数字电路与逻辑设计第6章计数器.ppt

1. 掌握计数器的基本概念及分类;,2. 学会通过功能表了解计数器的逻辑功能；,3. 灵活运用中规模计数器模块分析设计任意模计数电路本节的重点,,6.2 常用时序逻辑电路：计数器,一、计数器的概念,用来计算输入脉冲数目的时序逻辑电路它是用电路的不同状态来表示输入脉冲的个数计数器,计数器的模,计数器所能计算的脉冲数目的最大值 （即电路所能表示状态数目的最大值）,电路作用：分频、定时、产生脉冲序列、数字运算等；,二、计数器的分类,按触发器的翻转次序，分为同步和异步计数器,按进位制，分为模二、模十和任意模计数器,按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器,按集成度，分为小规模与中规模集成计数器,a 根据脉冲引入方式： 同步计数器异步计数器b 根据数字增减： 加法计数器减法计数器可逆计数器,,二进制计数器十进制计数器c 按计数进制来分类： 任意进制计数器可变进制计数器8421BCD计数器d 按计数编码来分类： 5421BCD计数器余3码计数器e按集成度来分类：小规模计数器：触发器和门电路中规模计数器：集成器件,(一)同步计数器：是将计数脉冲同时引入到各级触发器，当CP计数脉冲触发时，各级触发器的状态同时发生转移。

⑴ 同步二进制计数器同步二进制加法计数器电路书上（193页图6—2—17）,1J CI 1 1K R,,,,1J CI 2 1K R,,,,＆ 1J CI 3 1K＆ R,,,,,,,,＆ 1J CI 4 1K＆ R,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,＆,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Z,Q1,Q2,Q3,RD,CP,同步二进制加法计数器,,Q4,分析： ① 驱动方程：J1=1，K1=1J2=K2=Q1nJ3=K3=Q2nQ1nJ4=K4=Q3nQ2nQ1n,② 因此，各级触发器的状态转移方程：Q1 n+1=Q1 nQ2 n+1=Q1 nQ2 n+Q1 nQ2 nQ3 n+1=Q2 nQ1 nQ3 n+Q2 nQ1 nQ3 nQ4 n+1=Q3 nQ2 nQ1 nQ4 n +Q3 nQ2 nQ1 nQ4 n输出函数表达式 Z= Q4 n Q3 nQ2 nQ1 n,,,,,,,,③ 根据②得到状态转移表,这种计数器又称为模16计数器，或4位二进制计数器。

模8计数器，也称为3位二进制计数器……很明显，计数器从0000开始计数，它的不同状态可以表示已经输入的计数脉冲的数目，具有加法计数的功能Z为计数器的进位输出信号，即计算到模16时才输出一个高电平⑵ 同步二—十进制计数器人们对二进制不如对十进制熟悉，二进制也不便于译码显示输出，因此常用二进制电路完成十进制计数功能电路如图,1J CI 1 1K R,,,,,＆ 1J CI 3 1K＆ R,,,,,,,,,＆ 1J CI 4 1K R,,,,,,,＆ 1J CI 2 1K R,,,,,,,,,,＆,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Z,Q1,Q2,Q3,Q4,RD,CP,Q4,,同步二—十进制加法计数器,分析：① 驱动方程： J1=K1=1J2=Q4 nQ1 n , K2=Q1 nJ3=Q2 nQ1 n, K3=Q2 nQ1 nJ4=Q3 nQ2 nQ1 n, K4=Q1 n,,② 状态转移方程：Q1 n+1=Q1 nQ2 n+1=Q4 nQ1 nQ2 n+Q1 nQ2 nQ3 n+1=Q2 nQ1 nQ3 n+Q2 nQ1 nQ3 nQ4 n+1=Q3 nQ2 nQ1 nQ4 n +Q1 nQ4 nZ=Q4 nQ1 n,,,,,,,,③ 状态转移表,0000,1001,1000,0111,0110,0001,0010,0011,0100,0101,1010,1101,1100,1111,1110,1011,状态转移图,,,,,,,,,,,,,,,,,/0,/0,/0,/0,/0,/0,/0,/0,/0,/0,/0,/1,/1,/1,/1,一共有16种（4位二进制）不同的代码组合，因此有16种不同的状态, 其中6种状态是无效状态或偏离状态（即1010，1011， 1100，1101，1110，1111）检查自启动特性后发现，若计数器受到某种干扰，错误地进入到偏离状态后，在经过一个或n个计数脉冲作用后，能自动转入到有效序列，具有自启动特性。

4）工作波形,CP,Q1,Q2,Q3,Q4,,,,,,,,,,,,,Z,,,,,Z信号也可看成是CP信号的十分频,即 10 fz=fcp因此，模10计数器可以看作是十分频器各种模值m的计数器均可以看作为m分频器 比如模7,模7计数器工作波形：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Q1,Q2,Q3,Z,,,,,1,2,3,4,5,6,7,6.2.1 采用小规模集成器件设计同步计数器例1 设计模6同步计数器解：模6计数器要求有6个记忆状态，且逢6进1假设令这6个状态为S0=000，S1=001，S2=011，S3=111，S4=110，S5=100①列出状态转移表和原始状态转移图状态转移表,S0,S1,S2,S3,S4,S5,,,,,,,原始状态转移图,,,,,\Q3nQ2nQ1n \ 00 01 11 1001,偏离态做任意项处理,Q3n+1=Q2n,\Q3nQ2nQ1n \ 00 01 11 1001,,,,,Q2n+1=Q1n,\Q3nQ2nQ1n \ 00 01 11 1001,,,,,,,,,Q1n+1=Q3n,,② 次态卡诺图,\Q3nQ2nQ1n \ 00 01 11 1001,,,,,输出函数 ：Z=Q3n Q2n,,输出函数卡诺图,③确定状态转移方程，可以检验是否具有自启动性。

偏离状态有010，101始终进不到有效状 态，称为计数器出现了堵塞现象不具有自启动特性.,111,,,,,,,011,001,000,100,110,101,010,为了消除堵塞：①通过RD或SD，强迫计数器脱离堵塞进入有效循环②修改设计，即打断偏离状态的循环，使其某一偏离状态在时钟作用下转移到有效序列中去偏离状态做为任意项处理时，没有确定的转移方向，现在要使它有确定的转移如：打断101——010的转移，使101——011有效状态，那么卡诺图变为（见卡诺图中的红线）各级触发器的状态转移方程：Q3n+1=Q2nQ2n+1=Q1nQ1n+1=Q3n Q2n Q1n再检验偏离状态，具有了自启动特性④ 若采用D触发器,则触发器激励函数：D3=Q2n，D2=Q1n，D1=Q3n+Q2nQ1n输出函数 Z=Q3nQ2n ⑤、据④画出具有自启动特性的模6同步计数器逻辑电路解：据题意可直接由波形图画出该电路状态图,,,状态已简化、已分配,选择3个上升沿触发的JK触发器,例2：试按下图所示的时序关系设计一个同步时序电路,确定触发器的类型和个数,写出电路的状态方程、驱动方程和输出方程,,求状态方程：,,,,,,,,,,,,,例2:,,求驱动方程、输出方程：,K0=1,J1=Q0n,画出逻辑图,K2 = 1,K1=Q0n,例2:,同步时序逻辑电路设计举例,（4）检查自启动能力,无效状态,,,修改输出方程：,电路的输出Y有错！,例2:,同步时序逻辑电路设计举例,,（4）完整的状态图,电路具备自启动能力,例2:,同步时序逻辑电路设计举例,,,修改后的逻辑图,例2:,同步时序逻辑电路设计举例,小结：采用小规模集成器件设计同步计数器的一般步骤。

列出状态转移表或状态转移图,确定状态转移方程，输出方程,检验自启动特性,确定驱动方程（激励函数）,画出逻辑电路,,,,,,,,,不具有,具有,6.2.2 采用中规模集成器件实现任意模值计数器必须学会查阅有关器件手册和技术资料，搞清楚所要使用的逻辑器件的功能和工作原理，还要了解和记住一些常用的信号名的作用CO 进位输出BO 借位输出CT，CTt，CTp 计数器控制端LD 并行置入数据控制端L/D双功能端： L 是加法计数控制端D是减法计数控制端CR 是清除（清0）端EN 是三态允许控制端 ST 是数据选通端CP 是时钟输入端,,,,,一、集成同步计数器介绍:异步清除：当CR=0时,Q均为074161 4位二进制加法计数（异步清除）74160 十进制同步计数器（异步清除）同步清除： 是当CR=0时，在时钟信号作用下，实现清除74163 4位二进制加法计数（同步清除）74162 十进制同步计数器（同步清除）,,,,74192:双时钟触发的4位十进制同步加/减计数器. 74193: 双时钟触发的4位二进制同步加/减计数器.74190: 4位十进制同步加/减计数器。

74191: 4位二进制同步加/减计数器集成同步计数器,,集成同步计数器74161,,1、集成同步计数器—74161,四个J-K触发器构成 D3 ~ D0:数据输入端 CP: 时钟输入, 上升沿有效 CR: 异步清零, 低电平有效 LD: 同步预置，低电平有效 Q3 ~ Q0:数据输出端 CTP、CTT：使能端，多片级联,1). 逻辑符号,,,2）74161逻辑功能描述,CO=CTTQ0Q1Q2Q3,74161逻辑功能表,,保持,CO=0,×,,×,×,0,1,×,×,×,×,×,×,×,×,0,Q3 Q2Q1Q0,,CP,CTP,CTT,LD,CR,输 出,预置数据输入,时钟,使能,预置,,,,,,,,,,,,,0 0 0 0,X X X X,×,0,1,1,保持,CO保持,×,X X X X,0,1,1,1,计 数,X X X X,1,1,1,1,清零,,,,,CR 异步清零（与CP无关）,LD同步并行置数（在CP上升沿时）,CTPCTT=0 保持状态不变,,Q3Q2Q1Q0＝0000,Q3Q2Q1Q0＝ D3D2D1D0,(CP↑)＝,,,,CTPCTT=1 计数,Q3Q2Q1Q0＝,Q3Q2Q1Q0,Q3Q2Q1Q0,Q3Q2Q1Q0 ＋ 1,D3D2D1D0,d3 d2 d1 d0,d3 d2 d1 d0,,,,,,,时序图,,计数,,保持,,异步清零,,同步,预,置,,CR,8421BCD码同步加法计数器74160,2 、四位二进制同步计数器——CT74163,CT74161功能表,↑,CT74163功能表,2、四位二进制同步计数器——CT74163,——采用同步清零方式。

当CR=0时，只有当CP 的上升沿来到时, 输出QDQCQBQA 才被全部清零1）外引线排列和CT74161相同,（2）置数，计数，保持等功能与CT74161相同,（3）清零功能与CT74161不同,,解：,1片74LS161只能构成模16计数器，模256 = 16×16，所以可用两片74LS161实现两片均接成模16计数器并将两片级联起来，让两个芯片协同工作即可构成模256计数器,片与片之间的连接方式：,并行进位：低位片的进位信号（CO）作为高位片的使能信号 （同步级联）,串行进位：低位片的进位信号（CO）作为高位片的时钟脉冲（异步级联）,,设计思想：,3、集成计数器的计数扩展,例：用74161组成模256计数器N = 16×16=256,计数状态 : 0000 0000 ～1111 1111,。