数字逻辑电路第七章-中规模通用集成电路及其应用7.5计数器

1、第 七 章 7.5 中规模时序集成电路 (补充内容)7.2.1 计数器计数：累计输入脉冲的个数。构成：1个触发器有2个状态，可计2个二进制数(0,1); n个触发器有2n个状态,可计2n个数(n位二进制数)。分类：同步异步CP引入方式计数功能加计数减计数可逆计数计数体制二进制非二进制构成方式JKDRS一、 n位二进制计数器组成规律 1. n位二进制同步加法计数器 同步计数器其时钟端接至同一个时钟源CP，每一具备翻转条件的触发器，在CP作用下同时翻转。例1：四位同步二进制加法计数器逻辑功能分析：（1） 写出激励方程J0=K0=1； J1=K1=Q0n； J2=K2=Q0nQ1n；J3=K3=Q0

2、nQ1nQ2n=J2Q2n； J4=K4=Q0nQ1nQ2nQ3n=J3Q3n； （2）电路逻辑功能分析（ Q3Q2Q1Q0=0000 ） J0=K0=1，触发器0具有翻转条件； J1=K1=Q0n=0，触发器1不具有翻转条件； J2=K2=Q0nQ1n=0，触发器2不具有翻转条件； J3=K3=J2Q2n=0，触发器3不具有翻转条件；当CP1下降沿到来时，F0翻转，此时触发器的状态为Q3Q2Q1Q0=0001 Q3Q2Q1Q0=0001 J0=K0=1，触发器0具有翻转条件； J1=K1=Q0n=1，触发器1具有翻转条件； J2=K2=Q0nQ1n=0，触发器2不具有翻转条件； J3=K3=

3、J2Q2n=0，触发器3不具有翻转条件；当CP2下降沿到来时，F0、F1两个触发器翻转，此时触发器的状态为Q3Q2Q1Q0=0010 Q3Q2Q1Q0=0010 J0=K0=1，触发器0具有翻转条件； J1=K1=Q0n=0，触发器1不具有翻转条件； J2=K2=Q0nQ1n=0，触发器2不具有翻转条件； J3=K3=J2Q2n=0，触发器3不具有翻转条件；当CP3下降沿到来时，F0触发器翻转，此时触发器的状态为Q3Q2Q1Q0=0011 Q3Q2Q1Q0=0011 J0=K0=1，触发器0具有翻转条件； J1=K1=Q0n=1，触发器1具有翻转条件； J2=K2=Q0nQ1n=1，触发器2具

4、有翻转条件； J3=K3=J2Q2n=0，触发器3不具有翻转条件；当CP4下降沿到来时，F0、F1、F2三个触发器翻转，此时触发器的状态为Q3Q2Q1Q0=0100 Q3Q2Q1Q0=0100 J0=K0=1，触发器0具有翻转条件； J1=K1=Q0n=0，触发器1不具有翻转条件； J2=K2=Q0nQ1n=0，触发器2不具有翻转条件； J3=K3=J2Q2n=0，触发器3不具有翻转条件；当CP5下降沿到来时，F0触发器翻转，此时触发器的状态为Q3Q2Q1Q0=0101 Q3Q2Q1Q0=0101 J0=K0=1，触发器0具有翻转条件； J1=K1=Q0n=1，触发器1具有翻转条件； J2=K

5、2=Q0nQ1n=0，触发器2不具有翻转条件； J3=K3=J2Q2n=0，触发器3不具有翻转条件；当CP6下降沿到来时，F0、F1两个触发器翻转，此时触发器的状态为Q3Q2Q1Q0=011016 Q3Q2Q1Q0=1111 J0=K0=1，触发器0具有翻转条件； J1=K1=Q0n=1，触发器1具有翻转条件； J2=K2=Q0nQ1n=1，触发器2具有翻转条件； J3=K3=J2Q2n=1，触发器3具有翻转条件；当CP16下降沿到来时，F0、F1、F2、F3四个触发器翻转，此时触发器的状态为Q3Q2Q1Q0=0000CP Q3 Q2 Q1 Q00 0 0 0 01 0 0 0 12 0 0

6、1 03 0 0 1 14 0 1 0 05 0 1 0 16 0 1 1 015 1 1 1 116 0 0 0 0 用以上方法依次分析下去,直到 2n=16=0000为止。 最低位触发器每来一个时钟脉冲就翻转一次,而高位触发器只有在低位全部为0,低位需向高位借位时,在CP脉冲的作用下才产生翻转。（分析略）2. n位二进制同步减法计数器 二、集成计数器功能分析及其应用 由TTL和MOS电路构成的中规模计数器产品较多,应用广泛（有异步、同步两大类）。通常集成计数器为BCD码十进制计数器和四位二进制计数器，并且还分为可逆计数和不可逆计数器。 从预置、清零功能可分为同步预置、异步预置，同步清零和异

7、步清零。1、集成同步计数器74LS161 74LS161为同步四位二进制可预置计数器。（1）引脚说明 清零端Cr：当Cr=0，立即清零，与CP无关。预置数端TPCPCrLDABCDQAQBQCQDOC74LS161输出端置数控制端LD：当LD=0、 Cr=1时，在预置数输入端A、B、C、D预置某个数据，在CP上升沿的时刻，将ABCD的数据送入计数器。T、P工作状态控制端；OC进位输出端（2）功能表 置位控制端 （3）对功能表的说明 Cr=0，其他的所有输入信号都不起作用，输出为0； 预置数：CP，Cr=1，LD=0； 保持状态：Cr=1，LD=1，P=0，其他任意； 计数状态：CP，Cr=1，

8、LD=1，P=1，T=1，电路是模2n同步递增计数器。在时钟脉冲送入时，按自然二进制数序列转换，即：00000001-1111。当QDQCQBQA=1111时，进位输出端OC=1，即：OC=QDQCQBQAT=1 功能扩展：74LS161可以使用清0端Cr，采用反馈归0法，使他成为任意进制计数器。74LS161有预置数端，可以利用同步预置法组成任意进制计数器。例： 用74LS161的同步预置数端构成十进制计数器 （a） 前十个状态（b） 后十个状态（c） 中间十个状态三、任意进制计数器和分频器 任意进制计数器只能用已有的计数器芯片通过外电路的不同连接方式实现，即用组合电路产生复位、置数信号得到

9、任意进制计数器。 1、计数容量小于集成芯片容量时，采用复位法和置位法。（1）复位法（反馈归0）：利用Cr或Cr端，跳过多余状态，实现任意进制计数。 计数到N时，清0， 写N=（ ）2，全部Q为1的端相与非Cr (相与Cr)。 清0不可靠时，加门延时或RS锁存器异步复位法 适用于异步清0的集成计数器，当满足清0条件时，立即清0。写N-1=（ ）2，全部Q为1的端与非Cr 同步复位法例：用74LS163实现N=6解:N-1=(0101)2 Cr =Q2Q0计数状态表态序 Q3Q2Q1Q0123456 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1ET

10、EPCr=0同步清0的四位二进制加法计数器，功能、原理、引脚与161同利用LD端重复置入某个数值，跳过多余状态，实现任意进制计数。利用LD端置数0 (a) 异步置数0：LD=全部Q为1端与非（计到N）； (b) 同步置数0：LD=全部Q为1端与非（计到N-1）；（2）置数法 同步置数，当满足置数条件时，需等下一个CP脉冲来到后才能置数,多占一个CP脉冲，故需N1。同步置数0N-1=(0101)2LD =Q2Q0计数状态表态序 Q3Q2Q1Q01234567 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0ETEPLD=0例：用同步置

11、数0（161/163等),实现N=6计数。 最大数即十进制的1001，十六进制的1111，下一个状态自然归0，显然，比置0时多一个稳定状态（最大数状态） 利用LD端置最大数故 异步置数:计到(N-1)时置最大数; 同步置数:计到(N-2)时置最大数。 例: 同步置最大数/161/163实现N=6ETEP计数状态表态序 Q3Q2Q1Q0123456 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1为什么选用4个变量与非?N-2=(0100)2LD =Q3Q2Q1Q0解:用161/163实现（1）N=N1N2，即N分解为N1 N2 串行CP方式 : 以

12、低位片的进位输出信号作为 高位片的时钟输入信号。 并行CP方式 : 以低位片的进位输出信号作为 高位片的控制信号（使能）， 两片的CP同时接计数输入。2、计数容量大于芯片容量时，采用多片级联组合的方法实现任意进制计数。整体清0方式整体置数方式串行CP方式并行CP方式例：串行CP方式 N=1010=100 (160为四位十进制同步计数器（异步清0）)并行CP方式 N=1010=100160/162160/162整体清0方式: 将2片计数器连接成大于N的计数器， 然后在计到N时译出清0信号Cr=0， 将两个计数器同时清0。整体置数方式:将2片计数器接成大于N的计数器， 然后选定某一状态译出置数信号

13、 LD=0，将两个计数器同时置入适当 的状态，跳过多余状态。（2）当N为素数时，不能分解为N1和N2，采用整体清0/ 整体置数方式。注： 异步清0法，可靠性差; 进位输出需另加译码电路。例：整体清0方式用2片160实现N=41（异步清0）ETEPETEP160(2)160(1)异步清0：(N)20010 1001同步置数：(N1)20010 1000例：整体置数方式用2片160实现N=41（同步置数）160(1)160(2)ETEPETEP作业1：对输入序列x进行计数。2：用161作模11计数器；3：用161作模73计数器。 逻辑符号 74LS90功能表复位/置位输入输 出RD1RD2S1S2 Q3 Q2 Q1 Q011001100010001000 0 0 00 0 0 01 0 0 1计 数计 数计 数计 数RD1 RD2：当S1 S2 = 0时，RD1 RD2 = 1计数器清零。 S1、 S2：S1 S2 = 1时，计数器置“9”，即被置成1001状态，与CP无关。且优 先 级别最高。Q