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N分频器分析与设计

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2020年4月19日
文档仅供参考

一、实验目的
掌握74190/74191计数器的功能，设计可编程计数器和N分频器，设计(N-1/2)计数器、分频器。
二、实验原理
分频是对输入信号频率分频。
1、CD4017逻辑功能

Cp0
Cp1
Rd
Q9-Q1
Co
X
X
1
0（ Q0=1）
0
↑
0
0
每个时钟分别从Q0-Q9一个周期高电平信号
1(Q0-Q4=1时)
0
↓
0
每个时钟分别从Q0-Q9一个周期高电平信号
0(Q5-Q9=1时)
0
X
0
保持

X
1
0
保持

2、74190/74191逻辑功能

器件
Cp1
S’
LD’
U’/D
D3
D2
D1
D0
Q3n+1
Q2n+1
Q1n+1
Q0n+1
74190(1)
X
X
0
X
D3
D2
D1
D0
D3
D2
D1
D0
74190(1)
↑
1
1
X
X
X
X
X
Q3n
Q2n
Q1n
Q0n
74190
↑
0
1
0
X
X
X
X
8421BCD加计数
74190
↑
0
1
1
X
X
X
X
8421BCD减计数
74191
↑
0
1
0
X
X
X
X
四位二进制加计数
74191
↑
0
1
1
X
X
X
X
四位二进制减计数

3、集成计数器级联
当所需计数器模数超过所选计数器最大计数状态时，需要采取多片计数器级联。方法分为异步级联和同步级联。
4、集成计数器的编程
在集成计数器的时序基础上，外加逻辑门电路等，反馈集成计数器的附加功能端，达到改变计数器时序的目的。可采用复位编程和置数编程两种。
5、多片74190/74191计数器级联
可根据具体计数需求和增减需求，选用74190或74191，选择不同功能、同步或异步设计等。
6、74190/74191计数器编程
由于没有复位端，因此只能使用置数编程，置数端置为0即可异步置数。可根据需求设计N进制加法或减法计数器。
N与译码逻辑功能如下。

N
2
3
4
5
6
LD’
(Q1n)’
(Q1nQ0n)’
(Q2n)’
(Q2nQ0n)’
(Q2nQ1n)’

7
8
9
10
11

(Q2nQ1nQ0n)’
(Q3n)’
(Q3nQ0n)’
(Q3nQ1n)’
(Q3nQ1nQ0n)’
N
12
13
14
15
16
LD’
(Q3nQ2n)’
(Q3nQ2nQ0n)’
(Q3nQ2nQ1n)’
(Q3nQ2nQ1nQ0n)’
1

7、74191组成(N-1/2)分频器
电路如下图：

计数器的两个循环中，一个循环在Cp的上升沿翻转；另一个是在Cp的下降沿翻转，使计数器的进制减少1/2，达到(N-1/2)分频。
三、实验仪器
1、直流稳压电源 1台
2、信号发生器 1台
3、数字万用表 1台
4、实验箱 1台
5、示波器 1台
四、仿真过程
1、按照CD4017和74191功能表验证其功能。
2、74191组成可编程计数器
(1)构成8421BCD十进制加法计数器，经过实验验证正确性，列出时序表。
设计图如下

仿真波形如下

(2)构成8421BCD十进制减法计数器，经过实验验证正确性，列出时序表。
设计图如下：

仿真波形如下

3、74190级联及编程
(1)构成100进制8421BCD减法计数器，经过实验验证正确性，列出时序表。
设计图如下
(U8为高位，U10为低位)

仿真波形如下

(2)构成24进制8421BCD减法计数器，经过实验验证正确性，列出时序表。
设计图如下

仿真波形如下

4、(N-1/2)分频器
(1)构成5进制8421BCD减法计数器，经过实验验证正确性，列出时序表。
设计图如下

仿真波形如下

(2)在上述5进制减法计数器，设计4又1/2分频器，f=100kHz作Cp，用双踪示波器观察记录Cp、Q0-Q3、QT和LD’的波形。
设计图如下：

五、实验结果
1、CD4017组成的7路7节拍的顺序脉冲触发器时序表

Q6
Q5
Q4
Q3
Q2
Q1
Q0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0

2、74191组成可编程计数器

(1)十进制加法计数器的时序表

0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1

（2）十进制减法计数器的时序表

1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0

3、（N-）分频
（1）5进制减法计数器时序表

0
1
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0

（2）4-分频器的、、、、、、、的工作波形

六、注意事项
1、在面包板上插入芯片时，注意芯片的型号与方向，不要把管脚折掉
2、实验现象出现错误，能够用数字万用表的电压功能档进行检查
3、74191的LD’是异步置数
4、用74191做减法计数器时，能够用到功能端
七、实验心得与体会
这次实验课，在用74191做十进制加法计数器时，由于我没有将输入端管脚接地，导致开始时数码管显示出错。一直检查连线也没发现错误，最后才知道要将输入端管脚接地，这个过程浪费了很多时间。另外一个比较棘手的问题是在用示波器观察波形时，波形一直无法稳定下来，在调节示波器上也花了很长的时间。虽然这次实验遇到的问题比较少，但我意识到了细节的重要性。在实验过程中，如果出现一点小错误，有时就需要花费很大的精力去纠正这个错误。还有就是实验过程中遇到问题不能紧张和急躁，要保持冷静，慢慢地找出问题并解决问题。