数字电路仿真实验报告

数字电路仿真

实验报告

姓名： 学号： 班级：

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实验一 组合逻辑电路设计与分析 ................................................................................................... 5

1. 实验目的 .............................................................................................................................. 5 2. 实验原理 .............................................................................................................................. 5 3. 实验电路及步骤................................................................................................................... 6 4. 思考题 .................................................................................................................................. 8 5. 实验心得 ............................................................................................................................ 10 实验二 编码器、译码器电路仿真实验 ......................................................................................... 12

1. 实验目的 ............................................................................................................................ 12 2. 实验原理 ............................................................................................................................ 12 3. 实验电路及步骤................................................................................................................. 13

3.1电路 .............................................................................................................................. 13 3.2 步骤 ............................................................................................................................. 13 4. 思考题 ................................................................................................................................ 16 5. 实验心得 ............................................................................................................................ 18 实验三 竞争冒险电路仿真实验 ..................................................................................................... 19

1. 实验目的 ............................................................................................................................ 19 2. 实验原理 ............................................................................................................................ 19 3. 实验电路及步骤................................................................................................................. 19

3.1电路 .............................................................................................................................. 19 3.2步骤 .............................................................................................................................. 20 4. 思考题 ................................................................................................................................ 26 5. 实验心得 ............................................................................................................................ 29

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实验四 触发器电路仿真实验 ......................................................................................................... 30

1. 实验目的 ............................................................................................................................ 30 2. 实验原理 ............................................................................................................................ 30 3. 实验电路及步骤................................................................................................................. 31

3.1电路 .............................................................................................................................. 31 3.2步骤 .............................................................................................................................. 32 4. 思考题 ................................................................................................................................ 34 5. 实验心得 ............................................................................................................................ 36 实验五 计数器电路仿真实验 ......................................................................................................... 37

1. 实验目的 ............................................................................................................................ 37 2. 实验原理 ............................................................................................................................ 37 3. 实验电路及步骤................................................................................................................. 38

3.1电路 .............................................................................................................................. 38 3.2步骤 .............................................................................................................................. 40 4. 思考题 ................................................................................................................................ 43 5． 实验心得 ............................................................................................................................ 48 实验六 任意N进制数电路仿真实验 ............................................................................................ 49

1. 实验目的 ............................................................................................................................. 49 2. 实验原理 ............................................................................................................................. 49 3. 实验电路和步骤 ................................................................................................................. 49 4. 思考题 ................................................................................................................................. 52 5． 实验心得 ............................................................................................................................ 56

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实验七 数字抢答器的设计............................................................................................................. 57

1. 设计任务与要求 ................................................................................................................. 57 2. 预习要求 ............................................................................................................................. 57 3. 设计原理与参考电路 ......................................................................................................... 57 4. 实验内容及方法 ................................................................................................................. 58 5. 实验报告及心得： ............................................................................................................. 60 6. 思考题 ................................................................................................................................. 60

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实验一 组合逻辑电路设计与分析

1. 实验目的

（1）学会组合逻辑电路的特点；

（2）利用逻辑转换仪对组合逻辑电路进行分析与设计。

2. 实验原理

组合逻辑电路是一种重要的数字逻辑电路：特点是任何时刻的输出仅仅取决于同一时刻输入信号的取值组合。根据电路确定功能，是分析组合逻辑电路的过程，一般按图1-1所示步骤进行分析。

组合逻辑电路逻辑表达式最简表达式真值表确切电路功能图1-1 组合逻辑电路的分析步骤

根据要求求解电路，是设计组合逻辑电路的过程，一般按图1-2所示步骤进

行设计。

问题提出真值表逻辑表达式化简变换逻辑图图1-2 组合逻辑电路的设计步骤

逻辑转换仪是在Multism软件中常用的数字逻辑电路设计和分析的仪器，使

逻辑电路转换成真值表 真值表转换成逻辑表达式 真值表化简逻辑表达式 逻辑表达式转换成真值表 逻辑表达式转换成逻辑电路 逻辑表达式转换成与非门电路 用方便.简洁。

图1-3 逻辑转换仪的图标和面板

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3. 实验电路及步骤

（1） 利用逻辑转换仪对已知逻辑电路进行分析。 a. 按图1-4所示连接电路。

XLC1U1A74LS136DU1BA BU2A74LS04DU2B74LS04DU1CU2C74LS136D74LS04D74LS136D

图1-4 待分析的逻辑电路A

b. 在逻辑转换仪面板上单击由逻辑电路转换为真值表的按钮和由真值表导出简化表达式后，得到如图1-5所示结果。观察真值表，我们发现：当四个输入变量A,B,C,D中1的个数为奇数时，输出为0，而当四个输入变量A,B,C,D中1的个数为偶数时，输出为1。因此这是一个四位输入信号的奇偶校验电路。

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图1-5 经分析得到的真值表和表达式 （2） 根据要求利用逻辑转换仪进行逻辑电路的设计。

a. 问题提出：有一火灾报警系统，设有烟感、温感和紫外线三种类型不同的火灾探测器。为了防止误报警，只有当其中有两种或两种以上的探测器发出火灾探测信号时，报警系统才产生报警控制信号，试设计报警控制信号的电路。 b. 在逻辑转换仪面板上根据下列分析出真值表如图1-6所示：由于探测器发出的火灾探测信号也只有两种可能，一种是高电平（1），表示有火灾报警；一种是低电平（0），表示正常无火灾报警。因此，令A、B、C分别表示烟感、温感、紫外线三种探测器的探测输出信号，为报警控制电路的输入、令F为报警控制电路的输出。

图1-6 经分析得到的真值表

（3） 在逻辑转换仪面板上单击由真值表到处简化表达式的按钮后得到如图1-7所示的最简化表达式。

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图1-7 经分析得到的表达式 AC+AB+BC

（4） 在图1-8的基础上单击由逻辑表达式得到逻辑电路的按钮后得到如图1-8所示的逻辑电路。

XLC1A BABC4123567 图1-8 生成的报警控制控制信号电路

4. 思考题

（1） 设计一个4人表决电路。即如果3人或3人以上同意，则通过；反正，则被否决。用与非门实现。

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a. 通过分析得到真值表如图1-9所示。

b. 按由真值表转换成最简逻辑表达式的按钮得到相应的最简逻辑表达式。 c. 按由逻辑表达式转换成与非门电路，得到如图1-10所示电路，即所求电路。

XLC1ABCDA B图1-9 经分析得到的真值表 5671110121617158113234189142019

图1-10 用与非门实现的4人表决电路 （2） 利用逻辑转换仪对图1-11所示逻辑电路进行分析。

依次按逻辑转换仪上由逻辑电路转换成真值表的按钮和由真值表转换成最简

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表达式的按钮得到所要的分析结果，如图1-12所示。

U1AXLC174LS04DU2A74LS00DU3BU3AU1B74LS04DA B74LS10DU2B74LS00D74LS10DU1C74LS04D图1-11 待分析的逻辑电路

逻辑功能分析：

当A、B不同时为1时（任意一个不为1或都不为1），输出为C非； 当A、B同时为1时，输出为C。

A B端作为控制信号控制输出与C的关系。

5. 实验心得

通过本次实验的学习，我们复习了数电课本关于组合逻辑电路分析与设计的相关

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图1-12 经分析得到的真值表和表达式

知识，掌握了逻辑转换仪的功能及其使用方法。初步掌握了软件multisim的用法。

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实验二 编码器、译码器电路仿真实验

1. 实验目的

（1） 掌握编码器、译码器的工作原理。 （2） 常见编码器、译码器的应用。

2. 实验原理

所谓编码是指在选定的一系列二进制数数码中，赋予每个二进制数码以某一固定含义。例如，用二进制数码表示十六进制数叫做二—十六进制编码。能完成编码功能的电路统称为编码器。74LS148D是常用额8线—3线优先编码器。在8个输入线上可以同时出现几个有效输入信号，但只对其中优先权最高的一个有效输入信号进行编码。其中7端优先权最高，0端优先权最低，其他端的优先权按端脚号的递减顺序排列。~E1为选通输入端，低电平有效，只有~E1=0时，编码器正常工作，而在~E1=1时，所以的输出端均被封锁。E0为选通输出端，GS为优先标志端。该编码器输入、输出均为低电平有效。

译码器是编码的逆过程，将输入的每个二进制代码赋予的含义“翻译”过来，给出相应的输出信号。能够完成译码功能的电路焦作译码器。74LS138D属于3线—8线译码器。该译码器输入高电平有效，输出低电平有效。

546~G2B~G2AG15432113121110EID7D6D5D4D3D2D1D0EOGSA2A1A0151467974LS148D

79101112131415Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0U1CBA321U274LS138D

图2-1编码器74LS148D 图2-2译码器74LS138D 8位信号输入端

7端优先权最高 三个使能端 三路输入端 0端优先权最低

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3. 实验电路及步骤 3.1电路

（1）8—3线优先编码器具体电路如图2-1所示，说明如下：

利用9个单刀双掷开关（J0—J8）切换8位信号输入端和选通输入端（~E1）输入的高低电平状态。利用5个探测器（X1—X5）观察3位信号输出端、选通输出端、优先标志段输出信号的高低电平状态（探测器亮表示输出高电平“1”，灭表示输出低电平“0”）。

（2）3—8线译码器具体电路如图2-2所示，说明如下：

利用3个单刀双掷开关（J1—J3）切换二路输入端输入的高低电平状态。利用8个探测器（X0—X7）观察8路输出端输以信号的高低电平状态（探测器亮表示输出高电平“1”，灭表示输出低电平“0”）。使能端G1接高电平，G2A接低电平，G2B接低电平。 3.2 步骤

（1）8—3线优先编码器实验步骤：

a. 按图2-3所示连接电路。

b. 切换9个单刀双掷开关（J0—J8）进行仿真实验，将结果填入表2.1中。输入端中的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平，“×”表示接高、低电平都可以。输出端中的“1”表示探测器亮，“0”表示探测器灭。该编码器输入、输出均为低电平有效。

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VDD5VJ11011121312345D0D1D2D3D4D5D6D7EIA2U1A0A1A2GSEO9761415A1 5 V5 V A05 V GS 5 VE05 V Key = 0J2Key = 1J374LS148DKey = 2J4Key = 3J5J9Key = 4J6Key = SpaceKey = 5J7图2-3 8—3线优先编码器仿真电路 Key = 6J8Key = 7GND

输入端 ~E1 Y7 1 0 0 0 0 0 × 1 1 1 1 1 Y6 × 1 1 1 1 1 Y5 × 1 1 1 1 1 Y4 × 1 1 1 1 1 Y3 × 1 1 1 1 0 Y2 × 1 1 1 0 × Y1 × 1 1 0 × × Y0 × 1 0 × × × 输出端 A2 1 1 1 1 1 1 A1 1 1 1 1 0 0 A0 1 1 1 0 1 0 GS E0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 Page 14 of 60

0 0 0 0

1 1 1 0 1 1 0 × 1 0 × × 0 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 表2.1 8—3线译码器真值表（输入高电平有效，输出低电平有效） （2）3-8线译码器实验步骤：

a. 按图2-4所示连接电路。

b. 切换3个单刀双掷开关（J1—J3）进行仿真实验，得到表2.2所示结果。输入端中的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平。输出端中的“1”表示探测器亮，“0”表示探测器灭。该译码器输入高电平有效，输出低电平有效。

VCC5VR11kΩR21kΩR31kΩX04.5 V J1123645ABCG1~G2A~G2BX14.5 V X24.5 V X34.5 V U1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097Key = AJ2Key = BJ374LS138DX4X54.5 V 4.5 V X64.5 V X7Key = C4.5 V 图2-4 3—8线译码器仿真电路

输入端 G1 G2A G2B A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 输出端 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Page 15 of 60

1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 表2.2 3—8线译码器真值表（输入高电平有效，输出低电平有效） 4. 思考题

（1） 利用两块8—3线优先编码器74LS148D设计16—4线优先编码电路，然后仿真验证16—4线优先编码的逻辑功能。

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VDD5VJ167Key = 0J28925Key = 2J4101128Key = 3J513Key = 4J6U3AU4AU5A74ALS08N74ALS08N74ALS08N21X05 V 5 V 18X15 V 19X25 V X35 V U6A74ALS08N23X416Key = 5J151220241774LS148D5Key = 415J14263422U22Key = 2J122774LS148D29141Key = 1J11U1J9Key = 0J10Key = 1J3Key = 3J13Key = 5VDDJ7Key = 6J8GNDKey = 7GNDKey = 6J16Key = 7 图2-5 16-4线优先编码电路

经验证，逻辑功能完全正确。

（2） 利用两块3—8线译码器74LS138D设计4—16线优先编码电路，然后仿真验证4—16线译码的逻辑功能。

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VCC5VX0R1R2R3R41kΩ1kΩ1kΩ1kΩJ1123645ABCG1~G2A~G2BX1X2X3X4X5X6X75 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V U1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097Key = AJ2Key = BJ374LS138DX8X9X10X11X12X13X14X155 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V U2123645ABCG1~G2A~G2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097Key = CJ4U4AKey = D4009BCL_5V74LS138D

经验证，逻辑功能完全正确。

5. 实验心得

本次实验主要掌握编码器、译码器的工作原理，并掌握了如何利用基础编码器设计位数更高的编码器。知道了各个管脚的功能与连接方式，进一步学习了multisim软件的使用。

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实验三 竞争冒险电路仿真实验

1. 实验目的

（1） 掌握组合逻辑电路产生竞争冒险的原因。 （2） 学会竞争冒险是否可能存在的判断方法。 （3） 了解常用消除竞争冒险的方法。

2. 实验原理

在组合逻辑电路中，由于门电路存在传输延时时间和信号状态变化的速度不一致等原因，使信号的变化出现快慢的差异，这种现象叫做竞争。竞争的结果是使输出端可能出现错误的信号，这种现象叫做冒险。所以有竞争不一定有冒险，有冒险一定存在竞争。

利用卡诺图可以判断组合逻辑电路是否存在竞争冒险现象，具体做法如下：根据逻辑函数的表达四，做出其卡诺图，若卡诺图中填1的格所形成的卡诺图有两个相邻的圈相切，则该电路存在竞争冒险的可能性。

既然电路存在竞争就有可能产生冒险造成输出的错误动作，因此，必须杜绝竞争冒险现象的产生，常用的消除竞争冒险的方法有以下4种：加取样脉冲，消除竞争冒险，修改逻辑设计，增加冗余项；在输出端接滤波电容；加封锁脉冲等。

3. 实验电路及步骤 3.1电路

（1）0型冒险电路如图3-1所示，说明如下：

该电路的逻辑功能为F?A?A?1,也就是说从逻辑功能上看不管信号如何变化，输出应该恒为1。但由于74LS05D非门电路的延时，引起输出端在一小段时间内出现了不应该出现的低电平（负窄脉冲），这种现象称为0型冒险。

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U2AU2A74LS05DV11kHz 5 V A+_+B_U1A74LS32DU1AV174LS04DXSC1Ext Trig+_A+_+B_74LS08DXSC1Ext Trig+_1kHz 5 V

图3-1 0型冒险电路 图3-2 1型冒险电路 （2）1型冒险电路如图3-2所示，说明如下：

该电路的逻辑功能为F?A,A?0，也就是说从逻辑功能上看不管信号是如何变化，输出应该恒为0。但由于74LS04D非门电路的延时，引起输出端在一小段时间里出现了不应该出现的该电平（正窄脉冲），这种现象称为1型冒险。 （3）多输入信号同时变化时产生的冒险电路，具体电路如图3-3所示，说明如下：

该电路的逻辑功能为F?AB?AC，已知B=C=1,所以F?A?A?1，但是由于多输入信号的变化不同时引起该电路出现冒险的现象。

U2AU3A74LS32DU5A74LS32DXSC1Ext Trig+_A+_+B_U2A74LS09DU3A74LS32D74LS09DU4B74LS09DU1A74LS05DV11MHz 5 V VDDGND5VU2B74LS09DU1AU2BXSC1Ext Trig+_A+_+B_74LS05DV11MHz 5 V 5V74LS09DVDD 图3-3 多输入信号同时变化时的冒险电路 图3-4 多输入信号用时变化时的冒险消除电路 3.2步骤

（1）0型冒险电路仿真实验步骤。

a.按图3-1所示连接电路。

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GND

VDD5V开关A合上为减法开关AC合上为加法X1显示加法的进位，X2显示减法的借位U2J1DCD_HEXU1151109111454ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO326713121234Key = AJ2XLA11234BusBus1432Bus1Key = BJ3Key = C74LS192DX1V11000 Hz 5 V 2.5 V 2.5 V X2FCQT 仿真结果如下

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这个是加法的。

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这个是减法的。 5． 实验心得

通过本次实验了解计数器的日常应用和分类，熟悉集成计数器逻辑功能和其各控制端作用，掌握计数器使用方法。

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实验六 任意N进制数电路仿真实验

1. 实验目的

（1）学会分析任意N进制数计数器

（2）灵活应用构成任意进制计数器的三种方法

2. 实验原理

集成计数器产品种类很多，但绝大多数是现成的二进制、十进制，其他进制的产品数量很少。为了构成任意N进制计数器，经常将现成的二进制、十进制集成计数器按以下三种方式进行处理。

（1）简单连接法：将两个计数器首尾相连，构成一个新的计数器，该计数器的模是两个计数器模的乘积。

（2）清零端复位法：开始计数后，经过M个脉冲，技术状态达到SM，通过辅助门电路将SM译码，产生一个清零信号加至计数器的清零端，使计数器返回到初始零状态，这样就跳跃了（N-M）个状态，从而构成了M进制计数器。

（3）利用置入控制端的置位法：利用中规模器件的置入控制端，以置入某一固定二进制数值的方法，从而使N进制计数器跳跃（N-M）个状态，实现M进制计数器。

3. 实验电路和步骤

1）用简单连接法构成模为100进制的计数器 实验步骤

a.按照图6-1所示连接电路

b.观察探测仪X1，发现U1计数器满，探测仪X1亮，表明进位输出端有进位输出且高电平有效，在输出进位信号的同时，U2计数器的ENT=1有效，进位加1计数。

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c.同时观察实验结果和分析实验电路深入领悟简单连接法的工作原理 实验仿真电路

U4U2X1DCD_HEX8(10)DCD_HEX2.5 V 4(6)3(5)2(4)1(3)7(9)6(8)XLA115V145(7)136(8)127(9)118(10)QAQBQCQD1413121115QAQBQCQDRCO~LOAD~CLR~LOAD~CLRU374LS162DCLKRCO151(3)2(4)3(5)4(6)5(7)6(8)7(9)8(10)BusBusBusBusVDDBus1(3)2(4)3(5)4(6)5(7)U174LS162DCLK2ENPENTF710TQC71034569123456ENPENTABCDABCD91V11kHz 5 V GND

图6-1 简单连接法构成模为100的计数器

2）清零端复位法构成八进制计数器 实验步骤

a.按照图6-2连接电路

b.当计数器技术到7时，CLK再来一次上升沿本应该计数到8状态，就在此刻QD=1，令非门输出低电平给~CLK，时计数器从8强行返回到0状态，这样就跳跃了8到F共8个状态。

c.通过观察实验结果和分析实验电路深入领悟清零端复位法的工作原理。 实验仿真电路

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b.进行实验仿真，记录仿真结果，说明现象。

图3-5 0型冒险电路仿真结果

仿真结果如图3-5所示，每当输入信号由高电平变为低电平时，输出端便会产生一个负窄脉冲。

c.考虑如何消除该电路出现的0型冒险现象。

可以在电路输出端串联一个适当的电感（由于本次实验选用的时钟信号频率较大，故选择1MH电感），当出现窄脉冲时，电感可感应出一电压抵消这一脉冲，达到平波的目的，实实验电路如图3-6所示。

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U3A74LS05DV21kHz 5 V A+_+B_U4A74LS32DXSC2Ext Trig+_L11.0MH 图3-6 0型冒险消除电路

图3-7 0型冒险消除电路仿真结果

（2）1型冒险电路仿真实验步骤。 a.按图3-2所示连接电路。

b.进行实验仿真，记录仿真结果，说明现象。

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图3-8 1型冒险电路仿真结果

仿真结果如图3-8所示，每当输入信号由低电平变为高电平时，输出端便

会产生一个正窄脉冲。

c.考虑如何消除该电路出现的1型冒险现象。

同样运用串联电感的平波效应，可以消除该电路出现的1型冒险现象。

U4AU3AV21kHz 5 V 74LS04DXSC2Ext Trig+_A+_+B_74LS08DL11.0MH Page 23 of 60

图3-9 1型冒险消除电路

图3-10 1型冒险消除电路仿真结果

（3）多输入信号同时变化时长生的冒险电路仿真实验步骤。 a.按图3-3所示连接电路。

b.利用卡诺图判断该电路存在竞争冒险的可能性（因为卡诺图中填1的格所形成的卡诺图有两个相邻的圈相切）。运行实验仿真，记录结果并说明现象。

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图3-11 多输入信号冒险电路的仿真结果

仿真结果如图3-11所示。当B=C=1时，该电路实际等同于0型冒险电路，

每当输入信号由高电平变为低电平时，输出端便会产生一个负窄脉冲。

c.为了消除竞争冒险现象，采用修改逻辑设计，增加冗余项BC，使原逻辑表达式F?AB?AC变成F?AB?AC?BC，采用修改后电路如图3-4所示，记录仿真结果。仿真结果如图3-12所示。

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图3-12 多输入信号冒险消除电路仿真结果

4. 思考题

如图3-13所示电路是否存在竞争冒险现象，若存在如何消除？

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XSC1Ext Trig+_A+_+B_U1AV11kHz 5 V 74LS04DU2A74LS02DU2C74LS02DU2B74LS02DGND

图3-13 竞争冒险电路

图3-14 竞争冒险电路仿真结果

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当B=C=0时，原逻辑表达式F?AA，存在冒险竞争，为消除竞争冒险现象，画卡诺图之后得出可以增加冗余项BC,与原输出进行或运算即可得出这个消除了冒险的图。采用修改后电路如图3-15所示，记录仿真结果。

XSC1Ext Trig+_A+_+B_U3AU4A74LS08D74LS32DU1AU2A74LS02DV11kHz 5 V 74LS04DU2C74LS02DU2B74LS02DGND仿照图3-4，画卡诺图之后得出增加无关项B’C‘，与原输出进行或运算得出这个消除了冒险的图。

图3-15 竞争冒险消除电路

图3-16 竞争冒险消除电路仿真结果

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5. 实验心得

本次实验复习了课本上关于逻辑电路产生冒险竞争的原因、判断方法及消除方法。并在Multism中运用元器件仿真了几个简单的逻辑电路，并成功消除了冒险竞争。

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实验四 触发器电路仿真实验

1. 实验目的

（1） 掌握边沿触发器的逻辑功能。

（2） 逻辑不同边沿触发器逻辑功能之间的相互切换。

2. 实验原理

触发器是构成时序电路的基本逻辑单元，具有记忆、存储二进制信息的功能。从逻辑功能上将触发器分为RS、D、JK、T、T’等几种类型，对于逻辑功能的描述有真值表、波形图、特征方程等几种方法。功能不同的触发器之间可以相互转换。边沿触发器是指只在CP上升沿或下降沿到来时接受此刻的输入信号，进行状态转换，而其他时刻输入信号状态的变化对其没有影响的电路。

集成触发器通常具有异步置位、复位功能。74LS74D是在一片芯片上包含两个完全独立边沿D触发器的集成电路。对它的分析可分为以下三种情况： （1） 无论CP、D为何值，只要1~CLR=0，~1PR=1，触发器置0；只要~1CLR=1，

~1PR=0，触发器置1。（“~”表示非） （2） 当~1CLR=~1PR=0时为不允许状态、

（3） 当~1CLR=~1PR=1且CP处于上升沿时，Qn?1?D0

74LS112D是在一芯片上饱和两个完全独立边沿JK触发器的集成电路。对他的分析可分为以下三种情况。

（1） 无论CP、J、K为何值，只要~1CLR=0，~1PR=1，触发器置0；只要~1CLR=1，~1PR=0，触发器置1。（“~”表示非） （2） 当~1CLR=~1PR=0时为不允许状态。

（3） 当~1CLR=~1PR=1且CP处于下降沿时，Qn?1?JQn?KQn。

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异步置位端4~1PR异步置位端4~1PRU1A1Q5U2A1Q5信号输入端时钟信号21D两个互补信号输出端31CLK~1Q6~1CLR1信号输入端31时钟信号K信号输入端21J1CLK1K两个互补信号输入端~1Q674LS74D~1CLR异步清零端

74LS112D异步清零端15

图4-1 74LS74D 逻辑符号和引脚注解

图4-2 74LS112D逻辑符号和引脚注解

3. 实验电路及步骤 3.1电路

（1） D触发器仿真电路如图4-3所示，说明如下：

利用单刀双掷开关J1、J2、J3、J4切换输入管脚的信号电平状态，利用探测器X1观察输出管脚的信号电平状态。用示波器查看输出管脚的信号波形。

VDD5VJ1A+_+B_XSC1Ext Trig+_Key = AJ221D4~1PR1QU1A5X15 V Key = BJ331CLK~1Q6~1CLR174LS74DJ4Key = CV1Key = Space500 Hz 5 V 图4-3 D触发仿真电路

（2） JK触发器仿真电路如图4-4所示，说明如下：

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输入端 VDD5VJ1现态 次态 Key = AJ24~1PRXSC1U1A1Q5A+_+B_Ext Trig+_Key = BJ33121J1CLK1K~1Q~1CLR6X15 V Key = CJ4J51574LS112DKey = DV1Key = Space500 Hz 5 V 图4-4 JK触发器仿真电路

利用单刀双掷开关J1、J2、J3、J4、J5切换输入信号的信号电平状态，利用探测器X1观察输出管脚的信号电平状态。用示波器查看输出管脚的信号波形。 3.2步骤

（1） D触发器仿真电路实验步骤。 a. 按图4-1所示连接电路。

b. 进行仿真电路实验，利用开关来改变~1PR、1D、~1CP、CP的状态，观察输出端1Q的变化，将结果填入表4.1并验证结果。输入端的“1”表示接高电平，“0”表示接低电平，“x”表示接高、低电平都可以。输出端的“1”表示探测器亮，“0”表示探测器灭。

表4.1 边沿D触发器74LS74D真值表

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CP ~CLP 0 0 1 1 1 ~PR 0 1 0 1 1 D Qn Qn?1 ? ? ? ? ? ? ? 0 1 0 1 ? 1 1

? 0 1 ? ? ? （2） JK触发器仿真电路实验步骤。 a. 按图4-2所示连接电路。

b. 进行仿真电路实验，利用开关来改变~1PR、1J、1K、~1CP、CP的状态，观察输出端1Q的变化，将结果填入表4.2中并验证结果。输入端中的“1”，表示接高电平，“0”表示低电平，“x”表示接高、低电平都可以。输出端的“1”表示探测器亮，“0”

输入端 CP ~CLR ~PR J K 现态 次态 Qn Qn?1 表示探测器灭。

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? ? ? 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 ? ? ? 0 1 0 1 ? ? ? 0 0 1 1 ? ? ? 保持 ? 0 1 ? ? 翻转 1 0 表4.2 JK触发器74LS112D真值表

4. 思考题

由于D触发器使用方便，JK触发器功能最完善，怎样将JK触发器和D触发器分别转换成T触发器。

T触发器的逻辑表达式为Qn?1?TQn?TQn，JK触发器只需将J，K输入端连接同一信号便可，用D触发器转换成T触发器，则令D?TQ?TQ?T?Q，只需在D输入端前增加一个异或门即可实现。

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将D门转换成T门即是让设计的电路具有Qn+1=TQ'n+T'Qn的功能若需要让设计电路满足Qn+1=DQ'n+D'Qn，考虑到D门的功能是Qn+1=D，即需要让输入为DQ'n+D'Qn,即输入信号需要与Qn异或后再输入XSC1VDD5VJ1Ext Trig+_A+_+B_Key = AJ24U3A1Q5U2A21D~1PRX15 V 74LS136DKey = BJ331CLK~1Q6~1CLR174LS74DJ4Key = CV1Key = Space500 Hz 5 V

图4-5 用D触发器转换的T触发器

VDD5VJ1

将Jk门转换成T门即是让设计的电路具有Qn+1=TQ'n+T'Qn的功能考虑到JK门的功能是Qn+1=JQ'n+K'Qn即需要让K=JXSC14~1PRKey = AJ2U1A1Q5A+_Ext Trig+_B+_Key = BJ43121J1CLK1K~1Q~1CLR156X15 V Key = D74LS112DJ5V1Key = Space500 Hz 5 V

图4-6 用JK触发器转换的T触发器

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5. 实验心得

本次实验对D触发器、J触发器、T触发器的逻辑功能进行了复习，了解了74LS74D和74LS112D的逻辑符号和引脚注解，学会了如何用D触发器和JK触发器转换成T触发器。

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实验五 计数器电路仿真实验

1. 实验目的

（1）了解计数器的日常应用和分类。

（2）熟悉集成计数器逻辑功能和其各控制端作用。 （3）掌握计数器使用方法。

2. 实验原理

统计输入脉冲个数的过程叫计数。能够完成计数工作的电路称作计数器。计数器的基本功能是统计叫钟脉冲的个数，即实现计数操作，也可用于分频、定时、产生节拍脉冲等。计数器的种类很多，根据计数脉冲引入方式的不同，将计数器分为同步计数器和异步计数器；根据计数过程中计数变化趋势，将计数器分为加法计数器、减法计数器、可逆计数器；根据计数器中计数长度的不同，可以将计数器分为二进制计数器和非二进制计数器（例如十进制、N进制）。

二进制计数器是构成其他各种计数器的基础。按照计数器中计数值的编码方法，用n表示二进制代表，N表示状态位，满足N?2n的计数器称作二进制计数器。74LS161D是常见的二进制加法同步计数器，其引脚说明图如图5-1所示，其功能如表5.1所示。

74LS191D是常见的二进制加/减同步计数器，其引脚说明图如图5-2所示，其功能如表5.2所示。

表5.1 74LS161D功能表（~表示“非”）

输入 ~CLR ~LOAD ENT ENP CLK A 0 X X X X X B X C X D X 输出 QA QB QC QD 0 0 0 0 Page 37 of 60

1 1 1 1

0 1 1 1 X 0 0 X X X X 0 1 X X X Da Db Dc Dd Da X X X X X X X X X X X X Db Dc Dd 计数 保持 保持 表5.2 74LS191D功能表（~表示“非”）

输入 ~LOAD ~CTEN ~U/D CLK 1 1 0 1 0 0 X 1 1 0 X X 1 1 X X A X X Da X B X X Db X C X X Dc X D X X Dd X Da QA 输出 QB QC QD 减法 加法 Db Dc Dd 保持 若一计数器的计数长度（模）为10，则该计数器称为十进制计数器。74LS62是常见的十进制加法同步计数器，其引脚说明图如图5-3所示，其引脚和功能与74LS161D二进制加法同步计数器类似。

74LS192D是常见双时钟同步十进制加/减计数器其引脚说明图如图5-4所示，。

3. 实验电路及步骤 3.1电路

（1）74LS161D构成的二进制加法同步计数器。具体电路如图5-5所示，说明如下：

a.该电路采用总线方式进行连接。

b.利用J2、J2、J3、J4四个单刀双掷开关可以切换74LS161D第7、10、9、1脚输入的高低电平状态。74LS161D第3、4、5、6（4位二进制输入端）同时接高电平。74LS161D第15脚（进位输出端）接探测器X1。V1为时钟信号。利用逻辑分析仪观察四位二进制输出端（第11、12、13、14脚）、进位输出端（第15

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脚）和时钟信号端（第2脚）的波形。利用数码管U2显示计数器的计数情况。

VDD5VJ1U1Key = AJ23456710ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCOU2Bus14131211151234XLA1DCD_HEX1234Bus1Key = BJ3912Bus1432X1FKey = CJ474LS161D2.5 V V11000 Hz 5 V CQTKey = D 图5-5 74LS161D构成的二进制加法同步计数器

（2）74LS191D构成的二进制加/减同步计数器，具体电路如图5-6所示，说明如下：

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VDD5V开关B合上为加法开关BC合上为减法U2J1BusDCD_HEX1234Key = AJ2U1151109411514ABCDQAQBQCQD32671234XLA1Bus1Bus432Key = BJ3~CTEN~LOAD~U/D~RCOMAX/MINCLKX1131274LS191DKey = CV11000 Hz 5 V 2.5 V X2F1CQT2.5 V 图5-6 74LS191D构成的二进制加/减同步计数器

利用J1、J2、J3三个单刀双掷开关可以切换74LS191D第5、11、4脚输入的高低电平状态。74LS191D第1、9、10、15脚（4位二进制数输入端）同时接高电平。74LS161D第12、13脚（最大与最小变换时的标志信号和进位输出端）分别接探测器X2、X1。V1为时钟信号。最小变换时的标志信号（第12脚）和时钟信号端（第14脚）的波形。利用数码管U2显示计数器的计数情况。 3.2步骤

（1）74LS161D构成的二进制加法同步计数器仿真实验步骤。 a.按图5-5所示连接电路。

b.利用J1、J2、J3、J4四个单刀双掷开关切换74LS161D第1、7、9、10脚输入的高低电平状态，同时观察数码管U2的输出信号，验证表5.1给定的74LS161D功能是否与实验结果相吻合。

c.观测探测器X1发现当该计数器计满（计到数码管U2显示“F”时），探测器X1亮，表明进位输出端有进位输出且高电平有效。

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d.逻辑分析仪观察的结果如图5-7所示，验证其结果是否与表5.1给定的74LS161D功能相吻合。改变时钟信号V1的幅度和频率，观察数码管和逻辑分析仪显示结果有何变化。

图5-7 逻辑分析仪观察结果

（2）74LS191D构成的二进制加/减同步计数器实验步骤。 a.按照图5-6连接电路

b.利用J1,J2,J3三个单刀双掷开关切换74LS161D第4、5、11脚输入的高低电平状态，同时观察数码管U2的输出信号，验证74LS161D的功能 。 c.观察探测仪X1，发现当该计数器计满时，探测仪X1亮，表示进位输入端输出且高电平有效。

d.逻辑分析仪观察的结果如图5-4所示，验证其结果是否与表5.2给定的

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74LS191D功能相吻合。改变时钟信号V1的幅度和频率，验证数码管和逻辑分析仪显示结果有何变化。

图5-8 电路逻辑分析仪观察结果 这个是加法的。

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这个是减法的。 4. 思考题

（1）模仿图5 74LS161D构成的二进制加法同步计数器，设计由74LS162D构成的十进制加法同步计数器，并验证实际结果是否与理论值相吻合。

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VDD5VJ1U1U2XLA11Key = ABus1J2314AQA142Bus5BQB133DCD_HEX236CQC12DQD11447Key = B10ENPRCO15ENT4329Bus1J31~LOAD~CLR2CLKX1Key = C74LS162DJ42.5 V V1Key = D1000 Hz 5 V 仿真结果如下

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FCQT

实际结果与理论值吻合。

（3） 模仿图74LS191D构成的二进制加/减法同步计数器，设计由74LS192D构

成的十进制加/减同步计数器，并且验证实际结果是否与理论值相吻合。

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