一、實驗目的
1．掌握同步計數器設計方法與測試方法。
2．掌握常用中規模整合計數器的邏輯功能和使用方法。
二、實驗裝置
裝置：thhd-2型數字電子計數實驗箱、示波器、訊號源
器件：74ls163、74ls00、74ls20等。
三、實驗原理和實驗電路
1．計數器
計數器不僅可用來計數，也可用於分頻、定時和數字運算。在實際工程應用中，一般很少使用小規模的觸發器組成計數器，而是直接選用中規模整合計數器。
2．(1) 四位二進位制（十六進製制）計數器74ls161（74ls163）
74lsl61是同步置數、非同步清零的4位二進位制加法計數器，其功能表見表5.1。
74lsl63是同步置數、同步清零的4位二進位制加法計數器。除清零為同步外，其他功能與74lsl61相同。二者的外部引腳圖也相同，如圖5.1所示。
表5.1 74lsl61（74ls163）的功能表
3．整合計數器的應用——實現任意m進製計數器
一般情況任意m進製計數器的結構分為3類，第一類是由觸發器構成的簡單計數器。第二類是由整合二進位制計數器構成計數器。第三類是由移位暫存器構成的移位寄存型計數器。
第一類，可利用時序邏輯電路的設計方法步驟進行設計。第二類，當計數器的模m較小時用一片整合計數器即可以實現，當m較大時，可通過多片計數器級聯實現。兩種實現方法：
反饋置數法和反饋清零法。第三類,是由移位暫存器構成的移位寄存型計數器。
4．實驗電路：
十進位制計數器
六進製制扭環計數器
具有方波輸出的六分頻電路
圖5.1 74ls161（74ls163）外部引腳圖
四、實驗內容及步驟
1．整合計數器實驗
（1）按電路原理圖使用中規模整合計數器74ls163和與非門74ls00，連線成乙個同步置數或同步清零十進位制計數器，並將輸出連線至數碼管或發光二極體。然後使用單次脈衝作為觸發輸入，觀察數碼管或發光二極體的變化，記錄得到電路計數過程和狀態的轉換規律。
（2）根據電路圖，首先用d觸發器74ls7474構成乙個不能自啟的六進製制扭環形計數器，同樣將輸出連線至數碼管或發光二極體。然後使用單次脈衝作為觸發輸入，觀察數碼管或發光二極體的變化，記錄得到電路計數過程和狀態的轉換規律。注意觀察電路是否能自啟，若不能自啟，則將電路置位有效狀態。
接下來再用d觸發器74ls7474構成乙個能自啟的六進製制扭環形計數器，重複上述操作。
2．分頻實驗
依據實驗原理圖用74ls163及74ls00組成乙個具有方波輸出的六分頻電路。選擇適當時鐘輸入方式及頻率（cp接連續波脈衝），用雙蹤示波器觀察並記錄時鐘與分頻輸出訊號的時序波形。
五、實驗結果及資料分析
1．整合計數實驗
同步清零和同步置數的十進位制加一計數器狀態轉換過程分別如下所示：
六進製制扭環形計數器的狀態轉換過程如下：
不能自啟的計數狀態轉換圖能夠自啟的狀態轉換圖
分頻實驗成功實現了六分頻輸出，始終和輸出波形如下所示：
六、實驗總結及改進
本次試驗比較成功，通過本次試驗，我掌握了同步計數器設計方法與測試方法，還掌握了常用中規模整合計數器的邏輯功能和使用方法，本次試驗使我對數位電路設計有了更加深刻的理解，加深了我對相關數電理論的認識，增加了學習數字電子技術的興趣。
本次實驗中，關於同步置數的加一計數器和分頻電路，都存在另外的設計思路，這也體現了數位電路設計中的多樣性，因此在實際設計中，我們應該努力拓展自己的思路，應用多種角度去思考，以便設計出更加合理高效的電路。
七、實驗思考題解答
（1）同步計數器與非同步計數器有何區別？計數器與分頻器有何區別？
同步計數器與非同步計數器的主要區別在於：同步計數器電路採用統一的時鐘脈衝，而非同步計數器則沒有統一的時鐘脈衝。分頻器的時鐘脈衝cp一定是週期訊號，則輸出訊號也是週期性，輸出訊號的週期是輸入訊號週期的m倍，反過來輸出訊號的頻率是輸入訊號頻率的m分之一。
計數器的時鐘脈衝cp不一定是週期訊號，可以是隨機脈衝，稱為計數脈衝，則輸出訊號也不一定是週期性。計數器工作目的是紀錄計數脈衝個數（遞加或遞減）以及產生溢位（進製或借位）訊號。
（2）整合計數器的同步清零和非同步清零有和區別？
同步清零的實現需要等待觸發訊號的觸發，而非同步清零則可直接將電路狀態置零，不需要觸發輸入。
（3）如何判斷計數器能否自啟動?
從電路的任意狀態開始，經過有限次狀態變換，電路能夠進入有效狀態迴圈，則說明此電路能夠自啟。
（3）簡述用雙蹤示波器測試多路訊號的時序波形的方法。
用雙蹤示波器同時觀察兩個頻率有倍數關係的訊號時,一般選用頻率較低的訊號作為示波器的內部同步訊號。這樣操作比較容易得到穩定的觀察波形。
（4）在利用數碼管或發光二極體觀察電路的狀態轉換規律及用示波器觀察時序波形時，時鐘輸入方式及頻率應如何選擇？
電路狀態較少時應選數碼管或發光二極體以單次脈衝作為觸發輸入觀察狀態轉換規律，對於複雜的狀態轉換，
，應選用雙蹤示波器，以低頻時鐘訊號作為同步訊號，觀察記錄輸出與輸入時鐘訊號時序關係和電路狀態轉換規律。
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