阎石数字电子技术基础第6章(2)山东大学

1、在数字电路中，把记忆输入在数字电路中，把记忆输入CLK脉冲个数的操作叫做脉冲个数的操作叫做计数计数，能够实现计数操作的电子电路称为，能够实现计数操作的电子电路称为计数器计数器。 计数器计数器是种类最多、应用最广、最典型的时序电路。是种类最多、应用最广、最典型的时序电路。 用于计数、分频、定时、产生节拍脉冲等用于计数、分频、定时、产生节拍脉冲等分类：分类：按时钟引入方式分按时钟引入方式分-同步同步、异步异步按计数过程中数字增减分按计数过程中数字增减分-加法加法、减法减法和和可逆可逆计数器计数器按计数器中的数字编码分按计数器中的数字编码分-二进制二进制、二二-十进制十进制和和循环码循环码按计数容量

2、分按计数容量分-十进制十进制，六十进制六十进制一、同步计数器1TQ.QQT002i1ii用用T触发器构成的同步二进制加法计数器触发器构成的同步二进制加法计数器3210QQQQC 10 T01QT 102QQT 2103QQQT *00QQ *10101QQ QQ Q*2012012()QQ Q QQ QQ*301230123()QQ Q Q QQ Q QQ0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16000000001111111100000111100001111000110011001100110010101010101010100 1 2 3 4 5 6

3、 7 8 9 101112131415000000000000000010计数计数顺序顺序 等效等效 十进制数十进制数进位输出进位输出 电电 路路 状状 态态3Q2Q1Q0QC4位同步二进制加法计数器的状态转换图和时序图位同步二进制加法计数器的状态转换图和时序图4位同步二进制加法计数位同步二进制加法计数器每输入器每输入16个计数脉冲个计数脉冲计数器工作一个循环，计数器工作一个循环，所以为所以为十六进制计数器十六进制计数器（模（模16的计数器）的计数器）可用可用Q3或或C的下降沿向的下降沿向高位计数器进位高位计数器进位 （异步级联方式）（异步级联方式）可用可用C的高电平向高位的高电平向高位计数器

4、进位计数器进位 （同步级联方式）（同步级联方式）4位同步二进制加法计数器位同步二进制加法计数器74161 附加功能：附加功能：异步清零异步清零、同步置数同步置数、保持保持工作状态ETEPDLRCLKD4位同步二进制计数器位同步二进制计数器74161的功能表的功能表74161的符号的符号ETQQQQC0123例：用三片例：用三片74LS161构成构成12位二进制同步加法计数器位二进制同步加法计数器工作状态ETEPDLRCLKD4位同步二进制计数器位同步二进制计数器74163的功能表的功能表74163的符号的符号4位同步二进制加法计数器位同步二进制加法计数器74163 附加功能：附加功能：同步清零

5、同步清零、同步置数同步置数、保持保持4位同步二进制加法计数器的另一种结构形式位同步二进制加法计数器的另一种结构形式4位同步二进制加法计数位同步二进制加法计数器的另一种结构形式：器的另一种结构形式：用用 触发器组成触发器组成TFF0每次每次CLK都翻转，都翻转，其余触发器只有在低位其余触发器只有在低位触发器全为触发器全为1时，时，CLK才才能使其翻转。能使其翻转。加法计数器加法计数器000000001100000111100000110011000010101010100000000101000100010001010101001111111111Q3 Q2 Q1 Q0T3 T2 T1 T000

6、X000X101XX00XX23QQ01QQ0000011110011110T3030123QQQQQT同理可得：同理可得：102QQT 301QQT10T用用T触发器组成时：触发器组成时：*00*1031031*2012012*3012033012033()()()()QQQQ Q QQ QQQQ Q QQ QQQQ Q QQ Q QQ Q QQ QQ 302103QQQQQT 10 T103TQ Q 102QQT 30QQC JK触发器实现触发器实现T触发器触发器0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 0 1 2 0 1 2000000001101101101100000

7、111100000111111000110011000111000111010101010100100100100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 10 11 6 12 13 4 14 15 200000000010010010010计数计数顺序顺序等效十等效十进制数进制数输输 出出电电 路路 状状 态态C3Q2Q1Q0Q同步十进制计数器的状态转换表同步十进制计数器的状态转换表同步十进制计数器的状态转换图同步十进制计数器的状态转换图该电路有该电路有10个有效状态，个有效状态，6个偏离状态，个偏离状态，能够自启动能够自启动。同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器74160，功能表与功能

8、表与74161相同，只是计数长度不同相同，只是计数长度不同 。 异步清零异步清零、同步置数同步置数ETQQC03同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器74162，功能表与功能表与74163相同，只是计数长度不同相同，只是计数长度不同 。 同步清零同步清零、同步置数同步置数N进制M进制NMNM用已有的用已有的N进制芯片，组成进制芯片，组成M进制计数器，是进制计数器，是常用的方法。常用的方法。置零法置零法具有异步清零端的计数器：具有异步清零端的计数器：74LS161（16进制）进制）74LS160（10进制）进制）具有同步清零端的计数器：具有同步清零端的计数器：74LS163（16进制）进制）7

9、4LS162（10进制）进制）00000010000101010100001111101111110011011010101110001001011101100123QQQQ74160的状态转换图的状态转换图D3210()RQ Q Q Q 用置零法将用置零法将74LS160接成六进制计数器接成六进制计数器思考：为什么进位输出没有从思考：为什么进位输出没有从C引出，从引出，从Q2引出进位输出引出进位输出使用时需注意什么？使用时需注意什么？用异步清零端用异步清零端状态转换图状态转换图用用74161实现接线图与用实现接线图与用74160相同，只是状态转移图不同相同，只是状态转移图不同Q作为进位信号，

10、只能用其上升沿作为进位信号，只能用其上升沿00000010000101010100001111101111110011011010101110001001011101100123QQQQ74162的状态转换图的状态转换图思考：此图的状态转移图？思考：此图的状态转移图？（2）置数法（置位法）置数法（置位法） 适用于有预置数功能的计数器适用于有预置数功能的计数器具有同步置数端的计数器：具有同步置数端的计数器：74LS161（16进制）进制）74LS160（10进制）进制） 74LS163（16进制）进制）74LS162（10进制）进制）进位输出进位输出思考：用思考：用74161、74163（16进

11、制）如何实现？进制）如何实现？分析如图所示的电路为几进制计数器：分析如图所示的电路为几进制计数器：例：用两片74160接成一百进制计数器并行进位法串行进位法在在N1 1、N2 2 不等于不等于N 时，可以先将两个时，可以先将两个N 进制计数器，分别接进制计数器，分别接成成 N1 进制计数器和进制计数器和 N2 2 进制计数器，然后再以并行进位方式进制计数器，然后再以并行进位方式将它们连接起来。将它们连接起来。思考：以上两图在什么计数状态进位输出为思考：以上两图在什么计数状态进位输出为1整体置零（异步）整体置数（同步）1TQ.QQT002i1ii加/减计数器加/减计数结果加/减计数器计数结果两种

12、解决方案单时钟方式单时钟方式双时钟方式双时钟方式 X11X XX0X010011DUDLSCLKI74LS191的功能表的功能表C/B为进位为进位/ /借位输出信号：借位输出信号： 加计数时，加计数时，Q3Q2Q1Q0=1111C/B=1 减计数时，减计数时，Q3Q2Q1Q0=0000C/B=1CLKO为串行输出端：为串行输出端：当当C/B=1时，在下一个时，在下一个CLKI上升沿到达前上升沿到达前CLKO有一个负脉冲输出。有一个负脉冲输出。利用利用C/B和和CLKO进行进行计数器级联更方便。计数器级联更方便。 1X X X 00 X X 01 1 01 1DRLDUCLKDCLK74LS19

13、3的功能表的功能表减法计数器减法计数器011000000000001111000000011001100010101010101010000000001000100000101010101111111111Q3 Q2 Q1 Q0T3 T2 T1 T00123QQQT 同理可得：同理可得：0130122QQQQQQT0203011QQQQQQT10T用用T触发器组成时：触发器组成时：T310X100X000XX00XX23QQ01QQ0000011110011110同步十进制减法计数器的状态转换图同步十进制减法计数器的状态转换图同步十进制减法计数器电路同步十进制减法计数器电路74LS190单时钟

14、同步十进制加单时钟同步十进制加/减计数器。减计数器。 功能表、引脚、用法同功能表、引脚、用法同74LS191，只是进制不同，只是进制不同74LS192双时钟同步十进制加双时钟同步十进制加/减计数器。减计数器。 功能表、引脚、用法同功能表、引脚、用法同74LS193，只是进制不同，只是进制不同1. 异步二进制计数器异步二进制计数器异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器000011110001100110010101010 Q2 Q1 Q0高位翻转发生在低位由高位翻转发生在低位由1 0时刻。时刻。若采用下降沿触发的若采用下降沿触发的 触发器（用触发器（用JK触发器时，触发器时，J=K=1），只要

15、将低位），只要将低位触发器的触发器的Q端接至高位的时钟端，低端接至高位的时钟端，低位由位由1 0时，下降沿使高位翻转。时，下降沿使高位翻转。T如用上升沿触发的如用上升沿触发的 触发器只要触发器只要将低位触发器的将低位触发器的 端接至高位的时端接至高位的时钟端。钟端。TQ电路图电路图时序图时序图异步二进制减法计数器异步二进制减法计数器011110000011001100010101010 Q2 Q1 Q0高位翻转发生在低位由高位翻转发生在低位由0 1时刻。时刻。若采用下降沿触发的若采用下降沿触发的 触发器（用触发器（用JK触发器时，触发器时，J=K=1），只要将低位），只要将低位触发器的触发器的

16、 端接至高位的时钟端，低端接至高位的时钟端，低位位Q由由0 1时，时， 的下降沿使高位的下降沿使高位翻转。翻转。TQQ如用上升沿触发的如用上升沿触发的 触发器只要触发器只要将低位触发器的将低位触发器的Q 端接至高位的时端接至高位的时钟端。钟端。T电路图电路图时序图时序图2. 异步十进制计数器异步十进制计数器 在在4位异步二进制加法计位异步二进制加法计数器基础上修改而成，要跳过数器基础上修改而成，要跳过1010 1111这六个状态这六个状态与与270页【例页【例6.2.4】电路相同】电路相同器件实例：器件实例：二五二五十进制十进制异步计数器异步计数器74LS290置置9输入输入端端置置0输入输入

17、端端CLK0 输入输入 Q0 输出，二进制计数器。输出，二进制计数器。CLK1 输入输入 Q3 Q2Q1 输出，五进制计数器。输出，五进制计数器。CLK0 输入输入 CLK1接接Q0 Q3 Q2 Q1Q0输出，十进制计数器。输出，十进制计数器。异步计数器的优点：异步计数器的优点：异步计数器的缺点：异步计数器的缺点：T如如111 000时，低位先变时，低位先变出现出现111 110 100 000的变化过程的变化过程 用移位寄存器构成的计数器叫用移位寄存器构成的计数器叫移位寄存器型计数器移位寄存器型计数器。因移位寄存器有移存规律，因此计数状态也必然符合移存因移位寄存器有移存规律，因此计数状态也必

18、然符合移存规律。规律。移位寄存器的首尾相接，移位寄存器的首尾相接，D0=Q3，循环右移，循环右移此电路不能自启动，在输出与输入之间接入适当的反馈此电路不能自启动，在输出与输入之间接入适当的反馈逻辑电路，修改为能自启动的环形计数器。逻辑电路，修改为能自启动的环形计数器。能自启动的环形计数器电路能自启动的环形计数器电路能自启动的环形计数器状态转移图能自启动的环形计数器状态转移图电路结构简单，每个状态只包含一个电路结构简单，每个状态只包含一个1（或（或0），不需译码。），不需译码。状态利用率低，状态利用率低，n位移位寄存器组成的环形计数器只有位移位寄存器组成的环形计数器只有n个状态。个状态。30QD

19、 不能自启动不能自启动11101010修改为能自启动的方法修改为能自启动的方法111100000000111110QQ32QQ0000011110011110原图原图 ，D0的卡诺图如下：的卡诺图如下：30QD 修改后修改后111101100000111110QQ32QQ00000111100111102130QQQD213)QQQ(213)QQ(Q(2130)QQ(Q(D能自启动的扭环形计数器能自启动的扭环形计数器01111000001111000001111000001111Q0 Q1 Q2 Q3思考：思考：4位移位寄存器构成的扭环形计数器有几个有效状位移位寄存器构成的扭环形计数器有几个有

20、效状态，几个无效状态。态，几个无效状态。思考：思考：3位移位寄存器构成的扭环形计数器有几个有效状位移位寄存器构成的扭环形计数器有几个有效状态，几个无效状态。态，几个无效状态。n位移位寄存器构成的扭环形计数器有位移位寄存器构成的扭环形计数器有2n个有效状态，个有效状态， 2n-2n个无效状态。个无效状态。扭环形计数器的特点：扭环形计数器的特点：每次状态转换时只有一位触发器改每次状态转换时只有一位触发器改变状态，因而在将电路状态译码时变状态，因而在将电路状态译码时不会产生竞争不会产生竞争-冒险现象。冒险现象。 在一些数字系统中，有时需要系统按照事先规在一些数字系统中，有时需要系统按照事先规定的顺序

21、进行一系列的操作。这定的顺序进行一系列的操作。这就要求系统的控制就要求系统的控制部分能给出一组在时间上有一定先后顺序的脉冲信部分能给出一组在时间上有一定先后顺序的脉冲信号，再用这组脉冲形成所需要的各种控制信号。号，再用这组脉冲形成所需要的各种控制信号。顺顺序脉冲发生器序脉冲发生器就是用来产生这样就是用来产生这样一组顺序脉冲一组顺序脉冲的电的电路。路。用环形计数器作顺序脉冲发生器的电路图和波形图用环形计数器作顺序脉冲发生器的电路图和波形图 在顺序脉冲较多时，可以用计数器和译码器组合成顺序脉在顺序脉冲较多时，可以用计数器和译码器组合成顺序脉冲发生器。冲发生器。用用D触发器接成触发器接成 触发触发器

22、组成器组成3位二进制异步加位二进制异步加法计数器法计数器T用与门组成高电平有效用与门组成高电平有效的的3线线-8线译码器线译码器012QQQ012QQQ012QQQ012QQQ012QQQ012QQQ012QQQ012QQQQ2Q1Q0由由001 010时，时，001 000 010P0有尖峰脉冲有尖峰脉冲Q2Q1Q0由由101 110时，时，101 100 110P4有尖峰脉冲有尖峰脉冲Q2Q1Q0由由011 100时，时，011 010 000 100P2、P0有尖峰脉冲有尖峰脉冲Q2Q1Q0由由111 000时，时，111 110 100 000P6、P4有尖峰脉冲有尖峰脉冲由于计数器为异步计数器，状态转换时触发器翻转有先后，译码器输出端由于计数器为异步计数器，状态转换时触发器翻转有先后，译码器输出端会出现尖峰脉冲会出现尖峰脉冲虽然虽然74LS161中的触发器是在同一时钟信号操作下工作的，但中的触发器是在同一时钟信号操作下工作的，但由于各个触发器的传输延迟时间不可能完全相同，所以在将计由于各个触发器的传输延迟时间不可能完全相同，所以在将计数器的状态译码时仍然存在竞争数器的状态译码时仍然存在竞争-冒险现象。冒险现象。