同步计数器.docx
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同步计数器.docx
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同步计数器
实验报告
SUNYAT-SENUNIVERSITY
院(系)信息科学与技术学院学号审批
专业计算机科学类实验人
实验题目:
计数器的设计年月日
1、实验目的
熟悉J-K触发器的逻辑功能,掌握J-K触发器构成同步计数器。
2、实验仪器及器件
Proteus7.10
实验箱、示波器
74LS73,74LS00,74LS08,74LS20
3、实验原理
采用集成J-K触发器74LS73构成时序电路。
J-K触发器的符号,功能,特性方程及状态转换图见下图
四、实验内容
1、利用四个J-K触发器和门电路设计一个16进制同步计数器
2、利用J-K触发器和门电路设计一个特殊的12进制计数器
3、考虑增加一个控制变量D,当D=0是,内容一的计数器顺时针运行,当D=1时,无论计数器当前处于什么状态,计数器逆时针运行。
5、实验分析
1、设计16进制同步计数器。
此时所有J-K触发器的时钟输入端都是相同的,所以我们要分析每一个的J、K输入端应输入什么。
输出状态图分析:
Presentstate
Nextstate
Q3
Q2
Q1
Q0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
0
0
0
0
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1
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1
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0
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1
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1
1
1
0
0
0
0
画Q0,Q1,Q2,Q3的卡诺图:
Q1Q0
Q3Q200011110
1
1
1
1
1
1
1
1
00Q0(N+1)=~Q0;
01所以J0=1,K0=1;
11
10
Q1Q0
Q3Q200011110
1
1
1
1
1
1
1
1
00
01Q1(N+1)=~Q1Q0+Q1(~Q0)
11所以J1=K1=Q0;
10
Q1Q0
Q3Q200011110
1
1
1
1
1
1
1
1
00
01Q2(N+1)=Q2(~Q1+(~Q0))+
11Q1Q0(~Q2)
10所以J2=K2=Q1Q0;
Q1Q0
Q3Q200011110
1
1
1
1
1
1
1
1
00Q3=Q3((~Q2)+(~Q1)+(~Q0)+(~Q3)
01Q2Q1Q0;
11所以J3=K3=Q3Q2Q1;
10
按照分析得出的J、k的表达式,利用门电路组合,连线。
实验图如下:
仿真结果如图:
2、设计特殊的12进制计数器,其状态装换图如下:
010203040506070809101112
其状态转换图如图
Presentstate
Nextstate
Q3
Q2
Q1
Q0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
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0
0
1
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1
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0
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0
0
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0
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0
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0
1
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0
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0
1
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0
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0
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1
0
1
0
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0
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1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
J-K触发器的转换表:
输出转换
触发器输入
Qn
Qn+1
J
k
0→0
0
X
0→1
1
X
1→0
X
1
1→1
X
0
J和K的卡诺图:
根据分析,通过门电路将Q进行组合得到J和K的输入。
实验过程中,四个J-K触发器的时钟都接连续脉冲,~CR接高电平,J、K根据分析的结果输入,然后在示波器上显示波形。
实验结果:
如图为16进制同步计数器的实验结果。
如图为特殊的12进制计数器的结果,其中D4为时钟信号。
实验过程出现的问题及解决方法:
·在设计12进制计数器的时候,刚开始使用计数器的分析方法来设计,但是循环中一直都会出现00,所以用状态转换器的方式实现。
·在分析J和K的输入时,刚开始用的是与16进制同步计数器同样的分析方式,就是写出Q的下一个状态的表达式,根据公式Qn+1=J(~Qn)+(~K)Qn来得到J和K,这种分析方式是可行的的,但是得出的结果较为复杂,所以改用直接分析J和K.
·在观察示波器显示的波形时,发现状态转换到09的时候就返回01。
分析状态转换图,得出K3的接线出错了,最后发现K3的输入接成~Q2Q3了。
3、
根据内容一的分析方法,当D为高时,状态转换与内容一相同,当D为低时,状态转换图和卡诺图的分析如下:
Presentstate
Nextstate
Q3
Q2
Q1
Q0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
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0
0
0
0
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0
0
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0
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1
1
1
1
1
1
1
0
根据上图得出的K和J的表达式,在proteus上实现,其中D用开关来控制输入。
得到的实验结果如下:
其中A0为时钟信号,A1为D的波形,A2,A3,A4,A5,分别为四个J-K触发器的输出端Q的波形。
先顺时针后逆时针:
D=0,输出数字逆时针循环:
D=1,输出数字顺时针循环:
实验总结与体会:
这次实验的16进制同步计数器和特殊的12进制计数器虽然在原理上相同,但是在分析上有所不同,如果设计12进制计数器的时候仍然用原来的分析方法,设计起来会比较复杂,所以要用另一种方法分析J、K的输入。
所以在分析问题时,要学会变换角度思考。
同步计数器的设计要一步一步分析J、K,不能凭主观的猜想就确定J、K的输入,一些简单的计数器可能凭感觉猜的出来,但出错的可能性很高,所以还是要脚踏实地,一步一步分析推导。
状态转换器虽然跳转的方式很多,但分析方法都一样,所以掌握了分析方法大多数的状态转换器的设计都是大同小异的。
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