模M可逆计数器设计、仿真与实验

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,长江大学电信学院,电工电子实验中心,课题三,模,M,的十进制加,/,减可逆计数器,设计、仿真与实验,学习目标：,熟悉常用,MSI,集成计数器的功能和应用，掌握利用集成计数器构成任意进制计数器的一般设计方法；学会利用,EDA,软件（,Proteus,）对模,M,的可逆计数器电路进行仿真；掌握可逆计数器电路的安装及调试方法。,一、任务与要求,设计具有手控和自动方式实现,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数功能的电路，利用数码管显示计数器的值。掌握用,“,反馈清零法,”,和,“,反馈置数法,”,构成,任意进制计数器,的设计方法；,用,Proteus,软件仿真；,实验测试逻辑功能。,1,具体要求如下：,（,1,）,手控方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器。即控制端,E=1,时，进行,模,M,的加法计数；,控制端,E=0,时，进行,模,M,的减法计数。,（,2,）,自动方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器。即加法计数到最大值时，自动进行减法计数；减法计数到最小值时，自动进行加法计数。,（,3,）,M,可为,2,位数或,3,位数，集成计数器采用,74LS192,。,（,4,）写出设计步骤，画出最简的逻辑电路图。,（,5,）对设计的电路进行仿真、修改，使仿真结果达到设计要求。,（,6,）安装并测试电路的逻辑功能。,2,二、课题分析及设计思路,（,1,）,手控方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器的,设计思路,以,M=125,为例，即,125,进制加,/,减可逆计数器。分析以上设计任务与要求，设计思路如下：,第一步,：将三片,74LS192,进行级联，,用“反馈清零法”设计一个,125,进制加法计数器，,反馈清零信号取自计数器的输出端,Q,0,Q,3,；,第二步,：将三片,74LS192,进行级联，,用“反馈置数法”设计一个,125,进制减法计数器，反馈置数信号取自计数器最高位的借位端,TCD,。,3,二、课题分析及设计思路,（,1,）,手控方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器的,设计思路,第三步,：将上述加、减计数器电路结合起来，即初步构成一个加,/,减,125,进制可逆计数器。,余下的问题,就是在加,/,减可逆计数条件下，如何切换计数器最低位,的,计数脉冲输入端,CP,D,、,CP,U,的信号。经过分析，它们应实现如下功能：,手控信号,E,计数方式,CP,U,CP,D,1,加法,CP,1,0,减法,1,CP,这一功能通过一片数据选择器即可实现。,4,输出端,Q,0,借位端,TCD,反馈清零信号形成电路,预置数据端,D,74LS192,（,百位,）,74LS192,（,十位,）,74LS192,（,个位,）,反馈置数信号形成电路,加,/,减计数控制电路,CP,D,CP,U,CP,手控信号,E,输出端,Q,1,输出端,Q,0,Q,2,手控可逆计数器电路的设计框图,：,5,（,2,）自动,方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器的,设计思路,设计自动方式的一种加,/,减可逆计数顺序如下：,0,1,2,123,124,123,122,1,2,从上述图中可以看出，当加计数到最大值,124,后自动进行减计数；当减计数到最小值,0,后自动进行加计数，如此不断循环。,6,自动方式模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器,可以在手控方式的电路基础上进行设计。,但,需解决的关键问题是,：电路如何自动产生,加,/,减计数控制信号,E,？,其中的一种设计思路如下：,加,/,减计数控制电路,CP,CP,U,CP,D,加,/,减计数控制信号,加,/,减计数控制信号产生电路,计数器减计数到,0,自动产生的借位脉冲信号,TCD,计数器加计数到,124,产生的脉冲信号,M,E,7,加,/,减计数控制信号自动产生电路,的原理图如下：,对于电路的其它部分，,也要相应作一些改动：,取消输出端反馈清零信号（因为加计数到,124,后，下一计数状态不是,0,）和借位端反馈置数信号（因为减计数到,0,后，下一计数状态不是,124,）。,8,三、集成电路及元件选择,“,加,/,减计数控制电路”,部分采用一片数据选择器,74LS157;,集成计数器,采用,74LS192;,“,显示译码电路,”,部分采用,74LS48,或,CD4511;,“,加,/,减计数控制信号自动产生电路”,部分采用集成,D,触发器,74LS74,和集成门电路,74LS11,、,74LS32,、,74LS04,等。,LED,数码管,采用共阴极数码管。,9,四、原理图绘制与电路仿真,用,proteus,软件绘制出该电路的原理图，对所设计的电路进行仿真实验。,在仿真实验过程中，发现问题及时修改，直至达到设计要求。,五、电路安装与调试,（,1,）,电路布局,熟悉电路实验板的结构；,安排好电源正、负引出线在实验板上的位置；,做好,主要元器件,的,布局,。,10,五、电路安装与调试,（,2,）,安装与调试方法,电路安装前，要先检测所用集成电路及其它元器件的好坏。,安装完成后，要用万用表检测电路接触是否可靠、电源电压大小、极性是否正确。,一切正常后才能通电调试。,11,五、电路安装与调试,（,2,）,安装与调试方法,调试过程中，最好分步或分块进行。,首先调试,手控方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器电路,:,在该电路的调试过程中，可能会出现下面两个问题：,（,1,）借位,TCD,反馈置数不正常：显示的数比预置端的数始终少,1,。解决办法：将,TCD,信号通过两个反相器延时后送入计数器的置数端。,（,2,）输出端反馈清零不正常：计数到,123,后下一状态为,0,（正常时应为,124,）。解决办法：将形成反馈清零信号的,4,输入与门更换为两个,4,输入与非门。,12,五、电路安装与调试,（,2,）,安装与调试方法,然后将上述手控方式的可逆计数器电路改为自动方式的可逆计数器电路,:,在该电路的调试过程中,:,第一步调试,“,加,/,减计数控制信号自动产生电路,”,，使其工作正常；,第二步进行整体调试,.,13,六、设计、仿真及实验问题研究,1,、分别说明集成计数器,74LS192,正常计数、置数和清零的条件？并举例说明同步清零（置数）与异步清零（置数）有什么不同？,2,、对于手控方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器电路，如果改变,M,的值，在电路中要作哪些改动？,3,、对于自动方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器电路，通电开始工作时，首先作加法计数还是减法计数,？为什么？,4,、对于自动方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器电路，如果改变,M,的值，在电路中要作哪些改动？,5,、对于自动方式,模,M,的,十进制加,/,减可逆计数器电路，怎样使计数从任意值开始？,14,七、设计与测试报告要求,课题的任务及要求；,课题分析与方案选择；,集成电路及元器件选择；,原理图绘制及仿真；,实验测试、问题分析与研究；,总结。,15,