数电5.3.2计数器

1、0 0,0 1,1 0,1 1,保 持,右 移,左 移,并行输入,双向移位寄存器74LS194A,5.3.2计数器(Counter),一.同步计数器,2.分类：,同步、异步；,加法（递增）、减法、可逆（加/减）；,二进制、二十进制、任意进制。,3.参数：,模：一个工作循环包含的状态数。也称为进制。,1.二进制计数器,模为二的整数次幂。,构成：一般用T触发器。,下面以四位二进制加法计数器为例，研究分析方法。而减法和可逆计数器只作一般介绍。,1.功能：对输入的时钟脉冲进行计数。,按工作方式(触发器翻转情况)分类,按功能(计数器中数字增减)分类,按计数器中数字编码分类,第1步：驱动方程，输出方程,C=Q3Q2Q1Q0,第2步：状态方程,=Q0 Q1,=Q0Q1 Q2,第三步：状态转换表,见下页。,T1=Q0,T2=Q0Q1,T3=Q0Q1Q2,T0=1,=Q0Q1 Q2 Q3,第4步：状态转换图,第5步：时序图,Q0为2分频;Q1为4分频；Q2为8分频；Q3和C为16分频。,应用：,分频器。,Q0的输出的波形的频率是CP的1/2。 Q1的输出的波形的频率是CP的1/4。 Q2的输出的波形的频

2、率是CP的1/8。 Q3的输出的波形的频率是CP的1/16。,2.中规模集成4位同步二进制计数器74161,同步预置数,异步清零,工作状态控制,数据输入,74LS162,74LS163等是同步清零方式,CP：计数脉冲输入端， 上升沿有效。,0,0,0,异步清0,1,1,0,1,D0,D0,同步预置数,1,1,0,1,0,1,1,1,0,0,0,保持,1,C=0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,计数, 异步清零。,74161具有以下功能：, 计数。, 同步并行预置数。,RCO为进位输出端。, 保持。,图 6-35 74LS161 采用反馈预置法组成十进制计数器 (a) 前 10 个状态； (b) 后10 个状态； (c) 中间 10 个状态,例 用74LS161及少量与非门组成由 0000000100011000，M=24 的计数器。 因为M=2416，所以必须用两片级联而成。运用反馈预置法可得电路如图 所示。,用 74LS161 组成二十四进制计数器,完全同步4位二进制加法 计数器74LS163, 同步清零。, 计数。, 同步并行预置数。,RCO为进位输出端。, 保持。,3

3、.同步二进制减法计数器,同理，也可以用控制时钟信号的方法，用T触发器来构成。CC14526就是这样一种电路。,(i=1,2n-1),二进制减法计数器,二进制加法计数器,二进制减法计数器,4.十进制计数器,加法计数器,重点介绍加法计数器。减法和可逆计数器情况与二进制计数器类似。,功能：模为十的计数器。,C=Q3Q0,状态转换表,状态转换图,由于有十个状态循环，故称为十进制计数器。,由于六个无效状态都可以在时钟信号作用下进入有效循环，故称为可自启动的计数器。,0,时序图,74LS160,5分频,10分频,其各输入端的功能与74LS161完全相同。,同步十进制计数器,减法计数器,74LS191,5. 同步十六进制加减法计数器,使能控制端,预置数控制端,数据输入端,数据输出端,加减计数控制端,时钟输入端,进位借位信号 输出端,串行时钟输出端,74LS191,同步十六进制加/减计数器74LS191的时序图,1 0 1 1,1 0 1 1,0 1 1 1,0 1 0 0,1 0 0 0,同步十进制加/减计数器,-74LS190,引脚和功能表与74LS191相同,常用TTL计数器,6.任意进制计数器

4、,可用触发器设计；也可用中规模计数器构成后面将单独介绍。,1.二进制计数器,加法计数器,Q2Q1Q0,000,001,010,011,100,101,110,111,与同步计数器比，具有如下特点：,* 电路简单；,* 速度慢；,常见MSI有：74LS293、74LS393、74HC3934位； CC4024（7位）、CC4040(12位)、CC4060(14位).,特点：当Qi-1有下降沿时，Qi翻转。,构成：用T/触发器；,二、异步计数器,减法计数器,特点：前级 端接后级CP端。,利用上升沿翻转的触发器也可构成加法和减法计数器。请同学自行分析。,2.十进制计数器,以十进制计数器为例介绍异步时序电路的分析方法。,特点：步骤与同步电路相同，区别在于要随时注意各触发器的时钟信号。,第二步：状态方程,CP0=CP,CP1=Q0,CP2=Q1,CP3=Q0,C=Q3Q0,第三步：状态表,第四步：状态图,二五十进制异步加法计数器74 LS 290,二进制计数器的时钟输入端为CP1，输出端为Q0； 五进制计数器的时钟输入端为CP2，输出端为Q1、Q2、Q3。,74290包含一个独立的1位二进制计数

5、器和一个独立的五进制计数器。,如果将Q0与CP2相连，CP1作时钟输入端，Q0Q3作输出端，则为8421BCD码十进制计数器。 如果将Q3与CP0相连，CP2作时钟输入端，从高位到低位的输出为Q0 Q3 Q2 Q1 时，则构成5421BCD码十进制计数器。,图 6 28 74LS90 组成十进制计数器的两种方法 (a) 8421BCD码计数方式； (b) 5421BCD码计数方式,74290的功能：, 异步清零。, 计数。, 异步置数（置9）。,异步置9 端：S9 1S9 2 = 1时，状态置为1001 (9).,异步置0 端：S0 1S0 2 = 1时，状态置为0000 (0).,时钟由CP1输入时，为五进制计数器。,时钟由CP0输入时，将Q0与CP1相连，为十进制计数器。,异步置9端,异步置0端,二五十进制计数器,等效为这样,74LS90 组成 8421BCD七进制计数器,例 用74LS90 组成 七进制计数器。,8421BCD七进制计数器状态迁移表,5421BCD七进制计数器状态迁移表,74LS90 组成 5421BCD七进制计数器,图 6 31 74LS90扩展为一百进制计数器

6、,图 6 32 用 74LS90 扩展为二十四进制计数器,三、任意进制计数器的构成方法,N进制计数器有N个有效状态， M进制计数器只需要M个有效状态， 只要在N进制计数器的顺序计数过程中，设法使之跳过(N-M)个状态，只在M个状态中循环就可以了。 方法有两种：复位法(置零法)和置位法(置数法)。,1. MN的情况,如何用MSI计数器构成任意进制计数器。,设已知MSI计数器的模为N,要构成的任意进制计数器的模为M。,a. 复位法（置零法）,基本思想是：计数器从全0状态S0开始计数，计满M个状态后产生清零信号，使计数器恢复到初态S0，然后再重复上述过程。,SM状态进行译码产生置零信号并反馈到异步清零端，使计数器立即返回S0状态。,SM状态只在极短的瞬间出现，通常称它为“过渡态”。,同步置零法,异步置零法,【例】用74160实现7进制计数器。,置零法，M=7，在SM=S7=0111处反馈清零。,状态转换图为：,Q3Q2Q1Q0,b. 置数法（置位法）,基本思想： 由于置数操作可以在任意状态下进行，因此计数器不一定从全0状态S0开始计数。它可以通过预置功能使计数器从某个预置状态 Si 开始计数

7、，计满M个状态后译码产生置数信号，使计数器又进入预置状态Si，然后再重复上述过程。这种方法适用于有预置功能的计数器。,置数,适用于同步预置数的计数器,？思考,异步预置数的计数器应在何种状态译码产生置数信号？,【例1】用74160实现7进制计数器。,置数法（i=0），M=7，在S i +M-1=S6=0110处 反馈置数。,【例1】用74160实现7进制计数器。,置数法（i=2），M=7，在SM+i-1=S8=1000处反馈置数。,1,采用置零法或置数法设计任意进制计数器需要经过以下三个步骤：, 选择计数器的计数范围，确定初态和末态； 确定产生清0或置数信号的译码状态，然后 根据译码状态设计译码反馈电路； 画出M进制计数器的逻辑电路。,两种方法： 将M分解为M=M1M2Mn，用n片计数器分别组成值为M1、M2、 、Mn的计数器，然后再将它们串行进位或并行进位后组成M进制计数器。 先将n片计数器级联组成大于M进制的计数器，然后采用整体置零或整体置数的方法实现M进制计数器。,2. MN的情况,如果要求实现的进制M超过单片计数器的计数范围时，必须将多片计数器级联，才能实现M进制计数器。,【例2

8、】用74160实现100进制计数器。,(1) 并行进位，M=100=10*10。,(2) 串行进位，M=100=10*10。,【例3】用74160实现63进制计数器。,串行进位，M=63=7*9。,7进制,9进制,整体置零法,M=63，在SM=S63=0110 0011处反馈置数。,整体置数法,i=0, M=63，在Si+M-1=S62=0110 0010处反馈置数。,整体置数法,i=2, M=63，在Si+M-1=S64=0110 0100处反馈置数。,异步置零法 利用 端,例：利用74160构成六进制计数器。(M=6,N=10),若不接Q0和Q3，则状态图中无效状态转换情况有变化。,缺点：置零不可靠,方法：用与非 门译出状态M。,此线被切断,改进电路,可作进位输出,特点： 用基本RSFF锁存G1门的低电平信号。下面 用波形图来说明（忽略74160的延迟时间）,低电平时间等于CP高电平时间, 若MN如何处理,两级间连接方法,方法：用多片N进制计数器连成模大于M的计数器，再用上述三种方法连成M进制计数器。也可由M=M1*M2，先构成M1、M2进制计数器，再进行级联。,1.并行进位法同步

9、工作方式,注意此处连接方式,fh45,2.串行进位法异步工作方式,注意非门的使用,用RD端整体置零,译码的状态仍为M,G1、G2门均可作为进位输出,用LD端整体置数,例如：29进制计数器。,仍为29进制计数器（置0法）,用M=M1*M2级联的方法,M1=10 ，M2= 6 , M=60 。注意两种进位方式。,42,四、集成计数器的应用,（1）同步级联。 例：用两片4位二进制加法计数器74161采用同步级联方式构成的8位二进制同步加法计数器，模为1616=256。,1计数器的级联,（2）异步级联 例：用两片74191采用异步级联方式构成8位二进制异步可逆计数器。,（3）用计数器的输出端作进位/借位端,有的集成计数器没有进位/借位输出端，这时可根据具体情况， 用计数器的输出信号Q3、Q2、Q1、Q0产生一个进位/借位。,例：用两片74290采用异步级联方式组成的二位8421BCD码十进制加法计数器。 模为1010=100,2组成任意进制计数器,（1）异步清零法适用于具有异步清零端的集成计数器。,例：用集成计数器74160和与非门组成的6进制计数器。,EWB演示160组成6进制,（2）同步清零法,同步清零法适用于具有同步清零端的集成计数器。 例：用集成计数器74163和与非门组成的6进制计数器。,EWB演示163组成6进制,（3）异步预置数法,异步预置数法适用于具有异步预置端的集成计数器。 例：用集成计数器74191和与非门组成的余3码10进制计数器。,EWB演示191组成 余3码十进制,（4）同步预置数法,同步预置数法适用于具有同步预置端的集成计数器。 例：用集成计数器74160和与非门组成的7进制计数器。,EWB演示160组成7进制,例6.3.1 用74160组成48进制计数器。,先将两芯片采用同步级联方式连接成100进制计数器， 然后再用异步清零法组成了4

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