D触发器电路设计及计数器设计

2/6/2022 1本次实验目的本次实验目的掌握集成触发器的工作原理及使用方法掌握集成触发器的工作原理及使用方法学习时序逻辑电路的设计和调试方法学习时序逻辑电路的设计和调试方法掌握移位寄存器等中规模集成时序逻辑电路的使掌握移位寄存器等中规模集成时序逻辑电路的使用方法用方法本次实验内容本次实验内容 用用74LS74设计一个模十计数器（即设计一个模十计数器（即09循环显示）循环显示）(必做必做) 设计广告流水灯（必做）（教材设计广告流水灯（必做）（教材106页第页第3题）题） 触发器逻辑功能测试（选做）（教材触发器逻辑功能测试（选做）（教材105页第页第1题）题）1）设计电路）设计电路2）连接电路并进行静态验证或动态验证）连接电路并进行静态验证或动态验证用用74LS7474LS74设计一模十计数器设计一模十计数器 实验要求实验要求用用74LS7474LS74设计一模十计数器设计一模十计数器 74LS7474LS74功能介绍功能介绍nnDQ1状态方程:D触发器逻辑符号:D触发器功能表:74LS74管脚图:用用74LS7474LS74设计一模十计数器设计一模十计数器设计广告流水灯设计广告流水灯 实验要求实验要求设计要求：共有设计要求：共有8个灯个灯,要求用要求用74LS138及及74LS74设计电路，始设计电路，始终使灯为终使灯为1暗暗7亮，且这一个暗灯循环右移。亮，且这一个暗灯循环右移。1）连好电路）连好电路2）静态验证）静态验证 触发器时钟脉冲接自单脉冲，观察每来一个单脉触发器时钟脉冲接自单脉冲，观察每来一个单脉冲，暗灯的移动情况冲，暗灯的移动情况3）动态观察波形）动态观察波形 时钟脉冲接自连续脉冲，用示波器观察且记时钟脉冲接自连续脉冲，用示波器观察且记录录CP及各触发器输出端及各触发器输出端Q0、Q1、Q2的波形的波形设计广告流水灯设计广告流水灯 设计过程设计过程 根据题意，输出有根据题意，输出有8种状态，所以需用种状态，所以需用74LS74设设计一个模计一个模8计数器，并将计数器的输出送至译码器计数器，并将计数器的输出送至译码器74LS138进行译码即可。设计的电路如下图所示：进行译码即可。设计的电路如下图所示：时序电路调试技巧时序电路调试技巧静态调试静态调试1、把经过消抖处理的手动单次脉冲发生器输出端连接到电路、把经过消抖处理的手动单次脉冲发生器输出端连接到电路的时钟脉冲输入端的时钟脉冲输入端2、把输入端、时钟端、输出端和一些关键节点如各触发器的、把输入端、时钟端、输出端和一些关键节点如各触发器的输出端等接至发光二极管或数码管上，连接时注意输出信输出端等接至发光二极管或数码管上，连接时注意输出信号高、低位的排列顺序。号高、低位的排列顺序。 静态调试静态调试是时钟输入端加单步脉冲，同时根据状态转移是时钟输入端加单步脉冲，同时根据状态转移的要求合理设置输入信号值，遍历时序电路的全部状态，来的要求合理设置输入信号值，遍历时序电路的全部状态，来验证电路的结果是否符合要求，发现和确定故障点的调试方验证电路的结果是否符合要求，发现和确定故障点的调试方法。常用的调试步骤如下：法。常用的调试步骤如下：可编程脉冲源单脉冲译码显示电路 静态调试静态调试是时钟输入端加单步脉冲，同时根据状态转移是时钟输入端加单步脉冲，同时根据状态转移的要求合理设置输入信号值，遍历时序电路的全部状态，来的要求合理设置输入信号值，遍历时序电路的全部状态，来验证电路的结果是否符合要求，发现和确定故障点的调试方验证电路的结果是否符合要求，发现和确定故障点的调试方法。常用的调试步骤如下：法。常用的调试步骤如下：1、把经过消抖处理的手、把经过消抖处理的手 动单次脉冲发生器动单次脉冲发生器输输 出端连接到电路的出端连接到电路的时时 钟脉冲输入端。钟脉冲输入端。2、把输入端、时钟端、把输入端、时钟端、 输出端和一些关键节输出端和一些关键节 点如各触发器的输出点如各触发器的输出 端等接至发光二极管端等接至发光二极管 或数码管上，连接时或数码管上，连接时 注意输出信号高、低注意输出信号高、低 位的排列顺序。位的排列顺序。时序电路调试技巧时序电路调试技巧静态调试静态调试5、如各单元电路工作正常，则相互连接，进行整体调试，调、如各单元电路工作正常，则相互连接，进行整体调试，调试方法和单元电路基本相同。试方法和单元电路基本相同。时序电路调试技巧时序电路调试技巧静态调试静态调试3、首先调试控制电路部分，保证计数器、分频器、序列发生、首先调试控制电路部分，保证计数器、分频器、序列发生 器等控制信号产生电路能正常工作。根据电路的要求，依器等控制信号产生电路能正常工作。根据电路的要求，依 次按动逻辑电平开关和手动单次脉冲按钮，观察输入、输次按动逻辑电平开关和手动单次脉冲按钮，观察输入、输 出状态的变化和转换情况是否符合状态转换表的规定。出状态的变化和转换情况是否符合状态转换表的规定。4、如电路存在故障，则把电路固定在某一故障状态，逐级进、如电路存在故障，则把电路固定在某一故障状态，逐级进 行检查，找出故障点。特别要注意检查电路中时序功能件行检查，找出故障点。特别要注意检查电路中时序功能件 如集成触发器、计数器等的使能端、清零端、置位端是否如集成触发器、计数器等的使能端、清零端、置位端是否 按要求接好。可单独测试其复位、置位和翻转功能，直至按要求接好。可单独测试其复位、置位和翻转功能，直至 找到故障为止。找到故障为止。时序电路调试技巧时序电路调试技巧动态调试动态调试 动态调试动态调试是指电路的时钟输入端在某一规律时钟信号作用是指电路的时钟输入端在某一规律时钟信号作用下，借助示波器或逻辑分析仪观察各级工作波形，检查时序电下，借助示波器或逻辑分析仪观察各级工作波形，检查时序电路是否按照预定的状态图（流程图）要求，在时钟脉冲及输入路是否按照预定的状态图（流程图）要求，在时钟脉冲及输入信号作用下完成预定的状态转换及输出控制信号。信号作用下完成预定的状态转换及输出控制信号。 动态调试与静态调试的区别动态调试与静态调试的区别在于时钟脉冲改由连续时钟在于时钟脉冲改由连续时钟脉冲信号源提供，输出可由示波器观测也可采用逻辑分析仪进脉冲信号源提供，输出可由示波器观测也可采用逻辑分析仪进行观测。用示波器进行动态调试的一般步骤如下：行观测。用示波器进行动态调试的一般步骤如下：1、把时序脉冲发生器输出的连续周期性脉冲信号接到时序逻、把时序脉冲发生器输出的连续周期性脉冲信号接到时序逻 辑电路的时钟输入端，同时将电路中的特定节点接到系统辑电路的时钟输入端，同时将电路中的特定节点接到系统 的显示部分作辅助检测电路。的显示部分作辅助检测电路。时序电路调试技巧时序电路调试技巧动态调试动态调试2、给电路的时钟输入端加一周期性的连续时钟信号，并从需、给电路的时钟输入端加一周期性的连续时钟信号，并从需观察的所有波形中选择一个频率变化最慢、最有特征的波形观察的所有波形中选择一个频率变化最慢、最有特征的波形作为参考波形将该参考波形固定地送至双踪示波器作为参考波形将该参考波形固定地送至双踪示波器CH1通道通道，时钟信号送到，时钟信号送到CH2通道。例如，用示波器观测一个十进制通道。例如，用示波器观测一个十进制加法计数器的加法计数器的CP及输出端及输出端Q0、Q1、Q2、Q3的波形图。根的波形图。根据参考波形的选择原则，可以选择据参考波形的选择原则，可以选择Q2或或Q3作为参考波形。作为参考波形。3、示波器触发方式选择、示波器触发方式选择“内触发内触发”方式，触发通道为时钟信方式，触发通道为时钟信号号 所在的通道。所在的通道。4、保持、保持CH1通道的参考波形不变，将电路的其他输出端依次通道的参考波形不变，将电路的其他输出端依次 接到接到CH2通道，分别观察各输出端信号与参考波形之间的通道，分别观察各输出端信号与参考波形之间的 关系，得到对应的波形图。这样观察的波形能正确反映彼关系，得到对应的波形图。这样观察的波形能正确反映彼 此之间的相位关系。此之间的相位关系。5、对记录下来的波形进行分析，判断被测电路功能是否正确、对记录下来的波形进行分析，判断被测电路功能是否正确注意事项注意事项1、注意检查容易产生故障的环节，掌握排除故障的方法。出现故障时、注意检查容易产生故障的环节，掌握排除故障的方法。出现故障时，可以从简单部分开始逐级查找，逐步缩小故障点的范围，也可以，可以从简单部分开始逐级查找，逐步缩小故障点的范围，也可以对某些预知点的特性进行静态或动态测试，对某些预知点的特性进行静态或动态测试， 判断故障部位。判断故障部位。2、应当十分注意各部分电路的时序关系。对各单位电路的输入和输出、应当十分注意各部分电路的时序关系。对各单位电路的输入和输出波形的时间关系要十分熟悉；也要注意掌握各单元之间的相互时间波形的时间关系要十分熟悉；也要注意掌握各单元之间的相互时间关系，应对照时序图检查各点波形，并要弄清哪些是上升沿触发关系，应对照时序图检查各点波形，并要弄清哪些是上升沿触发,，哪些是下降沿触发，以及它和时钟信号的关系哪些是下降沿触发，以及它和时钟信号的关系3、注意时序逻辑电路的初始状态，检查能否自启动，应保证电路开机、注意时序逻辑电路的初始状态，检查能否自启动，应保证电路开机后顺利地进入正常工作状态。后顺利地进入正常工作状态。4、注意电路中的元件类型，如电路中有、注意电路中的元件类型，如电路中有TTL 电路、又有电路、又有CMOS 电路，电路，还有分立元件电路，要选择合适的电源，注意电平转换以及带负载还有分立元件电路，要选择合适的电源，注意电平转换以及带负载能力等问题。能力等问题。5、有些故障是由于竞争和冒险造成的，应该尽量避免将组合电路的输、有些故障是由于竞争和冒险造成的，应该尽量避免将组合电路的输出直接作为触发器的时钟、异步复位和异步置数，或者在使用时进出直接作为触发器的时钟、异步复位和异步置数，或者在使用时进行同步处理。行同步处理。 由于时序逻辑电路对各单元之间时序关系有严格要求，由于时序逻辑电路对各单元之间时序关系有严格要求，所以出现故障不易找出原因，因此无论静态调试还是动态调所以出现故障不易找出原因，因此无论静态调试还是动态调试都应该注意以下问题：试都应该注意以下问题：广告流水灯布线示范广告流水灯布线示范2/6/2022东南大学电工电子实验中心 16本次实验目的本次实验目的学习时序逻辑电路的设计和调试方法学习时序逻辑电路的设计和调试方法掌握集成计数器等中规模集成时序逻辑电路的使掌握集成计数器等中规模集成时序逻辑电路的使用方法用方法本次实验内容本次实验内容 设计简易数字钟设计简易数字钟设计设计简易数字钟简易数字钟 实验要求实验要求设已有周期为设已有周期为1min和周期为和周期为1h的时钟脉冲，要求用的时钟脉冲，要求用74LS161设设计数字电子钟，显示计数字电子钟，显示“分分”（059）或）或“时时”（023）。）。1）连好电路）连好电路2）静态验证）静态验证 将时钟脉冲接自单脉冲，验证将时钟脉冲接自单脉冲，验证“分分”和和“时时”计计数工作情况。数工作情况。3）动态观察波形）动态观察波形 将时钟脉冲接自连续脉冲，用示波器观察且将时钟脉冲接自连续脉冲，用示波器观察且记录记录“分分”或或“时时”计数电路中的时钟脉冲及计数器各输出计数电路中的时钟脉冲及计数器各输出波形。波形。设计简易数字钟设计简易数字钟 74LS16174LS161芯片介绍芯片介绍设计简易数字钟设计简易数字钟 74LS16174LS161设计任意进制计数器设计任意进制计数器同步置数方式设计模同步置数方式设计模10计数器：计数器：Q3Q2Q1Q000000100012001030011401005010160110701118100091001a1010b1011c1100d1101e1110f11115V74LS161设计简易数字钟设计简易数字钟 74LS16174LS161设计任意进制计数器设计任意进制计数器异步清零方式设计模异步清零方式设计模10计数器：计数器：Q3Q2Q1Q000000100012001030011401005010160110701118100091001a1010b1011c1100d1101e1110f11115V74LS161设计简易数字钟设计简易数字钟 74LS16174LS161设计任意进制计数器设计任意进制计数器模模7计数器：计数器：Q3Q2Q1Q000000100012001030011401005010160110701118100091001a1010b1011c1100d1101e1110f11115V74LS161设计简易数字钟设计简易数字钟 74LS16174LS161设计任意进制计数器设计任意进制计数器模模70计数器：计数器：5V74LS1615V74LS161（个位）（个位）（十位）（十位）设计简易数字钟设计简易数字钟 74LS16174LS161设计任意进制计数器设计任意进制计数器模模28计数器：计数器：5V74LS1615V74LS161（个位）（个位）（十位）（十位）