1、1,第三節(jié) 計(jì)數(shù)器,2,1.計(jì)數(shù)器的概念,2.應(yīng)用(如頻率計(jì)、分頻、定時(shí)、產(chǎn)生順序脈沖等),3.基本結(jié)構(gòu),計(jì)數(shù)器的基本功能是記錄輸入脈沖的個(gè)數(shù)。,3,圖5.3.1 計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)框圖,4,(1)按模值,二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,(3)按邏輯功能,(2)按存儲(chǔ)器的狀態(tài)變 化是否同時(shí)進(jìn)行,同步計(jì)數(shù)器,加法計(jì)數(shù)器,可逆計(jì)數(shù)器,5,5.3.1、同步計(jì)數(shù)器的分析,同步計(jì)數(shù)器的分析步驟如下： 根據(jù)電路圖，確定各觸發(fā)器的激勵(lì)方程、次態(tài)方程和輸出函數(shù)的邏輯表達(dá)式。 根據(jù)上述方程確定電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖以及波形圖等。 分析同步計(jì)數(shù)器的功能，如計(jì)數(shù)模長、編碼狀態(tài)和計(jì)數(shù)規(guī)律等。,6,例1

2、 分析圖5.3.2所示電路的邏輯功能。,圖5.3.2 JKFF構(gòu)成的3位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器,7,寫出三組方程,J1 = K1 = 1,分析電路結(jié)構(gòu),a.各觸發(fā)器的激勵(lì)方程,8,b.各觸發(fā)器的次態(tài)方程,c.電路的輸出方程,9,作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表,電路的邏輯功能描述,該電路是一個(gè)同步模8加法計(jì)數(shù)器電路（或3位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器）。,狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖,波形圖,10,(1)加法計(jì)數(shù)器,基本結(jié)構(gòu),b.TFF形式,a.CP1=CP2=CPn=CP,模值M=2n，,計(jì)數(shù)范圍：02n-1,c.T1=1，,d.,* 同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的一般設(shè)計(jì)方法,11,(2)減法計(jì)數(shù)器,基本結(jié)構(gòu),b.TFF形式,a.CP1=CP2=C

3、Pn=CP,c.T1=1，,d.,12,圖5.3.7 用JKFF 構(gòu)成的4 位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器,13,圖5.3.6 上升沿觸發(fā)的3 位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器的波形圖,14,例5.3.2 圖5.3.8 是一個(gè)同步任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器，試分析其邏輯功能。,圖5.3.8 例5.3.2 電路,15,解：（1）寫三組邏輯方程,激勵(lì)方程,J3 = Q2nQ1n K3 = 1; J2 = K2 = Q1n ； J1 = Q3n K1 =1,次態(tài)方程,Q3n+1 =Q3nQ2nQ1n CP ,Q2n+1 = Q2n Q1n CP ,Q1n+1 = Q3nQ1n CP ,16,輸出方程為,Z=Q3,（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)移表

4、、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和波形圖,17,Q,n,3,Q,n,2,Q,n,1,Q,n+1,3,Q,n+1,2,Q,n+1,1,Z,n,0 0 0,0 0 1,0,0 0 1,0 1 0,0,0 1 0,0 1 1,0,0 1 1,1 0 0,0,1 0 0,0 0 0,1,1 0 1,0 1 0,1,1,1 0,0 1 0,1,1 1 1,0 0 0,1,表5.3.3例5.3.2電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表,偏 離 態(tài),18,圖5.3.10 例5.3.2 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖,偏離狀態(tài)在CP 脈沖作用下能夠最終（可能不止一個(gè)CP 周期）進(jìn)入有效循環(huán)，則該電路具有自啟動(dòng)性；反之，則不具有自啟動(dòng)性。,19,圖5.3.11 例5.3

5、.2 的波形圖,20,5.3.2 同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)步驟如下：, 根據(jù)模長要求，確定FF 的個(gè)數(shù)，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表。 選擇FF 類型，求各級(jí)FF 的激勵(lì)方程和輸出方程。 檢查計(jì)數(shù)器的自啟動(dòng)性，若無自啟動(dòng)性，則重新修改激勵(lì)方程。 畫出邏輯圖。,21,例5.3.3 用DFF 設(shè)計(jì)具有表5.3.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移表的M=6 的同步計(jì)數(shù)器，要求具有自啟動(dòng)性。,Q,n,3,Q,n,2,Q,n,1,Q,n+1,3,Q,n+1,2,Q,n+1,1,Z,n,0 0 0,0 0 1,0,0 0 1,0 1 1,0,0 1 1,1 1 1,0,1 1 1,1 1 0,0,1 1 0,1 0 0,0,1 0 0,0 0

6、 0,1,序號(hào),0,1,2,3,4,5,22,解：（1）確定觸發(fā)器個(gè)數(shù),狀態(tài)轉(zhuǎn)移表中有6 個(gè)有效狀態(tài)，需用3 級(jí)觸發(fā)器實(shí)。,（2）求激勵(lì)方程和輸出方程,用DFF 實(shí)現(xiàn)，所以Di =Qin+1,23,Q,n,3,Q,n,2,Q,n,1,Q,n+1,3,Q,n+1,2,Q,n+1,1,D3,0 0 0,0 0 1,0 0 1,0 0 1,0 1 1,0 1 1,0 1 1,1 1 1,1 1 1,1 1 1,1 1 0,1 1 0,1 1 0,1 0 0,1 0 0,1 0 0,0 0 0,0 0 0,序號(hào),0,1,2,3,4,5,表5.3.5 例5.3.3 的激勵(lì)表,D2,D1,24,卡諾圖化簡

7、：,D3=Q2n,D2=Q1n,D1=Q3n,Z = Q3nQ2n,25,（3）自啟動(dòng)性檢查,兩個(gè)偏離狀態(tài)形成了循環(huán)，無法進(jìn)入有效循環(huán)，因此不具有自啟動(dòng)性。,修改激勵(lì)函數(shù),D1 = Q3nQ2n + Q3nQ1n,26,圖5.3.14 例5.3.3 的電路圖,27,(1) 74 LS161,邏輯電路,5.3.3.MSI同步計(jì)數(shù)器,圖5.3.15 74161 邏輯符號(hào),P、T：工作模式控制端,CO,28,功能表,表5.3.7 74161 的功能表,CO=Q3Q2Q1Q0T,29,74161的異步級(jí)聯(lián)方式,(2) 應(yīng)用,30,74161的同步級(jí)聯(lián)方式,31,74 LS163同步清0； 74 LS1

8、61異步清0,(2) 74 LS163,74163 簡化符號(hào),CO,32,(3) 74LS160,74LS160 模10，,C0=Q3Q0T，,CO=Q3Q2Q1Q0T,74LS161 模16，,33,圖5.3.24 74160的邏輯符號(hào),C0,34,表5.3.11 74160的功能表,35,圖 異步級(jí)聯(lián),0000 0000,74160(2) 74160(1),0000 0001,0000 1001,0001 0000,1001 1001,74160(2) 74160(1),36,圖 同步級(jí)聯(lián),2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,37,2.用MSI計(jì)數(shù)器構(gòu)成的任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,N進(jìn)制

9、,(1)復(fù)0法,M進(jìn)制,指導(dǎo)思想：順序計(jì)數(shù)的過程中跳過N-M個(gè)狀態(tài)。,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,38,例1 試用74161用復(fù)0法設(shè)計(jì)M=6的計(jì)數(shù)器。,解：74161為異步復(fù)0方式，起跳狀態(tài)為S6，,即：(0110)2。電路圖如下所示：,圖5.3.18 異步復(fù)0法,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,39,表5.3.8 圖5.3.18電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表,起跳狀態(tài),2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,40,圖5.3.19 圖5.3.18電路的工作波形圖,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,41,采用異步復(fù)0法時(shí) ，觸發(fā)器不能同時(shí)復(fù)0引起的現(xiàn)

10、象。,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,42,圖5.3.20 能可靠復(fù)0的異步復(fù)位電路,(a) 電路,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,43,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,44,例2 試用74163用復(fù)0法設(shè)計(jì)M=6的計(jì)數(shù)器。,解：74163為同步復(fù)0方式，起跳狀態(tài)為S5，,即：(0101)2。電路圖如下所示：,圖5.3.23 同步復(fù)0法,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,45,(2)置數(shù)法（利用置數(shù)控制端，并行輸入端）,S預(yù),S預(yù)+1,S預(yù)+(M-1),S預(yù)M,置最小數(shù)法,SN-M,SN-(M-1),SN-2,SN-1,2020年7

11、月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,46,例1 試用74161用置最小數(shù)法實(shí)現(xiàn)M=12的計(jì)數(shù)器。,解：74161為同步置數(shù)方式，最小數(shù)為：,=(0100)2。,N-M=16-12=4,電路接法和工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表分別如圖和表所示。,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,47,圖 例1的電路圖,CO,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,48,表 例1的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表,跳過狀態(tài),起跳狀態(tài),2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,49,預(yù)置0法,電路圖如圖5.3.21所示。,SM,S0,SM-1,例5.3.4 試用74161用預(yù)置0法設(shè)計(jì)M=6的計(jì)數(shù)器。,解：74161為同步置

12、數(shù)方式，反饋狀態(tài)為：,SM-1，即：S5，,5=(0101)2，,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,50,圖5.3.21 例5.3.4的電路圖,CO,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,51,置最大數(shù)法,SM-2,SN-1,電路及工作狀態(tài)轉(zhuǎn)移表分別如圖和表所示。,例2 試用74161用置最大數(shù)法設(shè)計(jì)M=12的計(jì)數(shù)器。,解：74161為同步置數(shù)方式，反饋狀態(tài)為：,SM-2，即：S10，,10=(1010)2，,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,52,圖 例2的電路圖,2020年7月9日星期四,第六章 時(shí)序邏輯電路,53,表 例2的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表,起跳狀態(tài),跳 過 狀 態(tài),54,3. 構(gòu)成模長M16的任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,設(shè)計(jì)方案：,a.N = N2,M,b.M = N1 N2,舉例：,55,例5.3.5 試用74161 實(shí)現(xiàn)28 進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,解：方法一：將兩片74161 級(jí)聯(lián)構(gòu)成1616=256 進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后用異步清零法