数字实验实验讲义 - 图文

从逻辑图中可以看出,它是由四只主从R-S触发器和一个三选一数据选择器对左移串入数据,右移串入数据,并入数据进行选择后送入R端和S端。其中A、B、C和D是并行输入的数据输入端;QA、QB、QC和QD是输出端;Cr是清0端；S1、S 0是选择器的输入控制端。S1和S 0的不同组合可以使电路具有保持、送数、左移、右移功能。SL和SR是移位寄存器工作在左移和右移时的数据输入端,也作为串行输入数据端。

表8-1 74LS194功能表

tn时刻输入 功能 Cr S1 S0 CP SL SR A B 清零 0 3 3 3 3 3 3 3 1 3 3 0 3 3 3 3 保持 1 0 0 3 3 3 3 3 送数(并入) 1 1 1 ↑ 3 3 D0 D1 1 0 1 ↑ 3 1 3 3 右移 1 0 1 ↑ 3 0 3 3 1 1 0 ↑ 1 3 3 3 左移 1 1 0 ↑ 0 3 3 3 tn+1时刻输出 QB QC QD 0 0 0 保持 保持 保持 保持 保持 保持 D1 D2 D3 QAn QBn QCn QAn QBn QCn QCn QDn 1 QCn QDn 0 C 3 3 3 D2 3 3 3 3 D 3 3 3 D3 3 3 3 3 QA 0 保持 保持 D0 1 0 QBn QBn ① 清0：当Cr=0时，各触发器置0，寄存器寄存的数据全部清除。

② 保持：当CP为0或S1、S 0均为0时，寄存器所寄存的数不变。

③ 送数：它指的是并行输入数据，此时要求Cr、S1和S 0均处于1状态，在CP脉冲到来时，将加在数据输入端A、B、C和D的信息送入寄存器。

④ 移位：如要求串行输入信息，应当利用右移或左移功能。当Cr=1，S1S0=10，执行左移功能，信息由SL端送入；当Cr=1，S1S0=01，执行右移功能，信息由SR端送入。在CP脉冲连续作用下，寄存器中的数据逐位左移或右移。

2.移位型计数器

利用移位寄存器可构成移位型计数器，采用不同的反馈逻辑电路，可以得到不同形式的计数器。常用的有环形计数器和扭环计数器两种。

这类电路需要解决自启动问题。即电路由某种原因进入无效状态，如果继续输入计数脉冲，则能自动转入有效循环，通常采用两种方法：①修改逻辑设计，使电路本身具有自启动性能；②利用触发器的异步置位、复位端，使其转变为自启动的计数器。现以修改逻辑设计为例加以说明。

大家知道,环形计数器的状态等于触发器数,故n个状态的环形计数器，需要n个触发器,但只用了n个状态,还有2n- n个状态未利用,这是环形计数器的最大缺点。为了提高触发器的利用率,可采用扭环计数器,它与环形计数器不同，是将末级→4端接到输入端D1，如图8-2(a)所示，其状态转换图如图8-2(b)所示。由图可见，四个触发器利用了8个状态，如果有n位扭环计数器，则可利用2n个状态，比环形计数器提高一倍。

四级触发器只有两种时序循环，其有效循环的确定是任意的，但通常均采用每一个状态只有一个0、1相邻的时序循环，因该循环不会产生译码瞬间模糊。

图8-2(a)所示扭环计数器，不能自启动，加上电源后，需预置清0，如果把反馈逻辑修改一下，则可实现自启动。

扭环计数器自启动反馈逻辑设计比较简单，只要拆开无效循环的任意一个环节(或把环分成多段，任意确定修改某一位)，使其转入有效循环，然后根据拆环后的状态转换图，便可用

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卡诺图得到自启动反馈逻辑。现以修改Q1为例予以说明。

(a)电路

（b）状态转换图 图8-2扭环计数器

图8-2(a)电路的状态表为表8-2。我们将无效循环拆开，并使其无效循环中的状态0010引导到有效循环中的状态0001，按照这个要求修改状态表8-2，修改后的状态表为表8-3。根据修改后的状态表可得出D1的卡诺图如图8-3所示。

表8-2 表8-3

图8-3 D1卡诺图 由卡诺图得出第一个触发器的驱动方程

D1=Q__3__Q4+Q1Q4=(Q1+Q3)Q4=

________Q1Q3Q4

而其它三个触发器的驱动方程不变，由此得到修改后的状态转换表如表8-4。其状态转换图见图8-4。从状态转换图可以看出，电路接通电源后，扭环计数器输出的任意一个无效状态，在若干个CP脉冲作用后，都可进入有效循环中，修改后的电路见图8-5。

表 8-4

图8-4 修改后的状态转换

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图8-5 修改后的四位扭环计数器

3.移位寄存器的应用

利用74LS194移位寄存器能够构成扭环计数器，电路见图8-6。它是一种不能自启动的扭环计数器，采用这种连接方式时，在计数之前必须先将移位寄存器清“0”。

图8-6 扭环计数器

移位寄存器可进行串行数据向并行数据、并行数据向串行数据的转换以及二进制乘法和字节的交换，还可组成N除法器，变模计数器等。总之，移位寄存器应用十分广泛，这里就不再一一例举。若需要运用，请读者查阅有关移位寄存器应用的书籍。 三、实验设备及器件

1.数字电路实验箱 一台 2.双踪示波器 一台

3.万用表 一块

4.器件:74LS194两片，74LS04、74LS00、74LS248、74LS125、74LS151、74LS86、74LS85两片、T076及数码管等。

四、实验内容及步骤

1.测试74LS194的逻辑功能

按图8-7电路接线，数据输入端A、B、C和D分别接SW1、SW2、SW3和SW4，输出端QA、QB、QC和QD分别接L1、L2、L3和L4，Cr接逻辑开关A、CP接逻辑开关B。

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图8-7 移位寄存器逻辑功能测试图

① 送数：拨动A逻辑开关一次，(即给Cr端加一个负跳变脉肿信号)，使寄存器清“0”，然后按74LS194功能表中的送数方式操作，并在0000～1111之间任选几组四位二进制数，送入寄存器，观察发光二极管的显示情况，列到记录结果。

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② 右移：清“0”后，按送数方式操作，将数据0110送入寄存器，然后按右移方式操作，并使SR=QD，连续发出四个单次CP脉冲信号(即拨动四次B逻辑开关)，观察显示器的变化，列表记录观察结果。

③ 左移：重复右移实验步骤，但送数后按左移方式操作，并使SL=QA，列表记录实验结果。 ④ 保持：清“0”后，按送数方式操作，将任意一个数据送入寄存器，然后按保持方式操作，连续发出四个单次CP脉冲信号，观察并记录显示结果。

2.二进制数码的串、并行转换

令74LS194的QA为最低位，QD为最高位。串行输入或输出一个四位二进制数。实验时，应注意正确选择何种移位方式操作。

①串行输入、并行输出：设串行输入1010，先用右移方式，后用左移方式，实现并行输出，记录输出结果。

②并行输入、串行输出：设并行输入1001。采用左移方式实现串行输出，记录输出结果。 3.设计一个自启动的三级扭环计数器，其附加反馈网络不采用送数方式。验证其逻辑功能，并用双踪示波器分别显示CP及各Q端波形图。

4.用移位寄存器、计数器、数据选择器及比较器构成一数字密码锁电路

① 按图8-8电路接线，其中八进制计数器用实验七中所用中规模集成器件设计； ② 自拟验证方案，并验证之； ③ 简述图8-8的工作原理。

图8-8 数字密码锁电路图

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