设计一个异步四位二进制计数器实验报告 捞金版

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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。

1

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 A=0（实现加法） A=1（实现减法） n1n1Q3nQ2nQ1nQ0n CPCPQ2n1Q1n1Q0n1 CPCPQ2n1Q1n1Q0n1 32CPCP10 Q332CPCP10 Q30 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0

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2. 根据状态表画卡诺图确定各触发器的时钟信号方程：

CP3QnCP22A01A001110

CP1Qn0A01001110

由卡诺图化简可得各触发器的时钟信号方程为：

CPAQnn2AQ2AQn32CPn2AQ1AQn1AQn1 CPAQn0AQn0AQn10CP0为输入脉冲信号。

各触发器的输出信号为：

Q3、Q2、Q1、Q0

各触发器的激励方程为：

Qn1n0D0Q0 Qn11D1Qn1 Qn12D2Qn2 Qn13Dn3Q3；

3

Qn101001110

各触发器的状态方程为：

nnnQ3n1D3CP3Q3CP3Q3CP3Q3CP3

Q2n1D2CP2Q2nCP2Q2nCP2Q2nCP2

nnnQ1n1DCPQCPQCPQ1111111CP1 nnnQ0n1D0CP0Q0CP0Q0CP0Q0CP0

作状态转换图：

Q3Q2Q1Q0A0000011111000010001010010010011100100110001011111101111100110100111101100011011作逻辑电路图：

Q0Q1101010101100101000Q2Q31DCP0计数脉冲Q1DQ1DRQ1DRQQFF0QQQFF3RDRDFF1=1=1RDDRFF2=1AR

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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。

5

利用两片74LS74芯片和一片CC4030芯片连接实验电路图：

RA5VY1B11Y1B5VQ3Q2Q15VQ0CP0

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【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“Ucc”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“Ucc”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CP0一次次输入脉冲信号，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：

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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） Q3nQ2nQ1nQ0n 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 Q3n1Q2n1Q1n1Q0n1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 Q3n1Q2n1Q1n1Q0n1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0

【实验结果分析】

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1. 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。

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