数电实验报告 实验五计数器的设计Word文件下载.docx
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最后通过门电路转化成格雷码(第一周实验)
通过4个74LS73级联,把每一级的Q作为下一级的CLK输入,可以产生周期1:
2:
4:
8的四组时钟信号
(2)电路设计
2.16进制同步计数器
(1)原理:
同步计数器需要共用同一组时钟输入,因此根据次态确定J、K真值。
次态表
当前状态
次态
Q3
Q2
Q1
Q0
1
(2)电路图设计
3.模仿74LS194功能
S0
S1
Y
X0
X1
X2
X3
而我们知道,实现四种功能时,JK的输入应该为:
功能
Jn
Kn
保持
Qn
——Jn
右移
Qn-1
左移
Qn+1
置数
Dn
实验室模型(仅实现右移)
原理:
Jn=Qn-1,Kn=————Qn-1,即Qn=Qn-1(CLK下降沿),即Qn是由上一个触发沿后Qn-1的状态所决定的,即实现了数据的右移。
电路设计图
4.12进制同步计数器(顺时针)
Q4
5.12进制同步计数器(逆时针)
(1)原理
6.切换控制12进制计数器
引入变量D
利用J=J01·
D+J02·
D’,控制各触发器的JK输入,实现顺时针、逆时针的切换
J.K具体表达式根据实验4.5可得
J0=1
K0=1
J1=Q0·
D’+Q0’·
D
K1=Q0·
D’+Q0·
J2=Q1Q0D’+(Q1Q0+Q3’Q1’Q0)D
K2=(Q1Q0+Q3Q1’Q0’)D’+q1’q0’d
J3=Q2Q1Q0D’+Q2’Q1’Q0D
K3=Q2Q1’Q0’D’+Q2’Q1’Q0’D
(2)电路设计图
【实验结果及其分析】
(1)实验波形
(2)分析与结论
观察波形,相位关系符合预期。
实验波形有毛刺,根据数字电路的竞争与冒险,毛刺的出现属于正常现象,将与同步计数器波形的毛刺比较,分析同步与异步计数器区别。
2.16进制同步计数器
察波形,相位关系符合预期。
实验波形有毛刺,根据数字电路的竞争与冒险,毛刺的出现属于正常现象。
和异步计数器波形比较,可以发现毛刺更少。
在异步计数器的设计中,如果Q0波形有毛刺,Q1~Q3必有毛刺。
而在同步计数器的设计中,Q0波形有毛刺,但是Q1~Q3波形出现毛刺的情况并不多。
从异步和同步计数器设计区别上分析,可以发现。
异步计数器的每一级触发器都会造成传输延迟时间的增加,Q0~Q3的传输延迟都不同,因此转化成格雷码的时候一定会引起毛刺。
但是同步计数器的结构特点能够避免每次的传输延迟不断增加,只会在CLK的基础上产生一次传输延迟,因此Q1~Q3的传输延迟时间和Q0接近,因此引起毛刺的概率大大减少。
从实验波形来看,同步计数器能够有效减少传输延迟带来的影响,这一点要优于异步计数器。
3.模仿74LS194功能(右移)
电路设计特点,Q0会维持8个时钟节拍(从74LS197的Q3接出)。
因此观察波形可以发现,每经历一次下降沿触发,Qk+1n+1=Qkn,下一路波形的高低电平是上一路波形的前一刻的波形,即实现了波形的右移。
4.十二进制同步计数器(顺时针)
根据波形绘制真值表
由真值表和波形不难看出,计数器实现了1234567891011121…..的十二进制顺时针循环
5.十二进制同步计数器(逆时针)
由真值表和波形不难看出,计数器实现了12111098765432112…..的十二进制逆时针循环
【实验心得】
1.掌握了计数器的基本设计思路(次态表、转化表、卡诺图、表达式、电路图)
2.通过设计同步、异步计数器,进一步了解了数字电路的竞争与冒险,并对于同步异步计数器的有点有进一步认识
3.实验二可以通过转化成简单的16进制再通过异或门产生格雷码,也可以通过新的次态表直接设计产生格雷码的的同步计数器。
但是实验目的需要研究同步、异步计数器在传输延迟上的差异,因此还是和实验一采用同样的方式,先产生16进制的8421码,再转化成格雷码
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