中山大学数字电路实验九上课讲义

中山大学数字电路实
验九
学院：数据科学与计算机学院
专业.软件工程 姓名:****** 学号.*********
日期：2018年6月5日
实验内容：计数器的设计
预习报告
原理:
辱时宇逻辑电路的设汁流程
:设i 十耍求1——> 原始状态图1 ---------------------- >笊简状态图 => 粘
检査电路 能否自启
化简
—11 -1 \7
<=）㈣电路图 <
------------ 1 选触发器*求时钟、 输
出、状态.驰动方程
3、同步计数器和异步计数器
同步计数器的触发信号是同一个信号口具体来说，每…级的 触发器接的都是同一个CLK 信号。

异步讣数器的每•级的触发器的CLK 信号是不同的*触发器 状态变化不是同步的。

Q1H4 = JQ- + KQ"
CP
j
K Q
cy 1
0 0 0 0 保 丄
0 0 1 1 持 "T 0 1 0 0 清 1 0 1 1 0 零 t 1 0 0 1 置
1 0 t 1 位
j
1 1 0 1
1 1
t
1转
JKflt 发器功能
卷:
4、异步触发器：存在触发器逐级延迟问题。

同步计数器：各级触发器输出相差小，译码时能避免出现尖峰，但是电路实现较复杂。

二、预习报告
内容1 使用JK触发器设计一个16进制异步加法计数器，并用
逻辑分析仪观察并记录CP和每一位的输出波形。

1) 真值表：
1
1
11
2) JK
J0=K0=1
J i=K i=1
J2=K2=1
J3=K3=1
CLK由前一个触发器的输出连接(B o连接外部CLK ) 3) proteus 仿真
4) 波形图
从左到右依次为Q0Q1Q2Q3
VSM Logic
Analyser
A为外部CLK A1-A4分别为Q0Q1Q2Q3，成功实现。

内容2 使用JK 触发器设计一个16进制同步加法计数器，并用逻辑分 析仪观
察并记录CP 和每一位的输出波形。

1) 真值表同内容1. 2)
控制函数：
J )=K )=1 J i =K 1=Q o J?=K>=Q o Q 1
J 3 = K 3=Q O Q 1Q 2
所有触发器CLK 为同一个
3) Proteus 仿真
4)波形图
A 为 CLK A1-A4 分别为 Q 0Q 1Q 2Q
3
|ruH
.1.,,
丄 *
■ 4
K K B>
Mill
MAI
蛊錶需
VSM Logic Analyser
内容3 使用JK触发器和门电路设计实现一个二进制四位计数器模仿
74LS194功能（详见实验七表二）。

要求在实验箱上设计实现左移
或右移功能；在proteus软件上实现置零，保持，左移，右移，并行
送数功能。

1）功能表
2）逻辑表达式
保持：Q N+I = Q N
右移：Q3N+1= Q O , Q2N+1= Q3 , Q I N+1 = Q2 , Q O N+1= Q2
左移：Q3N+1= Q2 , Q2N+1= Q1 , Q1N+1= Q O ,Q O N+1= Q
并行送数：Q3N+1= A , Q2N+1= B , Q N+1 = C , Q N+1 = D
注意：由于用到了数据选择器，右边的Q n为数据选择器的输出而不是JK触发器的输出
3）Proteus 仿真
由于布局的原因，开关为00为并行送数，01为保持，10为左移，11为右移
A）并行送数
控制函数为：d = D n , K n = ' （D = A、B、C、D）
Proteus电路图：A、B、C、D为并行送数的数据
B）保持
控制函数为：Ji = Q n , K n ='
Proteus电路图：
C）左移
J3 = Q2 , K3 = 1
上=Q i , K2=i-.： - i
Ji = Q o, K i= '-'I
J b = Q3 , K）= k ：'
Proteus电路图:
D）右移
J3 = Q2 , K3 =卜！J2 = Q i , K2 = ' I
J = Q o, K i ='
J b = Q3 , K0 = k<-
Proteus电路图：
E）总图:
A
S0, B S1三个开关，CL 接所有JK 触发器的清零端，低电平有效。

（具体功能实现由 TA 检查） 内
容4
1、 用JK 触发器和门电路设计一个特殊的12进制同步计数器；
2、 用逻辑分析仪观察并记录 CP 和每一位的输出波形。

其中两个74LS153决定了使用哪个功能的四个JK 触发器
I … i ____ 一i_ _i
J
U1 1- -J
V
13(1 1X3
-
■
6H
1X0 1Y
1X1 1X2 1X1
-
2X0
2T
■y
11 ■
17 ■ 13"
■
■■
A
E
IE X
14"
羞
J
75 M
注意：这个12进制同步计数器没有00状态，要考虑自启动
1）状态图
0001 — 0010— 0011 — 0100— 0101 — 0110 T
；
1100 J1011J1010 J1001J1000J 0111
（2） 确定电路所需触发器数口
冇效状态为m=!2,求所需触发器数口n 2怪 m=i2 可 ft ）n=4
（3） R 出次态卡诺图
QJQJ
Q 2n+1= Q 1QbQ 2+(Q 3Qi+Q3Q 0)Q2
（4＞求出每个触发器的状态方程
-Q i n Qo n Q 3n
Q/^ 00
01
11 10
卫10“
00
01
11 10
00 01 11 10
Q 1n+1=Q 0Q l +Q D Q 1
00
01 11 10
Q 3n+1=Q 2Q s +Q 2Q 1Q 0Q 3
(5)求各浊发辭的隧动方樫
<v 炖
=
Q QI Q I ^Q,Q Q-I
Qj™*' 二Q[ Q Q Q^^ (Q )Q i ^O J Q Q JQ J
、Q3 的二 Q^Q 尹 Q^QiQjQn
J 产K 〔二Q°
J 2=Q [ Q ()K<= QjQ 1 十 Q /。

沪 Q 3Q11 Q° 导 Q2Q1Q )KE 》
1111
1
0000 1101 1110
1 I I
0001-^0010->0011-^0100^0101 ^0110 T I 1100^-1011^1010^1001^1000^-0111
(7)使用proteus 画出电路图：
(6)检查口启动
Q3Q2QQ
Q{Qo“
(1) 将设计同步计数器 (2)
控制方程
JK 触发器表达式: D=0时
J0 = =K0 = =1
J1 = =K0 = =Q0 J2 = =K2 = =Q1Q0 + Q3Q2 1 屮 J3
= =K3 = =Q2Q1Q0 + Q3Q2「"
D=1时 J0 = K0 = 1 J1 = K0 顽
J2 = K2 =丿 I “ + " W IQ0 J3 = K3 =丁厂沖 + ；
Q0
(8)波形图 A0-A3分别是D0D1D2D3 , A5 为时钟
使用Protues 实现一个有控制变量 D 的12进制计数 器， 并在
7段数码管上显示计数结果。

5
内容
Bed码个位与十位逻辑表达式: 个位：
B0 = Q0
B1 = Q3Q2 + Q1
B2 = Q2
B3 = Q3 ⑴
十位：
B0 = Q3(Q2+Q1)
B1 = B2 = B3 = 0
(3) 仿真电路：
触发器部分：
数据选择器跟数码管部分:
总图:
(4)
烧入BASYS 3电路板中(TA 检查)
实验箱实验报告
一、实验仪器及器件
1•数字电路实验箱、示波器、数字万用表。

2•器件：74LS73, 74LS00, 74LS08, 74LS20 等
二、正式实验
1、实验箱上实现左移或右移
Q? @ Qi Q O
按照电路图在实验箱上连线，结果由助教或老师检查。

内容4
1.用JK 触发器和门电路su -个特殊的口进制同步计数器;
2, 用逻辑分析仪观察并记录CP 和每一位的输出波形••
B ）用led 灯确认结果正确后连接示波器，观察波形:
A ）根据预习做的仿真电路在实验箱上连线
2、
led 灯观察是否正确右移（结果由 TA 检
查）
内容4在实验箱上的实现
DO为elk, D1D2D3D4分别是二进制数的Q0Q1Q2Q3实现十二进制循环
六、实验心得与体会
1•通过实验，我对计数器的设计有了很大的了解。

2•通过实验，我很好地掌握了JK触发器的工作原理。

3. 经过proteus仿真，很多元件的名称跟工作原理已经能记住了，但还有一部分元件比较陌生，不知道相应的接线口的功能。

4. 了解时钟工作的基本原理。