集成电子技术基础教程 第二篇第4章(10-1)

集成电子技术基础教程LDC集成电子技术基础教程2003~2004学年第1学期自动化(控制系)0101~0103班集成电子技术基础教程LDC第二篇数字电路和系统第四章集成触发器和时序逻辑电路集成电子技术基础教程LDC2.4.5非二进制计数器指二进制以外的其它进制计数器，如：6进制，8进制，10进制，12进制，60进制等等。电路的触发方式可以同步也可以异步。一、非二进制计数器的电路分析触发方式—同步还是异步？计数体制—几进制计数器？计数功能—加法、减法、可逆？是否可以自启动？集成电子技术基础教程LDC【例】分析图示计数器是一个几进制计数器，画出状态转换图，并说明用何种编码计数。FF2FF1FF0集成电子技术基础教程LDC解：可以有多种方法进行分析，以方程计算法为例，其基本步骤是：①由电路图写出触发器的驱动方程、特性方程，CP方程（同步计数器时不必写）；②驱动方程代入特性方程求触发器状态方程；③依次设定初态代入状态方程求出次态；④列出状态转换图、状态转换真值表或画出时序图，得出电路结论。集成电子技术基础教程LDCnnnnnnQQQQKQJQ012.222212CPCP2nnnnQQKQJQ1111111nQCP01nnnnnnnQQQQQKQJQ0202000010CPCP0FF2FF1FF0写出驱动方程和特性方程nQKJ200111KJnnQQJ012nQK22集成电子技术基础教程LDC设定初态，依次求出次态：nnnnnnQQQQKQJQ012.222212CPCP2nnnnQQKQJQ1111111nQCP01nnnnnnnQQQQQKQJQ0202000010CPCP0000012nnnQQQ101012nnnQQQ110012nnnQQQ111012nnnQQQ由计算可得电路的状态转换规律：001010000100011010001011集成电子技术基础教程LDC主循环时序图（波形图）由状态图或时序图得出电路功能结论该电路是可以自启动的异步5进制加法计数器，计数代码采用421编码方案。集成电子技术基础教程LDC另一种分析方法：有了状态方程后填次态卡诺图得到结果。nnnnnnQQQQKQJQ012.222212CPCP2nnnnQQKQJQ1111111nQCP01nnnnnnnQQQQQKQJQ0202000010CPCP00000010012nQnQ2nnQQ0100011110011100101011nQnQ2nnQQ0100011110010110100110nQnQ2nnQQ010001111001由次态卡诺图可以得出状态转换图集成电子技术基础教程LDC【例】图示电路是一个同步十进制计数器，写出驱动方程、特性方程，求出触发器状态方程后，很快可得出状态转换图，电路是一个按8421BCD编码计数的十进制加法计数器。C进位输出集成电子技术基础教程LDCnnnQQQJ0123nQK03nnQQJ012nnQQK012nnQQJ031nQK0110J10KnnQQC03nnnnnnnQQQQQQQ03012313)(01201212nnnnnnnQQQQQQQnnnnnnQQQQQQ0101311nnQQ010解：状态转换图：集成电子技术基础教程LDC时序图：Ct0集成电子技术基础教程LDC二、非二进制计数器的电路设计任意进制计数器的设计方法很多，利用触发器实现的一般步骤是：①由设计要求画出状态转换图或时序图，选好触发器类型；②列出状态转换对触发器输入端的状态要求，输入、输出状态；③以现态和输入为变量，求出各触发器输入的逻辑函数（驱动方程）和输出函数；④画出整个计数器的逻辑电路图。集成电子技术基础教程LDC【例2.4.1】用下降沿触发的JK触发器，设计一个同步的按8421编码计数的十进制减法计数器。解：根据题意得状态转换图列出状态表，得出对JK的要求：集成电子技术基础教程LDC0×10×0×0×00001000901××10×0×1000010080×1×00×0×01001100701×1××10×1100001060×10××00×00101010501××1×00×1010011040×1×0×00×01101110301×1×1××11110000120×10×0××000011001111×0×0×1×100100000J0K0J1K1J2K2J3K3Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3输出B对JK要求次态初态CPnQ1nQnQ1nQ状态表、激励要求及输出集成电子技术基础教程LDCJKQnQn+100000011010001101001101111011110JK触发器的真值表QnQn+1JK000011101110JK触发器的激励表集成电子技术基础教程LDC求JK、B函数式：（用卡诺图求，1010至1111六种当约束项处理）××××××××00000001nnQQ23nnQQ0100010001111110103J××01××××××××××××nnQQ23nnQQ0100010001111110103KnnnQQQJ0123nQK03同理可求：nnnnnnnQQQQQQQJ02303021nQK0110J10KnnnnQQQQB0123nnQQJ032nnQQK012集成电子技术基础教程LDC按以上表达式画出8421BCD编码的十进制减法计数器。集成电子技术基础教程LDC2.4.6典型中规模集成计数器中规模集成计数器不但具有计数功能，还有预置数、保持等功能，同时能方便地实现多片连接和功能的扩展，用处十分广泛。对中规模集成计数器，主要要求能读懂真值表（功能表）、引脚排列，就可以使用它。一、74LS1634位二进制加法计数器引脚排列集成电子技术基础教程LDC74LS163计数器功能表保持功能××××0×11×保持功能×××××011↑4位二进制加计数××××1111↑××01↑0000×××××××0↑触发器状态输入CPCRLDPCTTCT3D2D1D0D3Q2Q1Q0Q3A2A1A0A0A1A2A3A功能说明集成电子技术基础教程LDC使用说明【例】根据功能表，画出将74LS163连接成从清“0”开始，然后置入0101数据后开始计数的各端波形安排和连接图。110CPTCTPCTCRLDCO3D2D1D0D3Q2Q1Q0Q16374LSCPt0LDt0CRt0清0置数该时刻后计数集成电子技术基础教程LDC关于同步清零和同步置数的进一步说明同步清除、同步置数异步清除、异步置数同步清除、置数是利用了触发器的同步输入端实现的，所以需要CP脉冲；而异步清零、置数是用异步输入端实现，所以不要CP脉冲。集成电子技术基础教程LDC二、74LS217—十进制可逆计数器双时钟触发减法计数时钟输入→CP-（CPD）加法计数时钟输入→CP+（CPU）引脚排列UCPBBOGNDCRLDCCV3D2D1D0D3Q2Q1Q0Q21774LSDCPCCO18916借位输出进位输出高电平清0低电平置数集成电子技术基础教程LDC功能表××××××↑×××××××↑触发器状态输入CRLDUCPDCP3D2D1D0D3Q2Q1Q0Q保持不变××××11108421减计数××××1108421加计数10异步置数ABCDABCD00异步清000001说明1集成电子技术基础教程LDC三、集成计数器的功能扩展中规模集成计数器有总清零端、置数端、数据输入端、进位借位输出端、扩展控制端等，利用这些端可以把中规模集成计数器连接成各种进制的计数器。1用清零法实现功能扩展在正常计数时，清零端或应在高电平(或低电平)，当计到某个数时，清零端变为低电平(或高电平)，然后又回到高电平，计数器重新开始计数。CRCR集成电子技术基础教程LDC采用清零法扩展的具体步骤：①确定N进制计数器的SN代码；②求出（或）的控制逻辑关系；CRCR③画出逻辑电路图。必须注意：同步清零与异步清零的区别集成电子技术基础教程LDC【例2.4.2】试用清零法将74LS217型十进制可逆计数器连接成一个六进制加法计数器。解：74LS217为异步高电平清零。将74LS217连接成加法计数模式。六进制8421BCD码加法计数时，N=6，SN=S6=Q3Q2Q1Q0=0110，所以，清零控制端的逻辑关系为：12QQCR连接成的电路图为：集成电子技术基础教程LDC【例2.4.3】试用清零法将74LS163型四位二进制加法计数器连接成一个8421BCD码的十进制加法计数器。解：74LS163是一个4位二进制加法计数器，模为16，是同步低电平清零。所以，SN-1=S9=Q3Q2Q1Q0=1001，因此，清零控制逻辑关系为：03QQCR连接成的电路图为：集成电子技术基础教程LDC2用置数法实现功能扩展基本思路：计数器可以从0…0开始计数，也可从某一个数字开始计数，而0…0或某个数字可以从数据输入端预置入计数器，然后计数。集成电子技术基础教程LDC①画出计数器的状态转换图；②将状态图中的最小数从预置数输入端输入，最大数状态作置数控制，求出置数控制端或的逻辑函数（指加法计数）；LDLD③画出逻辑电路图。必须十分注意：异步置数时，置数控制函数式应取计数循环中的最大数加1；而同步置数时，置数控制函数式应取计数循环中的最大数采用置数法扩展的具体步骤：集成电子技术基础教程LDC【例2.4.4】试用置数法将74LS217双时钟触发可逆计数器连接成一个六进制减法计数器。解：将74LS217连接成减法计数模式。74LS217为异步高电平清零，异步低电平置数。六进制减法计数器时的状态转换图为：从状态图可得：初态0101应从D3D2D1D0置入，控制逻辑用0000，但是在减法计数时，0000减1首先出现1001，所以应该用Q3Q2Q1Q0=1001作为置数控制（1001作为一个过渡状态）。故有：03QQLD集成电子技术基础教程LDC（因为74LS217的进位输出是）03QQCO连接成的电路图为：COLD也可以采用：集成电子技术基础教程LDC【例2.4.5】试用置数法将74LS163中规模集成四位二进制加法计数器连接成8421编码的十进制加法计数。解：74LS163是同步低电平置数，而8421计数的状态转换图Q3Q2Q1Q0最小数为0000，最大数是1001。所以，数据端的数据应为：D3D2D1D0=0000，置数控制逻辑为：03QQLD连接成的电路图为：集成电子技术基础教程LDC3大容量计数器的实现大容量计数器可由小容量计数器级联而成，M=M1·M2·M3···如一个60进制计数器可用一个6进制和一个10进制计数器串联构成，即60=6×10。其中6进制和10进制计数器可选用清零法和置数法中的任一种实现。同理，100进制可用两个10进制计数器构成，电路可采用同步或异步连接方式。集成电子技术基础教程LDC同步式的100进制计数器拾位10进制用清零法实现，个位10进用置数法实现。当个位尚未计到1001前，拾位计数器的CTP、CTT为低电平，拾位计数器不计数。当个位计到9时，拾位的CTP、CTT为1，而下一个计数脉冲CP来到后，拾位计一个1，个位计数器回到0，然后又封锁拾位计数器，只有个位计数。集成电子技术基础教程LDC异步式的100进制计数器拾位的CP脉冲图如下74LS163是同步清零、置数，上升沿触发。03QQCP拾位(0000)2~(1000)210019810CP集成电子技术基础教程LDC