实验四 集成计数器与移位寄存器的设计与应用 ① 熟悉中规模集成计数器的逻辑功能及使用方法 一、实验目的 ②学习计数器的功能扩展 ③了解集成译码器及显示器的应用 ①实验设备:数字电路实验箱1台 ②实验器件:74LS00、74LS161、74LS191、74LS194各1片二. 实验仪器及器件 ④掌握用74LS194设计任意模值的扭环计数器的方法 74LS161的逻辑功能示意图 74LS161的管脚排列 74LS161功能表 三、实验原理 ① 集成四位同步二进制加法计数器74LS161 74LS161时序波形图 利用161实现任意进制加法计数器 1)清零法 74LS161是异步清零,根据设计要求写反馈清零函数 上式中:"M"为所求计数器的模值,"……"为反馈的二进制代码 例:采用清零法,用161设计一个模11的加法计数器 2)置数法 当置数出初值为0时, 由于74LS161是同步置数,根据设计要求写反馈置数函数 "M"为计数器的模值. 例:采用置数法,用161设计一个0-9的加法计数器 返回 当置数的初值不为0 时,画出所要求的全部状态,在最后一个状态取反馈使LD为0即可.如:使用74LS161设计4-9的加法计数器. ② 4位二进制可逆(加减)计数器74LS191 74LS191是集成4位同步二进制加减计数器,可以执行十六进制加/减法计数及异步置数功能. 详细引脚功能参见课本 231页74LS191功能表 加计数器设计时,使用与非门,取'1'反馈 减计数器设计时,使用或门,取'0'反馈 在只提供二输入与非门的情况下,如何替代或门? i.移位寄存器的功能: 在数字系统中能寄存二进制信息,并进行移位的逻辑部件称为移位寄存器.Ii. 集成移位寄存器74LS194功能: 具有 左移位、 右移位、清零、数据并入/并出、并入/串出等多种功能. ③移位寄存器74LS194 iii、74LS194的功能表 d0 0 0 0 * 保持******01左移输入0 0 Q3 Q2 Q1 * * * * * 1 1 左移输入1 1 Q3 Q2 Q1 * * * * * 1 0 1 1 右移输入0 Q2 Q1 Q0 0 * * * * 0 * 1 0 1 右移输入1 Q2 Q1 Q0 1 * * * * 1 * 1 0 1 并行置数 d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 * * 1 1 1 保持******0**1置零 0 0 0 0 * * * * * * * * * 0 Q3 Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 DSR DSL CP M0 M1 CR 说明 输出输入Q3 Q2 Q1 Q0 M1 M0 DSL DSR CP CR CT74LS194 D3 D2 D1 D0 CR 74LS194构成的顺序脉冲发生器及其波形 iv. 移位寄存器的应用 : 移位寄存器构成的计数器在实际工程中经常用到. 如用移位存器构成环形计数器、扭环形计数器和顺序脉冲发生器等. 74LS194构成的七进制扭环形计数器 74LS194构成的六进制扭环形计数器 请根据移位原理,自行推导其工作过程 13进制扭环计数器及其状态转换表 移位寄存器的级联 V.双向移位寄存器设计 工作原理:当X=1时,M1=0,M0=1,执行右移功能;n=3,其模值M=2*3=6;当X=1时,M1=1,M0=0,执行左移功能.n=3,其模值M=2*3-1=5. n :代表环内包围的输出端的个数;如果是通过二输入与非门取反馈作移入数据,则为奇数模,M=2n-1如果是通过非门取反馈作移入数据,则为偶数模,M=2n. ④ 显示及译码 计数器输出端的状态反映了计数脉冲的多少 ,通过译码器和显示器把计数器的输出显示为相应的数. LED发光二极管也用作计数器状态显示,但读取状态时不如数码管直观. 二---十进制译码器用于将二---十进制代码译成十进制数字,去驱动十进制的数字显示器件,显示0~9十个数字.数码管是一种常用的数字显示器件. 数码管段结构 计数、译码、显示接口图 实验箱上已将译码器芯片和数码管连接好,实验时只要将十进制计数器的输出端Q3Q2Q1Q0直接连接到译码器的相应输入端DCBA,即可显示数字0—9 . 数码管显示方式 LED显示方式 二进制计数器的输出端Q3Q2Q1Q0直接连接四个LED灯,通过LED灯的亮灭,即可反映计数器的状态 . 计数器 CP 数码管只能显示0-9对应的二进制信息 LED能显示任意的二进制信息 计数器又称分频器,N进制计数器的进位输出脉冲就是输入脉冲的N分频. N进制计数器可直接作N分频器. 计数器的有效状态数、模数和分频系数是同一含义. 分频器 计数器的Q3Q2Q1Q0输出分别对应16分频、8分频、4分频、2分频、 四、设计任务与要求 3. 用74LS191及74LS00设计一个9—4的减法计数器.通过LED或数码管观察并记录实验结果; 4.用74LS194及74LS00设计一双向移位扭环形计数器,要求右移时M=7,左移时M=8,通过LED观察并记录实验结果. 1. 用74LS161及74LS00设计一个3—B的加法计数器,通过LED并记录实验结果; 2. 用74LS191及74 LS00设计一个2—9的加法计数器.通过LED或数码管观察并记录实验结果; 在只提供二输入与非门的情况下,如何替代三输入与非门? 注:为便于观察记录实验现象,CP可选用1Hz、2Hz连续脉冲,或选用单次脉冲; 一、如何用二输入与非门代换三输入与非门? 二、如何用与非门替代或门? 注意:在实验室只提供了74LS00二输入与非门,若设计中出现了三输入与非门,或者或门,均需适当变换表达式,通过二输入与非门74LS00实现. 五、思考题 2片161最大可以实现多少分频?共阴极和共阳极数码管有何区别? 六、预习要求 1、复习有关计数器部分内容,了解74LS161、74LS191的功能.2、 拟出实验中所需测试表格.3、 能画出用74LS161、74LS191整体反馈置数的方 法构成不同进制的电路图.
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更新时间：2014-03-25
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实验四 集成计数器与移位寄存器的设计与应用 ① 熟悉中规模集成计数器的逻辑功能及使用方法 一、实验目的 ②学习计数器的功能扩展 ③了解集成译码器及显示器的应用 ①实验设备:数字电路实验箱1台 ②实验器件:74LS00、74LS161、74LS191、74LS194各1片二. 实验仪器及器件 ④掌握用74LS194设计任意模值的扭环计数器的方法 74LS161的逻辑功能示意图 74LS161的管脚排列 74LS161功能表 三、实验原理 ① 集成四位同步二进制加法计数器74LS161 74LS161时序波形图 利用161实现任意进制加法计数器 1)清零法 74LS161是异步清零,根据设计要求写反馈清零函数 上式中:"M"为所求计数器的模值,"……"为反馈的二进制代码 例:采用清零法,用161设计一个模11的加法计数器 2)置数法 当置数出初值为0时, 由于74LS161是同步置数,根据设计要求写反馈置数函数 "M"为计数器的模值. 例:采用置数法,用161设计一个0-9的加法计数器 返回 当置数的初值不为0 时,画出所要求的全部状态,在最后一个状态取反馈使LD为0即可.如:使用74LS161设计4-9的加法计数器. ② 4位二进制可逆(加减)计数器74LS191 74LS191是集成4位同步二进制加减计数器,可以执行十六进制加/减法计数及异步置数功能. 详细引脚功能参见课本 231页74LS191功能表 加计数器设计时,使用与非门,取'1'反馈 减计数器设计时,使用或门,取'0'反馈 在只提供二输入与非门的情况下,如何替代或门? i.移位寄存器的功能: 在数字系统中能寄存二进制信息,并进行移位的逻辑部件称为移位寄存器.Ii. 集成移位寄存器74LS194功能: 具有 左移位、 右移位、清零、数据并入/并出、并入/串出等多种功能. ③移位寄存器74LS194 iii、74LS194的功能表 d0 0 0 0 * 保持******01左移输入0 0 Q3 Q2 Q1 * * * * * 1 1 左移输入1 1 Q3 Q2 Q1 * * * * * 1 0 1 1 右移输入0 Q2 Q1 Q0 0 * * * * 0 * 1 0 1 右移输入1 Q2 Q1 Q0 1 * * * * 1 * 1 0 1 并行置数 d3 d2 d1 d0 d3 d2 d1 * * 1 1 1 保持******0**1置零 0 0 0 0 * * * * * * * * * 0 Q3 Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D0 DSR DSL CP M0 M1 CR 说明 输出输入Q3 Q2 Q1 Q0 M1 M0 DSL DSR CP CR CT74LS194 D3 D2 D1 D0 CR 74LS194构成的顺序脉冲发生器及其波形 iv. 移位寄存器的应用 : 移位寄存器构成的计数器在实际工程中经常用到. 如用移位存器构成环形计数器、扭环形计数器和顺序脉冲发生器等. 74LS194构成的七进制扭环形计数器 74LS194构成的六进制扭环形计数器 请根据移位原理,自行推导其工作过程 13进制扭环计数器及其状态转换表 移位寄存器的级联 V.双向移位寄存器设计 工作原理:当X=1时,M1=0,M0=1,执行右移功能;n=3,其模值M=2*3=6;当X=1时,M1=1,M0=0,执行左移功能.n=3,其模值M=2*3-1=5. n :代表环内包围的输出端的个数;如果是通过二输入与非门取反馈作移入数据,则为奇数模,M=2n-1如果是通过非门取反馈作移入数据,则为偶数模,M=2n. ④ 显示及译码 计数器输出端的状态反映了计数脉冲的多少 ,通过译码器和显示器把计数器的输出显示为相应的数. LED发光二极管也用作计数器状态显示,但读取状态时不如数码管直观. 二---十进制译码器用于将二---十进制代码译成十进制数字,去驱动十进制的数字显示器件,显示0~9十个数字.数码管是一种常用的数字显示器件. 数码管段结构 计数、译码、显示接口图 实验箱上已将译码器芯片和数码管连接好,实验时只要将十进制计数器的输出端Q3Q2Q1Q0直接连接到译码器的相应输入端DCBA,即可显示数字0—9 . 数码管显示方式 LED显示方式 二进制计数器的输出端Q3Q2Q1Q0直接连接四个LED灯,通过LED灯的亮灭,即可反映计数器的状态 . 计数器 CP 数码管只能显示0-9对应的二进制信息 LED能显示任意的二进制信息 计数器又称分频器,N进制计数器的进位输出脉冲就是输入脉冲的N分频. N进制计数器可直接作N分频器. 计数器的有效状态数、模数和分频系数是同一含义. 分频器 计数器的Q3Q2Q1Q0输出分别对应16分频、8分频、4分频、2分频、 四、设计任务与要求 3. 用74LS191及74LS00设计一个9—4的减法计数器.通过LED或数码管观察并记录实验结果; 4.用74LS194及74LS00设计一双向移位扭环形计数器,要求右移时M=7,左移时M=8,通过LED观察并记录实验结果. 1. 用74LS161及74LS00设计一个3—B的加法计数器,通过LED并记录实验结果; 2. 用74LS191及74 LS00设计一个2—9的加法计数器.通过LED或数码管观察并记录实验结果; 在只提供二输入与非门的情况下,如何替代三输入与非门? 注:为便于观察记录实验现象,CP可选用1Hz、2Hz连续脉冲,或选用单次脉冲; 一、如何用二输入与非门代换三输入与非门? 二、如何用与非门替代或门? 注意:在实验室只提供了74LS00二输入与非门,若设计中出现了三输入与非门,或者或门,均需适当变换表达式,通过二输入与非门74LS00实现. 五、思考题 2片161最大可以实现多少分频?共阴极和共阳极数码管有何区别? 六、预习要求 1、复习有关计数器部分内容,了解74LS161、74LS191的功能.2、 拟出实验中所需测试表格.3、 能画出用74LS161、74LS191整体反馈置数的方 法构成不同进制的电路图.