进制四位计数器模仿 74LS194功能。4、用JK触发器和门电路设计一个特殊的12进制同步计数器，其 十进制的状态转换图为：(J102030405-06-070S-091011 12A五实验分析及总结1、K触发器设计16进制异步计数器，用逻辑分析仪分析观察 CP和各输出波形 步骤一：列出真值表:32B180000000010010001101000 n101011001111000100110101 101111001 二10111101111步骤二：选择门电

12、路：我认为可以用四个 74LS93,来实现这一功能，所有的J,K都接入高电平，此时表达式变彳理竺J便仔型相当于对上一级二沪峡从而四级JK触发器就会有四级分频。同时由于要求异步计数器所 以，把上一级的输出接入下一级的输入，实现异步计数器，相应的 由于分频的原因，QO,Q1,Q2,Q3的频率逐次减少为上一 级一半，从而实现十六进制。步骤三：列出理论的波形图片：Cf:jLnJxruuuiruuuuLfumnt'离I1 二1*r 步骤四：用proteus仿真步骤五：用逻辑分析仪观察波形VSM Logic Analyser步骤六：实验结果R1GOLMSO2202A digital oeouo&#

13、187;oa« 旳总血4 w分析：在实际进行实验前需要把原理弄懂还有考前须知都要考虑到位，对 于实验的现象要能够解释，对于实验过程中一些奇怪的结果需要自 己找出问题并解决，比方某个输出和真值表不同，这时应该停下来 观察分析自己的电路，找出错误并改正过来。观察输出波形可见，这是一个明显的十六进制的输出波形，而且并 没有明显的竞争冒险现象，所以我觉得实验很成功，与预计的试压 结果根本一致，2、JK触发器设计一个16进制同步计数器，用逻辑分析仪观察 CP和各输出的波形步骤一：列出真值表:厂B3B2 nBlBQ00 J00r o001-0o n100011Q10001D10110011110

14、001001101010 1111100_ 11 J011i n10111步骤二：选择门电路：我认为可以用四个 74LS93,来实现这一功 能，第一级的J,K都接入高电平。同时由于要求同步计数器所 以，所以一定要elk同时接入四个计数器的输入端，然后仿照异 步计数器的思想，我们还是需要把第二级的频率做二分，这个很简 单，我们可以把Q0作为输入接入KI, J1这样当时钟下降沿来 到，并且Q0是高电平时第二级是翻转状态于是第二级输出高电 平，实现了二分频率；对于第三级我们需要它四分频率，也就是 Q0Q1要一起控制第三级，也就是接入一个与门，让Q0Q1都 是1时才改变第三级的输出，同理对于第四级需要

15、Q0Q1Q2一起控制，就还是要两输入与门一个输入是Q3个输入是Q0Q1 即可。步骤三：列出理论的波形图片：juirLrLnjTTLrLruuuuumn曲 i_rLTLTLJZL_CLrurU7L 曲;一口_r"i_n_aI'隔;1!1fi牛；_步骤四：用proteus仿真HJ-ra心步骤五：用逻辑分析仪分析 I".4Firi»nwi c! IhiWVI需 L；C仙I喇U步骤六、实验结果分析:观察输出波形可见，这是一个明显的十六进制的输出波形，而且并 没有明显的竞争冒险现象，所以我觉得实验很成功，与预计的试压 结果根本一致，示波器的调节关乎到波形是否稳定和是

16、否好观测实验结果，探头为 10:1，实验中应先调至稳定可观测波形，可以调节触发源、周期、 分度值等。面对一些十分复杂的电路时要冷静分析，保持头脑清醒，画真值 表、卡诺图等来进行分析运算。保持耐心的心态和细致、严谨的工 作态度。3、用JK触发器和门电路设计一个具有置零，保持，左移，右移，并行送数功能的二进制四位计数器模仿74LS194功能步骤一：列出真值表：CrSSo工作状态0XX置零100保持101右移110左移111并行送数步骤二：写出逻辑表达式如下：d二勿£屮点Q/G二 £* Q&彳人久Q-g十仅p十Q刃p 二 S、& Q p * 5f3# Q"

17、; d + 久D步骤三：化简逻辑表达式又由jk触发器的特性方程：表达式：q n+1=ja+ K Q;所以可得：J3=K3=QAJ2=K 2=QBJ1=K1=QcJ0=K 0=QD步骤四：选用门电路输入为ABCD输出为QAQBQCQD, s1sO控制功能，对于开关的关闭与翻开分别接入0电平和高电平，输出连接示波器以及LED ;核心 局部是四组俩个输入与门，每一组都是负责控制一个JK触发器工 作状态，相当于四选一的选择开关。下面接入一个四输入与非门， 对于每个触发器，A去除状态就是CLR接入低电平，所以就是串联接入一个开关即 可;B 并行送数就是输出的数据与输入的开关所表示的数据一致，开关 变化输

18、出LED也变化，所以需要在J,K之间接入一个反相器， 使得JK反向，输入是0那么J为0; K为1;于是输出0。输入是1 那么J为1, K为0,输出为1;实现了同步控制。C而保持状态那么是使得此状态时，4个两数入与门中只有一个工作并 且，那个与门的结果由这一个 JK触发器上次的输出来决定，从而上 次输出什么这次还是输出什么,保持不变;D左移，首先需要有一个补充的数据输入开关，连接到最右边的 JK 触发器，之后每当时钟下降沿到达之后左边的 JK触发器数据都会等 于右边JK触发器的数据，也就是右边的输出接入 4个两输入与门对 应的左移控制门中，之后最右边的左移输入控制门接入一个输入数 据开关。E右移

19、，首先需要有一个补充的数据输入开关，连接到最左边的JK触发器，之后每当时钟下降沿到达之后右边的 JK触发器数据都会等 于左边JK触发器的数据，也就是左边的输出接入 4个两输入与门对 应的右移控制门中，之后最左边的右移输入控制门接入一个输入数 据开关。步骤五：仿真电路图如下步骤六、实验结果模拟开关输入01111、s1= s0=1时并行送数, 输入数据为0110输出如下所示试验中我观察LED的闪烁情况，结果很好，观察波形结果也很好,根本成功了2、s1=0, s0=1 时，右移分析与讨论：此次实验，加深了对组合电路中竞争与冒险现象的理解，而且，学会了如何简单地消除这种现象，如用接入滤波电路、引入选通

20、脉冲、修改逻辑设计等方法。观察第一行的黄色波谷，比照第二三四行可见其不断向右移动，所以成功了。3、s1=1,sO=O 时，左移在组合逻辑电路中，分析了组合逻辑电路竞争冒险的产生，及其判 断和消除的方法，其产生原因包括：门电路开关电平的时间差和门 电路延迟时间。竞争冒险可以通过代数法、卡诺图法、仿真法和实 验法进行判断，采用引入选通脉冲、引入封锁脉冲、增加冗余项、 接入滤波电容等手段以消除竞争冒险。观察第一行最右边的黄色波峰，比照第二三四行可见其不断向左移动，所以成功了。4、CR =0时置零分析与讨论：面对一些十分复杂的电路时要冷静分析，保持头脑清醒，画真值 表、卡诺图等来进行分析运算。保持耐心

21、的心态和细致、严谨的 工作态度。观察波形可见，所有波形全都是波谷，与预料的一样所以成功 了。5、s1= sO=O时保持先是输入0101之后使其处于保持状态然后改变输入数据观察结果可以发现不管怎么改变输入，比方输入 1111,1110但是输出仍 为以下图：问题：连接电线时线路太多弄混了。忘记每根线的意义了解决方法：在根据仿真电路图用实验箱实际连接电路时，需要连的 线很多，比拟容易混淆和弄错，最好的方法是在有比拟难连的线 时，要在草稿纸上先列出那个点连到哪个点例如Y1>A'心得体会：要在纸上标记好每局部导线的作用这个结果与预料的一样所以成功了4、用JK触发器和门电路设计一个特殊的12

22、进制同步计数器，其十 进制的状态转换图为：0102030 斗一05-06-071)&一091011 12A步骤一：列出真值表如下所示qTqT Q 汽ft VV1/LJi0Jr hr:0'-Q11 00011 11o o J00 010 0 (Q0 1I0 " 0Qf 0iJ1V1 11|0 D1Q 00o d 1步骤二：按照真值表来画出卡诺图:J 二9W d 贾讦十云砧贰4灵慎斗亦面成貂 二心?處 +Qc二爲區硯亠磺蘭毙+龙角於J二丽"®：仗;斫+04 聞 步骤三：经过整理后最终的逻辑表达式为與k=k汗【j 严 a 二Ja_ti- ©|f

23、io +对皈h二与二血心偽虹步骤四：选用适宜的门电路，实验箱中没有或门所以我用三个与非 门代替一个或门，第一个JK触发器JK连接高电平；第二个JK触发器JK连接Q0之后的或门比方Q1Q0+Q3C就是Q1Q0®个与非门；Q3Q2接一个与非门；之后前面两个与非门的输出接入一个新的 与非门就可以了；步骤五：在仿真软件下仿真如下：步骤六：得到仿真结果波形图如下:试验中得到的结果如下:分析：问题：我发现实验箱中缺少或门解决方法：运用公式找到替代门电路即可。心得体会：遇到的非门较多，而实验箱中只有与非门，连线时需要一定的耐心。在根据仿真电路图用实验箱实际连接电路时，需要连的线很多，比 较容易混淆和弄错，最好的方法是在有比拟难连的线时，要在草稿 纸上先列出那个点连到哪个点例如 Y1 >A1、在组合逻辑电路中，分析了组合逻辑电路竞争冒险的产生，及其 判断和消除的方法，其产生原因包括：门电路开关电平的时间差和 门电路延迟时间。竞争冒险可以通过代数法、卡诺图法、仿真法和 实验法进行判断，采用引入选通脉冲、引入封锁脉冲、增加冗余 项、接入滤波电