数电实验四

实验四：时序逻辑电路(集成寄存器和计数器)

一、实验目的：

1．熟悉中规模集成计数器的逻辑功能和使用方法；掌握用集成计数器组成任意模数为M的计数器。

2．加深理解移位寄存器的工作原理及逻辑功能描述；熟悉中规模集成移位寄存器的逻辑功能和使用方法；掌握用移位寄存器组成环形计数器的基本原理和设计方法。

二、知识点提示和实验原理：

㈠计数器：

计数器的应用十分广泛，不仅可用来计数，也可用于分频、定时和数字运算。计数器种类繁多，根据计数体制不同，计数器可分为二进制计数器和非二进制计数器两大类。在非二进制计数器中，最常用的是十进制计数器，其他的称为任意进制计数器。根据计数器的增减趋势的不同，计数器可分为加法计数器和减法计数器。根据计数脉冲引入方式不同，计数又可分为同步计数器和异步计数器。

在实际工程应用中，一般很少使用小规模的触发器组成计数器，而是直接选用中规模集成计数器。

用集成计数器实现任意M进制计数器：一般情况任意M进制计数器的结构分为3类，第一种是由集成二进制计数器构成，第二种为移位寄存器构成的移位寄存型计数器，第三种为集成触发器构成的简单专用计数器。

当M较小时通过对集成计数器的改造即可以实现，当M较大时，可通过多片计数器级联实现。

实现方法：(1)当所需计数器M值小于集成计数器本身二进制计数最大值时，用置数(清零)法构成任意进制计数器；⑵当所需计数器M值大于集成计数器本身二进制计数最大值时，可采用级联法构成任意进制计数器。

常用的中规模集成器件：4位二进制计数器74HC161，十进制计数器74HC160，加减计数器74HC191、74HC193,异步计数器74LS290。所有芯片的电路、功能表见教材。

㈡寄存器：

寄存器用来寄存二进制信息，将一些待运算的数据、代码或运算的中间结果暂时寄存起来。按功能划分，寄存器可分为数码寄存器和移位寄存器两大类。

数码寄存器用来存放数码，一般具有接收数码、保持并清除原有数码等功能，电路结构和工作原理郡比较简单。而移位寄存器除具有存放数码的功能以外，还具备将寄存的数码实现移位的功能，即在时钟脉冲CLK作用下，能够把寄存器中存放的数码依次左移或右移。由于将二进制数左移一位等于乘2。右移一位等于除2，因此，移位寄存器可用于二进制数的乘、除运算。按照所存放数码的输入、输出方式的不同，移位寄存器可有四种工作方式：串行输入、串行输出，串行输入、并行输出，并行输入、串行输出，并行输入、并行输出。

中规模集成4位双向移位寄存器74HC194 ,具有左移、右移、置数、保持和清除功能。74HC194的功能见教材。

三、 实验内容和实验步骤：

㈠ 实物实验内容：(2、5必做，其余选做)

①试用中规模集成计数器74HC161和与非门74HC00，设计11进制电路，测试4位二进制同步计数器74HC161(异步清除)的逻辑功能，使用同步预置、异步清零两种功能分别进行设计。要求用数码管显示，并用示波器观察进位输出端的状态。

②试用74HC161与门电路连接成异步六十进制计数器，并用数码管显示。

（数码管要显示的数值为0~59）

③设计一个74194的功能测试电路。其中CLK 接手控脉冲或1 Hz 方波信号，3210Q Q Q Q 、、、接发光二极管用于显示4位数码，RD 、S 1、S 2、D SL 、D SR 、D 0、D 1、D 2、D 3连接数据开关，作为清零、操作模式控制及数码输入。

④利用移位寄存器74HCl94设计一个能够自启动的4位环形计数器，并测试其输入CLK 和输出Q 1Q 2Q 3Q 4的同步波形图。

⑤用四位双向移位寄存器74HCl94和与非门74HC00设计一个节日彩灯电路。 要求：当输入连续脉冲肘，四个发光二极管(L 1～L 4)右移逐位亮，继而右移逐位灭。将实现结果绘制状态转换图。

四、 预习要求

1、了解74HC161的逻辑功能、功能表；掌握用已有的计数器设计任意进制计数器的构成方法；了解并行进位和串行进位两种设计方法。

2、了解中规模集成双向移位寄存器74HCl94逻辑功能，熟悉对它进行功能测试的电路；。 用74HC194设计电路。

3．写出检查所选器件逻辑功能的方法、步骤，列出选用器件的逻辑功能。根据选用的逻辑器件，按照实验任务设计电路，写出有关的逻辑函数式并画出电路图，并标注上管脚。

五、 实验总结、报告分析提示：

1．写出检查给定逻辑器件功能的方法，列出逻辑器件的逻辑功能。

2．简述设计时序逻辑电路的一般过程。

3．用给出的逻辑器件，根据设计要求写出设计过程，并画出设计好的电路图。

4．根据实验电路图，列出实际测试的真值表及有关数据。

六、 思考题：

1．边沿D 型触发器构成的异步三位二进制减法计数器应如何串接?

2．如何判断计数器能否自启动?

3．同步计数器与异步计数器有何区别?计数器与分频器有何区别?

设计所用芯片的管脚图自己查好，并画到预习报告上。

电子实验学习机上的数码管，除了最左边一个需要加74HC47来译码驱动外，其余都内部已经接好了74HC47，所以，可以直接用十进制数码（四位BCD 码）输入，同学做实验时，可以加以利用。