计数器的设计(完)

实验五计数器的设计

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一、实验目的

1、熟悉J-K 触发器的逻辑功能

2、掌握J-K 触发器构成异步计数器和同步计数器

二、实验仪器及器件

1、实验箱、万用表、示波器

2、74LS73，74LS00，74LS08，74LS20

三、实验原理

本实验采用集成J-K 触发器74LS73 构成时序电路，其符号、功能、特性方程和状态转换图见下图：

符号： JK 触发器功能表：

表达式：Q n+1=JQ n+KQ n

状态转换图：

主从结构的J-K 触发器在结构上和制造工艺的要求尚还有缺点，使用时要求的工作条件较严格，负载能力也往往达不到理论值。在门电路中往往认为输入端悬空相当于接了高电平，在短时间的试验期间不会出错。但在J-K 触发器中，凡是要求接“1”的，一定要接入高电平，否则会出现错误的翻转。触发器的两个输出的负载过分悬殊，也会出现误翻。J-K 触发器的清零输入端在工作时一定要接高电平或连接到试验箱的清零端子。

下面简要的介绍时序逻辑电路的设计步骤，如下图所示

四、实验内容

1.用J-K 触发器设计一个16进制异步计数器，用逻辑分析仪观察CP和各输出的波形。

逻辑图：

实际波形图：

2.用J-K 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。

逻辑图：

实际波形图：

3. 用J-K 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（详

见实验四表二）的二进制四位计数器模仿74LS194功能。（注:在实验箱上可只实现左移或右移功能，在proteus 软件上可实现对五个功能的综合实现）

ABCD ，

输出为Q A Q B Q C Q D ,因此可以写出 SL S S A S S Q S S Q S S Q B A A 01010101+++=

A C

B B Q S S B S S Q S S Q S S Q 01010101+++=

B D

C C Q S S C S S Q S S Q S S Q 01010101+++=

C D D Q S S D S S SR S S Q S S Q 01010101+++= 由J-K 触发器的特性方程 n n 1n Q K Q J Q +=+

所以可求得

A Q K J ==33

B Q K J ==22

C Q K J ==11

D Q K J ==00

由上述方程画出逻辑图，如下

模拟仿真，（将A=0，B=C=D=1）（ABCD 分别对应A0A1A2A3） 1）S1=S0=1时，实现并行送数；

2）S1=1，S0=0时，实现左移，为了让效果更加显著，我把其左移实现为循

环左移，将SR 置为Q A ； 逻辑图：

模拟波形图：（从0111->1110->1101->1011->0111）

3）S1=0，S0=1时，实现右移，为了让效果更加显著，我把其右移实现为循

；

环右移，将SL置为Q

D

逻辑图：

模拟波形图：（从0111->1011->1101->1110->0111）

4）S1=S0=0时，实现保持功能，为了让其更加容易看出，我将从右移过程中实现保持功能；

模拟波形图：（1011->1101->1110->0111->1011->1011->1011…）

4. 用J-K 触发器和门电路设计一个特殊的12 进制计数器，其十进制的状态转换图为：

（1）根据实验要求可以的该特殊十二进制计数器状态转换图。

（2）由图可知，所需触发器个数为4。

（3）画出次态卡诺图。

（4）画出各个触发器的卡诺图，并列出其各自的特性方程。

1011

1100

1010

1001

x x x 0001 0111 1000 0110 0101 0011 0100 0010 X 00 01 10

11 00 01 10 11

Q 3n Q 2

n Q 1n Q 0n

（5）模拟电路图和模拟波形图：

（6）实际波形图：

5. 考虑增加一个控制变量D ，当D = 0 时，计数器按内容4方式(顺时针)运行，当D =

1 时，无论计数器当前处于什么 状态，计数器按内容4的反方向(逆时针)运行。本题为附加内容，因接线复杂，可用模拟软件测试结果。

由计数器按内容4的反方向，因此可得： （1） 次态卡诺图

（2） 画出各个触发器的卡诺图，并列出其各自的特性方程。

1001 1010 1000 0111 x x x 1011 0101 0110 0100 0011 0001 0010 1100 X 00 01

10 11 00 01 10

11 Q 3n Q 2n Q 1n Q 0n

（3）顺逆时针方向组合方程

由D*顺时针方程+D*逆时针方程可得

J

0=K

=1

J

1=K

1

=DQ

+DQ

J

2=DQ

1

Q

+DQ

1

Q

Q

3

K

2

=D(Q

3

+Q

1

Q

)+DQ

1

Q

J

3=DQ

2

Q

1

Q

+D(Q

1

+Q

2

) K

3

=DQ

2

+D(Q

2

+Q

1

+Q

)

（4）模拟电路图和模拟波形图

当D=0时，计数从1到12

当D=1时，计数从12到1

五、实验心得

本次实验在第一节实验课时，由于未讲到时序逻辑电路的设计，实验中存在较多问题。