电子技术实验指导2011

实验一小功率负载的驱动【实验目的】学会使用实验仪器仪表；理解小功率负载驱动的工作原理；学会发光二极管、中间继电器等小功率负载的驱动电路工作原理和设计方法，学会驱动电路的调试，指示灯、直流电机的使用及主要性能指标的测试方法。【实验原理】实验仪器仪表的使用在模拟电子电路实验中，经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流电源、交流毫伏表及频率计等，它们和万用表一起，可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。函数信号发生器位于模拟电路实验箱内部，是产生交流信号的仪表。该仪表可以提供正弦信号、方波信号和三角波信号三种输出波形。信号的频率和信号的幅度是表示信号特征的两个最主要的参数指标，信号频率的大小可以通过频率计（实验箱内部）得到，信号幅度大小需要外接交流毫伏表，该仪表测量的是信号幅度的有效值。示波器是用来显示信号波形的仪器，该仪器除了显示信号的波形以外，还可以测量信号的幅度（峰"峰值）和信号的周期，利用信号周期和频率互为倒数的关系式：^『，计算得到信号的频率值。这里主要介绍直流电源和数字万用表的使用。直流电源位于模拟电路实验箱内部，包括直流稳压电源和直流可调信号源两部分。直流稳压电源部分提供一组士12V直流电压输出，一组±5V直流电压输出，一个约1〜24V范围内连续可调的直流电压输出，每组（个）电源受控于对应的钮子开关，主要用途是提供实验电路所需要的工作电源。直流可调信号源部分提供两组从-5V〜+5V范围内连续可调的直流输出电压，两组电源受控于对应的钮子开关，主要用途是提供实验电路所需要的直流信号源。直流电源部分公用一个接地端子（实验箱电源部分黑色插孔）。上述直流输出电压数值需要通过数字万用表测量得到。数字万用表用途非常广泛，除了可以测量电流值（直流、交流）、电压值（直流、交流）、电阻阻值以外，还可以对晶体二极管、三极管、电容等元件和连接导线进行粗测和判断好坏。它有红、黑两个表笔，在测量直流信号时，红表笔接正级，黑表笔接负极，对应不同的测量用途，需要插到相应的输出孔位置。我们使用数字万用表主要用于测量直流输出电压数值、测量电阻阻值、判断连接导线、三极管好坏。发光二极管的驱动发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与神（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷神化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。图1-1所示为发光二极管的驱动电路，当负载功率较小时，采用这种直接驱动电路。其中由晶体三极管T1组成为驱动管，根据发光二极管D1工作电压（2V左右）和工作电流（10mA）选择三极管（一般选择小功率开关管）。基极电阻R1为限流电阻，R2为发光二极管回路限流电阻，输入控制信号Vi和工作电源Vcc电压为+5V.DC。VcCi■/DCI挞『R2nR1L：Vi5Y.DC图1-1发光二极管驱动电路继电器等小功率负载的驱动中间继电器就是个继电器，不要因为有“中间”俩字而感到奇怪，它的原理和交流接触器一样，都是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位。用定时器对继电器的线圈进行控制，就是时间继电器。常见的中间继电器也有主触头和辅助触头，主触头一般有四组，辅助触头有两组。与接触器相比，它的主触头较小，承载能力低，主要用于传递控制信号。一般的电路常分成主电路和控制电路两部分，继电器主要用于控制电路，接触器主要用于主电路；通过继电器可实现用一路控制信号控制另一路或几路信号的功能，完成启动、停止、联动等控制，主要控制对象是接触器；接触器的触头比较大，承载能力强，通过它来实现弱电到强电的控制，控制对象是用电器。图1-2所示为继电器驱动电路，当负载功率较大时，采用这种间接驱动电路。其中由晶体三极管T1组成为驱动管，整流二极管D2起到限流保护作用，基极电阻R1为限流电阻，ZJ1为中间继电器（12VDC1A，两常开、两常闭），L1为指示灯(12VDC),输入控制信号Vi电压为+5V.DC,工作电源Vcc、Ec电压为+12VDC。图1-2继电器驱动电路【实验设备与器件】直流稳压电源2.数字万用表晶体三极管3DG124.发光二极管5.中间继电器HJR1-2CL-12V6.晶体二极管IN40077.电阻器、小功率直流电机、指示灯、导线等【实验内容】用数字万用表测量直流电源输出的电压值用数字万用表测量六组直流电源输出的电压值，小数点后保留一位有效数字，注意标注单位。记入表1-1中：表1-1直流电源+12V-12V+5V-5V+15V-0.2V数字万用表2.发光二极管驱动电路(直接驱动电路)限流电阻R1和R2的选择当输入控制信号Vi为+5V时，三极管应工作在饱和状态，而当输入控制信号Vi为0V时，三极管应工作在截止状态，R1的大小应保证三极管正常工作，一般要大于1KO，但是阻值太大，三极管不能充分饱和。根据发光二极管的特点和Vcc的大小选择电阻R2。发光二极管驱动电路安装和参数测试当R1分别取2K、100K时，用数字万用表测量发光二极管两端电压VD等两组数据，计算各组工作电流＞填入表1-2中，小数点后保留一位有效数字，注意标注单位。°表1-2测试项目ViR2VCCVD1VR2VCEIDR1=2KR1=100K继电器驱动电路（间接驱动电路）本部分实验内容仅观察现象，不需要测试数据。（1）二极管D2选用IN4007，作为预习内容，要明确它的作用，为什么反向偏置？当输入控制信号Vi为+5V时，在继电器常开接点接入队指示灯，L1指示灯应亮。Vi为0V时，L1指示灯应熄灭。（2）L1指示灯亮以后，关闭电源Vcc和Ec。用小型直流电机（M）代替L1指示灯，Ec改取+5V,电路其余部分不变，重新给电以后，小型直流电机（M）应转动。设计一个当输入控制信号Vi为+0V时，直流电机转动的电路，制作并绘制控制电路原理图。（选做）【预习要求】复习有关驱动负载工作原理部分的内容。在继电器等小功率感性负载的驱动电路中，为何在继电器线圈上反向并接一个二极管D2?为了不损坏驱动管，调试中应注意什么问题？【实验总结】设计一个当输入控制信号Vi为+0V时，直流电机转动的电路，绘制控制电路原理图，并分析控制电路原理。发光二极管D2的特点和工作条件是什么？在继电器等小功率感性负载的驱动电路中，为何在继电器线圈上反向并接一个二极管D2?分析驱动电路的作用，考虑如何实现大功率负载的驱动。讨论实验中发生的问题及解决办法。实验二集成运算放大器基本应用的设计【实验目的】掌握集成运算放大器的特点、性能和分析方法；掌握用集成运算放大器设计几种基本放大器。【实验设备与器件】±12V直流稳压电源、±5V直流可调信号电源数字万用表UA741运算放大器电阻器、导线等【实验原理】运算放大电路分析方法在分析运算放大器时，下面三条结论普遍使用：运算放大器开环输入电阻很高，一般高达几百千欧以上。故认为反向输入端和同向输入端的输入电流小到可以忽略不计，即理想运放的输入电阻为无穷大。放大器开环电压放大倍数Av很高，在理想情况下，Av=8，而由于受电路电源电压限制，输出电压是一个有限值，故从Vo=Av(V+-V)V-V=Vo/Av«0+-得到：V+«V-在反向输入时，同向端接“地”，即V+=0,根据上条结论可得V--0O反向输入端的电位接近“地”电位，它是一个不接“地”的接“地”端，通常称为“虚地”。本实验电路的工作原理均基于以上三条结论。UA741运算放大器简介UA741运放特点UA741是一通用的集成运算放大器，其特点是电压适应范围较宽，可在土5~±18V范围内选用，具有很高的输入共模、差模电压，内含频率补偿和过载、短路保护电路，可通过外接电位器进行调零。UA741运放管脚介绍UA741运算放大器有1〜8共八个管脚，分两排排列。其中1、5为调零管脚，2为反向输入端管脚，3为同向输入端管脚，7为直流电源(+)管脚，4为直流电源(-)管脚，6为输出端管脚，8为空管脚，如图2-1所示。

【实验内容】1.反向比例放大器实验电路如图2-2所示，图2-1【实验内容】1.反向比例放大器实验电路如图2-2所示，反向比例放大器输入输出关系式为:Vo/Vi=-Rf/Ri但注意输出VO不允许超过±10V但注意输出VO不允许超过±10V。■T每个实验内容测试两组数据，标注所选电阻器参数值，测试计算结果小数点后保留一位有效数字，注意写清楚单位，记入表2-1中。表2-1反向比例放大器R1=R2=Rf=测试计算项目第一组测试计算数据Vi>0第二组测试计算数据Vi<0ViVoAv（理）Av（实）同向比例放大器实验电路如图2-3所示，同向比例放大器输入输出关系式为:Vo/Vi=（r+r）/R=1+r/r1F1F1放大倍数学生自主确定，但注意输出VO不允许超过±10V。

.r4=^图2-3同向比例放大器实验电路图每个实验内容测试两组数据，标注所选电阻器参数值，测试计算结果小数点后保留一位有效数字，注意写清楚单位，记入表2-2中。表2-2同向比例放大器R1=R2=Rf=测试计算项目第一组测试计算数据Vi>0第二组测试计算数据Vi<0ViVoAv（理）Av（实）减法器（选做）实验电路如图2-4所示，减法器输入输出关系式为：Vo=-（R+R）/R・R/（R+R）Vi-R/R・Vi1F13232F11当取RIIR=RIIR时，上式化简为：F123Vo=R/R・（Vi-Vi）两个输入信号学生自主确定，但注意输出VO不允许超过±10V。图2-4减法器实验电路图每个实验内容测试两组数据，标注所选电阻器参数值，测试计算结果小数点后保留一位有效数字，注意写清楚单位，记入表2-3中。表2-3减法器R1=R2=R3=Rf=测试计算项目第一组第二组Vi1Vi2Vo（理）Vo（实）【预习要求】复习教材有关集成运算放大器的内容。掌握上述三种基本放大器输入、输出特点，会推导其运算关系式。【实验总结】推导上述三种基本放大器输入、输出关系式。计算整理实验数据，总结UA741集成运算放大器的特点，分析产生误差的主要原因。设计一个放大倍数可调的反向比例放大器实验电路图，标清楚器件参数，并分析其工作原理。分析当输入信号由直流信号改为正弦交流信号时，上述电路是否同样具有相同的放大作用？实验三组合逻辑电路的分析与应用【实验目的】掌握数字电子技术实验仪的使用方法；学会门电路逻辑功能的测试方法；掌握SSI组合逻辑电路的分析方法。【实验原理】本实验以目前使用较普遍的CMOS门电路为例，实验前先学习实验仪的使用方法，再介绍基本集成门电路逻辑功能的静态测试方法，然后按给出的实验接线图接好电路或根据要求自己设计实验电路。连接电路前，养成良好的实验习惯，即先选出实验所需要的连接导线，用数字万用表逐根检查导线的好坏，以免由于导线质量不好影响实现结果。在连接电路的过程中，特别注意VCC及地线不能接错。实验中改动接线需先断开电源，接好线后再通电实验。【实验仪器与器件】数字电子技术实验仪2.数字万用表3.74HC20、74HC00、74HC86芯片各一片连接导线若干【实验用集成芯片管脚图】:脖＜匚匚1R匚Y匚2:脖＜匚匚1R匚Y匚2-匚2R匚2.匚、:\U匚74HC85>^nm437-437-O111119S)§工旗12<1-rtH557匚匚匚匚匚匚匚ABYA3YNJ111222gIZI-1三1A、1B、1C、1D为输入端31Y、2Y、3Y、4Y为输出端1Vcc为电源端（接+5V）J癸nagnd为接地端n.aaNC为空端

【预习要求】复习CMOS与非门（00、20）、异或门（86）的逻辑功能及真值表。熟悉集成芯片74HC00、20、86的管脚图。熟悉数字电子技术实验仪和数字万用表的使用。【实验内容】1.与非门的逻辑功能测试逻辑表达式：1Y=1—*1B*1C*1Q选用二4输入与非门74HC20一只，插入面板。按图3-1接线，输入端接高低电平输出插孔，输出端接电平显示发光二极管。将电平开关按表3-1置位，分别测出逻辑状态及用数字万用表测量输出电压值填入表3-1中。图3-1与非门的逻辑功能测试电路图表3-1图3-1与非门的逻辑功能测试电路图表3-1与非门的逻辑功能测试表输入123111011001000000输出4YY电压/V11110异或门逻辑功能测试逻辑表达式：Y=A©B=AB+AB选四2输入异或门电路74HC86一只，按图3-2接线，输入端接高低电平开关，输出端A、B、Y接电平显示发光二极管。将开关电平按表3-2置位，并将结果填入其中。=1——A=i———JB图3-2异或门的逻辑功能测试电路图

表3-2异或门的逻辑功能测试表输入输出ABYY-电压/V000000101000111011110101用四-2输入与非门74HC00组成或非门F=A+B。要求画出逻辑电路图，测试逻辑功能并填入表3-3中。表3-3或非门的逻辑功能测试表输入输出ABY00组合逻辑电路功能测试图3-3表决电路图3-3为一表决电路。有A、B、C三名裁判（A为主裁判，B、C为副裁判），当主裁判和一名以上（包含一名）副裁判认为运动员合格时，输出为1,否则为0。试分析该电路所完成的逻辑功能，列出真值表，写出逻辑表达式，连接实验电路并完成逻辑电路功能测试。【实验报告要求】按各个实验内容填表并画逻辑电路图，写出完整的实验报告。实验四触发器及其应用【实验目的】测试并掌握RS、D、J-K等触发器的逻辑功能；掌握用触发器设计一些简单的时序电路的方法。【实验原理】时序电路具有保持（记忆）功能。它的输出状态不仅和当时的输入有关，还和在此之前的电路状态有关。触发器是组成时序电路的最基本单元，因此熟悉触发器的功能和学习应用各种触发器搭接一些简单的时序电路是十分必要的。触发器有两个稳定状态，即“0”和“1”状态。只有在触发信号作用下，才能从原来的稳定状态转变为新的稳定状态。因此触发器是一种具有记忆功能的电路，可作为二进制存贮单元使用。触发器的种类很多，按其功能可分为基本RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器等；按电路的触发方式又可分为电位触发器型、主从型、维阻型、边沿触发器型等。集成触发器主要有三种类型：锁存器、D和JK触发器。锁存器是电位型触发器，由于它存在“空翻”不能用于计数器和移位寄存器，只能用于信息寄存器。维阻D触发器，克服了“空翻”现象，所以称作维阻型触发器。主从触发器，虽然克服了“空翻”，但存在一次变化问题，即在CP=1期间，J、K端若有干扰信号，触发器可能产生误动作，这就降低了它的抗干扰能力，因而使用范围就受到一定的限制。边沿触发型JK触发器抗干扰性能较好，故应用广泛。1.触发器⑴基本RS触发器基本RS触发器是各种触发器中最基本组成部分，它能存贮一位二进制信息，但有一定约束条件。例如用与非门组成的RS触发器的R、S不能同时为“0”，否则当R、S端的“0”电平同时撤消后，触发器的状态不定。因此日=s=o的情况不允许出现。基本RS触发器的用途之一是作无抖动开关。例如在图4-1（a）电路中，当开关S接通时，由于机械开关在扳动过程中，存在接触抖动，使得F点电压从+5V干脆的跃降到0V的一瞬间（几十毫秒），会发生多次电压抖动，相当产生连续多个脉冲信号。如果利用这种电路产生的信号去驱动数字电路，则可能导致电路发生误动作。这在某些场合是绝对不允许的，为了消除机械开关的抖动，可在开关S与输出端之间接入一个RS触发器（见图4-1（b）所示），就能使F端产生很清晰的阶跃信号。那么这种带RS触发器的开关通常称为无抖

动开关（或称逻辑开关）。而把有抖动的开关称为数据开关。+5v（a）电路T+5VVIVI?(b)清楚跳跃°t个+sv（C）多次抖动（a）开关接触抖动（b）动开关（或称逻辑开关）。而把有抖动的开关称为数据开关。+5v（a）电路T+5VVIVI?(b)清楚跳跃°t个+sv（C）多次抖动（a）开关接触抖动（b）无抖动开关电路图4-1RS触发器的应用⑵D触发器图4-2（a）和图4-2（b）为D触发器的逻辑符号和状态转换图。表4-1、表4-2为D触发器74HC74的特性表和驱动表。（a）D触发器的逻辑符号（b）D触发器的状态转换图图4-2D触发器N+1DQn+i0011实验所用74HC74为双D型正沿触发器，见管脚排列图。在这种芯片中有两个D触发器，PR为预置端，CLR为清零端，CP为时钟输入端。当PR和CLR端

为高电平时，触发器在CP的正沿触发；当CLR为低电平时清零；PR为低电平时置“1”。功能表见表4-3。表4-374HC74功能表输出预置（PR）清除（CLR）时钟（CP）DQN+1QN+101XX1010XX0100XX不定*11t11011f001110XQQNN*这种情况禁止出现。因为正，负逻辑输出端都为1，破坏了逻辑关系。（3）J-K触发器图4-3（a）和图4-3（b）为J-K触发器的逻辑符号和状态转换图，其特性表和驱动表见表4-4和表4-5。（a）J-K触发器的逻辑符号图4-3K=X（b）（a）J-K触发器的逻辑符号图4-3K=X（b）J-K触发器的状态转换图JK触发器-JKQnQN+100000100100111010011011010111110特性方程：qn1=jQn+kqn实验所用74HC112为双J-K负沿触发器，见管脚排列图。CLK端是时钟脉冲输入端，为下降沿触发，PR、CLR分别为置“1”端和置“0”端。其功能表见表4-6所示。

表4-5J-K触发器驱动表表4-674HC112功能表输入输出预置（PR）清除（CLR）时钟（CP）JKQN+1\+101XXX1010XXX0100XXX1*1*11400QN笔11+1010111010111111翻转111XXQN*不稳定状态，当预制和清除端同时变为高电平时，状态将不能保持。⑷T触发器当把J-K触发器的J,K端连在一起，就得到T触发器的功能：当J=K=1时，每来一个时钟脉冲，它就翻转一次。J=K=0时，状态不变。⑸准备时间和保持时间为使触发器在一定输入信号的作用下从一个状态转换到另一个预定的状态，输入信号必须在时钟脉冲边沿到来之前和以后保持一段时间。例如74HC74触发器为正沿触发，那么在CP的上升沿到来之前，输入信号要保持稳定，这段时间叫准备时间。在CP的上升沿到来以后，输入信号还要保持稳定一段时间，这段时间叫保持时间，如图4-4所示。对于74HC74来说，这两段时间之和约为25ns。输入信号若在这段期间内发生改变，那么输出电平就不正常。准备时间和保持时间图4-4准备时间和保持时间图4-4分频器从T触发器Q端输出信号的频率为输入时钟脉冲频率的一半，如图4-5所示。示。|翳『富；爬I辅入屋可改妾|输入屋要臆定I辅入度可改痿图4-5分频器图中触发器为负沿触发。如果把n个触发器级联起来，以前一级的输出为下一级的输入加到CP端，则可得到2n分频。图4-6为8分频线路及其时序图。由此可以看出，在CP作用下电路的状态QQ1Q0依次从000变到111,所以也叫模23计数器。图4-7为模23同步计数器。外来时钟脉冲同时加在三个触发器的CP端。JK端的激励较异步计数器复杂。后面一级触发器转换的条件（J=K=1）是前面各级触发器皆为1状态。【实验仪器与器件】数字电子技术实验仪2.数字万用表74HC00、74HC74、74HC112芯片各一片连接导线若干【实验用集成芯片管脚排列】7"lHC00^nm41-CF4心型融蹄妣.Ll・.[K匚KI匚II:1-!匚7"lHC00^nm41-CF4心型融蹄妣.Ll・.[K匚KI匚II:1-!匚•:;匚=匚广匚.■■■.)匚,?£_■]VccJ?(\.[HLI・J卜.1出[2PR[?0其中：1CLR、2CLR为清零端1CLK、2LCK为时钟输入端1PR、2PR为预置端1D、2D为数据输入端1J、1K、2J、2K为数据输入端1Q、1厂、2Q、2笊为输出端1A、1B、1C、1D为输入端1Y、2Y、3Y、4Y为输出端Vcc为电源端(接+5V)GND为接地端【预习报告要求】熟悉74HC74、74HC112的管脚排列及其逻辑功能;掌握用触发器设计简单时序电路的方法。【实验内容】用与非门组成一个基本RS触发器，要求绘出逻辑电路图，列出真值表。验证D(74HC74)触发器的逻辑功能和预置、清零端的作用，注意它是正沿还是负沿触发。并用D触发器设计一个4分频器，要求绘出逻辑电路图，用实验验证其正确性。验证J-K(74HC112)触发器的逻辑功能和预置、清零端的作用，注意它是正沿还是负沿触发。并用J-K触发器设计一个4分频器，要求绘出逻辑电路图，用实验验证其正确性。【实验报告要求】写出设计的全过程，画出电路逻辑图，记录实验验证的结果；把在实验中出现的异常现象作分析和研究。实验五寄存器和计数器的应用【实验目的】掌握MSI移位寄存器的功能特性；掌握用移位寄存器实现各种逻辑电路的方法；熟悉集成计数器的逻辑功能及各控制端的作用；学会使用集成计数器芯片，掌握用集成计数器构成任意进制计数器的方法。【实验原理】1.移位寄存器具有移位功能的寄存器称为移位寄存器。按功能分，可分为单向移位寄存器和双向移位寄存器两种；按输入与输出信息的方式分，有并行输入并行输出，并行输入串行输出，串行输入并行输出，串行输入串行输出及多功能方式五种。在使用MSI移位寄存器时，可根据任务要求，从器件手册或有关资料中，选出合适器件，查出该器件功能表，掌握其器件功能特点，就可以正确地使用。下面对常用的移位寄存器74194作简单介绍。74HC194是四位并行存取双向移位寄存器，其管脚图见实验用集成芯片管脚排列图。功能表如表5-1所示。表5-174HC194功能表输入输出清除时钟模式串行并行QAQBQCQDS1S0左右ABCD01111111XLffIXX100110XX111000XXXXXXX1X01X0XXXXXXXXXXXabcdXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX0000QA0QB0QC0QD0abcd1QAnQBnQCN0QAnQBnQCNQBnQCnQDn1QB；QC；QD；0QA：QB：QC：QD说明：a、b、c、d=输入A、B、C或D端相应的稳定态输入电平。QA0QB0QC0QD0=在规定的稳态输入条件建立之前，QAQBQCQD相应的电平。QAnQBnQCN=在最近的时钟上升沿跳变之前QAQBQC'相应的电平。其中，S1、S0为控制端，控制方式如上表所示。由功能表可知，该移位寄存器具有左移、右移、并行输入数据、保持及清除等五种功能。四位双向通用移位寄存器74HC194的应用举例⑴移位寄存器的级联为了增加移位寄存器的位数，可在CP移位脉冲的驱动能力范围内，将多块移位寄存器级联扩展，以满足字长的要求。图5-1所示为四块移位寄存器74194图5-1所示为四块移位寄存器74194的级联连接图。其功能与单个移位寄存器的功能类似。图5-1多位移位寄存器的级联当SS=11时，在CP脉冲正沿作用下，D〜D的数据被送到Q〜Q的输01015015出端，移位寄存器完成置数功能。当S0S1=01时，移位寄存器完成左移操作功能。当第十六个CP脉冲到来时，Q15〜Q0全部变为“0”。当S0S1=10时，移位寄存器完成右移操作功能。当第十六个CP脉冲到来时，Q0〜Q15全部变为“1”。当S0S1=00时，移位寄存器处于保持状态。将Q接D,商=1,取QQQQ中只有一个1的循环为主循环，即0SLD3210DDDD=0001。取M1=1,M先为1,实现并入功能：QQQQ=DDDD=0001,然3210032103210后令M=0，则随着CP脉冲的输入，电路开始左移环形移位操作，其主循环状态0(c)主循环波形图图和波形图分别如图5-2(b)、(c)所示。(c)主循环波形图1—0°-1Q0QIQ2Q3miCP0001(a)电路图CPDODI1—0°-1CP0001(a)电路图从图5-2(b)中可以看出，4个触发器可以形成4个状态，可以做模4计数器。当环形计数器主循环有n个触发器时，模数就为n。从图5-2(c)中可以看出，在QQQQ中只有一个高电平1(也可以只有一个低电平0)依次输出，3210形成一种节拍脉冲波形，节拍的高电平宽度为一个CP周期。这种电力也称节拍发生器。⑵构成环形计数器环形计数器实际上就是一个环的移位寄存器。根据初态设置的不同，这种电路的有效循环常常是循环移位一个“1”或一个“0”。图5-2是由四位移位寄存器74194构成的环形左移移位寄存器的逻辑电路图。⑶构成扭环形计数器74HC194构成的右扭环形计数器的电路图图5-3(a)所示，是把Q接非门后3再接右移串入端Dsr(若将Q0接Dy则构成左扭环形计数器)。5-3(b)为右扭环形计数器的状态图。从状态图中可以看出，4个触发器构成扭环计数器时，主扭环计数器为模2n。在触发器个数相同时，循环有8个状态，即扭环计数器为模2n。在触发器个数相同时，0(a)电路图(b)状态图图5-374HC194构成的扭环形计数器0计数器计数器是数字系统中必不可少的组成部分，它不仅用来计输入脉冲的个数，还大量用于分频、程序控制及逻辑控制等。MSI计数器种类繁多，其分类方式大致有以下三种：第一种按计数器的进制分。通常分为二进制、十进制和N进制计数器。第二种按计数脉冲输入方式不同，可分为同步计数器和异步计数器两大类。同步计数器是指内部的各个触发器在同一时钟脉冲作用下同时翻转，并产生进位信号。其计数速度快、工作频率高、译码时不会产生尖峰信号。而异步计数器中的计数脉冲是逐级传送的，高位触发器的翻转必须等低一位触发器翻转后才发生。其计数速度慢，在译码时输出端会出现不应有的尖峰信号，但其内部结构简单，连线少，成本低，因此，在一般低速场合中应用。

第三种按计数加减分类。则有递减、递加计数器和可逆计数器。其中可逆计数器又有加减控制式和双时钟输入式两种。针对以上计数器的特点，我们在设计电路时，可根据任务要求选用合适器件。如表5-2所示。表5-2分类名称型号说明同步计数器二-十进制同步计数器74HC160同步预置、异步清零四位二进制同步计数器74HC161同步预置、异步清零二-十进制同步计数器74HC162同步预置、同步清零四位二进制同步计数器74HC163同步预置、同步清零二-十进制加/减计数器74HC168同步预置、无清零端74HC192异步置数、清零、双时钟74HC190异步置数、无清零端、单时钟异步计数器四位二进制加/减计数器74HC169同步预置、无清零端74HC193异步置数、清零、双时钟74HC191异步置数、无清零端、单时钟二-五-十进制计数器74HC90、74HC29074HC196可预置二-八-十六进制计数器74HC197可预置74HC193、74HC293异步清零二-六-十二进制计数器74HC92异步清零双四位二进制计数器74HC93异步清零双二-五-十进制计数器74HC390、74HC490异步清零下面我们仅以74HC160、74HC161为例，介绍MSI计数器的一般使用方法，对于表中的其它器件更详细功能介绍请参阅有关手册。(1)四位二进制同步计数器74HC161该计数器能同步并行预置数据、异步清零，具有清零、置数、计数和保持四种功能，且具有进位信号输出端、可串接计数使用。其管脚图见实验用集成芯片管脚排列图。功能见表5-3所示。表5-3输入输出时钟清零置数PTQnX0XXX清零t10XX置数t1111计数X110X不计数X11X0不计数从功能表和管脚图可知，该计数器有清零信号CLR，使能信号P、T，置数信号、时钟CLK和四个数据输入端A、B、C、D，另外还有四个数据输出端QAQ、Q、Q，以及动态进位输出端CO=T.Q.Q.Q.Q。其计数范围0〜15。BCDABCD目前广泛使用中规模集成计数器来构成任意进制（N进制）计数器。现以74HC161为例，介绍一些构成N进制计数器的方法。1）反馈清零法模数较大的计数器在进行正常计数过程中，利用其中某个状态进行反馈，控制其直接清零端，强迫计数器停止计数，从零开始下一个计数周期，这样可以把大模数的计数器改造成任意进制的小模数计数器，这就是反馈清零法。用74HC161构成的十一进制计数器，其电路如图5-4所示。图5-4反馈清零法2）置数归零法用74HC161构成的十一进制计数器，其电路如图5-5所示。将计数器最大状态（1010）时输出为1的端接到与非门的输入端。这样只有在QQQQ=10103210状态时，lT=0,在下一个CP（第11个CP）上升沿到来后，执行预置数功能，将DDDD并入QQQQ，使计数器复位为0000,实现M11加法计数。32103210位11——:)二tQ0QIQ2Q3PCO74161_>CP_LDCRDODID2D3T1图5-5置数归零法3）预置补数法电路连接方式见图5-6所示（两电路功能相同）。此电路的工作状态为5〜15。预置端DDDD=0101，输出端QQQQ=1111（此时CO=1）。这样，计数器32103210从5开始计数，到15后回到5。由于74HC161为16进制，对模N计数器可利用预置（16-N）的方法实现。也可利用0〜15中任一段11个状态来实现模11,如2〜12,4〜14等。

图5-6预置补数法4）计数器位数的扩展74HC161为M16加计数器，要实现模数大于16计数器时，可将多片74HC161级联，进行扩展。①用74HC161构成同步加计数器图5-7为构成M166的同步加计数器的逻辑电路图。166的最大状态为165,二进制数为10100101，需两片161。两片的CP端连在一起，接成同步状态；片I的进位输出CO端接片II的CT、CT保证片I的QQQQ由1111回到0000时，TP,3210片II加1。就是说，片I每个CP脉冲进行加一计数，片II每第16个CP脉冲进行加一计数。最后，在输出QQQQQQQQ=10100101时，由两片的lT端回到0。76543210②用74HC161构成异步加计数器图5-8为异步级联方式构成的M166加计数器，初始状态为0000。注