数字电子技术第六章-计数器2

N进制M进制MNMN三、任意进制计数器的构成方法用已有的N进制芯片，组成M进制计数器，是常用的方法。选取N进制计数器中的M个状态，构成一个有效循环，即：构成一个M进制计数器。思路：在顺序计数过程中，跳越（N–M）个状态。其设计方法有：置零法（置“0”法）和置数法。同步置零法异步置零法同步预置数法异步预置数法置零法置数法清零法利用LD端（高电平有效OR低电平有效）利用RD端（高电平有效OR低电平有效）(a)异步置“0”法S0S1S2SM-1SMSN-1(b)同步置“0”1）反馈状态（构成M进制计数器）有两种:(a)异步置“0”法：用M来写。(b)同步置“0”法：用M–1来写。1、NM①置零法(清零法)工作状态X0XXX置0（异步）10XX预置数（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111计数ETEPDLRCLKD74160的功能表(74163为同步置0方式)例试用74163用清0法，设计M=6的计数器。解：74163为同步置0方式，起跳状态为S5，即：(0101)2。电路图如下所示：1）同步置零法异步置零法例：将十进制的74160接成六进制计数器2）异步置零法可靠置“0”电路信号作用时间短缺点：置0②置数法(利用置数控制端，并行输入数据)用预置数法构成M的计数器时,通常采用置最小数法,利用MSI计数器的进位输出端QCC作为预置控制信号接置数端上。1)置最小数同步预置S0S1S2SN-MSN-M-1SN-1S0S1S2SN-MSN-M-1SN-1SN-（M-1）异步预置①置最小数法（进位保留）74161为同步预置例试用74161用置最小数法实现M=12的计数器。②预置零法（进位不保留）例试用74161用预置零数法实现M=6的计数器。CPCRD0D1D2D374161Q3Q2Q1Q0QCCPTCP&1DLQ3Q2Q1Q0状态转移路线0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111跳过状态起跳状态CPD0D1D2D374161Q0Q1Q2Q3QCCPTCP11DL01001解最小数=N-M=16-12=4解反馈状态M-1=51)置最小数LD同步预置2)置最大数（不常用）预置数为计数器的工作循环中的最大值的预置法称为置最大数法。同步：利用数M–2预置异步：利用数M–1预置。③置最大数法例用74161用置最大数法实现M=12的计数器。Q3Q2Q1Q0状态转移路线0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111跳过状态起跳状态CRD0D1D2D374161Q3Q2Q1Q0QCCPTCP&1DL111111CP11LD为什么要这样写的目的在于，如LD写成时，可使LD成为死循环的原因是：解起跳状态M-2=1074161为同步预置例74LS161采用反馈预置法组成十进制计数器预置法(同步预置)作业74LS161采用反馈用清“0”法组成十进制计数器（注意161是用同步还是异步清“0”）异步清0法QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA1QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA10110QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA11100(a)(b)(c)&&&前10个状态（预置零法）后10个状态；（置最小数法）中间10个状态（3~12）（不常用）QCCQCCQCCQAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA1QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA10110QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA11100(a)(b)(c)&&&前10个状态（预置零法）后10个状态；（置最小数法）中间10个状态（3~12）（不常用）QCCQAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA1QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA10110QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA11100(a)(b)(c)&&&前10个状态（预置零法）后10个状态；（置最小数法）中间10个状态（3~12）（不常用）QCCQAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA1QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA10110QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA11100(a)(b)(c)&&&前10个状态（预置零法）后10个状态；（置最小数法）中间10个状态（3~12）（不常用）QCCQAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA1QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA10110QAQBQCQD74LS161CrLDCPPT11NDCBA11100(a)(b)(c)&&&前10个状态（预置零法）后10个状态；（置最小数法）中间10个状态（3~12）（不常用）QCC用M=10预置零用QCC置成16-M=6虚线构成的循环用(10-6)置9实线构成的循环（用5置“0”）(a)置入0000(b)置入1001160为同步置数模为6的计数器2）置数法当所要求设计的计数器的模值M超过原MSI计数器的模值N时，1)应首先把多个计数器级联，2)然后将级联后的计数器采用整体清零或置数的方式构成M进制的计数器。2.NM计数器级联的基本方法有两种：同步级联和异步级联①M可分解：M=N1×N2先用前面的方法分别接成N1和N2两个计数器。②M不可分解1）采用整体置零和整体置数法：2）先用两片接成M’M的计数器3）然后再采用置零或置数的方法a.并行进位方式：用同一个CLK，低位片的进位输出作为高位片的计数控制信号（如74160的EP和ET）b.串行进位方式：低位片的进位输出作为高位片的CLK，两片始终同时处于计数状态级联方式（N1和N2间的连接有两种方式）：①异步级联（串行进位方式）②同步级联（并行进位方式）M=100M=100同步例：用两片74160接成一百进制计数器并行进位法串行进位法为何用非门？例试用两片74LS160构成百进制计数器。2、连接方式与特点1）异步CP方式。低位的进位信号是高位的时钟。2）两片的EP、ET恒为1，都处于计数状态。3、进制MM=10×10=100高位的C端是此计数器的进位输出端，进位信号为Y=1。高位、低位各自能输出10个稳定状态：1、连接线路为何用非门？Q3Q2Q1Q0CCPEPET74LS160RDLDD3D2D1D0CP1Y（1）（2）Q3Q2Q1Q0CCPEPET74LS160RDLDD3D2D1D01例两片之间用非门连接的原理74LS160是CP↑作用的计数器，若片间连接不用非门，则：CP…910Q0Q1Q2Q3低位C1Q0高位…1110010000第9个CP过后，电路输出（1，1001），出错。若用非门连接，则正常输出。CP…910Q0Q1Q2Q3Q0…110010000C1低位0高位例电路如图，试分析电路为几进制计数器，两片之间是几进制。解：1、连接方式与特点异步CP方式。（1）片Y’端的进位信号是（2）片的时钟。（1）片是10进制，当两片计数到0001、0010状态时，电路整体清零。Y端是此计数器的进位输出端，进位信号为Y=0。CP1Y（1）（2）Q3Q2Q1Q0CCPEPET74LS161RDLDD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0CCPEPET74LS161RDLDD3D2D1D0&&11Y′（即：两片之间是10进制）。0001001000000000M=10+2=12。①M可分解：M=N1×N2161为同步预置数举例:用两片74161设计一个M=56的计数器。解：用预置“0”法，M=N1·N2=8×7=56即：N1=8，N2=7②M不可分解采用整体置零和整体置数法：先用两片接成M’M的计数器然后再采用置零或置数的方法例：用74160接成二十九进制工作状态X0XXX置0（异步）10XX预置数（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111计数ETEPDLRCLKD整体置零（异步）例：用74160接成二十九进制（BCD码）整体置数（同步）九进制（BCD码）二进制（BCD码）用两片CT74LS161级联成16×16进制同步加法计数器低位片高位片在计到1111以前，CO1＝0，高位片保持原状态不变在计到1111时，CO1＝1，高位片在下一个CP加一②再用脉冲反馈法例：用两片74LS161级联成五十进制计数器00100011十进制数50对应的二进制数为00110010(a)QAQBQCQDOCABCDPTCrCP1LD74161011011QAQBQCQDOCPT1741611′QAQBQCQDOCABCDPTCr1LD741611QAQBQCQDOCABCDPTCrLD′741611′′′′′′′′′&(b)QAQBQCQDOCABCDPTCr1LD741611QAQBQCQDOCABCDPTCrLD′741611′′′′′′′′′001000111(c)′CPCPCP′CPABCDCrLD01101′′′′′CPCPCPCP模60计数器逻(a)大模分解法；(b)整体置0法；(c)OC整体置数法例试用74LS290用置0法设计M=7的计数器。先构成8421BCD码的10进制计数器；CP1与Q0连接再用脉冲反馈法，令R0B＝Q2Q1Q0实现。当计数器出现0111状态时，计数器迅速复位到0000状态，然后又开始从0000状态计数，从而实现0000～0110七进制计数。74LS290为异步置0方式两片74LS90按异步级联方式组成的10×10=100进制计数器。100进制计数器CP1Q0Q1Q2Q3S9AS9BR0AR0BCP1CPCP074LS90(个位)N1=10Q0Q1Q2Q3S9AS9BR0AR0BCP074LS90(十位)N2=10例：利用两片74LS290构成23进制加法计数器。先将两片接成8421BCD码十进制的CT74LS290级联组成10×10=100进制异步加法计数器。再将状态“00100011”通过反馈与门输出至异步置0端，从而实现23进制计数器。四、移位寄存器型计数器1.环形计数器Q0Q1Q2Q3M1CPDSRD0D1D2D3M0CP7419411RD111012341110011110111101Q0Q1Q2Q3CP↑状态转移路线有效循环无效循环无自启动特性的环型计数器，如何让其能自启动？≥11000001001000001111101111110010110100011011011000000100110111101(a)逻辑电路(b)完全状态图主S1S0SLD3D2D1D0Cr74LS194CPSRCPQ0Q1Q2Q310001典型移位计数器㈠有自启动特性的环型计数器特点：①每个时钟周期只有一个输出端为1（或0）。②不需译码电路。③具有自启动特性，消除了无效循环。2.扭环形计数器（2）扭环形计数器(D0=Q3)Q0Q1Q2Q3M1CPDSRD0D1D2D3M0CP7419411RD11101组合反馈网络Q1Q2QnSR(SL)n位移位寄存器ZCP…组合输出网络模M计数器Q1Q2QnZCP…序列信号发生器的设计⒈反馈移位型序列信号发生器⒉计数型序列码发生器①根据序列信号长度M，确定移存器位数n。②确定移存器的M个独立状态。③根据M个状态列出移存器的状态表和反馈函数表，求出反馈函数F（DIR或DIL）。④检查自启动性能。⑤画逻辑图。①根据序列信号长度M，设计模M计数器，状态自定。②按计数器的状态转移关系和序列码的要求设计组合输出网络。反馈函数表Q0Q1Q2Q3F(SL)101100101111111100110111100110DIR⒈反馈移位型序列信号发生器例：设计一个产生100111序列的反馈移位型序列信号发生器。解：①确定移存器位数n，因M