EDA实验报告书

 

第二篇：实验六 同步计数器的设计实验报告

实验六    同步计数器的设计

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一、实验目的和要求

1．熟悉JK触发器的逻辑功能。

2．掌握用JK触发器设计同步计数器。

二、实验仪器及器件

三、实验预习

1、复习时序逻辑电路设计方法。

⑴ 逻辑抽象，得出电路的状态转换图或状态转换表

① 分析给定的逻辑问题，确定输入变量、输出变量以及电路的状态数。通常都是取原因（或条件）作为输入逻辑变量，取结果作输出逻辑变量。

② 定义输入、输出逻辑状态和每个电路状态的含意，并将电路状态顺序编号。

③ 按照题意列出电路的状态转换表或画出电路的状态转换图。

通过以上步骤将给定的逻辑问题抽象成时序逻辑函数。

⑵ 状态化简

①  等价状态：在相同的输入下有相同的输出，并且转换到同一次态的两个状态。

②  合并等价状态，使电路的状态数最少。

⑶ 状态分配

① 确定触发器的数目n。因为n个触发器共有种状态组合，所以为获得时序电路所需的M个状态，必须取

＜ 

② 给每个电路状态规定对应的触发器状态组合。

⑷ 选定触发器类型，求出电路的状态方程、驱动方程和输出方程

① 根据器件的供应情况与系统中触发器种类尽量少的原则谨慎选择使用的触发器类型。

② 根据状态转换图（或状态转换表）和选定的状态编码、触发器的类型，即可写出电路的状态方程、驱动方程和输出方程。

⑸ 根据得到的方程式画出逻辑图

⑹ 检查设计的电路能否自启动

①  电路开始工作时通过预置数将电路设置成有效状态的一种。

②  通过修改逻辑设计加以解决。

⑺ 设计步骤简图

图3  设计步骤简图

2、按实验内容设计逻辑电路画出逻辑图。

设计思路详情见第六部分。电路图如下：

四、实验原理

1．计数器的工作原理

递增计数器----每来一个CP，触发器的组成状态按二进制代码规律增加。

递减计数器-----按二进制代码规律减少。

双向计数器-----可增可减，由控制端来决定。

2．集成J-K触发器74LS73

⑴ 符号：

图1  J-K触发器符号

⑵ 功能：

表1  J-K触发器功能表

⑶ 状态转换图：

图2  J-K触发器状态转换图

⑷ 特性方程：

⑸ 注意事项：

① 在J-K触发器中，凡是要求接“1”的，一定要接高电平（例如5V），否则会出现错误的翻转。

③   触发器的两个输出负载不能过分悬殊，否则会出现误翻。

④   J-K触发器的清零输入端在工作时一定要接高电平或连接到实验箱的清零端子。

3．时序电路的设计步骤

内容见实验预习。

五、实验内容

1．用J-K触发器和门电路设计一个特殊的12进制计数器，其十进制的状态转换图为：

图4  12进制计数器状态转换图

六、实验设计及数据与处理

⑴ 设计

在12进制同步计数器中，输出的状态只由前一周期的状态决定，而与外来输入无关，因此目标电路为Moore型。而数字电路只有0和1两种状态，因此目标电路要表达12种状态需要用4个变量、、、的16种组合中的12种。现定义十进制数01~12的对应二进制数为输出状态，可得目标电路的状态转换表如下：

表2  12进制同步计数器状态状态转换表

本实验选择J-K触发器，根据状态转换表以及J-K触发器特性方程：

得到目标电路方程如下：

输出方程：、、、

驱动方程：Q₀一个CP发生一次变化，因此

。

Q₁每当Q₀为1时，发生变化，因此

。

Q₂在Q₁Q₀都为1以及12（即1100的时候）发生变化，因此

J₂ = K₂ =Q₁ⁿQ₀ⁿ+Q₃ⁿQ₂ⁿ

Q₃在Q₂ Q₁Q₀都为1的时候，以及12的时候发生变化，因此

J₃=K₃=Q₀ⁿQ₁ⁿQ₂ⁿ+Q₃ⁿQ₂ⁿ。

状态方程：

（2）由以上三种方程可以画出逻辑图如下：

图5  12进制同步计数器设计

（3）各输出端波形图

1—4的输出

5—8的输出

9—12的输出

然后继续到第一幅图，如此循环。

CP与各输出端的波形图如下：

七、实验心得与体会

1、通过此次实验对于触发器的逻辑功能有了更深的了解，学会了用J—K触发器实现同步电路或者异步电路，并且可以用多种方法完成这次实验。除了上述方法，也可以采用四个触发器实现1——15计数的电路，并对其进行改进，使其在13（即1101的时候），Q₃Q₂进行清零。当然，达到相同目的的J和K也是不唯一的。

2、在使用触发器前，要对其进行检查。具体方法是将J、K以及清零端接高电平，C1接CP，将Q接led灯，若灯每次状态都发生改变，则证明触发器没有问题。在实验中若是出现了问题，要进行故障检查。有以下的检查方法

⑴ 查线法

由于在实验中大部分故障都是由于布线错误引起的，因此，在故障发生时，复查电路连线为排除故障的有效方法。应着重注意：有无漏线、错线，导线与插孔接触是否可靠，集成电路各脚是否与插座插牢、集成电路是否插反等。

⑵ 观察法

用万用表直接测量各集成块的Vcc端是否加上电源电压；输入信号、时钟脉冲等是否加到实验电路上，观察输出端有无反应。重复测试观察故障现象，然后对某一故障状态，用万用表测试各输入/输出端的直流电平，从而判断出故障是否由插座、集成块引脚连接线等原因造成的故障。

3、在此次实验中，最容易发生的错误就是弄混了Q与Q反向。在实验前一定要观察触发器的结构，使其与功能图相对应。作为端口输出的时候，也一定要检查，输出的是Q还是Q反。