时序逻辑电路-计数器

1、21.3.1 计数器的特点和分类计数器的特点和分类一、计数器的功能及应用一、计数器的功能及应用1. 功能：功能： 对时钟脉冲对时钟脉冲 CP 计数。计数。2. 应用：应用：分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列、进行数字运算等。序列、进行数字运算等。二、计数器的特点二、计数器的特点1. 输入信号：输入信号：计数脉冲计数脉冲 CPMoore 型型2. 主要组成单元：主要组成单元：时钟触发器时钟触发器三、三、 计数器的分类计数器的分类按数制分：按数制分：二进制计数器二进制计数器十进制计数器十进制计数器N 进制进制( (任意进制任意进制) )计数器计数器按计数按计数方式分：

2、方式分：加法计数器加法计数器减法计数器减法计数器可逆计数可逆计数 (Up-Down Counter)按时钟按时钟控制分：控制分：同步计数器同步计数器 (Synchronous )异步计数器异步计数器 (Asynchronous )按开关按开关元件分：元件分：TTL 计数器计数器CMOS 计数器计数器计数器计数器计数容量计数容量、长度长度或或模模的概念的概念 计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效状态数状态数 。3 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器：823 M00001111/14 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器：000

3、111/11624 Mn 位二进制同步加法计数器：位二进制同步加法计数器：nM2 (一一) 二进制同步加法计数器二进制同步加法计数器FF2、FF1、FF0Q2、Q1、Q0设计方法一：设计方法一：000/0001010011100101/0/0/0/0110/0111/0nnnQQQ012/C排列：排列： 解解 选用下降沿触发的选用下降沿触发的 JK 触发器触发器CPCPCPCP 210nnnQQQC01200 01 11 1001 nQ2nnQQ0110 nQ1011 nQ01110000 01 11 1001 nQ2nnQQ0101111000010QQn 010111QQQQQn12 nQ

4、00 01 11 1001 nQ2nnQQ0100 101011010QQn 010111QQQQQn012021212QQQQQQQQnJK 触发器特性方程触发器特性方程nnnQKQJQ1100 KJ011 QKJ0122QQKJCP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2串行进位串行进位触发器触发器负载均匀负载均匀(四四) 集成二进制同步计数器（掌握）集成二进制同步计数器（掌握）1. 集成集成 4 位二进制同步加法计数器位二进制同步加法计数器1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9VCC CO Q0 Q1 Q2

5、Q3 ET LDCR CP D0 D1 D2 D3 EP 地地引脚排列图引脚排列图逻辑功能示意图逻辑功能示意图Q0 Q1 Q2 Q3EPLDCOCPETCR D0 D1 D2 D30 0 0 00 0 1 1 0 0 1 1CR = 0Q3 Q0 = 0000同步同步并行置数并行置数CR=1，LD=0，CP 异步异步清零清零Q3 Q0 = D3 D0 1) 74LS161输入输入000输出输出3210DDDDDET EPLDCPR1n31n21n11n0QQQQ0103210dddd3210dddd01111011101计数计数保持保持保持保持D 触发器构成的触发器构成的 T 触发器触发器 (

6、 D = Q )， 下降沿下降沿触发触发若改用若改用上升沿上升沿触发的触发的 D 触发器触发器？Q0Q1FF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ1Q2&Q0Q0Q1FF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ1Q2&Q0（8421BCD 码）（掌握）码）（掌握）(一一) 十进制同步加法计数器十进制同步加法计数器*0123QQQQ00000001/00010/00011/00100/00101/00110/0011110001001/0/0/0/100000000Q3nQ2nQ1nQ0n00 01 11 10 10 0001 11 10CCPCPCPCPCP 3210 nnQQC03

7、 CP1KC1FF2&1JC1J1KC1FF01KC1FF3&1J1&Q1Q01KC1FF1&1J&Q2Q3Q3Q1nQ0nQ3nQ2n 00 01 11 100001 11 10Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 10 1 0 11 0 0 1 0 0 0 00 0 1 00 1 1 00 1 0 01 0 0 00 0 1 10 1 1 1 nnQQ010 nnnnnnQQQQQQ0101311nnnnnnnnQQQQQQQQ021201212 nnnnnnQQQQQQ0301213 状态方程状态方程选择选择下降沿下降沿、JK 触发器触发器驱动方程驱动方程J0 =

8、K0 = 1,J1= Q3nQ0n, K1= Q0J2 = K2 = Q1nQ0nJ3 = Q2nQ1nQ0n , K3 = Q0n 逻辑图逻辑图检查能否自启动检查能否自启动将无效状态将无效状态1010 1111代入状态方程：代入状态方程：1010 1011 01001110 1111 10001100 1011 0100能自启动能自启动nnQQC03 (四四) 集成十进制同步计数器（集成十进制同步计数器（*）74160、741621 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CT

9、P 地地(引脚排列与引脚排列与74161相同相同)0 CR(74162 同步清零同步清零) 1 CR0 LD CP1 LDCR1PT CTCTnnQQCO03 nnQQCTCO03T 0PT CTCT1T CT进位信号保持进位信号保持0T CT进位输出低电平进位输出低电平1. 集成十进制同步加法计数器集成十进制同步加法计数器1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 8S9A S9B Q2 Q1 地地VCC R0B R0A CP1 CP0Q0 Q3(三三) 集成十进制异步计数器集成十进制异步计数器S9A S9BQ0 Q1 Q2 Q3R0B R0AM1=2M1 = 5CP0CP1

10、1 1 0 0 0 0 1 11 0 0 1M = 2CPCP 00QM = 5CPCP 11 23 QQQM = 10CP010,QCPCPCP 01 23 QQQQCPCP 按功能分按功能分清零清零D1移位脉冲移位脉冲23410111QQ3Q1Q2RD000000010011101110111 1QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3QQQ从高位向低从高位向低位依次输入位依次输入动画动画111010110011000输出输出清零清零D10111QQ3Q1Q2RD10111 1QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3QQQ5移位脉冲移位脉冲786动画动画0001123移位脉冲移位脉

11、冲Q2 Q1 Q0移位过程移位过程Q3寄寄 存存 数数 码码 D001110000清清 零零110左移一位左移一位001011左移二位左移二位01011左移三位左移三位10114左移四位左移四位101并并 行行 输输 出出动画动画方法方法用触发器和门电路设计用触发器和门电路设计用集成计数器构成用集成计数器构成)102(4 MM或或清零端清零端置数端置数端(同步、异步同步、异步)一、利用同步清零或置数端获得一、利用同步清零或置数端获得 N 进制计数进制计数当当 M 进制计数到进制计数到 SN 1 后使计数回到后使计数回到 S0 状态状态2. 求归零逻辑表达式；求归零逻辑表达式；1. 写出状态写出

12、状态 SN 1 的二进制代码；的二进制代码；3. 画连线图。画连线图。 例例 用用4位二进制计数器位二进制计数器 74163 构成构成十二进制十二进制计数器。计数器。解：解：1. 013QQQCR 111SSN 013QQQLD 或或= 10112. 归零表达式：归零表达式：3. 连线图连线图Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CR1&同步清零同步清零同步置零同步置零二、利用异步清零或置数端获得二、利用异步清零或置数端获得 N 进制计数进制计数 当计数到当计数到 SN 时，立即产生清零或置数信号，时，立即产生清零或置数信号， 使返回使返回 S0 状态。状态。（瞬

13、间即逝）（瞬间即逝）1. 写出状态写出状态 SN 的二进制代码；的二进制代码；2. 求归零逻辑表达式；求归零逻辑表达式；3. 画连线图。画连线图。 例例 用二用二-八八-十六进制异步计数器十六进制异步计数器74197构成十二进制计数器。构成十二进制计数器。110012 S23QQCR 23QQLD 或或Q0 Q1 Q2 Q3CP0D0 D1 D2 D3CRCP1LDCT/&状态状态S12的作用：的作用：产生归零信号产生归零信号异步清零异步清零异步置零异步置零(二二) 计数容量的扩展计数容量的扩展1. 集成计数器的级联集成计数器的级联 Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1

14、 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP11111CO016 16 = 256 Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1 Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q31 2 4 810 20 40 8010 10 = 1002. 利用级联获得大容量利用级联获得大容量 N 进制计数器进制计数器1) 级联级联 N1 和和 N2 进制计数器，容量扩展为进制计数器，容量扩展为 N1 N2N1进制进制计数器计数器N2进

15、制进制计数器计数器CP进位进位CCP 例例 Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1 Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3N1= 10N2 = 6个位芯片应逢十进一个位芯片应逢十进一2) 用用归零法归零法或或置数法置数法获得大容量的获得大容量的 N 进制计数器进制计数器 例例 试分别用试分别用 74161 和和 74162 接成六十进制计数器。接成六十进制计数器。Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCT

16、PD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP111CO0用用 产生产生信号：信号：) 111100 (60 SSN用用 产生产生信号：信号：) 111011 (591 SSN&11&先用两片先用两片74161构成构成 256 进制计数器进制计数器74162 。再用归零法将再用归零法将M = 100改为改为N = 60进制计数器，进制计数器，即用即用SN1产生产生同步同步清零、置数信号。清零、置数信号。BCD591 1001 0101）（ SSN先用两片先用两片74162构成构成 10 10 进制计数器，进制计数器，Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q