实验六

实验六计数器综合应用

一实验目的

1分析集成同步十进制计数器的逻辑功能。

2学会用集成同步十进制计数器来构成其它进制的计数器。

二实验仪器

安装有Multisim10的个人电脑

三实验原理

本实验采用74LSl60同步十进制计数器。图6-1是由74LSl60等构建的同步十进制循环计数器。

图中，74LSl60的A、B、C、D端是计数器输入端；QA、QB、QC、QD端是计数器输出端；ENP与ENT是功能控制端，两端任何一端为低电平，计数器保持状态，只有ENP与ENT都为高电平，才能计数；～LOAD是预置端，低电位为预置数，当～LOAD为低电位，在CLK的作用下QA、QB、QC、QD的数值为A、B、C、D的数值；～CLR为置零端，低电位时清零；当EN当、ENT、～LOAD、～LOAD皆为高电位时，计数器处于循环计数状态。另外，V1是计数器时钟源，U2是带译码器的数码管显示器。

四实验步骤

(一)同步十进制计数器测试

1同步十进制计数器实验电路图如图6-2。

2打开Multisim10工作界面，从TTL元件库中取出74LS160, 从显示器件库中取出带译码器的四脚显示数码管，从仪器库中取出逻辑分析仪等，按图6-2连接好。

3调整V1时钟频率为100Hz，打开工作开关。计数器运转正常后，进行下列测试

图6-2

4打开逻辑分析仪，时钟频率设置Extemal与V1相同，观察数码管数字变化与逻辑分析仪波形变化。画出一个计数周期QA、QB、QC、QD及时钟波形时序图。根据时序图分析计数器计数规律。

计数器计数规律如下：

十进制计数器是在二进制计数器的基础上得出的，用四位二进制数来代表十进制的每一位数。在CP作用下，计数器的状态Q3、Q2、Q1 Q0 按照0000→0001→ … →1001→0000循环，这十个状态称为有效状态。1010、1011、1100、1101、1110、1111六个状态称为无效状态。

观察波形可以得出如下的状态转换表：

CP顺序触发器状态等效十进QD QC QB QA

制

0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 1

2 0 0 1 0 2

3 0 0 1 1 3

4 0 1 0 0 4

5 0 1 0 1 5

6 0 1 1 0 6

7 0 1 1 1 7

8 1 0 0 0 8

9 1 0 0 1 9

10 0 0 0 0 0

分析：本计数器的作用是实现0~9这十个数字状态的循环显示，从而构成了同步十进制计数器。

（功能表如下表所示）：

(二)用反馈法将74160构成同步六进制计数器

1打开Multisim10平台，复制图二计数器，再从TTL元件库取出与非门一个，修改连线，重新构建如图6-3模式的同步六进制计数器。2打开逻辑分析仪，观察时钟、QA、QB、QC、QD波形变化，并画出时间波形图。

观察波形可以得出如下的状态转换表：

CP顺序触发器状态等效十进

制

QD QC QB QA

0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 1 1

2 0 0 1 0 2

3 0 0 1 1 3

4 0 1 0 0 4

5 0 1 0 1 5

6 0 0 0 0 0

分析：本计数器的作用是实现0~5这六个数字状态的循环显示，从而构成了同步六进制计数器。

3比较同步十进制与六进制计数器构建、时间波形图有什么不同。

提示：图6-3采用的是置数法构建六进制计数器，也可以采用置零法构建。

答：同步十进制计数器采用的是置零法构建，而同步六进制计数器则采用置数法构建。六进制的A，B，C，D端接地，而十进制不接。

时间波形图十进制计数器是十一个状态为一个周期，而六进制计数器则是七个状态为一个周期。六进制计数器的5端时序波形是一直线；而十进制计数器的3，5端时序波形是一直线。

图6-3

(三)利用反馈复位法，自行设计一个任意进制的计数器，并运行观察并验证计数功能。

1置零法

2置数法

同步置数七进制：

五分析思考

1构建计数器的计数进制的要点是什么?

答:在设计N进制计数器时，需要掌握的要点如下：

（1）芯片数量、类型的确定：当N≤M（M是该芯片的计数器的状态数）。只需一片模M半数器。若N＞M，则需要多片芯片；若以十进制显示则应用十进制集成计数器。当电路对工作速度有要求时，则可使用同步计数器，否则可任选。

（2）集成计数器功能需要掌握:

①知道计数器出现翻转时刻是在CP的上升沿还是下降沿；

②知道计数器清零、置数是同步还是异步，是高电平还是低电平有效；

③知道集成计数器的计数时序；

2计数循环的显示包含哪几个组合逻辑的功能环节?

答:包含四个组合逻辑的功能环节：

①计数脉冲由单次脉冲源提供；

②清零端CR、置数控制端LD、工作状态控制端CT P、CT T ；

③并行数据输入端D3—D4,分别接逻辑电平开关；

④进位信号输出端CO、计数器状态输出端Q3—Q0,均接逻辑电平显示。

3使用置零法与置数法构建计数器有什么不同?

答：（1）采用置零法：

从0000开始计数，当计数到1000后，当第九个CP脉冲到来时有一个短暂1001的状态接着在下一个脉冲到来前清零输出0000，接着继续进行计数。

（2）采用置数法：

从0000开始计数，当计数到1000后，当第九个CP脉冲到来时就直接从输出端口输出预先设置的值，这里是0000。

两者的区别是：前者是通过清零回到计数开始处，后者是通过直接输出预先设置的值。