实验6(2) 计数器及应用
北京科技大学数电实验四 Quartus II集成计数器及移位寄存器应用
北京科技大学实验报告学院：高等工程师学院专业：自动化（卓越计划）班级：自E181姓名：杨威学号：41818074 实验日期：2020 年5月26日一、实验名称：集成计数器及其应用1、实验内容与要求（1）用74161和必要逻辑门设计一个带进位输出的10进制计数器，采用同步置数方法设计；（2）用两个74161和必要的逻辑门设计一个带进位输出的60进制秒计数器；2、实验相关知识与原理（1）74161是常用的同步集成计数器，4位2进制，同步预置，异步清零。
引脚图功能表其中X。
3、10进制计数器（1）实验设计1）确定输入/输出变量输入变量：时钟信号CLK、复位信号CLRN；输出变量：计数输出QD、QC、QB、QA，进位输出RCO，显示译码输出OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG2）计数范围：0000-10013）预置数值：00004）置数控制端LDN：计数到1001时输出低电平5）进位输出RCO：计数到1001时输出高电平画出如下状态转换表：CP QDQCQBQA0 00001 00012 00103 00114 01005 01016 01107 01117 10009 100110 0000（2）原理图截图仿真波形如下功能验证表格CLRN QD QC QB QA RCO0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 01 0 0 1 0 01 0 0 1 1 01 0 1 0 0 01 0 1 0 1 01 0 1 1 0 01 0 1 1 1 01 1 0 0 0 01 1 0 0 1 11 0 0 0 0 04、60进制秒计数器（1）实验设计1）确定输入/输出变量输入变量：时钟信号CLK、复位信号CLRN；输出变量：计数十位输出QD2、QC2、QB2、QA2和计数个位输出QD1、QC1、QB1、QA1，进位输出RCO2）计数范围：0000 0000-0101 10013）预置数值：0000 00004）置数控制端LDN1（个位）：计数到0101 1001时输出低电平5）清零端CLRN2（十位）：计数到0110时输出低电平6）ENT：个位计数到1001时输出高电平7）进位输出RCO：计数到1001时输出高电平画出如下状态转换表CP QD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1CPQD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA1CPQD2QC2QB2QA2QD1QC1QB1QA10 0000 0000 20 0010 0000 40 0100 00001 0000 0001 21 0010 0001 41 0100 00012 0000 0010 22 0010 0010 42 0100 00103 0000 0011 23 0010 0011 43 0100 00114 0000 0100 24 0010 0100 44 0100 01005 0000 0101 25 0010 0101 45 0100 01016 0000 0110 26 0010 0110 46 0100 01107 0000 0111 27 0010 0111 47 0100 01118 0000 1000 28 0010 1000 48 0100 10009 0000 1001 29 0010 1001 49 0100 100110 0001 0000 30 0011 0000 50 0101 000011 0001 0001 31 0011 0001 51 0101 000112 0001 0010 32 0011 0010 52 0101 001013 0001 0011 33 0011 0011 53 0101 001114 0001 0100 34 0011 0100 54 0101 010015 0001 0101 35 0011 0101 55 0101 010116 0001 0110 36 0011 0110 56 0101 011017 0001 0111 37 0011 0111 57 0101 011118 0001 1000 38 0011 1000 58 0101 100019 0001 1001 39 0011 1001 59 0101 100160 0000 0000 （2）设计原理图截图（3）实验仿真仿真波形：仿真结果表：5、实验思考题：（1）总结任意模计数器的设计方法。
实验6-集成计数器
&
G 10 G 17
& 1K
G3
G7 &
& G 18
1
FF 3 & 1J
C1 R
Q3
D3 G4 &
&
G 11 G 19
& 1K
CT P CT T
& 74160
G 20
CO
实验原理
芯片的应用：用74160组成任意模值计数器：
集成计数器可以加适当反馈电路后构成任意模值M计数器。 任意模值M计数器设计原理： 设：计数器的最大计数模值为M,若要得到一个模值为N(<M) 的计数器，则只要在M进制计数器的顺序计数过程中，设 法跳过（M-N)个状态，只在N个状态循环计数，就可以得 到计数模值不大于M的任意模值计数器。 通常中规模集成计数器都有清零、置数等多个控制端，因此 实现任意M计数的基本方法有两种：清零法和置数法。
实验原理
用74160组成任意模值计数器：
② .置数法:置数法和置零法不同，由于置数操作可以在任意
状态下进行，因此计数器不一定从全0状态开始计数。它 可以通过预置功能使计数器从某个预置状态Si开始计数， 计满N个状态后产生置数信号，使计数器进入预置状态Si， 然后再重复前面过程。 同步预置：置数（/LD)有效信号从Si+N-1状态译出，等下一 个CP到来时，才将预置数置入计数器，计数器在Si、 Si+1、┈Si+N-1共N个状态中循环。 异步预置：置数（/LD)有效信号从Si+N状态译出，当Si+N状 态一出现，置数信号立即就将预置数置入计数器，它不 受CP控制，所以Si+N状态只在极短的瞬间出现。稳定状 态中不包含Si+ N。
可编程控制技术(PLC)实验报告
学生实验报告实验课程名称可编程控制器原理开课实验室机电学院学院年级专业班学生姓名学号开课时间10 至11 学年第二学期实验一基本指令的编程练习（一）与或非逻辑功能实验一、实验任务及实验目的1、熟悉PLC实验装置及实验箱，S7-200系列编程控制器的外部接线方法2、了解编程软件STEP7的编程环境，软件的使用方法。
3、掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。
二、实验过程1：基本指令编程练习的实验面板图图6-1图中的接线孔，通过防转座插锁紧线与PLC的主机相应的输入输出插孔相接。
SBi+为输入点正，SBi-为输入点负，HLi+为输出点正，HLi-为输出点负。
上图中中间一排SB0～SB4、SQ0～SQ4为输入按键和开关，模拟开关量的输入。
左图中中间一排HL0～HL7是LED指示灯，接PLC主机输出端，用以模拟输出负载的通与断。
2、编制梯形图并写出程序通过程序判断Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4的输出状态，然后输入程序并运行，加以验证。
梯形图参考图图6-2 梯形图参考图表6-23、实验步骤梯形图中的SQ1、SQ3分别对应控制实验单元输入开关I0.1、I0.3。
通过专用的PC/PPI电缆连接计算机与PLC主机。
打开编程软件STEP7，逐条输入程序，检查无误后，将所编程序下载到主机内，并将可编程控制器主机上的STOP/RUN开关拨到RUN位置，运行指示灯点亮，表明程序开始运行，有关的指示灯将显示运行结果。
拨动输入开关SQ1、SQ3，观察输出指示灯Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4是否符合与、或非逻辑的正确结果三、实验结果及总结拨动输入开关SQ1、SQ3，观察输出指示灯Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4符合与、或非逻辑的正确结果通过实验，了解了PLC实验装置及实验箱，S7-200系列编程控制器的外部接线方法，熟悉了编程软件STEP7的编程环境，软件的使用方法，结合课本，使我们巩固了课本知识。
（二）定时器/计数器功能实验一、实验任务及实验目的掌握定时器、计数器的正确编程方法，并学会定时器和计数器扩展方法，用编程软件对可编程控制器的运行进行监控。
实验六基于Multisim8的简易数字频率计仿真
闸门
门控
B 放大 整形
S2
1000Tx
1Tx
10Tx 100Tx
÷10
÷10
计数锁存译码 显示系统
÷10
四、实验参考电路
（1）控制时序产生电路
图4.8.5 是由秒脉冲发生器（可由晶体振荡器和 多级分频器组成）和可重触发单稳态74LS123 组成
的控制时序产生电路。秒脉冲发生器产生脉冲宽度 为的定时脉冲，74LS123单稳态电路产生锁存和清 零脉冲。（仿真软件Multisim 8的元件库中，没有 74LS123单稳态电路，可用555定时器组成单稳态 电路）。 5V
4. 闸门电路
闸门电路由与门组成，该电路有两个输入端和一 个输出端，输入端的一端，接门控信号，另一端接 整形后的被测方波信号。闸门是否开通，受门控信 号的控制，当门控信号为高电平“1”时，闸门开启； 而门控信号为低电平“0”时，闸门关闭。显然，只 有在闸门开启的时间内，被测信号才能通过闸门进 入计数器，计数器计数时间就是闸门开启时间。可 见，门控信号的宽度一定时，闸门的输出值正比于 被测信号的频率，通过计数显示系统把闸门的输出 结果显示出来，就可以得到被测信号的频率。
5. 电子计数器测量周期
当被测信号频率比较低时，用测量周期的方法来 测量频率比直接测量频率有更高的准确度和分辨率， 且便于测量过程自动化。该测量方法在许多科学技 术领域中都得到普遍使用。图4.8.4是用电子计数器 测量信号周期的原理方框图。
晶振
Tx
时基 分频
1µs
S1 Tc
10µs 1ms 100µs Tx1
①可控制的计数、锁存、译码显示系统； ②石英晶体振荡器及分频系统（可用Multisim 8中
的函数发生器替代）；
数电实验内容1-6
实验1 实验仪器的使用及集成门电路逻辑功能的测试一、实验目的1．掌握数字逻辑实验箱、示波器的结构、基本功能和使用方法 2．掌握TTL 集成电路的使用规则与逻辑功能的测试方法 二、实验仪器及器件1．实验仪器：数字实验台、双踪示波器、万用表2．实验器件：74LS00一片、74LS20一片、74LS86一片、导线若干 三、实验内容1．DZX-1型数字电路实验台功能实验（1）利用实验台自带的数字电压/电流表测量实验台的直流电源、16位逻辑电平输出/输入（数据开关）的输出电压。
（2）将8段阴极与阳极数码显示输入开关分别与16位逻辑电平输出连接，手动拨动电平开关，观察数码显示，并将数码显示屏上的数字对应的各输入端的电平值记录下来。
2．VP-5566D 双踪示波器实验 （1）测量示波器方波校准信号将示波器的标准方波经探头接至X 端，观察并记录波形的纵向、横向占的方格数，并计算周期、频率、幅度。
（2）显示双踪波形利用实验台上的函数信号发生器产生频率为KHz 的连续脉冲并接至示波器X 端，示波器的标准方波接至Y 端，观察并记录两波形。
3．测试与非门的逻辑功能（1）将74LS20（4输入2与非门）中某个与非门的输入端分别接至四个逻辑开关，输出端Y 接发光二极管，改变输入状态的电平，观察并记录，列出真值表，并写出Y 的表达式。
a b c d e f g ha b c d af be f g hg e c d(a) 外形图(b) 共阴极(c) 共阳极+V CCa b c d e f g hA 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1B 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1D 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 11 Y（2）将引脚1接1KHz 连续脉冲Vi （即接脉冲信号发生器Q12端口），引脚2接逻辑电平输出，引脚4、5接逻辑电平“1”，用示波器双踪显示并记录引脚1和引脚6端的波形Vi 和V o 如下图示（标出电平的幅度值）。
实验六 综合实验(8253+(8259+LED))
综合实验六：8259中断控制器+LED实验一、实验目的掌握8259中断控制器的接口方法与程序设计。
二、实验内容编制程序，利用8259芯片的IR7作为中断源，产生单一中断，系统显示中断号“7”。
三、程序流程四、实验电路五、编程提示8259中断控制器是专为控制优先级中断设计的芯片。
它将中断源优先级排队，辩别中断源以及提供中断矢量的电路集于一片中。
因此无需附加任何电路，只需对8259进行编程，就可以管理8级中断，并选择优行模式和中断请求方式，即中断结构可以由用户编程来设定。
同时，在不需要增加其它电路的情况下，通过多片8259的级联，能构成多达64级的矢量中断系统。
中断序号0 1 2 3 4 5 6 7变量地址20~23h 24~27h 28~2Bh 2C~2Fh 30~33h 34~37h 38~3Bh 3C~3Fh 本实验中使用7号中断源IR7，中断方式为边沿触发方式，按动开关按钮产生一次中断，编写程序，使系统每次响应外部中断IR7时，显示1个字符“7”，显示满以后清空显示“P.”继续等待中断。
六、实验步骤（1）按实验电路图连接线路：①“SP”插孔和8259 7号中断IR7插孔相连，“SP”端初始为低电平。
②按照实验一中3.3的实验步骤②要求连接138译码电路，8259的CS端连138译码器的Y0孔。
③将8259的单元总线接口D0~D7，用8芯排线或8芯扁平线与数据总线单元D0~D7任一接口相连。
（2）运行实验程序在系统处于命令提示符“P.”状态下（数码显示管显示“P.”），输入3400，按EXEC键显示“P.”。
（3）按动开关按钮，LED数码管从最高位开始依次显示“7”，显示满六位后，最高位显示“P.”继续等待中断。
七、实验程序ZXK EQU 0FFDCHZWK EQU 0FFDDHPort0 EQU 0FFE0HPort1 EQU 0FFE1HCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODE,ES:CODEORG 3400HH8: JMP P8259LED DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90HDB 88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH,0CH,0DEH,0F3HBUF DB ?,?,?,?,?,?P8259: CLICALL WP ;初始化显示“P.”MOV AX,OFFSET INT8259MOV BX,003CHMOV [BX],AXMOV BX,003EHMOV AX,0000HMOV [BX],AXCALL FOR8259mov si,0000hSTICON8: CALL DISJMP CON8;------------------------------------INT8259:cliMOV BX,OFFSET BUFMOV BYTE PTR [BX+SI],07HINC SICMP SI,0007HJZ X59XX59: MOV AL,20HMOV DX,Port0OUT DX,ALmov cx,0050hxxx59: push cxcall dispop cxloop xxx59mov cx,3438hpush cxSTIIRETX59: MOV SI,0000HCALL WPJMP XX59;============================== FOR8259:MOV AL,13HMOV DX,Port0OUT DX,ALMOV AL,08HMOV DX,Port1OUT DX,ALMOV AL,09HOUT DX,ALMOV AL,7FH ;IRQ7OUT DX,ALRET;---------------------------WP: MOV BUF,11H ;初始化显示“P.” MOV BUF+1,10HMOV BUF+2,10HMOV BUF+3,10HMOV BUF+4,10HMOV BUF+5,10HRET;-------------------------------- DIS: MOV CL,20HMOV BX,OFFSET BUFDIS1: MOV AL,[BX]PUSH BXMOV BX,OFFSET LEDXLATPOP BXMOV DX,ZXKOUT DX,ALMOV AL,CLMOV DX,ZWKOUT DX,ALPUSH CXMOV CX,0100HDELAY: LOOP $POP CXCMP CL,01HINC BXSHR CL,1JMP DIS1EXIT: MOV AL,00HMOV DX,ZWKOUT DX,ALRET;--------------------------CODE ENDSEND H8八、扩展练习编制程序，利用8259芯片的IR i作为中断源，产生单一中断，系统显示中断号“i”。
实验六 集成计数器的应用讲课教案
图7-4 74193内部逻辑图
本实验中用到的器件还有7475，它是一个四位的锁存器，管脚图如图7-5所示。 其中D1~D4为数据输入端；G12、G34为锁存控制端，当控制端信号无效时， 数据传送至输出端，控制信号有效时，实现锁存，输出保持不变；Q1~Q4为 数据输出端。
3、利用7490、7475、7448和数码管，搭建一个十进制计数、锁存、译码 、显示电路，验证7448的灭零输入功能和7475的锁存功能，并记录数码 管的显示状态。
4、考虑一下如何用计数器实现分频，用7490完成对TTL方波的二分频和 十分频，并用示波器观察8421码和5421码两种码制的分频效果有什么不 同。
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实验内容：
TTL方波：将波形设置为方波，峰峰值设置为5V，直流偏置设置为2.5V
1、7490为异步计数器，可以用5421和8421两种码制来实现十进制计数， 请用两种码制实现7490的十进制计数，用TTL方波作为计数脉冲，并作出 状态表。
2、计数器7490有两个异步清零控制端R1和R2，试用7490构成六进制（ 8421码）和七进制（5421码）计数器，验证起功能并画出连接图。不使 用其他器件，还能构成哪些进制的计数器。
图7-1 7490管脚图
图7-2 7490内部逻辑图
本实验中使用的另外一种计数器为74193，它是一个可预置同步十六 进制加减计数器，管脚图如图7-3所示，内时钟脉冲输入端，分别为向上和向下 计数；DATAA~DATAD为并行数据输入端口；CLEAR为异步清零信号 端；LOAD为置位端，将并行输入端口的数据传送到输出端； BORROW为借位端；CARRY为进位端；QA~QD为计数输出端口。
数电集成电路多种计数器综合应用实验的结论及思考
数电集成电路多种计数器综合应用实验的结论及思考一、引言数电集成电路是现代电子技术的重要组成部分，而计数器则是其中的重要组件之一。
本文将介绍数电集成电路中多种计数器的综合应用实验，并探讨其结论及思考。
二、实验内容1. 实验目的本次实验旨在了解多种计数器的基本工作原理，掌握计数器的设计方法及应用技巧，提高对数字电路设计的理解和应用能力。
2. 实验器材本次实验所需器材如下：- 74LS160 BCD decade counter- 74LS161 synchronous 4-bit binary counter- 74LS163 synchronous 4-bit binary counter- 74LS191 synchronous up/down counter- 数字示波器- 函数发生器- 杜邦线等3. 实验步骤及结果（1）BCD decade counter计数器实验将BCD decade counter连接至数字示波器和函数发生器，并设置函数发生器输出一个方波信号。
观察数字示波器上产生的波形，并记录数据。
结果：当函数发生器输出一个频率为1kHz，占空比为50%的方波信号时，数字示波器上显示出一个周期为10ms，频率为100Hz的正弦波信号。
（2）Synchronous 4-bit binary counter计数器实验将Synchronous 4-bit binary counter连接至数字示波器和函数发生器，并设置函数发生器输出一个方波信号。
观察数字示波器上产生的波形，并记录数据。
结果：当函数发生器输出一个频率为1kHz，占空比为50%的方波信号时，数字示波器上显示出一个周期为16ms，频率为62.5Hz的正弦波信号。
（3）Synchronous 4-bit binary counter计数器实验将Synchronous 4-bit binary counter连接至数字示波器和函数发生器，并设置函数发生器输出一个方波信号。
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74LS161引脚功能说明：
MR ＇：清零端，低电平有效； CP ：计数脉冲输入端； P 0~P 3：并行数据输入端； TC ：计数进位端； Q 0~Q 3：数据输出端；
PE ＇：预置数使能端，低电平有效； CET 、CEP 计数使能端，高电平有效；
3. 任意进制计数器设计
1）复位脉冲反馈法：通过给清零端加一个触发电平，强制输出端输出全为零。
如图6-3（a ）图所示，为复位脉冲反馈法构成的六进制计数器。
当CP 端连续输入6脉冲后，D 4D 3D 2D 1=0110，其中D 2D 3接到一个与非门的两输入端，与非门的输出端与清零端MR ＇相连，此时与非门输出为0，计数器产生清零动作，所有输出端全为零，计数又从零开始。
当CP 端输入的脉冲数少于6个时，与非门的量输入端至少有一个为零，与非门输出均为1，计数器不产生清零动
（a ）复位脉冲反馈法
（b ）置位脉冲反馈法
图6-3 复位脉冲反馈法
（a ）引脚排列
（b ）逻辑符号
图6-1 74LS161引脚排列及逻辑符号。