计数、译码、显示电路综合应用

实验十二计数、译码、显示综合应用一、实验目的掌握中规模集成计数器74LS161及七段译码器CD4511的逻辑功能，掌握共阴极七段显示器的使用方法，熟悉用示波器测试计数器输出波形的方法。二、实验原理计数、译码、显示电路是由计数器、译码器和显示器三部分电路组成的逻辑电路。下面分别加以介绍。1．计数器：计数器是一种中规模集成电路，其种类有很多。如果按照触发器翻转的次序分类，可分为同步计数器和异步计数器两种；如果按照计数数字的增减可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器三种；如果按照计数器进位规律又可分为二进制计数器、十进制计数器、可编程N进制计数器等多种。常用计数器均有典型产品，不须自己设计，只要合理选用即可。本实验选用四位二进制同步计数器74LS161做计数器，该计数器外加适当的反馈电路可以构成十六进制以内的任意进制计数器。图5-1是它的逻辑图。这个电路除了具有二进制加法计数功能外，还具有预置数、清零、保持的功能。图中LD是预置数控制端，D、C、B、A是预置数据输入端，DR是清零端，EP、ET是计数器使能控制端，RCO是进位信号输出端，它的主要功能有：①异步清零功能若DR=0(输出低电平)，则输出ＱDＱCＱBＱA=0000，除EP、ET信号外，与其它输入信号无关，也不需要CP脉冲的配合，所以称为“异步清零”。②同步并行置数功能在DR=1，且LD=0的条件下，当CP上升沿到来后，触发器ＱDＱCＱBＱA同时接收D、C、B、A输入端的并行数据。由于数据进入计数器需要CP脉冲的作用，所以称为“同步置数”，由于4个触发器同时置入，又称为“并行”。③保持功能在DR=1，LD=1的条件下，EP、ET两个使能端只要有一个低电平，计数器将处于数据保持状态，与CP及D、C、B、A输入无关。④计数功能在DR=1、LD=1、EP=1、ET=1的条件下，计数器对CP端输入脉冲进行计数，计数方式为二进制加法，状态变化在ＱDＱCＱBＱA=0000～1111间循环。74LS161的功能表详见表10-l所示。表10-174LS161的功能表清零预置使能时钟预置数据输出DRLDEPETCPDCBAQDQCQBQA01111×0111××××0××011×↑××↑××××DCBA××××××××××××0000DCBA保持保持计数本实验所需计数器是十进制计数器，必须对74LS161外加适当的反馈电路构成十进制计数器，状态变化在ＱDＱCＱBＱA=0000～1001间循环。用反馈的方法构成十进制计数器一般有两种形式，即和反馈置数法。反馈置零法是利用清除端DR构成，即：当QDQCQBQA=1010（十进制数10）时，通过反馈线强制计数器清零，如图10-2(a)所示。由于该电路会出现瞬间1010状态，会引起译码电路的误动作，因此很少被采用。反馈置数法是利用预置数端LD构成，把计数器输入端D1D2D2D3全部接地，当计数器计到1001（十进制数9）时，利用QDQA反馈线使预置端LD=0，则当第十个CP到来时，计数器输出端等于输入端电平，即：QD=QC=QB=QA=0，这样可以克服反馈置零法的缺点。利用预置端LD构成的计数器电路如图10-2(b)所示。反馈清零(a)反馈置数(b)图10－2用74161构成十进制计数器以上介绍的是一片计数器工作的情况。在实际应用中，往往需要用多片计数器构成多位计数器。下面介绍计数器的级联方法，级联可分串行进位和并行进位两种。二位十进制串行进位计数器的级联电路如图10-3所示，其缺点是速度较慢。二位十进制并行进位（也称超前进位）计数器的级联电路如图10-4所示，后者的进位速度比前者大大提高。图10－3串行进位式2位10进制计数器图10-4并行进位二位十进制计数器2．译码器：这里所说的译码器是将二进制码译成十进制数字符的器件。实验中选用的CD4511是一个BCD码七段译码器，并兼有驱动功能，内部没有限流电阻，与数码管相连接时，需要在每段输出接上限流电阻，见图10-5(a)所示。表10-2是CD4511功能表。3．显示器：显示器采用七段发光二极管显示器，它可直接显示出译码器输出的十进制数。七段发光显示器有共阳接法和共阴接法两种：共阳接法就是把发光二极管的阳极都接在一个公共点(＋5V），配套的译码器为74LS46，74LS47等；共阴接法则相反，它是把发光二极管的阴极都连在一起(接地)，配套的译码器为CD4511，74LS48等。七段显示器的外引线排列图如图10-5(b)所示。表10-2CD4511功能表十进制或功能输入BI输出字型LELTDCBAabcdefg012345678900000000001111111111000000010010001101000101011001111000100111111111111111110011000011011011111001011001110110110011111111000011111111111011消隐锁定灯测试×1×110××××××××××××01×0000000锁定在上一个LE=0时1111111三、实验内容1．测试74LS161的逻辑功能（计数、清除、置数、使能及进位等）。CP选用手动单次脉冲或1Hz正方波。输出接发光二极管LED显示。2．按图10-6组装十进制计数器，并接入译码显示电路。时钟选择1Hz正方波。观察电路的自动计数、译码、显示过程。3．（选做）将1Hz方波改为1kHz方波，用示波器分别测十进制计数器QD、QC、QB、QA的输出波形以及CP的波形，比较它们的时序关系。4．（选做）设计并组装六十进制计数器。要求当十位计数器数字为0时，显示器无显示。四、实验仪器1.电路实验箱2.数字万用表；示波器；3.计数器：74LS161×2译码器：CD4511×2四2输入与非门74LS00×11kΩ电阻×14五、实验要求1．画出十进制计数、译码、显示电路中各集成芯片之间的连接图。2．画出十进制计数器CP、QA、QB、QC、QD的五个波形的波形图，标出周期，并比较它们的相位关系。1．画出计数器输出的状态图。六、预习要求与思考题1．复习计数、译码和显示电路的工作原理。2．预习中规模集成计数器74LS161逻辑功能及使用方法。3．进一步了解CD4511译码器和共阴极七段显示器的工作原理和使用方法。4．绘出十进制计数、译码、显示电路中各集成芯片之间的连线图。5．用示波器观察CP、QD～QA波形时，要想使所有波形符合时序关系，应选择什么触发方式？如果你选用外触发方式，那么应取哪个信号作为外触发信号？七、注意事项1．为了防止干扰，集成电路不用的输入端不许悬空，必须做适当的处理。2．检查显示器各段好坏时，可与译码器CD4511连接后，用LT=0来实现，也可经电源+5V接1kΩ电阻限流后接到显示器各段检查。3．用示波器观察计数器输出波形QD～QA时，应选择外触发方式。八、实验报告1．写出实验目的、内容，写出设计过程，画出实验电路图。2．根据实验箱接线结果，绘制波形图，状态图。3．总结计数器和译码、显示电路的设计和使用的体会。