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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/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

Q3nQ2nQ1nQ0n A=0（实现加法） A=1（实现减法）

CP3CP2CP1CP0 Q3n 1Q2n 1Q1n 1Q0n 1 CP3CP2CP1CP0 Q3n 1Q2n1Q1n 1Q0n 1

0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1

0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0

0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0

0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1

0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0

1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1

1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0

1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1

1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0

1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1

1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0

1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1

1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 3 2. 根据状态表画卡诺图确定各触发器的时钟信号方程：

由卡诺图化简可得各触发器的时钟信号方程为：

CP3 AQ2n AQ2n A Q2n

CP2 AQ1n AQ1n A Q1n

CP1 AQ0n AQ0n A Q0n

CP0 为输入脉冲信号。

各触发器的输出信号为： 各触发器的激励方程为：

CP3 Q2n A

0 01

0 1

1 1 0

CP1 Q0n 0 1

A

0 0 1

1 1 0

Q2n 1 D2 Q2n

Q3、 Q2 、 Q1、 Q0

Q1n 1 D1 Q1n 4 各触发器的状态方程为：

Q3n 1 D3CP3 Q3nCP3 Q3nCP3 Q3n CP3

Q2n 1 D2CP2 Q2nCP2 Q2nCP2 Q2nCP2

Q1n 1 D1CP1 Q1nCP1 Q1nCP1 Q1nCP1

Q0n 1 D0CP0 Q0nCP0 Q0nCP0 Q0nCP0

作状态转换图：

Q3Q2Q1Q

0000 01 0001 01 0010 10 0011

11

1110

作逻辑电路图：

Q3 Q Q1 0 0 1111

11 0 1 1 0

1010 10 1001 0 1000 0

010

1 0

0101

0 1

1101 1 0

011

0 1

1100

0

1011 0 1

0111

0 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：

R A

YB

1 1

1

B

Q2

Q1

5V

Q0

CP0 7

【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“ U cc ”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： 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）

Q3nQ2nQ1nQ0n Q3n 1Q2n 1Q1n 1Q0n 1 Q3n 1Q2n 1Q1n 1Q0n 1

0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1

0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0

0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1

0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0

0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0

0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1

0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0

1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1

1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0

1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1

1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0

1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1

1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0

1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1

1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0

实验结果分析】

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