項(xiàng)目十時(shí)序邏輯電路

任務(wù)2計(jì)數(shù)器返回主目錄任務(wù)2計(jì)數(shù)器一、計(jì)數(shù)器的功能和分類(lèi)

計(jì)數(shù)器是一種應(yīng)用廣泛的時(shí)序邏輯電路，它不僅可用來(lái)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，而且還常用于數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、延時(shí)、分頻及構(gòu)成節(jié)拍脈沖發(fā)生器等等。計(jì)數(shù)器的種類(lèi)繁多，按計(jì)數(shù)長(zhǎng)度可分為二進(jìn)制、十進(jìn)制及N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。按計(jì)數(shù)脈沖的引入方式可分為異步工作方式和同步工作方式計(jì)數(shù)器兩類(lèi)。按計(jì)數(shù)的增減趨勢(shì)可分為加法、減法及可逆計(jì)數(shù)器。無(wú)論哪種類(lèi)型的計(jì)數(shù)器，其組成和其它時(shí)序電路一樣，都含有存儲(chǔ)單元（這里通稱(chēng)為計(jì)數(shù)單元），有時(shí)還增加一些組合邏輯門(mén)電路，其中存儲(chǔ)單元是由觸發(fā)器構(gòu)成的。1．異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（1）異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

1）電路組成圖10-14所示是利用3個(gè)下降沿JK觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖CP加至最低位觸發(fā)器F0的時(shí)鐘端，低位觸發(fā)器的Q端依次接到相鄰高位觸發(fā)器的時(shí)鐘端，因此它是異步計(jì)數(shù)器。二、異步計(jì)數(shù)器圖10-14異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器2）工作原理該計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換特性表見(jiàn)表10-8，時(shí)序圖如圖10-15所示。計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律也可以采用如圖10-16所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來(lái)表示。圖10-15異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器時(shí)序圖圖10-16異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖計(jì)數(shù)脈沖

CP序號(hào)計(jì)數(shù)器狀態(tài)Q2Q1Q0012345678000001010011100101110111000表10-8狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

計(jì)數(shù)器還具有分頻功能。由n個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其末級(jí)觸發(fā)器輸出脈沖頻率為CP的1/2n

，即實(shí)現(xiàn)對(duì)CP的2n分頻。異步3位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器也可采用上升沿D觸發(fā)器來(lái)構(gòu)成，如圖10-17a。

圖10-17上升沿觸發(fā)的異步3位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器a）邏輯圖b）時(shí)序圖（2）異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器如圖10-18所示電路為下降沿觸發(fā)的異步3位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況如圖10-19所示，圖10-20為時(shí)序圖。

圖10-18異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器圖10-19異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖10-20異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器時(shí)序圖（3）異步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器既能進(jìn)行加計(jì)數(shù)又能進(jìn)行減計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器叫做可逆計(jì)數(shù)器。在可逆計(jì)數(shù)器中，有加減工作方式控制端，當(dāng)輸入不同的控制信號(hào)時(shí)，該計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律可以分別按加法計(jì)數(shù)器或減法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)規(guī)律進(jìn)行工作。當(dāng)然，電路中需要加入相應(yīng)的控制邏輯電路。

2．異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

圖10-21所示是由4個(gè)JK觸發(fā)器構(gòu)成的8421碼異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，該電路具有自啟動(dòng)和向高位計(jì)數(shù)器進(jìn)位的功能。圖10-21異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表見(jiàn)表10-9，時(shí)序圖如圖10-22所示。計(jì)數(shù)脈沖CP序號(hào)計(jì)數(shù)器狀態(tài)

Q3Q2Q1Q0進(jìn)位對(duì)應(yīng)十進(jìn)制數(shù)012345678910000000010010001101000101011001111000100100000000000001001234567890表10-9十進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表圖10-22異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器時(shí)序圖

3．異步N進(jìn)制計(jì)數(shù)器除了二進(jìn)制和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器之外，在實(shí)際工作中，往往還需要其它不同進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，我們把這些計(jì)數(shù)器稱(chēng)為N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。異步N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方式和異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器基本相同，也是在二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上，利用一定的方法跳過(guò)多余的狀態(tài)后實(shí)現(xiàn)的。例如，五進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以用三個(gè)觸發(fā)器組成，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律可以按圖10-23所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖進(jìn)行。

圖10-23五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖三、同步計(jì)數(shù)器1．同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器如圖10-24a所示是一個(gè)由3個(gè)JK觸發(fā)器構(gòu)成的同步3位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，CP輸入的是計(jì)數(shù)脈沖。其時(shí)序圖如圖10-24b所示。同步3位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換特性表與異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器完全相同。

圖10-24同步3位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器a）邏輯圖b）時(shí)序圖

2．同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器若在同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上，通過(guò)一定的方法跳過(guò)多余的無(wú)效狀態(tài)后，也可構(gòu)成同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換特性表與異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的完全相同。1．74HC16174HC161是一種可預(yù)置數(shù)的同步計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)脈沖上升沿作用下進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，其主要功能如下：（1）清零

（2）預(yù)置數(shù)（3）計(jì)數(shù)控制（4）進(jìn)位四、通用集成計(jì)數(shù)器

圖10-25所示是利用74HC161和一個(gè)與非門(mén)組成的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖10-2574HC161構(gòu)成的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

當(dāng)需要位數(shù)更多的計(jì)數(shù)器時(shí)，可按如圖10-26所示電路進(jìn)行級(jí)聯(lián)。圖10-2674HC161的級(jí)聯(lián)電路2．74HC19274HC192為可預(yù)置同步8421碼十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器，它有兩個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入端，進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)，有各自的時(shí)鐘脈沖輸入端，可以進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)。其主要功能如下：（1）異步清零（2）預(yù)置數(shù)（為異步置數(shù)）（3）可逆計(jì)數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖CP加至CPU且CPD為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在CP上升沿的作用下進(jìn)行加計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖CP加至CPD且CPU為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器在CP上升沿的作用下進(jìn)行減計(jì)數(shù)。另外，74HC192還具有進(jìn)位輸出端和借位輸出端。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)并且計(jì)數(shù)到9（Q3Q2Q1