数字电子技术基础电子教案项目四多功能数字钟的设计与调试

教学目标知识目标：了解时序逻辑电路的基本结构及特点；了解时序逻辑电路的分析和设计；了解寄存器和移位寄存器的逻辑功能。

能力目标：掌握常用计数器芯片的使用；掌握任意进制计数器的设计方法；掌握寄存器和移位寄存器的简单应用；能使用仿真软件进行计数器应用电路的设计。

素质目标：具有较扎实的基本功和良好的职业素养，具有较强的独立工作能力和创新精神。

教学

重点

集成计数器等器件的应用

教学

难点

时序电路的分析。

教学

手段

实物演示；教学板书；录像插件；电子课件。

教学

学时

16

教学内容与教学过程设计注释

项目四多功能数字钟的设计与调试

任务一仿真测试十进制计数器的逻辑功能

〖任务目标〗

计数器是数字系统中应用最多的典型时序电路，它不仅具有计数功能，还可以用于定时、

分频、产生序列脉冲等。现在，计数器电路已经大规模集成化了，做成现成的集成电路芯片

供人们使用。本任务就是通过仿真测试的方式，学习计数器以及时序电路的基本知识。

〖知识链接〗

一、时序逻辑电路的基本结构及特点

（一）时序逻辑电路的基本结构

时序逻辑电路的基本结构框图如图4-3所示。

图4-3 时序电路基本结构框图

（二）时序逻辑电路的特点

（1）时序逻辑电路往往包含组合逻辑电路和存储电路两部分，而存储电路是必不可少的。

（2）在存储元件的输出和电路输入之间存在反馈连接,存储电路输出的状态必须反馈到输入端，与输入信号一起共同决定组合逻辑电路的输出。

（三）时序逻辑电路逻辑功能的表示形式

1.状态转换表

将任何一组输入变量及电路现态（初态）的取值代人状态方程和输出方程，即可算出电路的次态和输出值；所得到的次态又成为新的现态，和这时的输入变量取值一起，再代入状态方程和输出方程进行计算，又可得到一组新的次态和输出值。

2.状态转换图

将状态转换表的形式表示为状态转换图是以小圆圈表示电路的各个状态，圆圈中填入存讲解时序逻辑电路的基本结构及特点。

（一）异步计数器

1.异步二进制计数器

（1）异步二进制加法计数器

图4-2 13位二进制加法计数器逻辑图

（2）异步二进制减法计数器

图4-24 4位二进制减法计数器的逻辑图

2.异步十进制加法计数器

异步十进制加法计数器是在4位异步二进制加法计数器的基础上经过适当修改获得的。它跳过了1010～1111六个状态，利用自然二进制数的前十个状态0000～1001实现十进制计数。

（二）同步计数器

1.同步二进制计数器

（1）同步二进制加法计数器

如图4-28所示为由JK触发器组成的4位同步二进制加法计数器，由下降沿触发。

图4-28 4位同步二进制加法计数器逻辑图

(2)同步二进制减法计数器

2.同步十进制加法计数器

四、集成计数器及应用

1.74LS161集成计数器功能介绍

(1)异步清零。

(2)同步并行置数。

(3)计数。

(4)保持。

2.集成异步计数器74LS90功能介绍

(1)异步清零。只要R0(1)=R0(2)＝1，R9(1)·R9(2)＝0，输出QDQCQBQA＝0000，不受CP控制，因而是异步清零。以8421BCD码异步十进制计数器为例讲解。

参照同步二进制加法计数器的分析方法分析其工作原理。

图4-52 单拍工作方式4位基本寄存器电路

2.双拍工作方式基本寄存器

图4-53 双拍工作方式4位基本寄存器逻辑图

(1)清零。(2)送数。(3)保持。

二、移位寄存器

1.单向移位寄存器

主要特点。

（1）单向移位寄存器中的数码，在CP脉冲操作下，可以依次右移或左移。

（2）n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码。n个CP脉冲即可完成串行输入工作，此后可从Q0～Qn-1端获得并行的n位二进制数码，再用n个CP脉冲又可实现串行输出操作。

（3）若串行输入端状态为0，则n个CP脉冲后，寄存器便被清零。

2.双向移位寄存器

把左移移位寄存器和右移移位寄存器组合起来，加上移位方向控制信号，便可方便地构成双向移位寄存器。

3.集成移位寄存器

三、寄存器的应用

1.环形计数器

环形计数器实际上是一个自循环的移位寄存器。根据初始状态设置的不同，在输入计数脉冲CP的作用下，环形计数器的有效状态可以循环移位一个1，也可以循环移位一个0。

在图4-54所示的4位右移移位寄存器中，若把触发器F3的输出端Q3接到F0的输入端D0便构成了一个4位环形计数器，如图4-58所示。

图4-58 移位寄存器型环形计数器

2.扭环形计数器

扭环形计数器的特点是计数器每次状态变化时仅有一个触发器翻转，因此译码时不存在竞争冒险。其缺点是仍然没有能够利用触发器的所有状态，n位扭环形计数器只有2n个有效状态，有2n-2n个状态没有利用。