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数字电子实验——60进制计数器

综合性、设计性实验报告电子技术实验(数字电子部分)
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1. 实验目的
1)学习仿真软件Multisim的使用方法;
2)学习、掌握时序电路的设计方法;
3)掌握常用电子元器件的使用方法;
4)熟练运用用已有集成计数器(M进制)构成任意进制计数器(N进制),M < N 时,多片级联实现的方法;
5)熟悉由555定时器构成的多谐振荡器产生时钟脉冲;
6)了解反馈置数法和反馈清零法的特点及区别,并能熟练运用这两种方法。

2. 预习要求
1)阅读《数字电子技术基础》相关内容,了解集成计数器的原理及功能;
2)熟悉集成计数器74LS161及七段数码显示管的各引脚功能;
3)了解555定时器构成的多谐振荡器产生脉冲的基本原理;
4)对于反馈清零法和反馈置数法有基本的了解。

3. 实验内容
1)在Multisim集成环境中用74LS161和555定时器设计60进制计数器,要求能够实现暂停和置数的功能,并完成其仿真;
2)在模块化电子技术综合实验箱上完成电路搭接与调试;
4. 实验原理
4.1 个位模块
(1)利用反馈置数法,U2(74LS161D)为低位片即个位模块,用A、B、C、D四个输入端的高低电平实现个位预置数;
(2)用开关控制U2的EP使能端高低电平实现暂停功能;
(3)U2的CP脉冲端连接555定时器构成的多谐振荡器的矩形脉冲输出端;
(4)U2的使能端ET始终接有效的高电平,清零端CR始终接无效的高电平;
因为用的是反馈置数法,U2实现0(0000)~9(1001)的十进制循环,U2的QD和QA段用作二输入与非门U5A(74LS00D)的输入端,其输出端连接到U2的LD上。

(5)U2的四个输出端QD、QC、QB、QA连接U4数码管的D、C、B、A输入端,从而显示0~9这十个状态。

图1 个位模块原理图
4.2 十位模块
(1)利用反馈置数法,U1(74LS161D)为高位片即十位模块,用A、B、C 三个输入端的高低电平实现十位预置数;
(2)U1的CP脉冲端连接555定时器构成的多谐振荡器的矩形脉冲输出端;
(3)U1的使能端ET、EP始终接有效的高电平,清零端CR始终接无效的高电平;
(4)因为用的是反馈置数法,U1实现0(0000)~5(0101)的六进制循环,U1的QC和QA端与个位数的QD和QA端用作四输入与非门U6A(74LS20D)的输入端,其输出端连接到U1的LD上。

(5)U1的四个输出端QD、QC、QB、QA连接U3数码管的D、C、B、A输入端,从而显示0~5这六个状态。

图2 十位模块原理图
4.3 整体模块(仿真原理图)
(1)在个位芯片的使能端EP用开关控制,进而控制整体的暂停和计数;
(2)整体利用反馈置数法,使两块芯片74LS161级联,共用555定时器构成的多谐振荡器产生的脉冲,个位芯片的QD和QA通过与门(事实上先通过二输入与非门再通过非门)控制十位芯片的使能端,使得只有在个位达到9时十位芯片的使能端才会有效进而计数,个位芯片在0~9之间循环,十位芯片在0~5之间循环,实现从00~59的循环。

图3 整体模块原理图
图4 原理框图
表1 使用器材一览表
74LS161 2片74LS20 1片
555定时器1片74LS04 1片
74LS00 1片电阻1.603兆欧1只
电容10uF 2只电阻3.207兆欧1只
1位开关1个共阴极显示器2只
4位开关2个
5.仿真调试过程
(1)问题:调试时发现个位数码管显示数字在9以后显示的并不完整。

解决方案:将QD和QA端作为输入端的与非门的输出端连接到LD上,并将进位输出端RCO悬空
(2)问题:数码管显示的数字跳动很快,尤其是个位数字
解决方案:调节555定时器构成的多谐振荡器搭建电路时的频率,进而调节电阻和电容的乘积,使其满足T = ln2(R1+2R2)C ≈1s (f = 1/T) (3)问题:七段显示译码器和共阴/阳极数码管在实验箱上并没有
解决方案:直接将74LS161的输出端QD、QC、QB、QA与数码管D、C、B、A 相连接,也能实现同样的效果。

6. 实验设备与器件
(1)数字万用表(UA78A)一块。

(2)模块化电子技术综合实验箱一台。

①四位二进制加法计数器74LS161D,两片
图5 74LS161引脚排列图
表2 74LS161功能表
②555定时器,一片
图6 555定时器引脚排列图
表3 555定时器功能表
③四输入与非门74LS20D,一片
④二输入与非门74LS00D,一片
⑤非门74LS04D,一片。

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