实验五 计数器的设计——实验报告

实验五计数器的设计——实验报告

邱兆丰15331260

一、实验目的和要求

1．熟悉JK触发器的逻辑功能。

2．掌握用JK触发器设计同步计数器。

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

1．计数器的工作原理

递增计数器----每来一个CP，触发器的组成状态按二进制代码规律增加。递减计数器-----按二进制代码规律减少。

双向计数器-----可增可减，由控制端来决定。

2．集成J-K触发器74LS73

⑴符号：

图1 J-K触发器符号⑵功能：

表1 J-K触发器功能表

⑶状态转换图：

图2 J-K触发器状态转换图

⑷特性方程：

+1

n Q

n

n

Q+

=

J

K

Q

⑸注意事项：

①在J-K触发器中，凡是要求接“1”的，一定要接高电平（例如5V），否则会出现错误的翻转。

①触发器的两个输出负载不能过分悬殊，否则会出现误翻。

②J-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实验箱的

清零端子。

3．时序电路的设计步骤

内容见实验预习。

四、实验内容

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

2．用JK触发器设计一个16进制同步计数器，用逻辑分析仪观察CP和各输出波形。

3．设计一个仿74LS194

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：

5.考虑增加一个控制变量D，当D=0时，计数器按自定义内容运行，当D=1时，反方向运行

五、实验设计及数据与处理

实验一

16进制异步计数器

设计原理：除最低级外，每一级触发器用上一级触发器的输出作时钟输入，JK都接HIGH，使得低一级的触发器从1变0时高一级触发器恰好接收下降沿信号实现输出翻转。

实验二

16进制同步计数器

设计原理：除最低级外，每一级的JK输入都为所有低级的输出的“与”运算结果

实验三

仿74LS194

设计原理：前两个开关作选择端输入，下面四个开关模仿预置数输入，再下面两个

开关模仿左移、右移的输入，最后一个开关模仿清零输入。四个触发器用同一时钟输入作CLK 输入。用2个非门与三个与门做成了一个简单译码器。对于每一个触发器，JK 输入总为一对相反值，即总是让输入值作为输出值输入。对于每一个输入，当模式“重置”输出为1时，其与预置值结果即触发器输入；当模式“右移”、“左移”输出为1时，其值为上一位或下一位对应值；当各模式输出均为0时各触发器输入为0，使输出为0。

实验四

设计原理：

在12进制同步计数器中，输出的状态只由前一周期的状态决定，而与外来输入无关，因此目标电路为Moore 型。而数字电路只有0和1两种状态，因此目标电路要表达12种状态需要用4个变量1Q 、2Q 、3Q 、4Q 的16种组合中的12种。现定义十进制数01~12的

对应二进制数为输出状态，可得目标电路的状态转换表如下：

表2 12进制同步计数器状态状态转换表

本实验选择J-K 触发器，根据状态转换表以及J-K 触发器特性方程：

n n n Q K Q J Q +=+1

得到目标电路方程如下：

输出方程：n n Q Y 00=、n n Q Y 11=、n

n Q Y 22=、n n Q Y 33=

驱动方程：Q 0一个CP 发生一次变化，因此

100==K J 。

Q 1每当Q 0为1时，发生变化，因此

n

Q K J 0

11==。 Q 2在Q 1Q 0都为1以及12（即1100的时候）发生变化，因此 J 2 = K 2 =Q 1n Q 0n +Q 3n Q 2n

Q 3在Q 2 Q 1Q 0都为1的时候，以及12的时候发生变化，因此 J 3=K 3=Q 0n Q 1n Q 2n +Q 3n Q 2n 。

状态方程：n n n Q K Q J Q 000010+=+

n n n Q K Q J Q 111111+=+

n

n n Q K Q J Q 222212+=+

n n n Q K Q J Q 333313+=+

（2）由以上三种方程可以画出逻辑图如下：

实验五

由于电脑重装原来打的文件没了，照一下实验报告里的

五、实验心得与体会

1、通过此次实验对于触发器的逻辑功能有了更深的了解，学会了用J—K触发器实现同步电路或者异步电路，并且可以用多种方法完成这次实验。除了上述方法，也可以采用四个触发器实现1——15计数的电路，并对其进行改进，使其在13（即1101的时候），Q3Q2进行清零。当然，达到相同目的的J和K也

是不唯一的。

2、在使用触发器前，要对其进行检查。具体方法是将J、K以及清零端接高电平，C1接CP，将Q接led灯，若灯每次状态都发生改变，则证明触发器没有问题。在实验中若是出现了问题，要进行故障检查。有以下的检查方法

⑴查线法

由于在实验中大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路各脚是否与插座插牢、集成电路是否插反等。

⑵观察法

用万用表直接测量各集成块的Vcc端是否加上电源电压；输入信号、时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出故障是否由插座、集成块引脚连接线等原因造成的故障。

3、在此次实验中，最容易发生的错误就是弄混了Q与Q反向。在实验前一定要观察触发器的结构，使其与功能图相对应。作为端口输出的时候，也一定要检查，输出的是Q还是Q反。