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1、学习任务7 时序逻辑电路 环形脉冲分配器与循环彩灯控制器的制作 学习任务学习任务7.2 循环彩灯控制器循环彩灯控制器任务小结任务小结练习题练习题一、概述计数器一、概述计数器二、异步二进制加法计数器二、异步二进制加法计数器三、异步二进制减法计数器三、异步二进制减法计数器四、同步二进制加法计数器四、同步二进制加法计数器步骤一：计数器步骤一：计数器( (集成电路集成电路) )的认识的认识步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试学习任务学习目标任务任务7.2 7.2 循环彩灯控制器循环彩灯控制器五、异步十进制加法计数器五、异步十进制加法计数器任务任务7.2 7.2
2、循环彩灯控制器循环彩灯控制器一、一、概述计数器概述计数器二、二、异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器三、三、异步二进制减法计数器异步二进制减法计数器四、四、同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器学习任务五、异步十进制加法计数器五、异步十进制加法计数器任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器一、概述计数器一、概述计数器指指统计统计脉冲的脉冲的输输入个数，而能入个数，而能实现计实现计数功能的数功能的电电路称路称为计为计数器。数器。 主要用于主要用于计计数，数，还还可以用于分可以用于分频频、定、定时时和数字运算等和数字运算等 由触由触发发器器组组合构成合构成 按按计计数数进进制制分分为为二二进
3、进制、十制、十进进制、制、N进进制制(任意任意进进制制)计计数器；数器； 按各触按各触发发器翻器翻转转的先后次序的先后次序 分成异步分成异步计计数器、同步数器、同步计计数器数器 按按计计数数过过程中累程中累计计脉冲个数的增减脉冲个数的增减 分成加法分成加法计计数器、减法数器、减法计计数器、加法数器、加法/减法减法计计数器数器(可逆可逆计计数器数器)等。等。（二）作用：（二）作用：（三）构成：（三）构成：（四）种类：（四）种类：（一）定义：（一）定义：任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器二、二、异步二进制加法异步二进制加法计数器计数器（二）（二）工作工作过过程程0000011 1、工作前的清
4、零、工作前的清零 2 2、第一个、第一个计计数数脉冲脉冲CP的下降沿的下降沿到来到来时时 3 3、第二个、第二个计计数数脉冲脉冲CP的下降的下降沿到来沿到来时时 0104 4、第三个、第三个计计数脉冲数脉冲CP的下的下降沿到来降沿到来时时 011归纳归纳：随着随着计计数数脉冲脉冲CP的不断的不断输输入，三个入，三个JK触触发发器中器中总总有一个或有一个或以上以上发发生翻生翻转转，完成完成计计数功能。数功能。各触各触发发器的状器的状态态转换转换是从低位是从低位JK触触发发器到高位器到高位JK触触发发器，依次翻器，依次翻转转，不是同，不是同时时翻翻转转；且；且计计数器是数器是递递增增计计数的数的
5、。依此依此类类推，当第八个推，当第八个计计数脉冲数脉冲CP的下降沿到来的下降沿到来时时，三个，三个JK触触发发器又重新恢复器又重新恢复为为000，则则加法加法计计数器的数器的输输出出为为Q2Q1Q0000。进进入下一个入下一个计计数周期或循数周期或循环环。 任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器三、异步二进制减法计数器三、异步二进制减法计数器（一）（一）电电路路组组成成 其与异步二其与异步二进进制加制加法法计计数器数器电电路路区区别别在于：在于： 连连接方式不同，接方式不同，低位低位JK触触发发器的器的输输出端接到高一位出端接到高一位的的JK触触发发器的控器的控制端制端C 任务7.2：循环彩
6、灯控制器循环彩灯控制器三、三、异步二进制减法异步二进制减法计数器计数器0001111 1、工作前的清零、工作前的清零 2 2、第一个、第一个计计数数脉冲脉冲CP的下降沿的下降沿到来到来时时 3 3、第二个、第二个计计数数脉冲脉冲CP的下降的下降沿到来沿到来时时 1104 4、第三个、第三个计计数脉冲数脉冲CP的下的下降沿到来降沿到来时时 101归纳归纳：随着随着计计数数脉冲脉冲CP的不断的不断输输入，三个入，三个JK触触发发器中器中总总有一个或有一个或以上以上发发生翻生翻转转，完成完成计计数功能。数功能。各触各触发发器的状器的状态态转换转换是从低位是从低位JK触触发发器到高位器到高位JK触触发
7、发器，依次翻器，依次翻转转，不是同，不是同时时翻翻转转；且；且计计数器是数器是递递减减计计数的数的 。依此依此类类推，推，当第八个当第八个计计数脉冲数脉冲CP的下降沿到来的下降沿到来时时，三个，三个JK触触发发器又重新恢复器又重新恢复为为111，则则减法减法计计数器的数器的输输出出为为Q2Q1Q0111。进进入下一个入下一个计计数周期或循数周期或循环环。 （二）（二）工作工作过过程程任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器四、同步二进制加法计数器四、同步二进制加法计数器异步异步计计数器的数器的电电路路简单简单但但计计数速度慢（由于各触数速度慢（由于各触发发器状器状态态的改的改变变是逐位是逐位进
8、进行的）行的） 怎样才能提高怎样才能提高计数速度呢？计数速度呢？可将计数脉冲同时送到每个触发器的控制端C（时钟脉冲输入端），使各个触发器的状态改变与计数脉冲同步 同同步步计计数数器器任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器四、同步二进制加法计数器四、同步二进制加法计数器（一）（一）电电路路组组成成 计数脉冲CP同时送到三个JK触发器的控制端C，使三个JK触发器的状态翻转与计数脉冲CP同步。 任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器0000011 1、工作前的清零、工作前的清零 2 2、第一个、第一个计计数数脉冲脉冲CP的下降沿的下降沿到来到来时时 3 3、第二个、第二个计计数数脉冲脉冲CP的下
9、降的下降沿到来沿到来时时 0104 4、第三个、第三个计计数脉冲数脉冲CP的下的下降沿到来降沿到来时时 011归纳归纳： 同步同步计计数器各数器各个触个触发发器的状器的状态态转换转换，与，与输输入的入的计计数脉冲数脉冲CP同步，同步，具有具有计计数速度快数速度快的特点。的特点。依此依此类类推，推，当第八个当第八个计计数脉冲数脉冲CP的下降沿到来的下降沿到来时时，三个，三个JK触触发发器又重新恢复器又重新恢复为为000，则则减法减法计计数器的数器的输输出出为为Q2Q1Q0000。进进入下一个入下一个计计数周期或循数周期或循环环。 四、同步二进制加法计数器四、同步二进制加法计数器（二）（二）工作工
10、作过过程程任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器五、异步十进制加法计数器五、异步十进制加法计数器十十进进制制计计数器的使用更方便、更广泛数器的使用更方便、更广泛 通常是采用从通常是采用从00001001的四位二的四位二进进制数共十个数制数共十个数码码表表示十示十进进制数的相制数的相应应数数码码。四位二四位二进进制数可以表示一位十制数可以表示一位十进进制数制数 四个下降沿触四个下降沿触发发的的JK触触发发器器G0G3组组成成 （一）（一）电电路路组组成成 任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器（二）（二）工作工作过过程程五、异步十进制加法计数器五、异步十进制加法计数器工作前的清零工作前的清零
11、：使使Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 000000000。 由于与三位异步由于与三位异步二二进进制加法制加法计计数器数器电电路路结结构相似，故构相似，故工作工作过过程与前述的程与前述的三位异步二三位异步二进进制加制加法法计计数器相似。数器相似。任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器工作步骤器材准备器材准备异步三位二进制加法计数器电路的连接与调试异步三位二进制加法计数器电路的连接与调试异步三位二进制减法计数器电路的连接与调试异步三位二进制减法计数器电路的连接与调试步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试器材准备器材准备电路的连接与调试电路的连接
12、与调试步骤一：计数器步骤一：计数器(集成电路集成电路)的认识的认识任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤一：计数器步骤一：计数器(集成电路集成电路)的认识的认识器材准备器材准备表表7-5 学学习习任任务务七所需工具与器材、七所需工具与器材、设备设备明明细细表表序号名 称符 号型 号规 格单位数量1双JK触发器IC0、IC174LS112块22集成电路插座16脚个23单掷拨动开关S个14直流稳压电源012V台15脉冲信号发生器台16示波器双踪台17线路板块18指针式万用表500型或MF-47型台19电烙铁1525W 支110焊接材料焊锡丝、松香助焊剂、烙铁架等套111电子实训通用工具螺丝刀
13、（一字和十字）、尖嘴钳、剥线钳、镊子、小刀、小剪刀等套112单相交流电源220V处113电源线、安装连接导线若干任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤一：计数器步骤一：计数器(集成电路集成电路)的认识的认识器材准备器材准备图图7-16 74LSl12外脚引外脚引线线排列排列74LSl12各脚的功能各脚的功能为为：引出端：引出端：JK1JK1：1CP1CP、1K1K、1J1J、1Q1Q、1S1SD D、1R1RD D。 JK2 JK2：2CP2CP、2K2K、2J2J、2Q2Q、2S2SD D、2R2RD D。GNDGND：接地端。：接地端。VCCVCC：电源端，：电源端，+5V+5V。
14、任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤一：计数器步骤一：计数器(集成电路集成电路)的认识的认识异步三位二进制加法计数器电路的连接与调试异步三位二进制加法计数器电路的连接与调试将两将两块块74LSll2分分别别插入集成插入集成电电路插座及路插座及线线路板，路板，应应注意相互的注意相互的间间距与位距与位置，使置，使导线连导线连接方便。接方便。任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤一：计数器步骤一：计数器(集成电路集成电路)的认识的认识异步三位二进制加法计数器电路的连接与调试异步三位二进制加法计数器电路的连接与调试按按图图7-13连连接接电电路。路。应应使每个使每个JK触触发发器的器的J
15、、K端端悬悬空，呈空，呈计计数状数状态态。调节直流稳压电源，使输出电压为调节直流稳压电源，使输出电压为+5V+5V。将置零开关将置零开关S S接地，使计数器置零然后打开开关接地，使计数器置零然后打开开关S S。计数器脉冲输入端接入脉冲信号发生器，并调节脉冲信号发生器，计数器脉冲输入端接入脉冲信号发生器，并调节脉冲信号发生器，使其产生频率为使其产生频率为1kHz1kHz幅度为幅度为3.6 V3.6 V的方波信号。的方波信号。将输出端将输出端Q Q0 0Q Q2 2接入示波器，观察接入示波器，观察Q Q0 0Q Q2 2的状态，并将结果填入表的状态，并将结果填入表7-7-6 6中。中。 任务7.2
16、：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤一：计数器步骤一：计数器(集成电路集成电路)的认识的认识表表7-6 计计数器状数器状态测态测量量记录记录异步三位二进制加法计数异步三位二进制减法计数CPQ2Q1Q0CPQ2Q1Q0112233445566异步三位二进制加法计数器电路的连接与调试异步三位二进制加法计数器电路的连接与调试任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤一：计数器步骤一：计数器(集成电路集成电路)的认识的认识（三）异步三位二进制减法计数器电路的连接与调试（三）异步三位二进制减法计数器电路的连接与调试按按图图7-14连连接接电电路。路。任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤一：计数器
17、步骤一：计数器(集成电路集成电路)的认识的认识表表7-6 计计数器状数器状态测态测量量记录记录异步三位二进制加法计数异步三位二进制减法计数CPQ2Q1Q0CPQ2Q1Q0112233445566（三）异步三位二进制减法计数器电路的连接与调试（三）异步三位二进制减法计数器电路的连接与调试重复异步三位二重复异步三位二进进制加法制加法计计数器数器电电路的工作步路的工作步骤骤，并将，并将结结果填入表果填入表7-6中。中。任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试器材准备器材准备表表7-7 学学习习任任务务七所需工具与器材、七所需
18、工具与器材、设备设备明明细细表表序号名 称符 号型 号规 格单位数量1同步二进制加法计数器IC74HC163快12集成电路插座16脚个13直流稳压电源012V台14脉冲信号发生器台15示波器双踪台16线路板快17指针式万用表500型或MF-47型台18电烙铁1525W 支19焊接材料焊锡丝、松香助焊剂、烙铁架等套110电子实训通用工具螺丝刀（一字和十字）、尖嘴钳、剥线钳、镊子、小刀、小剪刀等套111单相交流电源220V处112电源线、安装连接导线若干任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试器材准备器材准备图图7-17
19、74HCl63外脚引外脚引线线排列排列计数当，在时钟脉冲CP到来时，作二进制加法计数。当计数累加到Q3Q2Q1Q01111，进位输出端CO1；即COCTT Q3Q2Q1Q0 。 功能：清零当 ，在时钟脉冲CP到来时，清零。置数当清零控制端 ，预置控制端 ，在时钟脉冲CP到来时，输入数据从D0D3输入到计数器。保存但 ，只要输入端CTP、CTT中有一个为0，则各输出Q0Q3均保持不变。而在CTT0，CO为0。任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试电路的连接与调试电路的连接与调试按按图图7-15连连接接电电路。路。任务7
20、.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试电路的连接与调试电路的连接与调试将将74HCl63插入集成插入集成电电路插座及路插座及线线路板。路板。调节调节直流直流稳压电稳压电源，使源，使输输出出电压为电压为+5V。接入脉冲信号接入脉冲信号发发生器，并生器，并调节调节脉冲信号脉冲信号发发生器，使其生器，使其产产生生频频率率为为1kHz幅度幅度为为3.6V的方波信号。的方波信号。将将计计数器置零，即使数器置零，即使0，在脉冲到来，在脉冲到来时时，计计数器自数器自动动清零。清零。将将计计数器置数器置计计数状数状态态，即使，即使1。选择
21、选择脉冲信号脉冲信号发发生器的生器的单单次脉冲次脉冲输输出。出。接入示波器，接入示波器，观观察察Q0Q3及及CO的状的状态态和和HL0HL4的状的状态变态变化化(亮或亮或灭灭)，并将，并将结结果填入表果填入表7-8中。中。任务7.2：循环彩灯控制器循环彩灯控制器步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试步骤二：多路循环彩灯控制器的连接和调试电路的连接与调试电路的连接与调试CPCOQ3Q2Q1Q012345678910111213141516表表7-8 多路循多路循环环彩灯控制器状彩灯控制器状态测态测量量记录记录任务小结任务小结按照逻辑功能和电路组成的不同，数字电路可以分成组按照逻辑功能和电路组成的
22、不同，数字电路可以分成组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。时序逻辑电路的特点合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。时序逻辑电路的特点是电路在任一时刻的输出状态不仅与该时刻输入信号的状是电路在任一时刻的输出状态不仅与该时刻输入信号的状态有关，而且还与电路原有的状态有关。时序逻辑电路有态有关，而且还与电路原有的状态有关。时序逻辑电路有两种典型的电路：寄存器和计数器。两种典型的电路：寄存器和计数器。2.2.寄存器分为数码寄存器和移位寄存器。数码寄存器是具寄存器分为数码寄存器和移位寄存器。数码寄存器是具有暂时存放数码的逻辑记忆功能，移位寄存器除具有存放有暂时存放数码的逻辑记忆功能，移位寄存器除具有存放数码的记
23、忆功能外，还具有移位功能。数码的记忆功能外，还具有移位功能。3.3.在移位脉冲作用下，移位寄存器所存数码若只能向某一在移位脉冲作用下，移位寄存器所存数码若只能向某一方向移动的寄存器叫单向移位寄存器，单向移位寄存器又方向移动的寄存器叫单向移位寄存器，单向移位寄存器又分有左移寄存器和右移寄存器两种。若寄存器所存数码既分有左移寄存器和右移寄存器两种。若寄存器所存数码既能左移又能右移，具有双向移位功能的寄存器叫双向移位能左移又能右移，具有双向移位功能的寄存器叫双向移位寄存器。寄存器。计数器能对输入脉冲作计数操作。计数器按不同的方法计数器能对输入脉冲作计数操作。计数器按不同的方法分类，可分为二进制计数器
24、、十进制计数器等，也可以分分类，可分为二进制计数器、十进制计数器等，也可以分为同步计数器、异步计数器、加法计数器和减法计数器等。为同步计数器、异步计数器、加法计数器和减法计数器等。在完成本学习任务之后，应懂得寄存器和计数器的应用在完成本学习任务之后，应懂得寄存器和计数器的应用和工作过程的分析。和工作过程的分析。练习题练习题一、填空题一、填空题1.1.时序逻辑电路简称为时序逻辑电路简称为 电路，其是由电路，其是由 和和 两部分组成。两部分组成。2.2.时序逻辑电路按状态转换情况可分为时序逻辑电路按状态转换情况可分为 和和 两大类。两大类。3.3.寄存器常用于寄存器常用于 、 、 数码及指令等信息
25、的数字逻辑部件。数码及指令等信息的数字逻辑部件。4.4.寄存器分为寄存器分为 寄存器和寄存器和 寄存器。寄存器。5.5.数码寄存器具有数码寄存器具有 、 和和 的功能。的功能。6.6.移位是指在移位是指在 的作用下，能把寄存器中的数码依次的作用下，能把寄存器中的数码依次 或或 。7.7.计数器主要用于计数器主要用于 ，还可以用于，还可以用于 、 和和 等。等。8.8.计数器由计数器由 和和 组成。组成。9.9.一个触发器可以构成一个触发器可以构成 位二进制计数器。位二进制计数器。10.10.设计一个二十四进制计数器，至少需要设计一个二十四进制计数器，至少需要 个触发器。个触发器。二、选择题二、
26、选择题1.1.时序逻辑电路是由时序逻辑电路是由( )( )组成。组成。A A组合逻辑电路组合逻辑电路 B B触发器触发器 C C组合逻辑电路和触发器组合逻辑电路和触发器2.( )2.( )是指数码及指令等信息从一个输入端逐位输入到寄存器中。是指数码及指令等信息从一个输入端逐位输入到寄存器中。A A并行输入并行输入 B B串行输入串行输入 C C并串行输入并串行输入3.3.寄存器存储数据的位数寄存器存储数据的位数( )( )构成触发器的个数。构成触发器的个数。A A小于小于 B B等于等于 C C大于大于4.4.数码寄存器具有数码寄存器具有( )( )数码的功能。数码的功能。A A接收和传递接收
27、和传递 B B保存保存 C CA A和和B B5.5.计数器的构成是由计数器的构成是由 ( ) ( )组合构成。组合构成。A A与门与门 B B与非门与非门 C C触发器触发器6.6.触发器有触发器有( )( )个稳态。个稳态。 A A1 B1 B2 C2 C3 37. ( )7. ( )计数器则是各种进制计数器的基础。计数器则是各种进制计数器的基础。A A二进制二进制 B B八进制八进制 C C十进制十进制8.8.异步二进制加法计数器的各触发器的状态转换总是异步二进制加法计数器的各触发器的状态转换总是 ( ) ( )。A A从低位触发器到高位触发器翻转从低位触发器到高位触发器翻转B B从高位
28、触发器到低位触发器翻转从高位触发器到低位触发器翻转 C C同时翻转同时翻转9.9.同步二进制加法计数器的各触发器的状态转换总是同步二进制加法计数器的各触发器的状态转换总是 ( ) ( )。A A从低位触发器到高位触发器翻转从低位触发器到高位触发器翻转 B B从高位触发器到低位触发器翻转从高位触发器到低位触发器翻转 C C同时翻转同时翻转10. ( )10. ( )个触发器可以表示一位十进制数的数码。个触发器可以表示一位十进制数的数码。A A一一 B B二二 C C四四三、判断题三、判断题1.1.异步时序逻辑电路是在时钟脉冲的控制下，各触发器的状态异步时序逻辑电路是在时钟脉冲的控制下，各触发器的
29、状态先后发生改变。先后发生改变。( )( )2.2.移位寄存器除具有存放数码的记忆功能外，还有移位功能。移位寄存器除具有存放数码的记忆功能外，还有移位功能。( )( )3.3.移位是指在移位脉冲的作用下，只能把寄存器中的数码依次右移位是指在移位脉冲的作用下，只能把寄存器中的数码依次右移。移。( )( )4.4.数码寄存器是最简单的存储器。数码寄存器是最简单的存储器。( )( )5.5.计数是指统计输入的脉冲个数。计数是指统计输入的脉冲个数。( )( )6.6.一个触发器可以用来表示一位十进制数。一个触发器可以用来表示一位十进制数。( )( )7.7.构成计数器电路的器件必须具有记忆功能。构成计
30、数器电路的器件必须具有记忆功能。( )( )8.8.按照计数器在计数过程中触发器翻转次序，将计数器分成同步按照计数器在计数过程中触发器翻转次序，将计数器分成同步计数器和异步计数器。计数器和异步计数器。( )( )四、综合题四、综合题1.1.试述时序逻辑电路与组合逻辑电路有何区别？试述时序逻辑电路与组合逻辑电路有何区别？2.2.什么是并行输出？什么是串行输出？什么是并行输出？什么是串行输出？3.3.数码寄存器与移位寄存器有何区别？数码寄存器与移位寄存器有何区别？4.4.什么是移位？移位寄存器有什么功能？什么是移位？移位寄存器有什么功能？5.5.试述图试述图7-47-4所示电路的工作过程。所示电路
31、的工作过程。6.6.试述异步二进制加法计数器与异步二进制减法计数器的区别。试述异步二进制加法计数器与异步二进制减法计数器的区别。7.7.什么是异步计数器？什么是同步计数器？什么是异步计数器？什么是同步计数器？8.8.如图如图7-187-18所示的三位数码寄存器，若电路原状态所示的三位数码寄存器，若电路原状态Q2Q1Q0Q2Q1Q0101101，输入数据，输入数据D2D1D0D2D1D0011, 011, 则则CPCP脉冲到来后，脉冲到来后，电路状态如何变化？电路状态如何变化？图图7-18 综综合合题题8附附图图图图7-19 综综合合题题9附附图图图图7-20 综综合合题题10附附图图9.9.试试分析分析图图7-197-19所所示的二位示的二位计计数器的数器的工作原理。工作原理。10.10.试试分析如分析如图图7-207-20所示的三位所示的三位计计数器数器的工作原理。的工作原理。
