电子技术第12讲(计数器)new

1、1第第12讲讲第第21章章 时序逻辑电路时序逻辑电路21.3 计数器计数器2作用作用: 累计输入的脉冲个数，最后给出累计的总数。累计输入的脉冲个数，最后给出累计的总数。 也可用于分频、定时、产生节拍脉冲等。也可用于分频、定时、产生节拍脉冲等。基本结构基本结构: 由触发器和门电路组合而成。由触发器和门电路组合而成。基本要求：基本要求： 掌握各类计数器分析方法及集成计数器的应用。掌握各类计数器分析方法及集成计数器的应用。3按数值增减趋势分类按数值增减趋势分类:计数器计数器加法计数器加法计数器减法计数器减法计数器可逆计数器可逆计数器4按计数进制分类：按计数进制分类：计数器计数器二进制计数器二进制计数

2、器十进制计数器十进制计数器按时钟脉冲输入方式分类按时钟脉冲输入方式分类 ：计数器计数器同步计数器同步计数器异步计数器异步计数器4位二进制加法计数器状态转换表位二进制加法计数器状态转换表CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0要求要求: 每来一个每来一个CP,计数器加计数器加1CP Q3 Q2 Q1 Q0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1

3、0 15 1 1 1 1 16 0 0 0 021. 3计数器计数器21.3.1 二进制计数器二进制计数器6计数规律计数规律CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0CP Q3 Q2 Q1 Q0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1 16 0 0 0 0计数之前输出全为计数之前输出全为0；最低位触发器在每来最低位触发器

4、在每来一个一个CP翻转一次；翻转一次；低位触发器由低位触发器由10时时,相邻高位触发器状态相邻高位触发器状态发生变化。发生变化。总的规律总的规律:当本位触发当本位触发 器的输出状态下跳时器的输出状态下跳时(1 0),相邻位触发器相邻位触发器发生翻转。发生翻转。71. 异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器用触发器组成计数器用触发器组成计数器J K Qn+10 0 Qn0 1 01 0 11 1 Q nCP下降沿触发下降沿触发例例: 用主从用主从J-K触发器组成触发器组成异步异步二进制加法计数器二进制加法计数器由由JK=11控制触控制触发器翻发器翻转计数转计数Qn+1=JQn+KQnQQRDS

5、DJKCP8用用4个主从个主从J-K触发器组成触发器组成 4位位异步异步二进制加法计数器二进制加法计数器R 清清0脉冲脉冲进位脉冲进位脉冲Q0Q1Q2Q3CP计数脉冲计数脉冲QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJK94位位异步异步二进制加法二进制加法计数器时序图计数器时序图1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16CPQ0Q1Q2Q3000010001000100011110000异步异步: 各触发器不同时翻转各触发器不同时翻转, 从低位到高位依次翻转从低位到高位依次翻转 CP的下降沿的下降沿Q0翻转翻转Q0的下降沿的下降沿Q1翻转翻转Q1的下降沿的下

6、降沿Q2翻转翻转Q2的下降沿的下降沿Q3翻转翻转RQ0Q1Q2Q3QRQRSQQCP104位异步二进制加法计数器位异步二进制加法计数器状态转换表状态转换表CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0CP Q3 Q2 Q1 Q0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1 16 0 0 0 0每每16 个个CP 循环一周循环一周

7、11参照：参照：P314图图21.3.3(a)，三位二进制加法计数器。，三位二进制加法计数器。CQDQQDQQ0Q1Q2QDQF2F0F1CP的上升沿的上升沿Q0翻转翻转Q0的上升沿的上升沿Q1翻转翻转Q1的上升沿的上升沿Q2翻转翻转1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16CPQ0Q1Q200010010000011100012CQDQQDQQ0Q1Q2QDQF2F0F1参照：参照： P314图图21.3.3(b) ，三位二进制减法计数器。，三位二进制减法计数器。CP的上升沿的上升沿Q0翻转翻转Q0的上升沿的上升沿Q1翻转翻转Q1的上升沿的上升沿Q2翻转翻转

8、132. 同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器同步同步: 每个触发器都用同一个每个触发器都用同一个CP触发，当时钟脉冲到触发，当时钟脉冲到来时，各触发器同时翻转。来时，各触发器同时翻转。J K Qn+10 0 Qn0 1 01 0 11 1 Q nJ-K触发器真值表触发器真值表 加法计数器的加法计数器的另一规律：另一规律：最低位最低位Q0每来一个钟脉冲翻转一次，而其它每来一个钟脉冲翻转一次，而其它位在所有低位为位在所有低位为1时，再来一个时时，再来一个时钟脉冲翻转一次。由此可推出由钟脉冲翻转一次。由此可推出由JKJK触发器组成计数器电路的驱动方程：触发器组成计数器电路的驱动方程： J0=K

9、0=1 J1= K1= Q0n J2= K2= Q0nQ1n 14设计方法设计方法: 用低位的用低位的Q控制高位的控制高位的J、K，决定其翻转还是不翻转。决定其翻转还是不翻转。 JK00时，不翻转时，不翻转(保持原状保持原状) JK11时，翻转时，翻转J K Qn+10 0 Qn0 1 01 0 11 1 Q nJ-K触发器真值表触发器真值表15同步二进制加法计数器设计同步二进制加法计数器设计 用维用维阻型阻型J-K触发器触发器(1) Q0的翻转：的翻转： 每来一个每来一个CP，Q0翻转翻转 一次一次(2) Q1的翻转的翻转: Q0=1时时,再来一个再来一个CP , Q1翻转一次翻转一次(3)

10、 Q2的翻转的翻转: Q1Q0=11时时,再来一个再来一个 CP,Q2翻转一次翻转一次JK=11J,K=Q0J,K=(Q1Q0)(4) Q3的翻转的翻转:Q2Q1Q0=111时时,再来一个再来一个CP,Q3翻转一次翻转一次J,K=(Q2Q1Q0)QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJKR 清清0脉冲脉冲CP&Q1Q0Q0Q1Q2Q3&Q2Q1Q016同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJKR 清清0脉冲脉冲CP&Q1Q0Q0Q1Q2Q3&Q2Q1Q0同步二进制加法计数器的同步二进制加法计数器的波形图波形图与异步二进制加法计数器的画法与异步

11、二进制加法计数器的画法相同相同,状态转换表状态转换表也相同，但是也相同，但是.波形图波形图174位同步二进制加法计数器位同步二进制加法计数器时序图时序图1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16CPQ0Q1Q2Q3000010001000100011110000同步计数器各触发器在同一时刻翻转同步计数器各触发器在同一时刻翻转而异步计数器各触发器而异步计数器各触发器翻转时刻不同翻转时刻不同,低位的领先低位的领先,高位的滞后高位的滞后, 延迟时间为延迟时间为纳秒纳秒(ns)级级18CP Q3 Q2 Q1 Q0 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1

12、1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1十十进进制制数数的的编编码码方方法法例例: 3位十进制数位十进制数: 100, 用用BCD码表示码表示1000001 0000 0000BCD码码十进制数十进制数21.3.2 十进制计数器十进制计数器19异步十进制加法计数器设计异步十进制加法计数器设计(用下降沿触发的主从用下降沿触发的主从J-K

13、触发器触发器)J K Qn+10 0 Qn0 1 01 0 11 1 Q nQQRSJKCP在在CP 时时,根据根据JK状态状态Q变化变化 20(1) CP 时时,Q0翻转翻转,JK=11异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器(用下降沿触发的主从用下降沿触发的主从J-K触发器触发器)(2) Q0 时时,Q1翻转翻转(3) Q1 时时, Q2翻转翻转,JK=11 (4) Q0 时时, Q3翻转翻转,且且 Q2Q1=11时时,Q3由由0翻转成翻转成1 Q2Q1=00时时,Q3被清成被清成0(5)当当Q3=1(Q3=0)且且Q0 时时,将将Q1清清0R QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRS

14、JKCPQ0Q1Q2Q3&21异步十进制加法计数器状态表异步十进制加法计数器状态表CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1根据根据JK控制规律，分析状态转换表控制规律，分析状态转换表(1) CP 时时,Q0翻转翻转,JK=11(2) Q0 时时,Q1翻转翻转(3) Q1 时时, Q2翻转翻转,JK=11 10 1 0 1 0 0000(5)当当Q3=1(Q3=0)且且Q0 时时,将将Q1清清0(4) Q0 时

15、时, Q3翻转翻转,且且 Q2Q1=11时时,Q3由由0翻转成翻转成1 Q2Q1=00时时,Q3被清成被清成022异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器 (用下降沿触发的主从用下降沿触发的主从J-K触发器触发器)时序图时序图1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CPQ0Q1Q2Q30000100010001000100100001100001010101010111023十进制加法计数器十进制加法计数器状态转换表状态转换表CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0

16、 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 110 0 0 0 0每每10个个CP循环一周循环一周24R QQRSJKQQRSJKQQRSJKQQRSJKCPQ0Q1Q2Q3&异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器2个十进制计数器组成个十进制计数器组成1个个100进制计数器进制计数器Q3 Q2 Q1 Q0CPR异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器Q3 Q2 Q1 Q0CPR异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器Q3 Q2 Q1 Q0CPR异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器CP进位脉冲进位脉冲个位数个位数十位数十位数RQ3由由1变成变成0时，向十位数送一个进位脉冲，时

17、，向十位数送一个进位脉冲，使十位数计一个数，同时个位数全变成使十位数计一个数，同时个位数全变成00002521.3.3. 任意进制计数器任意进制计数器M进制计数器：进制计数器：触发器内含状态组合的个数。N位二进制计数器（满进制计数器）：位二进制计数器（满进制计数器）：n个触发器组成，有2n=M 个计数状态。无效状态：无效状态：对于非二进制计数器来说，当有效状态数N和所用触发器的位数n之间存在NM，所以要用所以要用2片片74LS90。一片接成十进制（个位），输出为一片接成十进制（个位），输出为QDQCQBQA，另一片接成六进制（十位），输出为另一片接成六进制（十位），输出为QCQBQA。41数字

18、电子秒表计数、译码及显示电路数字电子秒表计数、译码及显示电路 42总结总结: 用一片用一片74LS290设计设计N进制计数器的一般方法进制计数器的一般方法第第N个个CP脉冲后，由输出端的脉冲后，由输出端的“1”去控制清去控制清0端端R0(1)、R0(2)，将输出端全部清，将输出端全部清0（清零法）（清零法）练习练习1: 下图是几进制计数器下图是几进制计数器?答答: 8进制进制QD QC QB QAS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CPB CPACP74LS290输出端状态输出端状态的变化范围的变化范围:0000011143练习练习2: 下图是几进制计数器下图是几进制计数器?答答: 7进制

19、进制QD QC QB QAS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CPB CPACP&74LS2904474161计数器：计数器：4位二进制同步加法计数器位二进制同步加法计数器 清零清零置数置数使使 能能时钟时钟置置 数数 输输 入入输出输出RDLDEP ETCPDCBAQDQCQBQA0000010DCBADCBA110保保 持持110保持保持 RCO=01111计计 数数4574161计数器四种工作方式计数器四种工作方式异步清零：异步清零：RD=O ，QDQCQBQA =0000，清零不受时，清零不受时钟控制。钟控制。 同步并行置数同步并行置数 ：RD=1，LD=0，CP ， QDQCQB

20、QA=DCBA。计数计数 ：RD=LD=ET=EP=1 ，CP ，实现四位二进制，实现四位二进制计数计数 ，当，当QDQCQBQA=1111，进位输出，进位输出RCO=ETQDQCQBQA =1。保持保持 ：RD= LD=1，ETEP=0 ，输出不变。若，输出不变。若EP=0，ET=l， RCO不变，若不变，若ET=0， RCO=0。应用应用 利用利用74161清零方式和置数方式可以实现模清零方式和置数方式可以实现模大于或小于芯片模数大于或小于芯片模数M的的N进制计数器。进制计数器。 （1）利用清零方式，用）利用清零方式，用74161构成九进制计数构成九进制计数器。器。47（2）利用）利用74

21、161的置数方式，设计九进制计的置数方式，设计九进制计数器。数器。 解：方法一：利用解：方法一：利用置数方式，舍掉计置数方式，舍掉计数序列最后几个状数序列最后几个状态，构成九进制计态，构成九进制计数器。数器。10001000QDQCQBQA001000100111011100000000000100010011001101000100010101010110011048（2）利用）利用74161的置数方式（方法一）的置数方式（方法一）利用与非门对第九个利用与非门对第九个输出状态输出状态1000译码，译码，产生置数控制信号产生置数控制信号0并送至并送至LD端，置数的端，置数的输入数据为输入数据为

22、0000。这。这样，在下一个时钟脉样，在下一个时钟脉冲正跳沿到达时，计冲正跳沿到达时，计数器置入数器置入0000状态，状态，舍掉舍掉1001100111111111七个七个状态，使计数器按九状态，使计数器按九进制计数。进制计数。 10001000QDQCQBQA001000100111011100000000000100010011001101000100010101010110011049利用利用74161的置数方式（方法二）的置数方式（方法二）舍掉计数序列最前舍掉计数序列最前几个状态，构成九几个状态，构成九进制计数器。进制计数器。从从1111开始倒数，开始倒数，第第9个状态是个状态是011

23、1。所以利用与非门将所以利用与非门将进位信号进位信号RCO译码，译码，送至送至LD端，置数端，置数输入为输入为0111。01110111QDQCQBQA101010101111111110001000100110011011101111001100110111011110111050计数器从计数器从0111开始加开始加1计数，当第计数，当第8个时钟个时钟脉冲脉冲CP作用后电路到作用后电路到达达1111状态，此时状态，此时RCO=ETQDQCQBQA =1，LD=0，在，在第第9个个CP脉冲作用后，脉冲作用后，QDQCQBQA被置成被置成0111状态，电路进入状态，电路进入新的一轮计数周期。新的一轮计数周期。 01110111QDQCQBQA10101010111111111000100010011001101