本堂课的主要内容 1、用置数法(置位法)获得任意进制计数器ppt课件

1、本堂课的主要内容本堂课的主要内容1 1、用置数法、用置数法( (置位法置位法) )获得恣意进制计数器获得恣意进制计数器2 2、用计数器的进位输出信号、用计数器的进位输出信号C C进展反响置数进展反响置数3 3、三种方法总结、三种方法总结4 4、时序逻辑电路的设计、时序逻辑电路的设计5 5、用、用VerilogVerilog言语实现触发器和计数器言语实现触发器和计数器 置数法与置零法不同，它是经过给计数器反复置数法与置零法不同，它是经过给计数器反复置入某个数值的方法跳过置入某个数值的方法跳过MmaxMmaxM M个形状，而获得模个形状，而获得模M M计数器的。计数器的。M=70000000100

2、100011010001010110011110001001101010111100110111101111CRCCP1LDP 74161CPTD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q31&1 1、用置数法、用置数法( (置位法置位法) )获得恣意进制计数器获得恣意进制计数器CPCRCCP1LDP 74161CPTD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q31M=70000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111&Q1Q2Q3LDQ0M=700000001001000110100010101100

3、11110001001101010111100110111101111CRCCP1LDP 74161CPTD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q311& 1 11 1、用置数法、用置数法( (置位法置位法) )获得恣意进制计数器获得恣意进制计数器Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D3LDCrCPC0PT74LS161CP111&0 0 0 00000000100100011010001010101M=61 1、用置数法、用置数法( (置位法置位法) )获得恣意进制计数器获得恣意进制计数器Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D3LDCrCPC0PT74LS161CP

4、111& 1 0 1 0010101100111100010011010前往前往1 1、用置数法、用置数法( (置位法置位法) )获得恣意进制计数器获得恣意进制计数器1(a)CPT1LDC1CRP 74161CPD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q3&1D0 D1 D2 D3C PT1LDC1CRP 74161CP1Q0 Q1 Q2 Q3(b)1001101010111100110111101111012 2、用计数器的进位输出信号、用计数器的进位输出信号C C进展反响置数进展反响置数Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D3LDCrCPCPT74LS161CP1111

5、 0 1 0 1C=Q0Q1Q2Q3T1010101111001101111011112 2、用计数器的进位输出信号、用计数器的进位输出信号C C进展反响置数进展反响置数 用进位输出端用进位输出端C C来进展反响置数，构成来进展反响置数，构成5 5进制计进制计数器数器Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D3LDCrCPCPT74LS161CP111101100000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011118 8进制？进制？2 2、用计数器的进位输出信号、用计数器的进位输出信号C C进展反响置数进展反响置数 1 1

6、反响置零法实现模值为反响置零法实现模值为M M的计数器即运用器件的的计数器即运用器件的CRCR端端 假设器件异步置零那么从零开场数假设器件异步置零那么从零开场数M M个形状，让个形状，让其下一个形状作为置零条件。其下一个形状作为置零条件。 假设器件同步置零那么从零开场数假设器件同步置零那么从零开场数M M个形状，让个形状，让第第M M个形状作为置零条件。个形状作为置零条件。2 2反响置数法实现模值为反响置数法实现模值为M M的计数器即运用器件的的计数器即运用器件的LDLD端端 假设器件同步置数那么从所置的数开场假设器件同步置数那么从所置的数开场M M个形状，个形状，让第让第M M个形状作为置数

7、条件。个形状作为置数条件。3 3用器件的输出端用器件的输出端C C进展反响置数实现模值为进展反响置数实现模值为M M的计数器的计数器 假设器件同步置数那么从假设器件同步置数那么从1111111110011001开场倒数开场倒数M M个形状，让第个形状，让第M M个形状作为置数条件。个形状作为置数条件。3 3、运用一片、运用一片74LS16174LS161、74LS16074LS160、74LS9074LS90构成恣意进制计数器总结：构成恣意进制计数器总结：1 1反响置零法实现模值为反响置零法实现模值为M M的计数器即运用器件的的计数器即运用器件的CRCR端端 假设器件异步置零那么从零开场数假设

8、器件异步置零那么从零开场数M M个形状，让个形状，让其下一个形状作为置零条件。其下一个形状作为置零条件。 假设器件同步置零那么从零开场数假设器件同步置零那么从零开场数M M个形状，让个形状，让第第M M个形状作为置零条件。个形状作为置零条件。0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111如何构成如何构成M=8进制计数器进制计数器 CRCCP11LDP 74161 CPTD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q3&01101CP CR LD P T D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q1 Q301111

9、0111保 持C也坚持保 持C=0计 数0000-1111输 入 输 出 0 0 0 0a b c d a b c d解：下表是解：下表是74163的功能表的功能表1 1反响置零法实现模值为反响置零法实现模值为M M的计数器即运用器件的的计数器即运用器件的CRCR端端0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111如何构成如何构成M=8进制计数器进制计数器 CRCCP11LDP 74163 CPTD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q3&1 1反响置零法实现模值为反响置零法实现模值为M M的计数器即运用

10、器件的的计数器即运用器件的CRCR端端& CPQ0 Q2 Q1 Q3CRCP74LS163T1CP1D0 D2 D1 D3LD0110Q3Q2Q1Q00111100010011011000001010100001100100001110111111010110011102 2反响置数法实现模值为反响置数法实现模值为M M的计数器即运用器件的的计数器即运用器件的LDLD端端 假设器件同步置数那么从所置的数开场假设器件同步置数那么从所置的数开场M M个形状，个形状，让第让第M M个形状作为置数条件。个形状作为置数条件。000000010010001101000101011001111000

11、1001101010111100110111101111M=8CRCCP1LDP 74161CPTD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q311& 1 15.20 & Q0 Q1 Q2 Q3P CT CRCP LD D0 D1 D2 D31CP1 0 0 1 &00000001001000110100Q2,Q1同时为1时置数Q3,Q2同时为1时清零0101011010011010101111003 3用器件的输出端用器件的输出端C C进展反响置数实现模值为进展反响置数实现模值为M M的计数器的计数器 假设器件同步置数那么从假设器件同步置数那么从111111111001

12、1001开场倒数开场倒数M M个形状，让第个形状，让第M M个形状作为置数条件。个形状作为置数条件。1100D0 D1 D2 D3C PT1LDC1CRP 74161CP1Q0 Q1 Q2 Q3M=130000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111D0 D1 D2 D3C PT1LDC1CRP 74161CP1Q0 Q1 Q2 Q3M= 00114有效循环形状为有效循环形状1001如何构成如何构成8 8进制？进制？D0 D1 D2 D3C PT1LDC1CRP 74160CP1Q0

13、Q1 Q2 Q30 1 0 0前往前往3 3用器件的输出端用器件的输出端C C进展反响置数实现模值为进展反响置数实现模值为M M的计数器的计数器D0 D1 D2 D3C PT1LDC1CRP 74161CP1Q0 Q1 Q2 Q30 1 1 0有效循环形状为有效循环形状1111如何构成如何构成1010进制？进制？D0 D1 D2 D3C PT1LDC1CRP 74160CP1Q0 Q1 Q2 Q31 0 1 0M=53 3用器件的输出端用器件的输出端C C进展反响置数实现模值为进展反响置数实现模值为M M的计数器的计数器CRCCP11LDP 74161 CPTD0

14、 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q3用两种方法实现用两种方法实现10进制计数器，计数循环为进制计数器，计数循环为000010010000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111&CRCCP1LDP 74161 CPTD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q31能否利用能否利用C C反响置数反响置数? ?CRCCP11LDP 74161 CPTD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q3&S92Q3 74LS90 (1)CP1S91R01 R02Q2Q1Q0CP0级连成级连成60进制秒计数器进制

15、秒计数器0011 00108421BCD=&Q3S92 74LS90 (2)CP1S91R01R02Q2Q1Q0CP0S92Q3 74LS90 (1)CP1S91R01R02Q2Q1Q0CPCP00 1 1 0例例 试用试用74161采用置数法组成模采用置数法组成模M=120计数器。计数器。1D0 D1 D2 D3 TLDCCR P 74161CPQ0 Q1 Q2 Q31D0 D1 D2 D3 TLDC1CR P 74161CPQ0 Q1 Q2 Q3110000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111010

16、0CP解法解法1 1：可以采用置数法分别构成：可以采用置数法分别构成M1=12M1=12，M2=10M2=10计数器，然后进展级联组成计数器，然后进展级联组成M=120M=120计数器。计数器。110000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111010011D0 D1 D2 D3 TLDC1CR P 74161CPQ0 Q1 Q2 Q3CPD0 D1 D2 D3 TLDCCR P 74161CPQ0 Q1 Q2 Q310 1 1 0例例 试用试用74161采用置数法组成模采用置数法组成模M=120计数器。计数器。解

17、法解法2 2：先将两片级联构成：先将两片级联构成8 8位二进制计数器，然后位二进制计数器，然后用置数法组成模用置数法组成模M=120M=120计数器，如下图。计数器，如下图。 0 0 0 0D0 D1 D2 D3 TLDC1CR P 74161 (2)CPQ0 Q1 Q2 Q31 0 0 0 0D0 D1 D2 D3 TLDC1CR P 74161 (1)CPQ0 Q1 Q2 Q3CP119=0111 01112&例例 试用试用74161采用置数法组成模采用置数法组成模M=120计数器。计数器。例例 试用试用74161采用置零法组成模采用置零法组成模M=120计数器计数器。 D0 D1

18、 D2 D3 TCRC1LD P 74161 (2)CPQ0 Q1 Q2 Q31 D0 D1 D2 D3 TCRC1LD P 74161 (1)CPQ0 Q1 Q2 Q3CP120=0111 10002&解法解法3 3：先将两片级联构成：先将两片级联构成8 8位二进制计数器，然位二进制计数器，然后用置零法组成模后用置零法组成模M=120M=120计数器，如下图。计数器，如下图。4 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计同步计数器的设计步骤如下：同步计数器的设计步骤如下： 1建立原始形状图建立原始形状图 (最关键的一步最关键的一步)3 3确定触发器的数目确定触发器的数目假设要设计一个二进制

19、计数器，至少需求假设要设计一个二进制计数器，至少需求1 1个触发器个触发器2n-1N2n5 5触发器选型触发器选型6 6检查电路的自启动特性检查电路的自启动特性假设要设计一个四进制计数器，至少需求假设要设计一个四进制计数器，至少需求2 2个触发器个触发器假设要设计一个假设要设计一个N N进制计数器，至少需求进制计数器，至少需求n n个触发个触发器器4 4形状编码形状编码2 2 形状化简形状化简等价形状：输入一样、输出一样、次态也一样的两个形状。等价形状：输入一样、输出一样、次态也一样的两个形状。给每一个形状分配一个二进制代码给每一个形状分配一个二进制代码例：设计一个二分频电路例：设计一个二分频

20、电路1 1建立原始形状图建立原始形状图 S0S13 3 确定触发器的数目确定触发器的数目2n-1N2n需求需求1 1个触发器个触发器 列形状表、求形状方程列形状表、求形状方程Q0nQ0n+10110Q0n+1= Q0n2 2 形状化简形状化简等价形状：输入一样、输出一样、次态也一样的称。等价形状：输入一样、输出一样、次态也一样的称。4 4形状编码形状编码给每一个形状分配一个二进制代码给每一个形状分配一个二进制代码S0=0, S1=1S0=0, S1=1015 5触发器选型触发器选型D D触发器触发器D0Q0Q0CPQ0n+1=D0= Q0nJKJK触发器触发器JCPQQKQ0n+1=J Q0n

21、 + KQ0nJ=1 K=1Q0nQ0n+101Q0n+1= Q0n106 6自启动检查自启动检查D04 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计例：设计一个四分频电路例：设计一个四分频电路1 1建立原始形状图建立原始形状图 3 3确定触发器的数目确定触发器的数目2n-12n-1N N2n2n 需求需求2 2个触发器个触发器 列形状表、求形状方程列形状表、求形状方程2 2形状化简形状化简等价形状：输入一样、输出一样、次态也一样的称。等价形状：输入一样、输出一样、次态也一样的称。4 4形状编码形状编码给每一个形状分配一个二进制代码S0=00, S1=01S0=00, S1=01S2=10, S3=1

22、1S2=10, S3=11s0s1s2s3000110110 1Q1nQ0nQ1n+10 01 01 1Q0n+10 11 01 10 0Q1n+1=Q1n Q0n+Q0n+1=Q0n5 5触发器选型触发器选型D D触发器触发器D0Q0Q0CPQ1n+1=Q1n Q0n+Q0n+1=Q0nQ1n+1=D1Q1n Q0n+=D1Q1Q1CPQ0n+1=D0Q0n= =1CP6 6自启动检查自启动检查JKJK触发器触发器JCPQ0Q0KQ0n+1=J Q0n + KQ0n= Q0nJ=1 K=1Q1n Q0n+Q0n+1=Q0nQ1n+1=Q1n+1=Q1n Q0n+Q1n Q0n =J Q1n

23、+ KQ1nJ= Q0nK= Q0nJCPQ1Q1K11CP用用D触发器和触发器和74LS译码器实现彩灯循环控制译码器实现彩灯循环控制,要求要求8只彩灯只彩灯, 7 亮亮 1 暗暗, 且这一暗灯可以循环挪动且这一暗灯可以循环挪动 Y0 Y1. Y7A2 A1 A0 E“1000001010011100101110111Q0n+1Q2n Q1nQ0nQ2n+1 Q1n+1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0Q2n+1=Q2n (Q1n Q0n

24、)+Q1n+1=Q1n Q0n+Q0n+1=Q0n=D0=D1=D2Q2n+1=Q2n (Q1n Q0n)+Q1n+1=Q1n Q0n+Q0n+1=Q0n=D0=D1=D2D0Q0Q0CPD1Q1Q1CPD2Q2Q2CP=1=1& Y0 Y1. Y7A0 A1 A2 E“1前往前往例例 试设计一个试设计一个111111串行数据检测器。串行数据检测器。111111串行数据检串行数据检测器，有一个输入端测器，有一个输入端X X和一个输出端和一个输出端Z Z，输入，输入X X为一串为一串随机信号，当延续输入三个和三个以上的随机信号，当延续输入三个和三个以上的1 1时，输出时，输出为为1 1，

25、否那么输出为，否那么输出为0 0。解：解： 1 1 建立原始形状转换图建立原始形状转换图S1S1：X X输入一个输入一个1 1以后的形状；以后的形状；设设S0S0：X X输入为输入为0 0的形状；的形状；S2: XS2: X延续输入两个延续输入两个1 1以后的形状以后的形状；S3: XS3: X延续输入三个延续输入三个1 1以后的形状以后的形状；4 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计0/01/00/00/00/01/11/01/1S0S3S1S22 2 形状化简形状化简等价形状：输入一样、输出一样、次态也一样的两个形状。等价形状：输入一样、输出一样、次态也一样的两个形状。0/0S11/01/

26、00/01/1S20/0S04 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计3 3个形状需用几个触发器？个形状需用几个触发器？ 2 2个个两个触发器可以有四个形状，两个触发器可以有四个形状， 取其中的三个形状，取其中的三个形状，如取S0=00， S1=01， S2=100/0S11/01/00/01/1S20/0S03 3 形状编码形状编码形状编码就是给最小化形状的每个形状指定一个二进制代码形状编码就是给最小化形状的每个形状指定一个二进制代码0/0011/01/00/01/1100/0004 时序逻辑电路的设计时序逻辑电路的设计nQ1nQ011nQ10nQX Z0 0 00 0 10 1 00 1 1

27、1 0 01 0 11 1 01 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0/0011/01/00/01/1100/0004) 触发器选型、求形状方程、驱动方程和输出方程触发器选型、求形状方程、驱动方程和输出方程nQ1nQ011nQ10nQX Z0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 nnnQQXQ0110nnnXQXQQ1011nXQZ10 0 00 1 1X100 01 11 10nQ 1nQ 00Q1n+1 0 0 01 1 0 0X0

28、0 01 11 10nQ 1nQ 00Q0n+1 0 0 01 0 0 1X00 01 11 10nQ 1nQ 00ZnnnQQXQ0110nnnXQXQQ1011nXQZ1D D触发器的特征方程为触发器的特征方程为1niiQD那么可直接写出驱动方程为那么可直接写出驱动方程为nnXQXQD101nnQQXD0105 5画逻辑电路图画逻辑电路图Q1Q0 CIZ由由D D触发器构成的触发器构成的111111检测器电路图检测器电路图1X&CPQ0D0Q1D1 CI& 假设选用假设选用JKJK触发器，就要将形状方程变换成触发器，就要将形状方程变换成JKJK触发器特性方程的规范方式，触发

29、器特性方程的规范方式，JKJK触发器的特征方程为触发器的特征方程为nnnQKQJQ1nnnnnnnnQQQXQQQQXQ0010001101)(1,010101KQXJXKXQJnnnnnXQQXQ110nnXQQnXQ1011nnQQ11)1,010KQXJn,101XKXQJn由JK触发器构成的111检测器电路图Z&Q0&J0K0CIXCPQ1&J1K1CIQ116. 6. 自启动检查自启动检查3 3个形状个形状0000、0101和和1010为有效形状，还有一个无效形状为有效形状，还有一个无效形状1111。nnnQQXQ0110nnnXQXQQ10111 10 00

30、/1 01/显然该电路具有自启动才干显然该电路具有自启动才干1/00/0011/00/01/1100/000110/01/1(Q1Q0)nXQZ1module DFF(Q,D,CLK);output Q;input D,CLK;reg Q;always (posedge CLK)beginQ = D;endendmodulemodule latch_1(q,d,clk);output q;input d,clk;assign q = clk ? d : q;endmodulemodule DFF1(q,qn,d,clk,set,reset);input d,clk,set,reset;outp

31、ut q,qn;reg q,qn;always (posedge clk or negedge set or negedge reset)begin if (!reset) begin q = 0; qn = 1; end else if (!set) begin q = 1; qn = 0; endelse begin q = d; qn = d; endendendmodulemodule DFF2(q,qn,d,clk,set,reset);input d,clk,set,reset;output q,qn;reg q,qn;always (posedge clk)begin if (r

32、eset) begin q = 0; qn = 1; end else if (set) begin q =1; qn =0; end else begin q = d; qn = d; endendendmodulemodule count4(out,reset,clk);output3:0 out;input reset,clk;reg3:0 out;always (posedge clk)beginif (reset) out=0;else out=out+1;endendmodule4进制计数器timescale 1ns/1nsinclude count4.vmodule coun4_tp;reg clk,reset;wire3:0 out;parameter DELY=100;count4 myco