数电第六章计数器课件.ppt

6.5.1 寄存器和移位寄存器n寄存器n移位寄存器n移位寄存器原理n移位寄存器74164n双向移位寄存器74194n移位寄存器应用实例n实例1—并行—串行数据转换n实例2—串行—并行数据转换n实例3—构成扭环计数器n实例4—构成脉冲分配器n实例5—构成串行加法器返回返回1. 寄存器寄存器： 寄存器用于存储一组二进制数 一个触发器可以存储一位二进制数，N个触发器组 成的寄存器可以存储N位二进制数 常用的寄存器有74LS273 ( 8D触发器组成，有清零端)、74LS397(四位)、74LS378(六位)、 74LS377(八位)等D触发器组成的4位寄存器工作原理： 当时钟信号的上升沿到来时，D触发器的输入被锁存，寄存器的输出就是输入数据 D（D3D2D1D0） 电路中，输入数据是由CP控制同时被锁存到触发器中，输出也基本上是同时给出的，触发器的这种工作方式叫做并行输入、并行输出方式返回返回2. 移位寄存器n移位寄存器原理nRS触发器组成的移位寄存器n移位寄存器74164n双向移位寄存器74194返回返回移位寄存器原理 移位寄存器除了具有寄存器的功能外，还有移位功能。

即所存储的代码在时钟信号的作用下可实现左移或右移主要用于数据的串-并行转换，数据运算（乘、除等）常用的有74164、74194、CD4015等 移位寄存器可由RS触发器、D触发器或JK触发器组成RS触发器组成的移位寄存器如果 S= R，则： Qn+1 = S + SQn = S这时的RS触发器相当于D触发器，S即是D并行输出已知RS触发器的表达式：Qn+1 = S + RQnS•R = 0 图中，RS触发器相当于D触发器，时钟信号到来，触发器的状态Q取决于D（S） 串行输入数据在时钟信号CP的作用下，逐位输入并且每来一个时钟信号，输入及Q0Q1Q2Q3的状态就向前传递一次（右移） 经过4个时钟信号作用后，4位串行数据被全部移入到寄存器中，从Q3Q2Q1Q0可得到4位并行输出--串并转换 再经过4个时钟作用，存储在Q3Q2Q1Q0中的数据又逐位从串行输出端全部移出--并串转换RS触发器组成的移位寄存器工作原理RS触发器组成的移位寄存器状态转换表：移位寄存器74164A、B：串行数据输入端Cr：异步清零端CP：时钟端74164时序图时序图双向移位寄存器74194SLCPRSS S DD1030RSS S DD1030RSS S DD1030SR0301DDSSQ0Q1Q2Q3D0D1D2D31S1S0Q0Q1Q2Q3FF0FF1FF2FF3CrF0F1F2F3DSRD11111111双向移位寄存器74194功能S0=F0= S1 • S0 • Q0+ S1 • S0 • DSR+ S1 • S0 • Q1+S1 • S0 • D0电路由四个RS触发器、四个4-1MUX和一些门电路组成。

DIL：左移输入 DIR：右移输入S1S0：功能选择 Cr：清零 CP：时钟，上升沿触发D0D1D2D3：并行输入 Q0Q1Q2Q3：并行输出Q0：左移位输出 Q3：右移位输出S1=F1= S1 • S0 • Q1+ S1 • S0 • Q0 + S1 • S0 • Q2+S1 • S0 • D1S2=F2= S1 • S0 • Q2+ S1 • S0 • Q1 + S1 • S0 • Q3+S1 • S0 • D2S3=F3= S1 • S0 • Q3+ S1 • S0 • Q2 + S1 • S0 • DSL+S1 • S0 • D3根据电路可列出四个触发器输入S的表达式如下：双向移位寄存器74194功能表：双向移位寄存器74194功能扩展用2片74194扩展成的一个8位双向移位寄存器：74194（1）CP74194（2）CPDCPQ0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q4Q5Q6Q7CrSRDSRDSRDSLDSLDSLS0S1S0S1S0S1D0D1D2D3D0D1D2D3D0D1D2D3D4D5D6D7CrCr返回返回3. 移位寄存器应用实例n实例1—并行—串行数据转换n实例2—串行—并行数据转换n实例3—构成扭环计数器n实例4—构成脉冲分配器n实例5—构成串行加法器返回返回实例1—并行—串行数据转换74194(1)CP74194(2)CP10D' D'D'D'D'D'CP123 4 56&&11启动串行输出CrCrCrQ0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7DSRDSLS1S0D0D1D2D3DSRDSLS1S0D0D1D2D3D'0实例实例2—串行—并行数据转换寄存器寄存器1CP111 1 101寄存器寄存器1 174194(1)CPCrQ0Q1Q2Q3DSRDSLS1S0D0D1D2D374194(2)CPCrQ4Q5Q6Q7DSRDSLS1S0D4D5D6D7Cr串行输入串行输入实例实例3—构成扭环计数器扭环计数器状态表扭环计数器状态表时钟 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 QH 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 QG 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 QF 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 QE 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 QD 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 QC 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 QB 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 QA 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 f1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 f2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 f3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 实例实例4—构成脉冲分配器CD4015功能表CD4015构成脉冲分配器CPQ0Q1Q2Q3CPQ0Q1Q2Q3≥1CD4015CPDCrQ0 Q1 Q2 Q3Q0Q1Q2Q3CrQ0Q1Q2Q3Cr实例实例5—构成串行加法器DCPQ全加器n位移位寄存器(1)n位移位寄存器(2)n位移位寄存器(3)nnnXYZLDCrCxyi-1iiCisiCrCp6.5.2 计数器计数器返回返回•计数器分类计数器分类•一位计数器一位计数器•二进制计数器二进制计数器•十进制计数器十进制计数器•集成计数器集成计数器•计数器应用计数器应用1. 计数器分类 计数器的基本功能是记录某些输入信号的次数按时序：同步计数器--时钟信号到来时触发器状态同时翻转。

异步计数器--触发器状态不同时翻转计数器种类很多，可分为如下几类：按计数数值增减：加计数器--随计数脉冲做递加计数 　　　　 减计数器--随计数脉冲做递减计数　　　　　　　　可逆计数器按数字的编码方式：二进制码计数器 BCD码(二-十进制)计数器按计数容量(模)： 十二进制计数器 六十进制计数器 2. 1位计数器用JK触发器组成的一位计数器：J=K=1用D触发器组成的一位计数器：D=QDCP输出借位进位JKCP输出1借位进位1位计数器分析 按照二进制加法规则，如果触发器状态已经为1，则再有时钟信号到来时，状态应回0，并向高位送出进位信号（以使下一个触发器状态翻转）所以，由上升沿触发的触发器构成一位计数器其进位信号是 Q，而由下降沿触发的触发器构成一位计数器其进位信号是Q 同理可标出借位信号返回返回3. 二进制计数器n异步二进制计数器n同步二进制计数器返回返回(1) 异步二进制计数器 同理，对于上述D触发器，如果把 Q 作为下一个触发器的时钟信号，构成减计数器；把 Q 作为下一个触发器的时钟信号，构成加计数器。

如果把上述JK触发器的输入J和K都接高电位，可构成一位计数器，并且Q是进位输出， Q 是借位输出如果把 Q 作为下一个触发器的时钟信号，则可构成多位二进制加计数器，如果把 Q 作为下一个触发器的时钟信号，则可构成多位二进制减计数器 一个触发器可作为一位二进制计数器，则适当连接N个触发器可构成N位二进制计数器用JK触发器组成的异步二进制加计数器 电路中，每一个JK触发器都接成一位计数器，低位触发器的输出Q作为下一个触发器的时钟信号（下降沿触发）CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1CP3=Q2 J0=K0=1J1=K1=1J2=K2=1J3=K3=1Q3Q2Q1Q0：计数输出Q3 ： 进位输出Rd ： 异步复位1111CP进位Q3Q3Q3J3K3CP3Q2Q2Q2J2K2CP2Q1Q1Q1J1K1CP1Q0Q0Q0J0K0CP0Rd四位二进制加计数器状态转换表状态转换表：四位二进制加计数器时序图从时序图看出：Q0的周期是CP的2倍，Q0叫2分频输出端Q1的周期是CP的4倍，Q1叫4分频输出端。

Q2的周期是CP的8倍，Q2叫8分频输出端Q3的周期是CP的16倍，Q3叫16分频输出端由JK触发器组成的二进制减计数器1111QCP借位3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0J3K3CP3J2K2CP2J1K1CP1J0K0CP0Rd进位状态转换表：D触发器组成的异步二进制计数器由D触发器组成的减计数器：CP进位Q3Q2Q1Q0Q3Q3D3Q2Q2D2Q1Q1D1Q0Q0D0由D触发器组成的加计数器：CP借位Q3Q3Q3D3Q2Q2Q2D2Q1Q1Q1D1Q0Q0Q0D0(2) 同步二进制加计数器原理 如果用T触发器构成同步计数器，则第i位触发器的输入T表达式应为：Ti=Qi-1Qi-2· · · Q1Q0 i=1，2， · · · n-1而最低位每计入一个脉冲状态翻转一次所以一个同步4位二进制加计数器每个T触发器的输入表达式为：T0=1即J0=K0=1T1=Q0 即J1=K1=Q0T2=Q1Q0 即J2=K2= Q1Q0 T3=Q2Q1Q0即J3=K3=Q2Q1Q0 在n位二进制加法中，如果第i位以前各位都为1，则低位再计入1（有脉冲到来）时，第I位状态翻转。

同步二进制加计数器原理图时钟信号到来时，Q3 Q2 Q1 Q0 随T3 T2 T1 T0 翻转同步二进制加计数器状态转换表 同步二进制减计数器原理 在n位二进制减法中，如果第i位以前各位都为0，则低位再计入1（有脉冲到来）时，第i位状态翻转 如果用T触发器构成同步计数器，则第i位触发器的输入T表达式应为： Ti=Qi-1Qi-2· · · Q1 Q0 i=1，2， · · · n-1最低位每计入一个脉冲状态翻转一次所以一个4位二进制减计数器每个T触发器的输入表达式为： T0=1 即J0=K0=1T1= Q0 即J1=K1= Q0T2= Q1Q0 即J2=K2= Q1 Q0 T3= Q2Q1Q0 即J3=K3=Q2 Q1 Q0同步二进制减计数器原理电路：时钟信号到来时，Q3 Q2 Q1 Q0 随T3 T2 T1 T0 翻转 4. 同步十进制加计数器原理原理电路电路驱动方程：J0=K0=1J1=K1= Q0 Q3J2=K2=Q0Q1J3=K3=Q0Q1Q2+Q0Q3状态方程：Q0n+1= Q0Q1n+1 = Q0 Q3 Q1 + Q0Q3Q1Q2n+1 = Q0Q1 Q2 + Q0Q1Q2Q3n+1 = (Q0Q1Q2 + Q0Q3)Q3+(Q0Q1Q2+Q0Q3)Q3同步十进制加计数器状态转换表 同步十进制减计数器J0=K0=1J1 = K1 = Q0 ( Q1 Q2Q3)J2= K2= Q0 Q1 (Q1 Q2Q3)J3= K3 = Q0 Q1 Q25. 集成计数器•集成异步十进制计数器7490•集成同步二进制加计数器74161•同步二进制加/减计数器74191•双时钟同步二进制可逆计数器74193(1) 集成异步十进制计数器7490以CPa为计数脉冲，Q0为输出，得到一位二进制计数器；以CPb为计数脉冲，Q3Q2Q1为输出，得到5进制计数器，计数状态为（Q3Q2Q1）：000 001 010 011 100 ，Q3为CP1的5分频输出；R1、R2：清零端； S1、S2：置9 端；把CPb与Q0接在一起，以CPa为计数脉冲，Q3Q2Q1Q0为输出，则为8421BCD码十进制计数器；把CPa与Q3接在一起，以CPb为计数脉冲，Q3Q2Q1Q0为输出，则为5421BCD码十进制计数器。

JKCPJKCPJKCPJK&SSCPCP12ab00001111222221033330123SdRdCP3&RR127490的两种接法CPb与Q0相连构成8421BCD码CP1 Q0 Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 1 0 0 0 6 1 0 0 1 7 1 0 1 0 8 1 0 1 1 9 1 1 0 0 CPa与Q3相连构成5421BCD码 (2)集成同步二进制加计数器74161Q3 Q2Q1 Q0 ：计数输出C：进位输出LD：置数信号（同步）D3 D2D1 D0 ：置数输入Rd：异步复位信号S1S2：功能选择信号CP：计数脉冲输入端符号：CP74161LDCQ0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3CD0D1D2D3RdS1S2功能表：（74160功能表与此相同）74161时序图LDCPC11001100101101111111000010000100清零置数计数保持S1S0Q0Q1Q2Q3D0D1D2D3Rd同步计数器扩展D DCP74161(1)Q QLDD DC01230123CP74161(2)LDCCP74161(3)LDCCPLDS S R12dD DQ QD D01230123S S R12dD DQ QD D01230123S S R12dRd (3) 同步二进制加/减计数器74191单时钟同步二进制加/减计数器74191：D0D1D2D3：并行数据输入；Q0Q1Q2Q3：计数输出；D/U：加/减控制信号(down/up) ；LD：置数信号（异步）；EN：计数使能信号；RCO：行波时钟输出。

加计数值最 大(1111)或减计数值最小(0000)时 输出低电位，否则输出高电位；MAX/MIN：加计数值最大(1111)或 减计数值最小(0000)时输出高电位，否则输出低电位CP74191/MIND/ULDENRCOMAXQ0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3D0D1D2D374191时序图10110111111100001000010001001000000011110111101100111101END/UMAX/MINRCO置数加计数禁止减计数CPLDQ0Q1Q2Q3D0D1D2D374191扩展成8位可逆计数器异步扩展同步扩展74191扩展成8位加-减-加计数器(4)双时钟同步二进制可逆计数器74193CP+：加计数时钟CP-：减计数时钟Rd：复位，高有效（异步）OC：进位输出OB：借位输出LD：置数信号D0D1D2D3：并行输入数据Q0Q1Q2Q3：输出符号：74193时序图LD11101110111100001000010011000100清零 置数1000000011110111减计数Q0Q1Q2Q3D0D1D2D3OCRdCP+CP-加计数OB可逆计数器193异步扩展74193(1)LD74193(2)LD进位输出借位输出CP+CP-CP+CP-RdRdQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3OCOBOCOB74193(3)LDCP+CP-RdD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3OCOBQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11LDRdD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11≥1≥1≥1≥1074193(1)LDCP+CP-RdQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3OCOB74193(2)LDCP+CP-RdQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3OCOB≥1≥174193(3)LDCP+CP-RdQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3OCOB≥1≥1Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11LDRdCP+CP-6.5.3 任意进制的计数器 如果已有N进制计数器，要得到一个M进制计数器，只要N>M，令N进制计数器在计数过程中，计满M个状态后，跳过剩余N-M个状态，即可得到M进制计数器。

实现状态跳跃的方法一般有两种：复位法和置数（位）法 从降低成本考虑，集成电路的成本必须有足够大的批量目前生产销售的定型集成电路中，仅有应用最多的4位二进制、十进制、八位二进制等几种计数器在需要其他进制计数器时，只能用现有的计数器产品经过外电路连接得到复位法--利用计数器的复位端实现异步复位法原理： 设原有的计数器是N进制的，共有S0~SN-1个状态从S0开始计数，接收M个计数脉冲后进入SM状态如果这时候利用SM状态产生一个复位信号将计数器复位（置成S0状态），即可跳过N-M个不需要的状态 由于这时的计数器在SM状态上停留时间非常短，可把SM看成是暂态，其稳定的状态只有S0~SM-1共M个所以是一个M进制计数器复位法原理图S0S1S2S3SM-1SMSN-2SN-1同步复位暂态暂态异步复位置数法--利用计数器的置数端实现置数法与复位法不同，它是利用给计数器重复置入某个数值的方法跳过（N-M）个不需要的状态，从而获得M进制计数器的置数操作可在任何状态下进行S0S1S2S3SM-1SMSN-2SN-1同步置数暂态异步置数实例1—7490构成6进制计数器0000000100100101011010001001复位001101000111 根据复位法，利用0110状态产生复位信号R1，R2，使状态返回到0000。

7490CP6进制进制Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3CP1CP0R1R2S1S2实例2—7490构成任意进制计数器实例3—7490构成100进制计数器Q3Q2Q1Q0：个位数的8421BCD码Q7Q6Q5Q4：十位数的8421BCD码个位数每计满10个脉冲，Q3输出一个下降沿，使T4290（2）CP0有效，Q7Q6Q5Q4加1Q7Q6Q5Q4计满10个脉冲，整个计数器回零，并从Q7端输出一个下降沿，可作为进位输出7490(1)7490(2)计数输入Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7CP1CP0R1R2S1S2R1R2S1S2CP1CP0R1R2S1S2Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3进位实例4—7490构成60进制计数器先用7490构成100进制计数器，在100进制计数器的基础上用异步复位法实现60进制如图所示，计数到60时R1、R2有效（高电位），使两片7490都复位 计数器的稳定状态为：0~59，共60个计数输入07490(1)Q0Q1Q2Q3CP1CP0R1R2S1S2Q0Q1Q2Q37490(2)Q0Q1Q2Q3CP1CP0R1R2S1S2Q0Q1Q2Q3总结总结: 用一片用一片74LS90设计设计N进制计数器的一般方法进制计数器的一般方法第第N个个CP脉冲后脉冲后,由输出端的由输出端的“1”去控制清去控制清0端端R0(1)、、R0(2),将输出端全部清将输出端全部清0练习练习1: 下图是几进制计数器下图是几进制计数器?答答: 8进制进制QD QC QB QAS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CPB CPACP74LS90输出端状态的输出端状态的变化范围变化范围:0000~0111练习练习2: 下图是几进制计数器下图是几进制计数器?答答: 7进制进制QD QC QB QAS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CPB CPACP&74LS90实例6试用74191(功能表P53)设计一12进制计数器，其计数顺序为： 1111，1110， · · · · · · 0101，0100解：分析：根据计数顺序，首先应将74191设置为减计数器。

另外由于计数状态中没有0000，所以不能使用复位法，应使用置数法来设计注意：74191的置数信号是异步的！74191构成12进制计数器D=1：减计数计数器进入0011时使LD有效，立刻把1111置入计数器中，0011是暂态，稳定状态为1111，1110， · · · · · · 0101，0100CP01&END/UCPLD74191Q0Q1Q2Q3D0D1D2D3Q0Q1Q2Q3返回返回END/UCPLD74191CP01≥1Q0Q1Q2Q3D0D1D2D3Q0Q1Q2Q36.5.4 时序电路综合应用n应用实例1—生产流程控制n应用实例2 —N2数产生器n应用实例3—彩灯控制器n应用实例4—可存储时间的秒表返回返回应用实例1—生产流程控制应用实例1：某工厂生产由A（加料）、B（加热）、C（加 压）、D（清洗）、E（取出）五个工艺流程 组成，一个生产周期分为8个工序，各段的时 间关系如下表，试设计该生产流程控制应用实例1 设计过程根据时间表得出的输出时序图：应用实例1 设计结果应用实例2—N2数产生器（N=0~15）应用实例3：彩灯控制器应用实例4：可存储时间的秒表数码管74487416274194CP数码管7448数码管7448数码管7448数码管7448K1K3K2VCCCP先按K2，工作时，K1、K2、K3接高电位。

按下K3，显示这时的时间（第一时间）放开K3，按下K1则显示第二时间 （按下指接地，放开指接高电位）分十秒秒0.1秒0.01秒Q3Q2Q1Q0RdS1S274194CPQ3Q2Q1Q0RdS1S274194CPQ3Q2Q1Q0RdS1S274194CPQ3Q2Q1Q0RdS1S274194CPQ3Q2Q1Q0RdS1S2RdQ3Q2Q1Q0S1S274162RdQ3Q2Q1Q0S1S274162RdQ3Q2Q1Q0S1S274162RdQ3Q2Q1Q0S1S274162RdQ3Q2Q1Q0S1S2CP秒脉冲的产生秒脉冲的产生晶体振荡器晶体振荡器32.768kHz共共32768分频分频由由D触发器构成的触发器构成的2分频器分频器CP1秒秒 2 2 25. 数字频率计数字频率计－可测量一个数字信号－可测量一个数字信号ux的频率的频率74LS9074LS90100进制计数器进制计数器74487448QD~QAa~g71秒秒门控信号门控信号被测信号被测信号 ux闸门闸门CP显示译码器显示译码器数码管数码管&1秒内计数的个数秒内计数的个数即为信号频率即为信号频率问题问题二片二片74LS90级联能测的级联能测的最高信号频最高信号频率是多少？率是多少？若信号频率若信号频率在在10000Hz以以内，那么需内，那么需要几片要几片74LS90？？本章总结寄存器原理，双向移位寄存器74194应用同步、异步、二进制、十进制计数器原理，集成计数器应用： 异步：74293、74177；7490、74176； 同步：74160、74161；74162、74163； 可逆：74190、74191；74192、73193。

任意进制计数器的构成方法：复位法、置数法综合应用返回返回 第六章(3) 作业6.5.16.5.116.5.176.5.19。