时序逻辑电路-计数器.ppt

21.3 计数器 (Counter) 21.3.1 计数器的特点和分类 一、计数器的功能及应用 1. 功能： 对时钟脉冲 CP 计数。 2. 应用： 分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲 序列、进行数字运算等。 二、计数器的特点 1. 输入信号： 计数脉冲 CP Moore 型 2. 主要组成单元： 时钟触发器 三、 计数器的分类 按数制分： 二进制计数器 十进制计数器 N 进制 (任意进制 )计数器 按计数 方式分： 加法计数器 减法计数器 可逆计数 (Up-Down Counter) 按时钟 控制分： 同步计数器 (Synchronous ) 异步计数器 (Asynchronous ) 按开关 元件分： TTL 计数器 CMOS 计数器 21.3.2 二进制计数器 计数器 计数容量 、 长度 或 模 的概念 计数器能够记忆输入脉冲的数目，即电路的有效 状态数 M 。 3 位二进制同步加法计数器： 82 3 M 0000 1111 /1 4 位二进制同步加法计数器： 000 111 /1 162 4 M n 位二进制同步加法计数器： nM 2 一、二进制同步计数器 (一 ) 3 位 二进制同步加法计数器 FF2、 FF1、 FF0 Q2、 Q1、 Q0 设计方法一： 000 /0 001 010 011 100 101 /0 /0 /0 /0 110 /0 111 /0 /1 nnn QQQ 012 /C 排列： 解 选用下降沿触发的 JK 触发器 时钟方程 CPCPCPCP 210输出方程 nnn QQQC 012 状态方程 00 01 11 10 0 1 nQ2 nnQQ 011 0nQ 1 0 11nQ 0 1 1 1 0 0 00 01 11 10 0 1 nQ2 nnQQ 01 0 1 1 1 1 0 0 0 010 QQ n 010111 QQQQQ n 12nQ 00 01 11 10 0 1 nQ2 nnQQ 01 0 0 1 0 1 0 1 1 010 QQ n 010111 QQQQQ n 012021212 QQQQQQQQ n JK 触发器特性方程 nnn QKQJQ 1 100 KJ 011 QKJ 求驱动方程，得 0122 QQKJ 逻辑图 CP 1J 1K C1 FF0 1 1J 1K C1 FF1 1J 1K C1 FF2 & & C Q 0 Q1 Q2 Q0 Q1 Q2 串行进位 触发器 负载均匀 (四 ) 集成二进制同步计数器（掌握） 1. 集成 4 位二进制同步加法计数器 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 74161 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 ET LD CR CP D0 D1 D2 D3 EP 地 引脚排列图 逻辑功能示意图 74161 Q0 Q1 Q2 Q3 EP LD CO CP ET CR D0 D1 D2 D3 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 CR = 0 Q3 Q0 = 0000 同步 并行置数 CR=1， LD=0， CP 异步 清零 Q3 Q0 = D3 D0 1) 74LS161 74161功能表 输入 0 0 0 输出 3210D DDDDET EPLDCPR 1n31n21n11n0 QQQQ 0 1 0 3210 dddd 3210 dddd 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 计数 保持 保持 D 触发器构成的 T 触发器 ( D = Q )， 下降沿 触发 若改用 上升沿 触发的 D 触发器 ？ Q0 Q1 CP FF1 FF2 C1 1D C1 1D Q2 FF0 C1 1D Q1 Q2 & Q0 C 2 Q1 Q0 5.2.3 十进制计数器 （ 8421BCD 码）（掌握） 一、十进制同步计数器 (一 ) 十进制同步加法计数器 * 0123 QQQQ 0000 0001 /0 0010 /0 0011 /0 0100 /0 0101 /0 0110 /0 0111 1000 1001 /0 /0 /0 /1 状态图 时钟方程 输出方程 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3nQ2n Q1nQ0n 00 01 11 10 1 0 00 01 11 10 C CPCP CPCPCP 3 210 nn QQC 03 CP 1K C1 FF2 & 1J C 1J 1K C1 FF0 1K C1 FF3 & 1J 1 & Q1 Q0 1K C1 FF1 & 1J & Q2 Q 3 Q3 Q1nQ0n Q3nQ2n 00 01 11 10 00 01 11 10 Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 nn QQ 010 nnnnnn QQQQQQ 0101311 nn nnnnnn QQ QQQQQQ 02 12012 1 2 nnnnnn QQQQQQ 0301213 状态方程 选择 下降沿 、 JK 触发器 驱动方程 J0 = K0 = 1, J1= Q3nQ0n, K1= Q0 J2 = K2 = Q1nQ0n J3 = Q2nQ1nQ0n , K3 = Q0n 逻辑图 检查能否自启动 将无效状态 1010 1111 代入状态方程： 1010 1 11 0100 1110 1111 1000 110 1 11 0100 能自启动 nn QQC 03 (四 ) 集成十进制同步计数器（ *） 74160、 74162 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 74160(2) VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地 (引脚排列与 74161相同 ) 异步清零功能 ： 0CR (74162 同步清零 ) 同步置数功能 ： 1CR 0LD CP 同步计数功能： 1 LDCR 1PT CTCT nn QQCO 03 保持功能 ： nn QQCTCO 03T 0PT CTCT 1T CT 进位信号保持 0T CT 进位输出低电平 1. 集成十进制同步加法计数器 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 74290 S9A S9B Q2 Q1 地 VCC R0B R0A CP1 CP0Q0 Q3 二、十进制异步计数器（ 掌握 ） (三 ) 集成十进制异步计数器 异步清零功能 S9A S9B Q0 1 2 Q3 R0B R0A M1 =2 M1 = 5 CP0 CP1 1 1 0 0 0 0 异步置“ 9”功能 1 1 1 0 1 异步计数功能 M = 2 CPCP 0 0 Q M = 5 CPCP 1 1 23 QQQ M = 10 010 , QCPCPCP 01 23 QQQQ 21.2 寄存器 寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放 数码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触 发器只能存放一位二进制数，存放 n 位二进制时， 要 n个触发器。 按功能分 数码寄存器 移位寄存器 21.2.2 移位寄存器 不仅能 寄存 数码，还有 移位 的功能。 所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中 所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。 按移位方式分类 单向移位寄存器 双向移位寄存器 寄存数码 1.单向移位寄存器 清零 D 1 移位脉冲 2 3 4 1011 1 Q Q3 Q1 Q2 RD 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 Q J K F0 Q1 Q J K F2 Q J K F1 Q J K F3 数据依次向左移动，称左移寄存器， 输入方式为串行输入。 Q Q Q 从高位向低 位依次输入 动画 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 输出 再输入四个移 位脉冲， 1011 由高位至低位 依次从 Q3端输 出。 串行输出方式 清零 D 1011 1 Q Q3 Q1 Q2 RD Q J K F0 Q1 Q J K F2 Q J K F1 Q J K F3 Q Q Q 5 移位脉冲 7 8 6 动画 四位 左移移位寄存器状态表 0 0 0 1 1 2 3 移位脉冲 Q2 Q1 Q0 移位过程 Q3 寄 存 数 码 D 0 0 1 1 1 0 0 0 0 清 零 1 1 0 左移一位 0 0 1 0 1 1 左移二位 0 1 0 1 1 左移三位 1 0 1 1 4 左移四位 并 行 输 出 再继续输入四个移位脉冲 ,从 Q3端串行输出 1011数码 动画 右移移位寄存器 5.2.4 N 进制计数器 方法 用触发器和门电路设计 用集成计数器构成 )102( 4 MM 或 清零端 置数端 (同步、异步 ) 一、利用同步清零或置数端获得 N 进制计数 思 路： 当 M 进制计数到 SN 1 后使计数回到 S0 状态 2. 求归零逻辑表达式； 1. 写出状态 SN 1 的二进制代码； 3. 画连线图。 步 骤： 例 用 4位二进制计数器 74163 构成 十二进制 计数器。 解： 1. 013 QQQCR 111 SS N 013 QQQLD 或 = 1011 2. 归零表达式： 3. 连线图 74163 Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR 1 & 同步清零 同步置零 二、利用异步清零或置数端获得 N 进制计数 当计数到 SN 时，立即产生清零或置数信号， 使返回 S0 状态。 （瞬间即逝） 思 路： 步 骤： 1. 写出状态 SN 的二进制代码； 2. 求归零逻辑表达式； 3. 画连线图。 例 用二 -八 -十六进制异步计数器 74197构成十二进制计数器。 110012 S 23 QQCR 23 QQLD 或 74197 Q0 Q1 Q2 Q3 CP0 D0 D1 D2 D3 CR CP CP1 LD CT/ & 状态 S12的作用： 产生归零信号 异步清零 异步置零 (二 ) 计数容量的扩展 1. 集成计数器的级联 74161(1) Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q4 Q5 Q6 Q7 74161(0) Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 CP 1 1 1 1 1 CO0 16 16 = 256 74290(个位 ) Q0 Q1 Q2 Q3 S9A S9B R0B R0A CP0 CP1 CP 74290 (十位 ) Q0 Q1 Q2 Q3 S9A S9B R0B R0A CP 0 CP1 Q0 Q1 Q2 Q3 Q0 Q1 Q2 Q3 1 2 4 8 10 20 40 80 10 10 = 100 2. 利用级联获得大容量 N 进制计数器 1) 级联 N1 和 N2 进制计数器，容量扩展为 N1 N2 N1进制 计数器 N2进制 计数器 CP 进位 C CP 例 用 74290 构成 六十 进制计数器 74290 Q0 Q1 Q2 Q3 S9A S9B R0B R0A CP 0 CP1 CP 74290 Q0 Q1 Q2 Q3 S9A S9B R0B R0A CP 0 CP1 Q0 Q1 Q2 Q3 Q0 Q1 Q2 Q3 N1= 10 N2 = 6 个位 十位 异步清零 个位芯片应逢十进一 60 = 6 10 = N1 N2 = N 2) 用 归零法 或 置数法 获得大容量的 N 进制计数器 例 试分别用 74161 和 74162 接成六十进制计数器。 Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q4 Q5 Q6 Q7 74161 (0) Q0 Q1 Q2 Q3 CT T LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 CP 1 1 1 CO0 74161 (1) 用 SN 产生 异步清零 信号： ) 111100 ( 60 SS N 用 SN1 产生 同步置数 信号： ) 1 1 1 0 1 1 ( 591 SS N & 1 1 先用两片 74161构成 256 进制计数器 74162 同步清零，同步置数 。 再用归零法将 M = 100改为 N = 60进制计数器， 即用 SN1产生 同步 清零、置数信号。 B C D591 1001 0101 ）（ SS N 先用两片 74162构成 1010 进制计数器， Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q4 Q5 Q6 Q7 74162 (0) Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 CP 1 1 1 CO0 74162 (1) 1 1 & 1. 同步 清零 (或置数 )端计数终值为 SN1 异步 清零 (或置数 )端计数终值为 SN 2. 用集成 二进制 计数器扩展容量后， 终值 SN (或 SN1 )是 二进制代码 ； 用集成 十进制 计数器扩展容量后， 终值 SN (或 SN1 )的代码由个位、十位、 百位的 十进制数 对应的 BCD 代码 构成。 注意