位异步二进制加法计数器的组装与调试

项目六　3位异步二进制加法计数器的组装与调试

我们在乘坐出租车的时候，司机会启动计程表，路程和车费都会显示在仪表上。这种仪表是如何自动测量路程和计算金额的呢？其实质就是数字电路中的加法计数器。本项目完成3位异步二进制加法计数器的组装与调试。

【知识目标】

　●能够根据时序电路图列写激励函数、状态方程，并能根据状态方程列写状态转换表，画出状态转换图，分析其功能。

　●能根据基本逻辑功能画出状态图。

　●能根据所需功能选择合适的触发器。

　●能正确列出时钟方程、输出方程、状态方程及驱动方程。

【技能目标】

　●能对异步二进制加法器原理图进行分析。

　●能根据逻辑表达式画出逻辑电路图。

　●能完成4位二进制加法计数器的组装一调试。

任务一　组装3位异步二进制加法计数器

任务描述

电子手表、电子挂历、计程表等电子产品随处可见，我们这些电子产品上显示的数字是如何从0显示到9且向高位进位的呢？其实这就是一个加法计数器。本任务完成一个3位异步二进制加法计数器的组装。

任务分析

计数器是一种常用的数字部件，是触发器的重要应用之一。顾名思义，计数器就是能够累计输入脉冲数目的数字电路。它是一种记忆系统，除用作计数外，还可用作分频、定时等。本次设计的3位异步二进制加法计数器，选用两块TTL型JK触发器集成块74LS112构成3位加法计数器、555定时器构成脉冲电路、74LS138译码器、LED显示电路以及电源电路等典型功能电路构成。为了更好地组织教学，建议采用小组协作、理实一体组织教学。

任务实施

活动一　认识电路组成与功能

一、组成框图

3位异步二进制加法计数器组成框图如图6-1所示。

图6-1

二、原理图

3位异步二进制加法计数器原理图如图6-2所示。

活动二　认识元器件

元器件清单见表6-1。

表6-1　元件清单表

活动三　识读电路装配图，组装电路

一、电路装配图

电路装配图如图6-3所示。

图6-3

二、组装步骤

①根据原理图正确选用元器件，并对元器件进行检测。

②对各种元器件进行正确整形，完成安装，要求二极管、电解电容的极性正确。

③焊接二极管、电阻、集成块、电容、开关、变压器。

三、装配工艺

在印制板上安装元件时，应注意如下几点:

①元件引脚若有氧化膜，则应除去氧化膜并进行镀锡处理。

②同一种元件的高度应当尽量一致。

③安装时，应先安装小元件（如电阻），然后安装中型元件，最后安装大型元件，这样便于安装操作。另外，应先装耐高温元件。

④在进行焊接操作时要注意送锡方法及焊接时间。

⑤本任务组装采用的集成电路较多分立元件较少，所以在焊接集成块的引脚的时候应特别注意。

任务二　调试3位异步二进制加法计数器

任务描述

3位异步二进制加法计数器最终的结果是让发光二极管LED0至LED7按照设定的次序依次点亮来表示二进制加法的计数和进位。组装好的三位异步二进制加法计数器能否实现该功能，还需进行调试。

任务分析

本次任务主要是调试电源是否有5V电压供电，JK触发器能否计数进位，LED0至LED7能否依次发光。

任务实施

活动一　通电前的检查

电路安装完毕后，应先对照电路图按顺序检查一遍。

①检查每个元件的规格型号、数值，安装位置、管脚接线是否正确。着重检查各芯片的极性。

②检查每个焊点是否有漏焊、假焊和搭锡现象，线头和焊锡等杂物是否残留在印制电路板上。

③清理好测试场地和台面，以便做进一步的调试。

④用万用表测试输入端、输出端有无短路。

活动二　检测与调试

①通电检测时，不要急于测试，先要用眼看、鼻闻，观察有无异常现象。如果出现元器件冒烟、有焦味等异常现象，要及时中断通电，等排除故障后再通电检测。

②通电观察LED0—LED7，正常情况下应是从低至高循环点亮。

a.当没有脉冲信号输入时（电路接通的瞬间），LED0点亮。

b.第1个脉冲信号的下降沿输入时，第5脚1Q输出高电平送入IC2第13脚2CP、IC4的第1脚A0，IC4的第14脚为低电平，LED1导通发光。

c.第2个脉冲信号的下降沿到来时，第5脚1Q变为低电平输出，IC2第9脚将高电平送入IC3第1脚3CP、IC4的第2脚A1，IC4的第13脚为低电平，LED2导通发光。

d.第3个脉冲信号的下降沿到来时，第5脚1Q又变为高电平输出，送入IC2第13脚2CP、IC4的第一脚A0，IC2第9脚将高电平送入IC3第1脚3CP、IC4的第2脚A1，IC4的第12脚为低电平，LED3导通发光。

e.依此类推，IC3的第6脚、IC2的第9脚、IC2的第5脚对应IC4的第3脚、第2脚、第1脚，按照“000”到“111”的二进制加法计数通过IC4译码之后转换成由LED0至LED7发光的形式来表现。

③若LED0—LED7不发光，首先检测电源线路是否正常。变压器初级应为220V交流电，次级为12V交流电，C3正极为17V左右直流电，LM7805第3脚输出5V的稳定直流电，IC2、IC3、IC4的16脚为5V直流电。

④用示波器检测555定时器第3脚是否有脉冲信号输出。

知识链接

知识点一　时序电路的特点

时序电路方框图如图6-4所示

图6-4

特点:时序电路在任何时刻的稳定输出，不仅与该时刻的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。

知识点二　时序电路逻辑功能的表示方法

时序电路的逻辑功能可用逻辑表达式、状态表、卡诺图、状态图、时序图和逻辑图6种方式表示。这些表示方法在本质上是相同的，可以互相转换。

逻辑表达式有:

知识点三　时序电路的分类

同步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲相同，即电路中有一个统一的时钟脉冲，每来一个时钟脉冲，电路的状态只改变一次。

异步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲不同，即电路中没有统一时钟脉冲来控制电路状态的变化。电路状态改变时，电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。

知识点四　异步时序逻辑电路的分析方法

异步时序逻辑电路如图6-5所示。

图6-5

一、写方程式

（1）异步时序电路的时钟方程

电路没有单独的输出，为穆尔型时序电路。

（2）驱动方程

二、求状态方程

（1）D触发器的特性方程

（2）状态方程

将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程:

三、计算、列状态表

状态表见表6-2。

表6-2

四、电路功能

由状态表可以看出，在时钟脉冲CP的作用下，电路的8个状态按递减规律循环变化，即:

000→111→110→101→100→011→010→001→000→…

电路具有递减计数功能，是一个3位二进制异步减法计数器。

强化训练

做一做

（1）根据计数过程中数字的增减规律可将计数器分为_____________ 、_____________和_____________。

（2）一个触发器可以存储_____________为二进制代码。若设计一个3位二进制加法计数器，需要_____________个触发器；设计一个十进制加法计数器，需要_____________个触发器。

（3）什么是异步计数器？什么是同步计数器？

（4）利用两块74LS112设计一个8421BCD码异步十进制加法计数器，并绘制其原理图。

学习评价表

续表