第十七-十九讲--计数器

1电子技术第五章时序逻辑电路数字电路部分(第十七~十九讲计数器)2课题：计数器课时：6重点：用集成计数器构成N进制计数器的方法难点：74290的连接与编码的对应关系教学目标：掌握二进制计数器组成规律,理解异步与同步工作的区别，熟练掌握集成二进制计数器74161,74191,74193和74290,74160的逻辑功能及用其构成任意进制计数器教学过程：一、概述四、十进制计数器二、二进制计数器五、MSI十进制计数器三、MSI二进制计数器1、74LS1601、74LS1612、74LS2902、74LS191六、MSI计数器应用3计数器的分类（2）按数字的增减趋势（1）按计数进制（3）按触发器是否由同一计数脉冲控制计数器主要用于对时钟脉冲计数，分频、定时的时序电路二进制计数器二-十进制计数器Ｍ进制计数器加法计数器减法计数器可逆计数器。同步计数器异步计数器4一、二进制计数器组成规律1．二进制异步计数器(分析)（1）四位二进制异步加法(递增)计数器n2工作原理：4个JK触发器都接成T’触发器。每当Q2由1变0，FF3向相反的状态翻转一次。每来一个CP的下降沿时，FF0向相反的状态翻转一次；每当Q0由1变0，FF1向相反的状态翻转一次；每当Q1由1变0，FF2向相反的状态翻转一次；1J1KC12Q1QCPFF3R∧1KFF21JC1R∧1KFF1Q1J0C1R∧R0FF∧1JC11KQ31CR计数脉冲清零脉冲QQQQ10nnQCPCPCP若用上升沿触发器,CP=?5用“观察法”作出该电路的时序波形图和状态图。由时序图可以看出，Q0、Ql、Q2、Q3的周期分别是计数脉冲(CP)周期的2倍、4倍、8倍、16倍，因而计数器也可作为分频器。CPQ0Q1Q2Q3三位二进制加法计数器构成?6（2）四位二进制异步减法(递减)计数器用4个上升沿触发的D触发器组成的4位异步二进制减法计数器。工作原理：D触发器也都接成T’触发器。由于是上升沿触发，则应将低位触发器的Q端与相邻高位触发器的时钟脉冲输入端相连，即从Q端取借位信号。它也同样具有分频作用。C1CPFF31D∧Q3计数脉冲QRQ31DQQ22FF∧C1R2Q1DQQ11FF∧C1R1Q1DQQ00FF∧C1R0Q清零脉冲CR10nnQCPCPCP若用下降沿触发器,CP=?7二进制异步减法计数器的时序波形图和状态图。在异步计数器中，高位触发器的状态翻转必须在相邻触发器产生进位信号（加计数）或借位信号（减计数）之后才能实现，所以工作速度较低。为了提高计数速度，可采用同步计数器。2310QQQQ0000111111101101110010111001101010000111011001010100001100100001CPQ0Q1Q2Q3三位二进制减法计数器构成?82．二进制同步计数器(设计)（1）二进制同步加法(递增)计数器由于该计数器的翻转规律性较强，只需用“观察法”就可设计出电路：因为是同步触发方式，所以将所有触发器的CP端连在一起，接计数脉冲。然后分析状态图。若用JK触发器实现，选择适当的JK信号。91KR3FFC1Q1JRFFQC1C12FF∧C1CP1RQQ0&21KFF&3清零脉冲1JQ&计数脉冲RQ&∧1KQ∧1J11J∧1KQ0CR分析状态图可见：FF0：每来一个CP，向相反的状态翻转一次。所以选J0=K0=1。FF1：当Q0=1时，来一个CP，向相反的状态翻转一次。所以选J1=K1=Q0。FF2：当Q0Q1=1１时，来一个CP，向相反的状态翻转一次。所以选J2=K2=Q0Q1FF3：当Q0Q1Q2=1１１时，来一个CP，向相反的状态翻转一次。所以选J3=K3=Q0Q1Q2110（2）二进制同步减法计数器分析4位二进制同步减法计数器的状态表，很容易看出，只要将各触发器的驱动方程改为：将加法计数器和减法计数器合并起来，并引入一加/减控制信号X便构成4位二进制同步可逆计数器，各触发器的驱动方程为：就构成了4位二进制同步减法计数器。（3）二进制同步可逆计数器11当控制信号X=1时，FF1～FF3中的各J、K端分别与低位各触发器的Q端相连，作加法计数。二进制同步可逆计数器的逻辑图：当控制信号X=0时，FF1～FF3中的各J、K端分别与低位各触发器的端相连，作减法计数。实现了可逆计数器的功能。QR02Q∧11JQCRRQFF清零脉冲FFC10∧C11K1K计数脉冲1K1QC12RCPQ1J1FF∧1J1J∧1KQR3C1FF3Q&&&&&&&≥1≥1≥1X加/减控制信号Q123．集成二进制计数器举例（1）4位二进制同步加法计数器74LS161RC1&&Q∧1J1K&&≥13Q&Q&RC1∧1J1K&&≥12Q&Q&RC1∧1J1K&&≥11Q&Q&RC1∧1J1K&&≥10Q0D1&&&&&1EPET11D2D3DCPLDRDRCO13①异步清零。74161具有以下功能：③计数。②同步并行预置数。RCO为进位输出端。④保持。41235671516CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74161891011121413RD3DDLEPETQ0RCOQDQ1∧07416132QDET0Q1CPLD3DEPRCO2DRD14QCPQ0Q21Q3LDRDDD0D21D3EPETRCO121314150120清零异步同步置数加法计数保持15(2)四位二进制同步加法计数器74LS16374LS163清零方式是同步的：即使控制端CLR＝0，清零目的真正实现还需等待下一个时钟脉冲的上升沿到来以后才能够变为现实。这就是“同步清零”的含义。1674LS163管脚图74LS163的介绍16151413121110123456789QAQDQDQCQBQAQBQCVCCTTPPCPAABBCCDDCLRLOADENABLERC串行进位输出允许允许GND时钟清除输出数据输入置入74LS163171111计数0111X保持1011X保持(RC=0)XX01并行输入XXX0同步清零PTLOADCLRCP功能TPRCABCDQBQCQDQALOADCLR74LS16374LS163功能表①同步清零。74LS163功能：③计数。②同步并行预置数。RC为进位输出端。④保持。18清除置入ABCD时钟允许P允许TQAQBQCQD串行进位输出输出数据输入19（2）4位二进制同步可逆计数器74191LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q7419141235671516Vcc741918910111214133D0Q1GNDD1END/UQ3Q2QD2LDMAX/MINRCOCP0D∧74LS193（教材P159）20二、二-十进制计数器N进制计数器又称模N计数器。当N=2n时，就是前面讨论的n位二进制计数器；当N≠2n时，为非二进制计数器。非二进制器中最常用的是二-十进制计数器。1.8421BCD码同步十进制加法计数器(分析)2．8421BCD码异步十进制加法计数器(分析)3．十进制集成计数器（1）8421BCD码同步加法计数器74LS160（2）二—五—十进制异步加法计数器74LS290211.8421BCD码同步十进制加法计数器QQ1KR1J2QC10∧C111JFFRQ计数脉冲清零脉冲CR∧0∧Q1JRFFQ11KC1∧3FF1KRFFC1CP2Q1Q1K1J3&&&&用前面介绍的同步时序逻辑电路分析方法对该电路进行分析。（1）写出驱动方程：10J10KnnQQJ031nQK01nnQQJ012nnQQK012nnnQQQJ0123n03QK22（2）转换成状态方程：nnnQKQJQ1nnnnQQKQJQ0000010nnnnnnnnQQQQQQKQJQ10103111111nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ201201222212nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ30301233331310J10KnnQQJ031nQK01nnQQJ012nnQQK012nnnQQQJ0123n03QK23（3）作状态转换表设初态为Q3Q2Q1Q0=0000，代入次态方程进行计算，得状态转换表24（4）作状态图及时序图。2310QQQQ0000100001000011000100101001010101100111CPQ0Q1Q2Q31234567891025（5）检查电路能否自启动用同样的分析的方法分别求出6种无效状态下的次态，得到完整的状态转换图。可见，该计数器能够自启动。由于电路中有4个触发器，它们的状态组合共有16种。而在8421BCD码计数器中只用了10种，称为有效状态。其余6种状态称为无效状态。当由于某种原因，使计数器进入无效状态时，如果能在时钟信号作用下，最终进入有效状态，我们就称该电路具有自启动能力。2310QQQQ0000100001000011000100101001010101100111101010111101110011111110有效循环262．8421BCD码异步十进制加法计数器CP2=Q1（当FF1的Q1由1→0时，Q2才可能改变状态。）用前面介绍的异步时序逻辑电路分析方法对该电路进行分析：（1）写出各逻辑方程式。①时钟方程：CP0=CP（时钟脉冲源的下降沿触发。）CP1=Q0（当FF0的Q0由1→0时，Q1才可能改变状态。)CP3=Q0（当FF0的Q0由1→0时，Q3才可能改变状态)1J1KC12Q1QCPFF3R∧1KFF21JC1R∧1KFF1Q1J0C1R∧R0FF∧1JC11KQ31CR计数脉冲清零脉冲QQQQ&271J1KC12Q1QCPFF3R∧1KFF21JC1R∧1KFF1Q1J0C1R∧R0FF∧1JC11KQ31CR计数脉冲清零脉冲QQQQ&②各触发器的驱动方程：10J10KnQJ3111K12J12KnnQQJ12313K28（2）将各驱动方程代入JK触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：10J10KnQJ3111K12J12KnnQQJ12313KnnnnQQKQJQ0000010（CP由1→0时此式有效）nnnnnQQQKQJQ13111111（Q0由1→0时此式有效）nnnnQQKQJQ2222212（Q1由1→0时此式有效）nnnnnnQQQQKQJQ312333313（Q0由1→0时此式有效）29（3）作状态转换表设初态为Q3Q2Q1Q0=0000，代入次态方程进行计算，得状态转换表。303．十进制集成计数器（1）8421BCD码同步加法计数器74LS1603Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q7416041235671516CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74160891011121413RD3DDLEPETQ0RCO∧EPRDDL31一位父亲给儿女的九条人生忠告（一）对你不好的人，你不要太介怀，在你一生中，没有人有义务要对你好，除了我和你妈妈。对你好的人，你一定要珍惜、感恩。（二）没有人是不可代替，没有东西是必须拥有。看透了这一点，将来就算你失去了世间最爱的一切时，也应该明白，这并不是什么大不了的事。（三）生命是短暂的，今天或许还在浪费着生命，明日会发觉生命已远离你了。因此，愈早珍惜生命，你享受生命的日子也愈多，预期盼望长寿，倒不如早点享受。（四）爱情只是一种感觉，而这感觉会随时日、心境而改变。如果你的所谓最爱离开你，请你耐心地等候一下，让时日慢慢冲洗，让心灵慢慢沉淀，你的苦就会慢慢淡化。不要过分憧憬爱情的美，不要过分夸大失恋的悲。32（五）虽然，很多有成就的人士都没有受过很多教育，但并不等于不用功读书，就一定可以成功。你学到的知识，就是你拥有的武器。人，可以白手起家，但不可以手无寸铁，紧记！（六）我不会要求你供养我下半辈子，同样地我也不会供养你的下半辈子，当你长大到可以独立的时候，我的责任已经完结。以后，你要坐巴士还是奔驰，吃鱼翅还是粉丝，都要