电子科技大学计算机组成原理实验课1-实验4:中小规模时序逻辑设计

### 电子科技大学计算机组成原理实验课1-实验4：中小规模时序逻辑设计 #### 实验背景及目标 本实验是电子科技大学计算机组成原理课程的一部分，主要针对中小规模时序逻辑设计这一主题展开实践教学。实验的目标是让学生通过具体操作熟悉和掌握74x161计数器的功能及其应用，尤其是如何利用该计数器实现不同模值的计数器设计。通过本实验，学生可以深入理解时序逻辑电路的基本原理，并能够运用这些原理来解决实际问题。 #### 实验重点内容解析 **1. 74x161计数器的逻辑功能** - **异步清零**: 当CLEAR端口接收到低电平(0)时，无论其他输入端的状态如何，计数器都会被清零。 - **同步并行置数**: 在时钟脉冲的上升沿到来时，如果LOAD端口处于低电平(0)，则计数器会将并行输入端D、C、B、A的数据加载到计数器中。 - **二进制同步加法计数**: 当CLEAR端口处于高电平(1)，LOAD端口也处于高电平(1)，且Enable P和Enable T都处于高电平(1)时，计数器会根据输入的时钟脉冲信号进行加法计数。 - **保持功能**: 当COUNT端口处于高电平(1)，LOAD端口也处于高电平(1)，但Enable P或Enable T之一处于低电平(0)时，计数器将保持当前状态不变。 **2. 实验内容分析** - **测试单个74x161计数器**: 使用1Hz时钟信号作为输入，通过LED灯显示计数器的状态变化，验证其基本逻辑功能。 - **级联两片74x161实现模256计数器**: 通过将一片计数器的进位输出(RCO)连接到另一片计数器的时钟输入(CLK)，从而实现模256计数器的设计。 - **实现模6和模10计数器**: 通过对74x161计数器的适当修改，如使用非门、或门等小规模逻辑门电路，设计出特定模值的计数器。 - **实现模60计数器**: 将两个不同模值的计数器级联起来，一个负责模6计数，另一个负责模10计数，最终通过适当的电路连接实现模60计数器。 **3. 实验原理详解** - **74x161计数器的逻辑功能**: - **Clock**: 时钟脉冲输入端，通常在上升沿触发计数操作。 - **CLEAR**: 异步清零端，当此端为低电平时，计数器会被清零。 - **LOAD**: 同步置数端，用于加载数据。 - **Enable P/Enable T**: 计数器工作状态控制端，用于控制计数器的工作模式。 - **D~A**: 数据输入端，用于同步置数操作。 - **RCO**: 进位信号输出端，用于级联多个计数器。 - **QD~QA**: 输出端，表示计数器的当前状态。 - **实验设计要点**: - **级联设计**: 通过将一个计数器的进位输出连接到下一个计数器的时钟输入来实现更高模值的计数器。 - **非门、或门等小规模逻辑门的应用**: 在设计特殊模值的计数器时，可以使用这些逻辑门来改变计数器的行为，例如在达到特定值时重置计数器。 - **组合逻辑设计**: 根据所需计数器的功能，设计合适的逻辑电路来满足需求。 **4. 实验器材** - 数字逻辑实验箱 - 74HC04（非门） - 74HC32（或门） - 74HC00（与非门） - 74HC86（异或门） - 74HC153（数据选择器、多路复用器） - 74HC161 计数器 2 片 **5. 实验步骤** - **查阅资料**: 查阅74x161的数据手册，了解其功能。 - **连接电路**: 根据实验内容连接输入和输出导线。 - **观察结果**: 观察指示灯的显示是否符合预期。 - **组合逻辑设计**: 设计输出的与或式，根据实验箱上的实际芯片进行逻辑表达式的变换。 - **测试功能**: 测试电路是否完成了相应的逻辑功能。 **6. 实验数据记录** - 对于每种计数器的设计，都需要记录实际的测试数据，并与理论值进行对比。 **7. 结论** 通过本次实验，学生不仅掌握了74x161计数器的基本功能和使用方法，还学会了如何利用该计数器和其他逻辑门设计出不同模值的计数器。此外，实验还锻炼了学生的实践能力和逻辑思维能力，为进一步学习更复杂的时序逻辑电路打下了坚实的基础。