计数器

5.2计数器(Counter)5.2.1计数器的特点和分类一、计数器的功能及应用1.功能：对时钟脉冲CP计数。2.应用：分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列、进行数字运算等。二、计数器的特点1.输入信号：计数脉冲CPMoore型2.主要组成单元：时钟触发器三、计数器的分类按数制分：二进制计数器十进制计数器N进制(任意进制)计数器按计数方式分：加法计数器减法计数器可逆计数(Up-DownCounter)按时钟控制分：同步计数器(Synchronous)异步计数器(Asynchronous)按开关元件分：TTL计数器CMOS计数器5.2.2二进制计数器计数器计数容量、长度或模的概念计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效状态数M。3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：000111/11624Mn位二进制同步加法计数器：nM2一、二进制同步计数器(一)3位二进制同步加法计数器FF2、FF1、FF0Q2、Q1、Q0设计方法一：按前述设计步骤进行（P270271）设计方法二：按计数规律进行级联CPQ2Q1Q0C012345678000001010011100101110111000000000010C=Q2nQ1nQ0n—Carry向高位的进位来一个CP翻转一次J0=K0=1当Q0=1，CP到来即翻转J1=K1=Q0当Q1Q0=1，CP到来即翻转J2=K2=Q1Q0=T0=T1=T2n位二进制同步加法计数器级联规律：1-00121ijnjnnniniiQQQQQTJ0=K0=1J1=K1=Q0J2=K2=Q1Q0CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2串行进位触发器负载均匀CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2并行进位低位触发器负载重B=Q2nQ1nQ0nBorrow若用T触发器：(二)3位二进制同步减法计数器CPQ2Q1Q0B0123456700011111010110001101000110000000012FFFFFF、、012QQQ、、—向高位发出的借位信号T0=1T1=Q0nT2=Q1nQ0n级联规律：1-00121ijnjnnniniiQQQQQTCP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF1&&BQ0Q1Q2Q0Q1Q2(三)二进制同步可逆计数器单时钟输入二进制同步可逆计数器加/减控制端0/DU加计数T0=1、T1=Q0n、T2=Q1nQ0n/012nnnQQQBC1/DU减计数T0=1、T1=Q0n、T2=Q1nQ0nnnnQQQBC012/CPQ01J1KC1FF01Q0Q21J1KC1FF2Q2Q11J1KC1FF1Q1U/D1&1&1&1C/B双时钟输入二进制同步可逆计数器加计数脉冲减计数脉冲CP0=CPU+CPDCP1=CPU·Q0n+CPD·Q0nCP2=CPU·Q1nQ0n+CPD·Q1nQ0nCPU和CPD互相排斥CPU=CP，CPD=0CPD=CP，CPU=0CPUQ01J1KC1FF01Q0Q21J1KC1FF21Q2Q11J1KC1FF11Q11&1&1CPD(四)集成二进制同步计数器1.集成4位二进制同步加法计数器1234567816151413121110974161(3)VCCCOQ0Q1Q2Q3CTTLDCRCPD0D1D2D3CTP地引脚排列图逻辑功能示意图74161Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPCRD0D1D2D3000000110011CR=0Q3Q0=0000同步并行置数CR=1，LD=0，CP异步清零Q3Q0=D3D01)74LS161和74LS16374161的状态表输入输出注CRLDCTPCTTCPD3D2D1D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1CO010d3d2d1d0111111011000000d3d2d1d0计数保持保持0清零置数CR=1,LD=1,CP，CTP=CTT=1二进制同步加法计数CTPCTT=0CR=1，LD=1，保持若CTT=0CO=0若CTT=1nnnnQQQQCO0123741632)CC4520VDD2CR2Q32Q22Q12Q02EN2CP1CP1EN1Q01Q11Q1Q31CRVSS12345678161514131211109CC4520CC4520Q0Q1Q2Q3ENCPCR21使能端也可作计数脉冲输入计数脉冲输入也可作使能端异步清零输入输出CRENCPQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+11010000010000加计数加计数保持保持2.集成4位二进制同步可逆计数器1)74191（单时钟）74191Q0Q1Q2Q3U/DLDCO/BOCPCTD0D1D2D3RC加计数时CO/BO=Q3nQ2nQ1nQ0n并行异步置数减计数时CO/BO=Q3nQ2nQ1nQ0nCT=1,CO/BO=1时，CPRCCTBOCOCPRC/1234567816151413121110974191D1Q1Q0CTU/DQ2Q3地VCCD0CPRCCO/BOLDD2D3LDCTU/DCPD3D2D1D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+10d3d2d1d010010111d3d2d1d0加法计数减法计数保持1234567816151413121110974193D1Q1Q0CPDCPUQ2Q3地VCCD0CRBOCOLDD2D32)74193(双时钟)CO74193Q0Q1Q2Q3LDCPUCRD0D1D2D3BOCPDCRLDCPUCPDD3D2D1D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1注100d3d2d1d001101101110000d3d2d1d0加法计数减法计数保持异步清零异步置数BO=CO=1二、二进制异步计数器(一)二进制异步加法计数器CPQ0Q1Q2CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1用T触发器(J=K=1)下降沿触发C=Q2nQ1nQ0n1Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21CCP&并行进位若采用上升沿触发的T触发器CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1D触发器构成的T触发器(D=Q)，——下降沿触发若改用上升沿触发的D触发器？Q0Q1CPFF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ1Q2&Q0CQ0Q1CPFF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ1Q2&Q0C(二)二进制异步减法计数器CPQ2Q1Q0012345678000111110101100011010001000用T触发器(J=K=1)上升沿触发CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1B=Q2nQ1nQ0n二进制异步计数器级间连接规律计数规律T触发器的触发沿上升沿下降沿加法计数CPi=Qi-1CPi=Qi-1减法计数CPi=Qi-1CPi=Qi-11Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21BCP&123456714131211109874197CT/LDQ2D2D0Q0CP1地VCCCRQ3D3D1Q1CP074197Q0Q1Q2Q3CRCP1D0D1D2D3CP0CT/LD(三)集成二进制异步计数器74197、74LS197计数/置数异步清零0CR0000~30QQ异步置数1CR0/LDCT~~3030DDQQ加法计数1CR1/LDCT二—八—十六进制计数二-八-十六进制计数器的实现M=2CPCP0计数输出：0QM=8CPCP1计数输出：123QQQQ1Q1Q21J1KC1FF2Q21Q31J1KC1FF3Q3111J1KC1FF1CP1CP011J1KC1FF0Q0Q0M=16010,QCPCPCP计数输出：0123QQQQ其它：74177、74LS177、74293、74LS293等。301,QCPCPCP1230QQQQ5.2.3十进制计数器（8421BCD码）一、十进制同步计数器(一)十进制同步加法计数器0123QQQQ00000001/00010/00011/00100/00101/00110/0011110001001/0/0/0/1状态图时钟方程输出方程00000000Q3nQ2nQ1nQ0n000111101000011110CCPCPCPCPCP3210nnQQC03CP1KC1FF2&1JC1J1KC1FF01KC1FF3&1J1&Q1Q01KC1FF1&1J&Q2Q3Q3Q1nQ0nQ3nQ2n0001111000011110Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+10001010110010000001001100100100000110111nnQQ010nnnnnnQQQQQQ0101311nnnnnnnnQQQQQQQQ021201212nnnnnnQQQQQQ0301213状态方程选择下降沿、JK触发器驱动方程J0=K0=1,J1=Q3nQ0n,K1=Q0J2=K2=Q1nQ0nJ3=Q2nQ1nQ0n,K3=Q0n逻辑图检查能否自启动将无效状态10101111代入状态方程：101010110100111011111000110010110100能自启动nnQQC03(二)十进制同步减法计数器00001001/11000/00111/00110/00101/00100/0001100100001/0/0/0/0(略)(三)十进制同步可逆计数器(略)(四)集成十进制同步计数器74160、741621234567816151413121110974160(2)VCCCOQ0Q1Q2Q3CTTLDCRCPD0D1D2D3CTP地(引脚排列与74161相同)异步清零功能：0CR(74162同步清零)同步置数功能：1CR0LDCP同步计数功能：1LDCR1PTCTCTnnQQCO03保持功能：nnQQCTCO03T0PTCTCT1TCT进位信号保持0TCT进位输出低电平1.集成十进制同步加法计数器2.集成十进制同步可逆计数器(1)74190(单时钟，引脚与74191相同)异步并行置数功能：0LD~~3030DDQQ同步可逆计数功能：1LD0CT0/DU加法计数1/DU减法计数nnQQBOCO03/nnnnQQQQBOCO0123/保持功能：1LD1CT1234567816151413121110974191D1Q1Q0CTU/DQ2Q3地VCCD0CPRCCO/BOLDD2D3(2)74192(双时钟，引脚与74193相同)1234567816151413121110974193D1Q1Q0CPDCPUQ2Q3地VCCD0CRBOCOLDD2D3异步清零功能：1CR异步置数功能：0LD3030D~DQ~Q0CR同步可逆计数功能：1LD0CR1DUCP,CP加法计数1UDCP,CPnnUQQCPCO03减法计数nnnnDQQQQCPBO0123保持功能1LD0CR1DUCPCP123456714131211109874290S9AS9BQ2Q1地VCCR0BR0ACP1CP0Q0Q3二*、十进制异步计数器(三)集成十进制异步计数器异步清零功能S9AS9BQ0Q1Q2Q3R0BR0AM1=2M1=5CP0CP1110000异步置“9”功能111001异步计数功能M=2CPCP00QM=5CPCP1123QQQM=10CP010,QCPCPCP0123QQQQ301,QCPCPCP1230QQQQCPCPCP12345