《计数器工作原理的模式化分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计数器工作原理的模式化分析.docx（11页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、工作分析计数器工作原 理的模式化分析计数器工作原理的模式化分析时序逻辑电路是?脉冲和数字电路? 这门课程的重要组成部 分，计数器是时序逻辑电路根底知识的实际应用，其应用领域非常广泛。计数器原理是技工学校电工电子专业学生必须重点掌握的内容，也是本课程的考核重点，更是设计计数器或其他电子器 根底。件的但近年来技校学生的文化理论根底和理解能力普遍较差，按照课件体系讲授计数器这个章节的知识，超过 70% 的学生听不 懂。 我先后为四届学生讲授过这门课， 于教学实践中摸索出壹套 分 析计数器的方法模式化分析，即把分析步骤模式化，引导 学 生按部就班地分析计数器。用这种方法分析，我只要以其中壹 种 计数器
2、如异步二进制计数器为例讲解，学生便能够自行分 析 其他计数器。教学实践证明，用这种方法讲授计数器知识， 学生比较感兴 趣，觉得条理清晰，易于理解，掌握起来比较轻松。这种方法仍有壹个好处，不管是同步计数器仍是异步计数器，不管是二进制计数器仍是十进制计数器，不管是简单的计数器仍是复杂的计数器，只要套用这种方法，计数器工作原理迎刃而解。即使是平时根底很差的学生，只要记住几个步骤，依葫芦画瓢，也能把计数 理分析出个大概来。器原明确计数器概念分析计数器当然要先清楚什么是计数器啦。书上的概念是：计数器是数字系统中能累计输入脉冲个数的数字电路。我告诉学计数器就是这样壹种电子设备：把它放于教室门口，每个进生，
3、入教室的同学均于壹个按钮上按壹下，它就能告诉你壹共有多少 位同 学进入教室。其中，每个同学按壹下按钮就是给这个设备壹 个输 入信号， N 个同学就给了 N 个信号，这 N 个信号就构成计 数器 的输入 CP 脉冲，计数器要统计的就是这个 CP 脉冲系列的个数。 当然，如果没有接译码器，计数器的输出端显示的是二进 制数而 非十进制数，比方有 9 位同学进入教室，它不显示“ 9 ，而是 显示“ 1001 。随后，我简要介绍了计数器的构成和分类， 且强调，计数器工 作前必须先复位，即每个触发器的输出端均置零。二、 回忆根底知识 分析计 数器要用到触发器的关联知识，其中 JK 触发器最常用，偶尔用 到
4、 T 触发器和 D 触发器。因此，介绍完计数器概念后， 我不急于 教学生分析其原理，而是先提问JK、T、 D 触发器的关联知识，包括触发器的逻辑符号、特性方程、特性表等。由于计数器的控制单元由逻辑门电路构成，分析前仍要简要回 顾壹下和、或、非等常用逻辑门电路的关联知识。另外，用模 式 化方法分析计数器仍要用到逻辑代数的运算方法、逻辑函数的 化 简方法等关联知识。三、画出解题模板 准备工作做完了，下面进入核心局部列出分析计数器的9 个步骤：1. 驱动方程即触发器输入端的表达式，注意要化成最简式2. 特性方程即触发器的特性方程，计数器有几个触发器就 写 出几个特性方程3. 状态方程把 1 代入 2
5、 后得到的方程，注意要化成最简式4. 进借位方程 即触发器的进位或借位的输出表达式， 壹 般是逻辑门电路的输出端表达式5. CP 即触发器CP端的表达式，也就是触发器何时有效，有 几个触发器就写出几个 CP6. 状态表 根据 3 、4、5 写出，包括 4 个局部： CP 个数、 各触发器 CP 是否有效、 触发器输出端状态、 进位或借位 输 出端状态7. 状态图 根据 6 画出8. 波形图 根据 7 画出，有几个输出端就画几个波形，包括 进位或借位输出的波形9. 功能 根据 7 写出计数器的功能，包括三个局部内容：几 进制、同步仍是异步、递增仍是递减或可逆 我逐个介绍了每个 步骤中要做的工作和
6、本卷须知， 具体如括 号中所示。我告诉学生， 这 9 个步骤尤如壹个模板，计数器的具 体内容就是水泥，分析计 数器原理的过程就是往模板中浇筑水泥 的过程。这时候，我不急于分析实例，而是控制了壹下课堂节奏，停 下来让学生默记这 9 个步骤，如果对其中哪些步骤有不理解的地 方 马上提问四、 按模板分析实例通过提问确认大局部学生已经记住这 9 个步骤后，我才进入 实 例分析。按照由浅入深而且有代表性的原那么，我以异步 3 位二 进 制计数器为例。1 画模板 我请壹位同学于黑板左侧写下分析的模板 9个步骤，我于黑板右侧画出计数器的电路图如图1所示图12 完成步骤1-5我开始教学生“浇筑水泥 。因为第1
7、 5 个步骤不难，只是写方程、代方程和逻辑函数的化简，我让学生 来 做。如果学生做这项工作有困难，我便写出第壹个方程，然后 请 学生上来写余下的几个，而且壹个学生只能上台写壹次，让尽 量多的学生参和解题，以此调动全班同学的参和积极性。3填写状态表这是用这种方法解题的关键环节，同时也是难 点。我画岀状态表的表头后，于CP脉冲个数壹列下方写下0，表 示计数器复位，此时三个触发器的输出端全部置0， 即Q3Q2Q1=000 ;三个触发器的 CP脉冲C1C2C3均无效，用X表 示；进位输出C=Q 3Q2Q1=0 0 0=0。这样，状态表的第壹行填 写完毕。这时的Q3Q2Q1是下壹个CP脉冲的原态，即对于
8、下壹 个 CP 脉冲来说， Q3nQ2nQ 1 n=000 。第二行是第 1 个 CP 脉冲到来时的状态。由于 C1=CP ，此时 Ci有效，用V表示，由于 Qin+1 =Q in，所以Qin+1 =0 =1。由于C2=Q 1下降沿有效，此时Qi由0-1 ,系上升沿而非下降沿，故C2无效， 用X表示，Q 2保持原状态0。由于C3=Q 2下降沿有效， 此时Q2 由00，非下降沿，故C3无效，用X表示，Q3保持原 状态0。 这时C=Q 3Q2Q1=0 0 1=0。这样，状态表的第二行也填 写完 毕。对于下壹个 CP 脉冲来说， Q3nQ2nQ 1n=001 。第三行的分析方法和第二行类似， 我由根
9、底较好的学生尝试 着 到台上分析且填写该行，这样壹能够让学生通过解题实践更好 地 理解解题方法，二能够及时发现学生存于的问题。如此壹直分析下去，直到触发器的输出状态Q3nQ2nQ1n岀现重复为止。填写情况如表 1 所示4 完成步骤 7-9 这 3 个步骤也比较简单， 我说明解题要点 后， 引导学生来完成。其中，状态图从状态表而来，注意要把高 位写 于前面，即顺序应为 Q3Q 2Q 1，状态图如图 2 所示。画波形 图时， 先于 CP 脉冲的每个下降沿上打下虚线，然后根据状态表 或状态 图画出相应输出的波形， 如图 3 所示。总结计数器功能时， 可由 图 1 直接见出该计数器是异步计数器， 可从
10、图 2 见出计数器 共 有 8 个状态，而且是递增的，所以该计数器的功能为：异步 8 进 制或 3 位二进制递增计数器。该题的解答情况如下：1. 驱动方程：F2：J2=K 2=1F3：J3=K 3=12. 特性方程：Q1n+1 =J1Q 1n+ K1Q1nQ2n+1 =J2Q 2n+ K2Q2nQ3n+1 =J3Q 3n+ K3Q3n3. 状态方程：F1:Q1n+1 =1 Qin+1 Q1n=Q 1nF2:Q2n+1 =1 Q2n+1 Q2n=Q 2nF3:Q3n+1 =1 Q3n+1 Q3n=Q 3n说明每个触发器的变化规律均是：来壹个 CP 脉冲就翻转壹 次4. 进位方程：C=Q 1Q2Q
11、35CP：F1 : Ci=CP 下降沿1 t 0F2 : C2=Q i 下降沿1 t0F3：C3=Q 2下降沿 1t06状态表:表1CP个数CP是否有效触发器输出端状态进位输出状态C3C2C1Q3Q2Q1C0XXX00001XXV00102XVV01003XXV01104VVV10005XXV10106XVV11007XXV11118VVV00007 状态图：图28.波形图_CP图39 功能：异步8进制或3位二进制递增计数器五、 稳固练习和作业为了稳固所学知识， 同时也让为了锻炼学生的独立解题能力， 我让学生于课堂上分析更为简单的同步 2 位二进制递增计数器， 提 醒他们注意驱动方程和状态方程
12、的化简。多数学生能分析出 来， 少数学生于填写状态表时卡了壳，我根据具体情况决定干预 学生 解题的程度。这次课我布置的作业是： 分析同步 3 位二进制递减计数器的 工 作原理。从作业情况见，学生掌握情况比较理想。但我且没有 就 此打住，而是于讲评作业后又布置了 4 道难度稍高的作业：分 析 4 位二进制计数器的工作原理，包括同步递增、同步递减、异 步递 增、异步递减。超过 70% 的学生 4 道题根本正确，讲评后， 我 挑选其中书写较标准的 4 份作业张贴于班上。确，单元测试时， 我除了测试学生分析计数器的知识外， 仍于试 卷 中有意出了壹道附加题：分析时序逻辑电路。我给出的电路既 不 是书上的也不是练习册的，而且分析结果显示计数器的输出状 态 且不是单纯递增或递减或可逆，而是没有规律的，不过最终能 形 成闭环。我的意图很明显：考察学生能否用上述解题方法分析 其 他时序逻辑电路。结果令我惊喜 60% 的学生解题思路正 其中 13% 的学生解答完全正确。