设计一个异步四位二进制计数器实验报告捞金版

1/广西大学实验报告纸_____________________________________________________________________姓名：曾宪金0802100513电气工程学院电气自动化类专业085班2009年12月18日实验内容___________________________________指导老师宋春宁【实验名称】设计一个异步四位二进制可逆计数器【实验目的】学习用集成触发器构成计数器的方法。【设计任务】用D触发器（74LS74）设计一个异步四位二进制可逆计数器。要求使用的集成电路芯片种类不超过3种。（提供器件：74LS74、CC4030）【实验用仪器、仪表】数字电路实验箱、万用表、74LS74、CC4030等。【设计过程】用四个D触发器串接起来可以构成四位二进制加法计数器（每个D触发器连接为'T触发器）。计数器的每级按逢二进一的计数规律，由低位向高位进位，可以对输入的一串脉冲进行计数，并以16为一个计数值环。其累计的脉冲数等于2n（n为计数的位数）。减法计数器的计数原理与加法计数器的计数原理相反。1.根据题意列出状态表，如表1。2令A=0时，计数器为加法计数器；A=1时，计数器为减法计数器。表1异步四位二进制可逆计数器状态表3210nnnnQQQQA=0（实现加法）A=1（实现减法）3210CPCPCPCP11113210nnnnQQQQ3210CPCPCPCP11113210nnnnQQQQ0000000100011111111100010011001000010000001000010011001100010011011101000001001001000001010101110011010100110110000101000110000101110011010101111111100000010110100000011001111101111001001110100001100010100001101100111001101101111100000110101100000111010111101111010011111000011100111000011111001111011111111100000001111032.根据状态表画卡诺图确定各触发器的时钟信号方程：3CPA112nQ000011A11002CP1nQ1100A11001CP0nQ1100由卡诺图化简可得各触发器的时钟信号方程为：3222nnnCPAQAQAQ2111nnnCPAQAQAQ1000nnnCPAQAQAQ0CP为输入脉冲信号。各触发器的输出信号为：3210QQQQ、、、各触发器的激励方程为：1000nnQDQ1111nnQDQ1222nnQDQ1333nnQDQ；4各触发器的状态方程为：1333333333nnnnQDCPQCPQCPQCP1222222222nnnnQDCPQCPQCPQCP1111111111nnnnQDCPQCPQCPQCP1000000000nnnnQDCPQCPQCPQCP作状态转换图：1011101010011000000100100011000000000011111111110000A3210QQQQ011101100100010100011111111110110111000001111作逻辑电路图：a11a223a3b1b256DR1Da11a223a3b1b256R1Da11a223a3b1b256DR1DRa11a223a3b1b256DR1D0Q1Q2Q3QAa11a223a3b1b256DR1D0CP0FF1FF2FF3FFQQQQQQQQ=1=1=1R计数脉冲5运用EWB5.0仿真平台仿真电路：该电路已在EWB5.0平台仿真通过。6利用两片74LS74芯片和一片CC4030芯片连接实验电路图：YYBB11115V5V5V0CP0QA1Q2Q3QR7【实验步骤】1.打开数字电路实验箱,观察实验箱，看本实验所用的芯片、电压接口（+5V）、接地接口的位置。2.按下开关按钮，检查74LS74和CC4030芯片是否正常。检验74LS174芯片是否正常的方法：将74LS74的“ccU”端接+5V，“GND”端接地。将芯片的一个D触发器的Q端和D端连接，这就把D触发器接成了'T触发器。然后把D触发器的控制端CP接输入脉冲信号，把输出端Q连接到发光二极管。若控制端CP每输入脉冲信号（上升沿），输出端D的输出信号翻转一次，则表示该D触发器正常。74LS74为双D触发器，芯片的两个触发器都必须检测是否正常。检验CC4030芯片是否正常的方法：将CC4030的“ccU”端接+5V，“GND”端接地。若芯片的异或门对应输入端输入不同信号，对应输出端（接发光二极管）发光二极管）为低电平（发光二极管不亮）；则对应异或门正常。3.按实验线路图所示接线，注意接线之前，必须检查导线是否正常。方法是：一只手拿住线的一端，另一段接发光二极管。若发光二极管发光，则导线正常导通；若不亮，则导线不正常导通。4.将芯片第一个控制端0CP一次次输入脉冲信号，查看输出端输出结果。输出端接发光二极管，若输出端所接的发光二极管亮则说明输出高电平，对应记录输出结果为“1”；发光二极管不亮则说明输出低电平，对应记录输出结果为“0”。5.将测得的实验结果记录在实验数据表格中。测量结果见下表：8表2异步四位二进制可逆计数器实验结果状态表初状态A=0（实现加法）A=1（实现减法）3210nnnnQQQQ11113210nnnnQQQQ11113210nnnnQQQQ000000011111000100100000001000110001001101000010010001010011010101100100011001110101011110000110100010010111100110101000101010111001101111001010110011011011110111101100111011111101111100001110【实验结果分析】91.实验记录的数据表格得出的状态表与设计过程中的状态表一致，理论与实际一致。说明实验成功的利用了74LS74与CC4030芯片设计出了一个异步四位二进制可逆计数器。2.实验结果可知：当将A置低电位时（A=0），进行加法计算，从0000加到1111，到达1111后又变回0000进行下一循环的加法计算。而将A置于高电位，则进行减法计算，从1111减值0000，到达0000后又变回1111进行下一循环的减法计算。各触发器的脉冲信号输入为异步输入，有四个脉冲信号输入端。对二进制进行加法和减法计算，即电路是一个异步四位二进制可逆计数器【实验总结】1.做实验设计时，应该按步骤设计：列真值表→根据真值表列出逻辑函数表达式并化简→根据化简了的逻辑表达式画出逻辑电路图→选择适当的电路芯片合理布线设计实验线路。2.实验设计选择电路芯片时，应该先了解芯片的构造，原理，主要用途。像本实验要求用74LS74和CC4030芯片。通过了解可知道到74LS151芯片是由两个D触发器构成（双D触发器），而CC4030芯片则是四个异或门。那以后的实验若要用到D触发器则可以尝试用74LS151芯片实现。3.做实验时发生了这样的情况：接脉冲信号的时候，有些同学将5V的电压接在脉冲信号输出端，这直接导致将脉冲信号芯片烧了。另外，有些同学输入脉冲信号，可是只有低位的两个二极管可以亮，高位的两个二极管始终不会亮。这就很有可能是异或门出了问题，脉冲信号无法冲到高位。这些问题都是我们实验时需要注意的。4.做实验时需要用到很多的连接导线，在连接导线时一定要小心、耐心，根据逻辑表达式可以直接接线，但是容易接错。最快捷的接法是将芯片引脚对应逻辑电路图的输入输出端分别编号，接线时就可以直接按编号接。5.本实验室的芯片管脚有时会出现接触不良的情况。若实验时检查接线已经正确而无法得到正确的实验结果，则可用手轻轻按压芯片检查一下芯片管脚是否出现接触不良的情况。