1、04.07.2020，第5章，1，數(shù)字，字，電和電路，第5章，計數(shù)器，計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中常用的設(shè)備。通過實踐訓練，本章對計數(shù)器的功能和一般應(yīng)用有了定性的了解，然后介紹了計數(shù)器電路的基本工作原理、不同類型計數(shù)器的基本功能及其在數(shù)字系統(tǒng)中的應(yīng)用。最后，介紹了一些常用的計數(shù)器產(chǎn)品。04.07.2020，2，執(zhí)行摘要，5.1計數(shù)器及其表示，5.1.1計數(shù)器的功能、分類和基本原理，5.1.2二進制計數(shù)器，5.1.3十進制計數(shù)器，5.1.4任意計數(shù)器，5.2計數(shù)器應(yīng)用實例，5.3常用TTL集成計數(shù)器介紹。它還可用于定時、分頻、信號產(chǎn)生和數(shù)字操作。計數(shù)器的基本功能是計數(shù)輸入脈沖的數(shù)量。2.分類，根據(jù)計數(shù)脈沖

2、的不同輸入方式，計數(shù)器可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)系統(tǒng)的不同，可分為二進制、十進制和任意計數(shù)器。根據(jù)計數(shù)過程中計數(shù)的不同增減，可分為加法計數(shù)、減法計數(shù)和可逆計數(shù)。04.07.2020，4，3。計數(shù)器、計數(shù)、T觸發(fā)器的基本原理是觸發(fā)器，即當輸入一個CP脈沖時，觸發(fā)器的狀態(tài)將翻轉(zhuǎn)一次。如果T觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，當連續(xù)輸入脈沖時，其輸出狀態(tài)將從0101開始改變。這時，據(jù)說觸發(fā)器在計數(shù)狀態(tài)下工作。也就是說，可以通過觸發(fā)器的輸出狀態(tài)的改變來確定輸入CP脈沖的數(shù)量，并且可以對CP脈沖進行計數(shù)。一個觸發(fā)器可以代表一位二進制數(shù)的兩種狀態(tài)，兩個觸發(fā)器可以代表二位二進制數(shù)的四種狀態(tài)。N個觸發(fā)器可以代表

3、N位二進制數(shù)的2n個狀態(tài)，也就是說，它們可以計數(shù)2n個數(shù)字。電路圖5.2(a)是由三個JK觸發(fā)器組成的三位二進制計數(shù)器的電路圖。例如，圖5.2(a) 3位二進制計數(shù)器，(2)電路組成，三個JK觸發(fā)器：FF2FF0FF2為最高位，F(xiàn)F0為最低位，計數(shù)輸出，Q2Q1Q0表示三個觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端的輸入始終為“1”，所以它們都工作在計數(shù)狀態(tài)。CP0=CP(加計數(shù)脈沖)CP1=Q0，CP2=Q1，(3)電路分析，讓計數(shù)器的初始狀態(tài)為Q2Q1Q0=000，第一個CP施加后，F(xiàn)F0將翻轉(zhuǎn)，Q0將從“0”變?yōu)椤?”，計數(shù)狀態(tài)Q2Q1Q0將從00001變?yōu)?。在第二個CP脈沖之后，F(xiàn)F0翻轉(zhuǎn)，Q0從“1”變?yōu)椤?/p>

4、0”，由于Q0的下降沿，Q1從“0”變?yōu)椤?”，并且輸出Q2Q1Q0從001010改變。類似地，當輸入八個CP脈沖時，計數(shù)器的狀態(tài)QQQQQ1Q 0完成一個周期：00000101001110010110111，如狀態(tài)圖和波形圖圖5.2(b)(c)所示。圖5.2(b)、圖5.2 (c)、04.07.2020、6和(4)顯示了異步計數(shù)器：計數(shù)器的每個觸發(fā)器的觸發(fā)器不受同一CP脈沖的控制。同步計數(shù)器：每個計數(shù)器的觸發(fā)器由相同的CP脈沖控制。十進制計數(shù)器：修改反饋和數(shù)據(jù)輸入，可以由二進制計數(shù)器或任意十進制計數(shù)器組成。例如，當Q4Q3Q2Q1=1001被計數(shù)時，由于反饋結(jié)果，在輸入第10個CP脈沖之后，

5、計數(shù)狀態(tài)從1001000恢復，即恢復到初始狀態(tài)，從而形成十進制計數(shù)器。十六進制計數(shù)器：輸入第六個CP脈沖后，計數(shù)狀態(tài)可以從101000改變，即形成一個十六進制計數(shù)器。計數(shù)器的通用型號，CP1:加法計數(shù)脈沖輸入端，CP2:減法計數(shù)脈沖輸入端，D0Dn:數(shù)據(jù)加載端，加載在其上的數(shù)據(jù)決定了計數(shù)的初始值。Q0Qn:計數(shù)器輸出端，CU，CD:分別加計數(shù)進位端和減計數(shù)借用端。RD:清除終端，表示每個計數(shù)器可能沒有如圖所示的所有控制終端，有些可能也有自己獨特的控制終端。合理使用這些控制終端，一個計數(shù)器可以實現(xiàn)多個二進制計數(shù)。04.07.2020，7，5.1.2二進制計數(shù)器，兩個重要的概念，如果n=1，2，3

6、，則n=2，4，8，相應(yīng)的計數(shù)器稱為模2計數(shù)器、模4計數(shù)器和模8計數(shù)器。n位二進制計數(shù)器，即由n個觸發(fā)器組成的二進制計數(shù)器。計數(shù)器的模(計數(shù)容量)為：并且對應(yīng)于N位二進制計數(shù)器的2n=N個有效狀態(tài)被稱為計數(shù)器的模。04.07.2020，8，1。同步二進制計數(shù)器、74LS161集成計數(shù)器，(1)74LS161引腳圖和邏輯符號如圖5.5所示，(2)74LS161功能表5.2、各引腳功能符號含義：D0D3:并行數(shù)據(jù)輸入端Q0Q3:數(shù)據(jù)輸出端ET和EP:計數(shù)控制端CP:時鐘輸入端()c:進位端：異步清零輸入端(低電平有效):設(shè)置控制端(低電平有效)。注意，74LS161是典型的4位二進制同步加法計數(shù)器

7、，異步清零。和74161一樣。04.07.2020，9，(74LS161的功能和特性，具有異步設(shè)置“0”的功能。當清零端處于低電平時，不管其它輸入端的狀態(tài)如何，所有觸發(fā)器都被設(shè)置為“0”，即計數(shù)器被設(shè)置為0。波形圖、狀態(tài)圖、0、0、0、74ls161具有預置數(shù)功能，預置是同步的。當輸入控制端處于高電平且輸入控制端處于低電平時，數(shù)據(jù)輸入端D3D0上的數(shù)據(jù)在CP脈沖的上升沿的作用下被發(fā)送到輸出端Q3Q0，從而實現(xiàn)預置數(shù)功能。如果D3D0端的預置數(shù)發(fā)生變化，可以形成16以內(nèi)不同基數(shù)的各種計數(shù)器。當、1、0、1、0、ET和EP都處于高電平時，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)，并且輸入每個CP脈沖，執(zhí)行加法計數(shù)。ET

8、和EP是計數(shù)器的控制端，只要其中一個處于低電平，計數(shù)器就保持其原始狀態(tài)。只有當兩者都為高電平時，計數(shù)器才處于計數(shù)狀態(tài)。04.07.2020，10，2。異步二進制計數(shù)器，74LS93集成計數(shù)器，74LS93是異步4位二進制加法計數(shù)器，圖5.6(a)和(b)分別是其邏輯符號和邏輯圖。在圖5.6(b)中，F(xiàn)F0構(gòu)成一位二進制計數(shù)器，F(xiàn)F1、FF2和FF3構(gòu)成模8計數(shù)器。如果CP1端子和Q0端子外部連接，則形成模16計數(shù)器。因此，74LS93也被稱為286十六進制計數(shù)器。此外，RD1和RD2是透明端子，高電平有效。圖5.64位二進制異步加法計數(shù)器74LS93，04.07.2020，11，5.1.3十進

9、制計數(shù)器，根據(jù)十進制計數(shù)進位規(guī)則計數(shù)。1。同步十進制計數(shù)器、74LS192集成計數(shù)器、邏輯符號、74LS192功能表表5.3，各引腳功能符號含義：D0D3:并行數(shù)據(jù)輸入端Q0Q3:數(shù)據(jù)輸出端CU:加法計數(shù)脈沖輸入端CD:減法計數(shù)脈沖輸入端RD:異步置零端(高電平有效):數(shù)字設(shè)置控制端(。輸出端(低電平有效):在減法計數(shù)期間，通過分析04.07.2020、12、74LS192的時序圖，在RD端電平上升，所有觸發(fā)器異步設(shè)置為0，計數(shù)器復位。設(shè)置為零，并異步預設(shè)數(shù)字。當設(shè)定控制端子處于低電平時，輸出端子Q3Q0可以被預設(shè)為與數(shù)據(jù)端子D3D0相同的狀態(tài)。計數(shù)器預置后，以預置數(shù)為起點依次計數(shù)。圖為011

10、1。CD為高電平，計數(shù)脈沖從CU端輸入。當計數(shù)脈沖的上升沿到來時，計數(shù)器的狀態(tài)增加8421BCD碼進行加法和計數(shù)。執(zhí)行。當計數(shù)器執(zhí)行十進制加法計數(shù)時，計數(shù)狀態(tài)為第九個輸入脈沖上升沿后的1001。當下降沿到來時，進位輸出端產(chǎn)生一個負進位脈沖。第10個脈沖上升沿后，計數(shù)器復位。CU為高電平，計數(shù)脈沖從光盤端子輸入。當計數(shù)脈沖的上升沿到達時，計數(shù)器的狀態(tài)根據(jù)減法計數(shù)的8421BCD碼遞減。04.07.2020、13，當計數(shù)開始時，首先在RD端輸入一個正脈沖，然后兩個計數(shù)器都設(shè)置為0狀態(tài)。之后，在終端輸入“1”，在終端輸入“0”，計數(shù)器處于計數(shù)狀態(tài)。計數(shù)脈沖CP在每個比特的74LS192(1)的CU端

11、被一個接一個地輸入，并且每個比特的74LS192開始相加和計數(shù)。在CP脈沖的第10個上升沿到來后，位74LS192的狀態(tài)從1001000改變，其進位輸出從01改變。74LS192和多個74LS192可以級聯(lián)以形成高計數(shù)器。例如，兩個74LS192可以組成一個100位的計數(shù)器，其連接方式如圖5.8所示。圖5.8使用兩個74LS192形成一個100十進制計數(shù)器。該上升沿使10位74LS192(2)從0000開始計數(shù)，直到施加第100個CP脈沖，計數(shù)器從10011001恢復到000000，完成一個計數(shù)周期。04.07.2020，14，2。異步十進制計數(shù)器，74LS90集成計數(shù)器，邏輯符號，74LS9

12、0功能表5.4、邏輯符號，S1，S2:當S1S2=1時，計數(shù)器設(shè)置為“9”，即設(shè)置為1001狀態(tài)，與CP無關(guān)。并且擁有最高優(yōu)先權(quán)。Q3Q2Q1Q0:輸出端子，引腳功能描述，CP0，CP1:雙時鐘輸入端子，04.07.2020，15。邏輯圖如圖5.9所示。在圖中，F(xiàn)F0構(gòu)成一位二進制計數(shù)器，F(xiàn)F1、FF2和FF3構(gòu)成異步五位加法計數(shù)器。如果輸入時鐘CP連接到端子CP1，端子CP0連接到端子Q3，則形成5421碼異步十進制加法計數(shù)器。如圖5.10所示。如果輸入時鐘脈沖CP連接到CP0端，并且CP1端連接到Q0端，則形成8421碼異步十進制加法計數(shù)器。圖5.9二進制-五進制加法計數(shù)器74LS90，圖

13、5.10(a)，圖5.10(b)5421編碼異步十進制加法計數(shù)器波形圖，04.07.2020，16，5.1.4任意計數(shù)器，指計數(shù)器的模N2n計數(shù)器。例如，模5、模9、模12計數(shù)器和十進制計數(shù)器也屬于它的類別。通過使用現(xiàn)有的集成計數(shù)器，通常有三種方法來構(gòu)造任意的二進制計數(shù)器。(1)直接選擇現(xiàn)有的計數(shù)器。例如，為了形成十進制計數(shù)器，可以直接選擇十進制異步計數(shù)器74LS92。(2)模數(shù)是兩個模小計數(shù)器的乘積的計數(shù)器可以串聯(lián)構(gòu)造。例如，模6計數(shù)器和模10計數(shù)器串聯(lián)在一起形成模60計數(shù)器。(3)用反饋方法改變原來的計數(shù)長度。這種方法是當計數(shù)器計數(shù)到一定值時，電路產(chǎn)生的置位脈沖或復位脈沖加到計數(shù)器的預置數(shù)

14、控制端或每個觸發(fā)器的復位端，使計數(shù)器恢復到初始狀態(tài)，從而達到改變計數(shù)器模式的目的。04.07.2020，17，74LS160集成計數(shù)器，邏輯符號，表5.574LS160功能表，引腳功能描述，D0D3:并行數(shù)據(jù)輸入端Q0Q3:數(shù)據(jù)輸出端EP，ET:計數(shù)控制端c:進位輸出端CP:時鐘輸入端：異步清零輸入端：同步圖5.11(a)反饋清零方法，示例1:反饋清零方法，圖5.11(a)電路的工作狀態(tài)為012345。當計數(shù)器計數(shù)狀態(tài)5(0101)時，Q2和Q0為1，與非門輸出為0，即同步并行輸入控制端為0。因此，當下一個計數(shù)脈沖到來時，D3D0端的數(shù)據(jù)0被發(fā)送到計數(shù)器，從而計數(shù)器開始從0計數(shù)到5，并且重復上

15、述過程。從而實現(xiàn)十六進制計數(shù)。因此，可以看出，當(N-1)時，可以通過改變?yōu)?的方法來構(gòu)造N進制計數(shù)器，這被稱為反饋設(shè)置為0。例2:反饋預置方法，圖5.11(b)反饋預置方法，圖5.11(b)電路工作順序：0100011001111001001，當計數(shù)器計數(shù)狀態(tài)1001時，進位端C為1，非門為0。=0，然后從0100到1001計數(shù)，并重復上述過程。這種方法稱為反饋預置法。04.07.2020，20，例3:反饋預置法2，圖5.11(c)反饋預置法，圖5.11(c)的工作順序是0011000101100111000，工作原理同上。圖5.11(d)，圖5.11(d)電路是使用直接接零端子，工作順序是

16、012345。當計數(shù)器計數(shù)6時(狀態(tài)6的出現(xiàn)時間非常短)，Q2和Q1都是1，這使得它為0，并且計數(shù)器立即被強制返回到0狀態(tài)以開始新的周期。例4:04 . 07 . 2020，21，圖5.12改進的模6計數(shù)器，改進的模6計數(shù)器，圖5.11(d)所示方法的缺點是不可靠。原因是在許多情況下，每個觸發(fā)器的復位速度是不一致的。復位觸發(fā)器后，復位信號立即被取消，這使得復位緩慢的觸發(fā)器復位太晚，從而導致誤操作。改進的方法是增加一個基本的RS觸發(fā)器，如圖5.12(a)所示，工作波形如圖5.12(b)所示。當計數(shù)器計數(shù)到6時，基本RS觸發(fā)器設(shè)置為0，端子設(shè)置為0，持續(xù)到下一個計數(shù)脈沖的下降沿到來。因此，計數(shù)器可

17、以可靠地設(shè)置為0。圖5.12(a)、圖5.12(b)、04.07.2020、22、5.2計數(shù)器應(yīng)用示例，5.2.1計數(shù)器構(gòu)成分頻器，可用于降低信號頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的器件。例如，在數(shù)字電話PCM30/32路基分組系統(tǒng)中，需要各種參考脈沖信號來實現(xiàn)采樣、編碼、同步等。這些信號由分頻器產(chǎn)生。系統(tǒng)時鐘脈沖產(chǎn)生電路的框圖如圖5.13所示。晶體振蕩器產(chǎn)生4096千赫的高穩(wěn)定參考信號，2048千赫的系統(tǒng)參考時鐘信號通過將頻率除以2產(chǎn)生。該信號除以8，產(chǎn)生一個256千赫的比特脈沖信號，用于編碼和解碼。比特脈沖信號除以32，產(chǎn)生一個8千赫的采樣脈沖。最后，采樣脈沖除以16，產(chǎn)生500赫茲多幀脈沖信號。圖5.13是PCM 30/32路基分組系統(tǒng)的時鐘框圖，該系統(tǒng)使用一個高度穩(wěn)定的信號源通過分頻產(chǎn)生多個頻率的信號。這是數(shù)字系統(tǒng)中獲取各種時鐘脈沖最常用的方法。04.07.2020，23，1。通用程序分頻器，程序分頻器是指分頻比n隨預設(shè)數(shù)據(jù)變化的數(shù)控分頻器。因此，所有具有并行設(shè)置功能的計數(shù)器都可以構(gòu)成程序分頻器。分頻器的輸入信號頻率與輸出信號頻率之比稱為分頻比N。圖5.14(a)是程序分頻器的一般框圖，圖5.14(b)是分頻比N=7的程序分頻器的輸出信號和輸入信號的同步波形。從圖中可以看出分頻比是7。圖5.14(a)，圖5.14(b)，圖5.14程序分頻器，04.07.2020，